JP2010257507A

JP2010257507A - 磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2010257507A
Application number: JP2009104133A
Authority: JP
Inventors: Nariyuki Nakajima; 成幸中島
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】バックアップ電源等のメンテナンスを不要にし、停電等の突然の電源断時にそれまでバッファメモリに書き込まれていたデータの消失、破損を防止する。
【解決手段】ディスク状記録媒体と、スピンドルモータと、ヘッド部と、前記ディスク状記録媒体に対して読み出し及び書き込みされるデータを一時的に格納する、電源断時に格納データが消失するバッファメモリと、前記ディスク状記録媒体にデータ書き込みの際に電源断が発生したかどうかを検出する電源断検出回路と、この電源断検出回路によって電源断が生じたことが検出された場合に、前記スピンドルモータからの回生電力を取得する回生電力取得部とを備え、前記回生電力取得部により回生電力が発生している間に、前記バッファメモリの情報を不揮発性記録媒体に記録し、かつ前記ヘッドを退避させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクセス速度を向上させるためのバッファメモリを有する磁気ディスク装置に係わり、特に、突然の電源断の時に書き込みデータの保護が可能な磁気ディスク装置に関する。

磁気ディスク装置の読み出し、書き込み速度（以下アクセス速度）は、磁気ディスク装置の回転数やヘッドの移動（シーク）速度などの機械的な動作で決定されるため、半導体メモリに比較してその速度が遅いのが一般的である。そこで、回転数やヘッドの移動速度の向上など、機械的なアクセス速度の向上が図られる一方で、多くの磁気ディスク装置では見かけ上のアクセス速度を高速化するために、内部にバッファメモリが設けられている。

データ書き込み時には、このバッファメモリへの書き込み完了をもって、磁気ディスク装置への書き込み処理が完了した応答をホストコンピュータに返し、その後、磁気ディスク装置内部の制御によりバッファメモリから磁気ディスク装置の記憶媒体に実際のデータが書き込まれるという動作が行われる。

上述のような磁気ディスク装置では、停電等による突然の電源断が発生すると、バッファメモリ内に一時的に蓄えられているデータを磁気ディスク媒体に書き込むことができない。バッファメモリは高速のＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory)等で構成され、電源断によりその内容は消えてしまうためデータの消失や、途中までしか磁気ディスク媒体に書き込まれないためデータの破損が生じてしまう原因となっている。

このような問題を防止するため、システム内の必要な箇所にバックアップ電源を配置するという方法をとることが一般的である。例えば、無停電電源装置によりシステム全体や一部分の電源をバックアップしたり、システム内の必要な部分に個別の電池を内蔵するなどの方法がある。

また、停電等による突然の電源断に対して、磁気ディスク装置に格納されたデータと磁気ヘッドの保護のため、磁気ヘッドを安全な場所へ緊急退避させる必要があるが、この時、電源供給がされないため種々の技術が考えられている。

例えば、電源遮断時に、スピンドルモータから発生する逆起電力を用いて、磁気ヘッドを退避して保護すると同時にスピンドルモータの回転にブレーキをかけ、早期に停止させるものがある（特許文献１参照）。

特開２００５−１８２８７８号公報

しかしながら特許文献１に示した技術においては、電源断時に、早期に磁気ディスク装置の停止措置が可能となるが、バッファメモリに格納されていたデータは救出されないこととなり、上述のデータ消失、データ破損が生じてしまう。

また、一般的に行われている無停電装置等による電源のバックアップは、データの消失、データ破損は生じないものの、バックアップ電源は数年で劣化していくためメンテナンスの手間や費用がかかるという問題点がある。

