JP3689638B2 - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、複合ヘッドを用いて磁気ディスクに磁気情報の記録および再生を行う磁気ディスク装置に関する。
背景技術
磁気ディスク装置は、回転するディスクに対してヘッドを半径方向に移動させて、目的とするデータトラックに正確に位置決めを行い、磁気的に情報の記録および再生を行なうものである。
代表的な磁気ディスク装置の概略的な構成を説明する断面図を図３に示す。この例では８本のヘッド１１が、ボイスコイルモータ１４によって駆動される一つのロータリ型アクチュエータ１３に支えられている。８本のヘッド１１のそれぞれが、４枚のディスク１２の各両面に対して記録再生を行う。
本装置の概略的な構成を示す平面図を図４に示す。ロータリ型アクチュエータ１３はボイスコイルモータによって駆動されて、回転するディスク１２の半径方向にヘッド１１を移動させることができる。
また、この装置の一部分を上面から見た模式図を図５に示す。磁気ディスク１２には工場出荷前にヘッドの位置情報を表す特殊な磁化情報が書き込まれている。この位置情報に基づいてＣＰＵ（中央制御部）がボイスコイルモータに与える電力を決定し、ロータリー型アクチュエータ１３を介して目的のトラック１５に対するヘッド１１の正確な位置決めを行う。なお図５ではトラック１５を実線で明記したが、トラックは磁気情報で形成されるものであり実際には光学的に直接認識できるものではない。
次に、磁気ディスク装置のヘッド部分を上面から透視した模式図を図６に示す。ヘッド１１には磁気抵抗効果型の再生素子６１とインダクティブ型の記録素子６２が同一のスライダー上に積層された複合型ヘッドもしくは録再分離型ヘッドと呼ばれる構造をしている。再生素子６１には、鉄−ニッケル合金の磁気抵抗効果を利用したＭＲ素子を用いる技術が広く知られている。また鉄−ニッケル合金を非磁性材料でサンドイッチしたＧＭＲ素子の実用化も検討されている。ＭＲ素子は短波長の記録情報の再生感度に優れる特徴を持つことから、磁気ディスク装置の記録密度を高めるために有効な技術である。このＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子は記録動作を行うことができないために、薄膜をエッチングして微小な磁極やコイルを形成したインダクティブ素子を記録素子６２として用いる。インダクティブ素子の動作原理は、従来から広く用いられているテープレコーダー等と同様である。近年発表される磁気ディスク装置のほとんどが，この複合型ヘッドを採用している．なお、図６では再生素子６１と記録素子６２を長方形の記号で示しているが、便宜的に素子の幅や位置を視覚的に説明するためであり、実際の素子の光学的な形状とは異なる。これは素子の幅や位置を説明する以降の図面でも同様である。
磁気ディスク装置はいったん記憶した情報を任意に書き換えできることが大きな特徴である。古い磁化情報が書き込まれたデータトラックの上に新しい磁化情報が上書きされることにより、古い磁化情報のほとんどの成分がマスクされる。この記録方式は直接オーバーライト記録方式と呼ばれ、消去工程を必要としないために高いパフォーマンス性能を実現できることから、全ての磁気ディスク装置で採用されている。
この直接オーバーライト記録方式を用いた磁気ディスク装置では、隣接するデータトラックを消去しないように図６に示すように記録素子６２の幅をトラックピッチよりも狭くすることで、磁気ディスク装置の信頼性を確保する。これは、記録時のヘッド磁界がトラック幅方向への広がりを持つためであり、古い磁化情報が消去される領域が記録トラックの両側に形成されるからである。この消去された両側の領域を含めた記録幅は消去幅と呼ばれる。さらに再生素子６１の幅は、記録時と再生時とのヘッドの位置決め誤差分を考慮して、特開昭５９−１６８９０５号公報に開示されているように、信号Ｓ／Ｎを確保できる範囲で記録幅よりも狭い幅にすることが望ましい。トラックピッチに対して適切な記録素子幅と再生素子幅の設定を行うと、記録時に隣接トラックを消去してデータが失われる危険性を回避することができる。さらに、パフォーマンス性能を劣化させる再生時のリトライの頻度が低く、かつ十分な信号Ｓ／Ｎにより優れたビットエラーレートを得る磁気ディスク装置を実現することができる。
このＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子は、再生感度に優れる特徴を持つことにより、磁気ディスクの回転方向の記録密度を高めたり、磁気ディスクの半径方向にあるトラック密度を高めるために有効な技術である。