そこで本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、バックアップ電源等のメンテナンスを不要にし、停電等の突然の電源断時にそれまでバッファメモリに書き込まれていたデータの消失、破損を防止することが可能な磁気ディスク装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明によれば、ディスク状記録媒体と、前記ディスク状記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記ディスク状記録媒体に対してデータの読み出し及び書き込みを行うヘッド部と、前記ディスク状記録媒体に対して読み出し及び書き込みされるデータを一時的に格納する、電源断時に格納データが消失するバッファメモリと、前記ディスク状記録媒体にデータ書き込みの際に電源断が発生したかどうかを検出する電源断検出回路と、この電源断検出回路によって電源断が生じたことが検出された場合に、前記スピンドルモータからの回生電力を取得する回生電力取得部とを備え、前記回生電力取得部により回生電力が発生している間に、前記バッファメモリの情報を不揮発性記録媒体に記録し、かつ前記ヘッドを退避させることを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。

さらに、前記不揮発性記録媒体は、前記ディスク状記録媒体であることを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。

さらに、前記不揮発性記録媒体は、フラッシュメモリなどの半導体不揮発性メモリであることを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。

さらに、電源断検出時に、前記ディスク状記録媒体上に前記バッファメモリ内に書き込まれていたデータを書き込むための専用エリアを、前記ヘッドの退避領域近傍に設けたことを特徴とする磁気ディスク装置が提供される。

本発明による磁気ディスク装置によれば、停電等による突然の電源断時に、スピンドルモータの慣性回転を利用した回生電力を利用し、バッファメモリに書き込まれたデータを不揮発性記録媒体に書き込む動作を、磁気ヘッドの退避とともに行うので、データ消失、データ破損を最小限に抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の構成図である。本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の電源断時に、バッファメモリの内容を磁気ディスク媒体に書き込む時のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の電源断時に、バッファメモリの内容を半導体不揮発性メモリにバックアップする時のフローチャートである。

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の構成図である。

図１に示すように、本発明の磁気ディスク装置は、ホストコンピュータとデータの入出力を行うインタフェース部１０と、入出力されるデータを一時的に格納するバッファメモリ１１と、磁気ディスクを高速回転させるスピンドルモータ１２と、バッファメモリのデータと磁気ディスクの読み出し及び書き込み信号を相互に変換する信号処理部１３と、磁気ヘッドを動かすためリニアモータの一種であるボイスコイルモータ（ＶＣＭ：Voice Coil Motor)１４を具備しており、さらに、磁気ディスク装置として機能するように各部をコントロールするＨＤＤ（Hard Disk Drive)コントローラ１５と、電源供給部から入力された電圧を安定化して各部に給電する電源安定化部１６と、電源供給部の電圧を監視し電源断の検出を行う電源監視部１７と、この電源監視部１７で電源断を検出した時に配線を切り替えるスイッチ１８ａ，１８ｂと、電源断時にスピンドルモータの慣性回転から誘起される起電力を整流して回生電力を得る整流部１９から構成される。ここでバッファメモリは一時的にデータを格納するメモリであり、電源断の時には記憶されているデータは消失する。

ＨＤＤコントローラ１５内には磁気ディスク装置を制御するためのファームウエアがフラッシュメモリ等の半導体不揮発性メモリ２０内に保存されており、本発明の処理がなされるようにプログラムされている。このＨＤＤコントローラ１５によりインタフェース部１０、バッファメモリ１１、信号処理部１３、スピンドルモータ１２およびボイスコイルモータ１４を駆動し制御する。この制御線を一点鎖線で示す。

まず、図１において、電源供給部から電源が供給されている通常時の磁気ディスク装置の動作について説明する。ここでは説明の簡略化のためデータの書き込みについて説明する。データの流れを太線の矢印で示す。また、この時各部に電源が供給されるように、スイッチ１８ａはＡ−Ｃ間に接続される。なお、この実施形態は磁気ディスク装置からデータを読み出す場合も同様に行うことが可能である。

図示しないホストコンピュータから磁気ディスク装置へとデータを書き込む場合、インタフェース部１０によって、ある規格のインタフェース、例えばＡＴＡ（Advanced Technology Attachment）などの通信プロトコル規格に従ってデータの受け渡しが行われる。

磁気ディスクへの書き込みは、磁気ヘッドの移動などの機械的動作が伴うため、動作速度の向上、安定化のため、バッファメモリ１１内にインタフェース部１０から受信したデータを一時的に格納しておく。また、信号処理部１３では、磁気ディスクにデータを書き込むために磁気ディスクの記録方式に従った記録信号へと変換する信号処理がなされる。

スピンドルモータ１２は、磁気ディスクを一定の回転数に回転させるためのものであり、例えば、３相ブラシレス・モータによって構成することができる。ＨＤＤコントローラ１５によって、スピンドルモータ１２はＵ、Ｖ、Ｗの３相の駆動信号で駆動される。Ｕ、Ｖ、Ｗの駆動信号はそれぞれ１２０°の位相差を持った信号であり、この駆動信号がＵ、Ｖ、Ｗの順にスピンドルモータ１２に与えられ磁気ディスク媒体を回転させる。この時、スイッチ１８ｂはＡ−Ｃ間に接続されている。磁気ヘッドのトラック方向への位置決めはボイスコイルモータ１４に駆動信号を与えることで実現する。

次に、停電等の突然の電源断が生じたときの動作について説明する。点線の矢印で示すように、電源供給部からの電源が供給されなくなると、電源監視部１７では電源断を検出する。この電源断検出によって、スイッチ１８ａ、１８ｂをＢ−Ｃ間で接続されるよう切り替える。また、切り替えと同時に、電源断が生じたことをＨＤＤコントローラ１５に通知する。なお、電源監視部１７の論理は電源が供給されない時に電源断を通知する必要があることから、ＬＯＷレベルでアクティブとなることが好ましい。

電源断が生じているので、スピンドルモータ１２の回転は停止に向かうが、しばらくの間は慣性力で回転を続ける。モータの慣性質量にもよるが、３．５インチタイプの通常の市販品において、完全停止まで５秒から１０秒程度の時間がある。この期間中、スピンドルモータ１２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ間に１２０°の位相差をもつ交流誘起電力を発生する。この交流誘起電力を整流部１９で整流して回生電力を生成する。整流部１９はダイオードを用いた一般的な整流回路により実現可能である。

スピンドルモータ１２の回転速度は時間とともに遅くなるので、整流部１９の出力電圧も時間とともに低下し、最終的には接地電位の０Ｖとなる。整流部１９の出力電圧を、なるべく長い間一定の電圧に保持したいため、スイッチ１８ａのＢ−Ｃ間を介して電源安定化部１６に入力する。

電源安定化部１６にはＤＣ／ＤＣコンバータが内蔵されており、整流部１９の出力が、ある程度電圧が低下しても、各部の半導体回路が動作できる電圧にまで昇圧できる構造とする。実線矢印は、各部への電源供給の流れを示している。

以上の動作により、電源断が生じても、しばらくの間は一定電圧が供給されるのでＨＤＤコントローラ１５をはじめとする半導体回路は動作可能である。

図２は、本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の電源断時に、バッファメモリの内容を磁気ディスク媒体に書き込む時のフローチャートである。このフローチャートを用いて、ＨＤＤコントローラ１５において行われる電源断時の処理手順について説明する。

電源監視部１７により定期的に電源断検出を行う（Ｓ２０）。電源断検出がされない場合は、通常の動作となる（Ｓ２１）。電源断が検出されると、回生電力が十分発生しているかどうかを判断する（Ｓ２２）。ＨＤＤコントローラ１５では、スピンドルモータ１２から発生する逆起電力を基にスピンドルモータ１２の回転数を高精度に検出しているので、どの位の回生電力が得られているか計算することにより判断することが可能である。

バッファメモリに格納されているデータを磁気ディスク媒体に書き込むのに十分な回生電力が得られていると判断される場合には、バッファメモリ１１内に格納されているデータがあるかどうか判断する（Ｓ２３）。バッファメモリ１１にデータがあれば、バッファメモリ１１内の情報を磁気ディスク媒体に書き込む（Ｓ２４）。磁気ディスク媒体への書込みが終了すれば、磁気ヘッド１４の退避動作が行われる（Ｓ２５）。

ステップＳ２２にて、十分な回生電力が得られていないと判断された場合、またはステップＳ２３でバッファメモリにデータが格納されていない場合には、直接ステップＳ２５の磁気ヘッド１４の退避動作を行う。

以上の動作により、バックアップ電源を用いることなく、電源断で生じるバッファメモリデータの消失を防止すると同時に磁気ヘッドの退避動作が行える。

次に、磁気ディスク媒体上に、バッファメモリ１１のデータを書き込むための専用エリアについて説明する。電源断が生じた後、スピンドルモータ１２が停止するまでの時間内に、バッファメモリ１１内のデータを磁気ディスク媒体へ書き込み、さらに磁気ヘッド１４の退避を行わねばならない。

バッファメモリ１１のデータ容量は、８〜１６ＭＢのメモリ容量が一般的である。一方、磁気ディスク装置の書き込み速度は、パラレルＡＴＡの遅いタイプでも連続書き込み（Sequential Write）速度は約３０ＭＢ／sec程度である。すなわち、約０．５秒程度の時間があればバッファメモリのデータを磁気ディスク媒体上に記録できる。

オペレーティングシステムは連続したいくつかのセクタをまとめた固定長のブロックという単位でディスクにアクセスする。この書き込みブロックサイズが５１２ＫＢの時、書込み速度は２０Ｍ／sec程度に減少し、書き込みブロックサイズが４ＫＢと小さくなれば、書込み速度は１ＭＢ／sec程度まで低下してしまう。

セクタのサイズは記憶媒体ごとに決まった固定長であり、磁気ディスク装置の場合、セクタサイズは５１２バイトである。磁気ディスクは、セクタを読み書きする時間に比べ、シークにかかる時間が大きい。ブロックサイズが数キロバイトだとした場合、ヘッドが目的のトラックに到達するのに要する時間が０〜１０ｍｓ程度、ヘッドの下に目的のセクタがやってくるまでの回転待ちの時間が０〜５ｍｓ程度、データの読み書きにかかる時間が０．１ｍｓ以下と見積もることができる。すなわち、連続したセクタを読み書きするのにかかる時間は短いが、遠く離れたいくつかのトラック上のセクタを読み書きするには長い時間がかかるのである。

したがって、バッファメモリの内容を磁気ディスク媒体に書き込むためには、ブロックサイズを大きくし、連続したセクタを持つ専用エリアであることが望ましい。本発明の実施形態では、磁気ヘッドの退避場所に隣接するトラックにこの書き込み専用エリアを設ける。

ヘッドの退避場所に関しては、ヘッドロードアンロード方式とコンタクトスタートストップ方式の２方式がある。ヘッドロードアンロード方式は磁気ディスクの円盤の外に磁気ヘッドを退避させるので書き込み専用エリアは磁気ディスクの最外周側のトラックに設ける。コンタクトスタートストップ方式であれば、ディスクの最内周部にある退避領域に磁気ヘッドを着地させるため、本発明の書き込み専用エリアは円盤の最内周側のトラックに設ける。このようにすれば、最短の時間でバッファメモリ内の情報の退避と、磁気ヘッドの退避とを同時に行うことができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の電源断時にバッファメモリの内容を半導体不揮発性メモリにバックアップする時のフローチャートである。

近年では、フラッシュメモリの多値化、低価格化が進み、ＨＤＤコントローラのファームウエアに使用するフラッシュメモリの大容量化は容易である。そのため上述のように、電源断が生じた時に、磁気ディスク媒体に直接書き込むのではなく、バッファメモリの内容を不揮発性のフラッシュメモリに書き込み、一時的に退避することも可能である。

バッファメモリ１１の内容をフラッシュメモリのような半導体不揮発性メモリ２０にバックアップする場合、ＨＤＤコントローラ１５において行われる処理手順について図３を用いて説明する。

まず、電源断から復帰した時にフラッシュメモリ２０内にバッファメモリ１１の内容が退避されているかどうかを確認する（Ｓ３０）。退避したデータがなければ、通常動作を行う（Ｓ３１）。退避データがあれば、フラッシュメモリ２０に格納されたデータを磁気ディスク媒体に書き込む（Ｓ３２）。その後、電源監視部１７により電源断検出を行う（Ｓ３３）。電源断検出がされない場合は、通常の動作となる（Ｓ３１）。電源断が検出されると、回生電力が十分発生しているかどうかを判断する（Ｓ３４）。ＨＤＤコントローラ１５では、スピンドルモータ１２から発生する逆起電力を基にスピンドルモータ１２の回転数を高精度に検出しているので、どの位の回生電力が得られているか計算することにより判断することが可能である。

バッファメモリ１１に格納されているデータを磁気ディスク媒体に書き込むのに十分な回生電力が得られていると判断される場合には、バッファメモリ１１内に格納されているデータがあるかどうか判断する（Ｓ３５）。バッファメモリ１１にデータがあれば、バッファメモリ１１内の情報を磁気ディスク媒体に書き込む（Ｓ３６）。磁気ディスク媒体への書込みが終了すれば、磁気ヘッド１４の退避動作が行われる（Ｓ３７）。

ステップＳ３４にて、十分な回生電力が得られていないと判断された場合、またはステップＳ３５でバッファメモリにデータが格納されていない場合には、直接ステップＳ３７の磁気ヘッド１４の退避動作を行う。

以上の動作により、バックアップ電源を用いることなく電源断により生じるバッファメモリ内データの消失を防止するとともに磁気ヘッドの退避動作が行える。

なお、本実施形態では、フラッシュメモリなどの半導体不揮発性メモリ２０をＨＤＤコントローラ１５の内部に図示したが、外部に配置しても構わない。また図２で説明したように、磁気ディスク上に設けた書き込み専用エリアにバッファメモリの内容を退避した場合も、図３において「フラッシュメモリ」を「書き込み専用エリア」と読み替えれば同様なフローチャートになる。

本発明による磁気ディスク装置によれば、停電等による突然の電源断時に、スピンドルモータの慣性回転を利用した回生電力を利用し、バッファメモリに書き込まれたデータを不揮発性記録媒体に書き込む動作を、磁気ヘッドの退避とともに行うので、データ消失、データ破損を最小限に抑えることが可能である
また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０…インタフェース部、
１１…バッファメモリ、
１２…スピンドルモータ、
１３…信号処理部、
１４…ヘッド（ボイスコイルモータ）、
１５…ＨＤＤコントローラ、
１６…電源安定化部、
１７…電源監視部、
１８ａ、１８ｂ…スイッチ、
１９…整流部、
２０…フラッシュメモリ（半導体不揮発性メモリ）。

Claims

ディスク状記録媒体と、
前記ディスク状記録媒体を回転させるスピンドルモータと、
前記ディスク状記録媒体に対してデータの読み出し及び書き込みを行うヘッド部と、
前記ディスク状記録媒体に対して読み出し及び書き込みされるデータを一時的に格納する、電源断時に格納データが消失するバッファメモリと、
前記ディスク状記録媒体にデータ書き込みの際に電源断が発生したかどうかを検出する電源断検出回路と、
この電源断検出回路によって電源断が生じたことが検出された場合に、前記スピンドルモータからの回生電力を取得する回生電力取得部とを備え、
前記回生電力取得部により回生電力が発生している間に、前記バッファメモリの情報を不揮発性記録媒体に記録し、かつ前記ヘッドを退避させることを特徴とする磁気ディスク装置。
前記不揮発性記録媒体は、前記ディスク状記録媒体であることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
前記不揮発性記録媒体は、半導体不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
電源断検出時に、前記ディスク状記録媒体上に前記バッファメモリ内に書き込まれていたデータを書き込むための専用エリアを、前記ヘッドの退避領域近傍に設けたことを特徴とする請求項２記載の磁気ディスク装置。