しかし、記録用の素子であるインダクティブ素子は、磁気ディスクの磁性層の磁化を反転させるために必要な磁束を通さなければならないため、その断面積を小さくすることができない。このために、トラック幅を小さくすると逆に磁極の厚みが大きくなる傾向がある。例えば、幅方向が１．５μｍのトラック幅のインダクティブ素子の磁極は、３μｍ以上と厚い構造を必要とする。このためトラック幅方向の公差を十分小さく保つことが大きな課題となっている。
また、磁極の断面形状の高さ／幅で規定されるアスペクト比が極端に１から大きな値となると、構造的な磁気抵抗が大きくなるとともに、磁極の磁気異方性を一方向にそろえることが難しくなり、極が効果的に磁束を通さなくなる。磁極の記録ギャップから放出される磁界強度が弱くなると、以前に記録した磁化情報をオーバーライトする特性が悪化し、記録した磁化の遷移長が長くなり分解能が低下し、媒体起因のノイズ成分が大きくなり、磁気ディスク装置として必要な信号Ｓ／Ｎを確保することが難しくなる。
磁極のトラック幅を小さくしても、磁極の磁気抵抗を低下させない技術として、磁極材料に飽和磁束密度の高い材料を用いて磁極の必要断面積を減少させる方法と、磁極の先端部の断面形状だけを小さく絞る方法が考案されている。ただし、現状のＦｅ濃度を高めたＮｉＦｅ合金の飽和磁束密度を大きく超える磁性材料を作成する技術が確立していないことと、先端部の断面形状だけを小さくするためには、複雑でタクトの長いプロセスを必要とするために、製造コストが高くなる欠点がある。
従来技術では、磁極のトラック幅方向の寸法には下限があり、特に、０．７μｍ以下のトラック幅で十分な信号Ｓ／Ｎを確保することができなかった。かかる問題を解決するために、特開平７−１９２２２６号公報に開示された技術では、磁極のトラック幅をトラックピッチよりも大きな寸法にした磁気ディスク装置が提案されている。この技術では磁極のトラック幅寸法の下限を超える高トラック密度の磁気ディスク装置を実現する可能性があるものの、逆に再生ヘッドのトラック幅寸法をトラックピッチに比べて極端に小さくする必要がある。小さなトラック幅寸法の再生ヘッドでは小さな再生出力しか得られないために、この技術を用いてトラック密度を高めるには，再生ヘッドを改良する技術を必要とする点が問題として残っていた。
このため、十分な磁界強度を発生する広い磁極幅の記録素子と十分な再生感度を有する広い再生幅の再生素子とを用いるとともに、データトラックの幅を狭くして磁気ディスク装置の記録密度を向上する技術の開発が望まれていた。
発明の開示
上記問題点は、記録素子で形成される記録トラック幅をトラックピッチよりも大きく、再生素子で形成される再生トラック幅をトラックピッチよりも小さくするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら記録を行い、磁気ディスクから磁化情報を再生する際に１トラックだけ独立に再生を行う技術を用いることで解決することができる。また、記録素子で形成される消去トラック幅をトラックピッチの整数倍の構成とするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら順番に記録を行う技術を用いることによっても解決することができる。また、記録素子の幾何学幅を再生素子の幾何学幅の２倍以上の構成とするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら順番に記録を行う技術を用いることによっても解決することができる。このとき、スリップ先データテーブルを備えて物理アドレスを交替させる技術を併用するによって、上記問題点を解決するとともに本技術を用いた磁気ディスク装置のパフォーマンス性能を向上させることができる。さらに、ユーザーからの指示要求やマイクロプログラムの割り込み要求に応じてスリップ先データテーブルのデフラグメンテーション処理を実施することによって、使用初期のパフォーマンス性能を長期にわたり維持することができる。
このとき、複数のゾーン毎にトラックピッチの異なる複数の領域に分離することによって、従来の磁気ディスク装置と同等のパフォーマンス性能を発揮する領域と、記録密度が倍以上となる領域とを一台の磁気ディスク装置の中で共有することができる。さらに、トラックピッチの異なる複数の領域の境界を、ユーザーが任意に設定できる機能を備えることによって、個々のアプリケーションに応じてパフォーマンスを高めるように最適化を行うことができる。さらに、トラックピッチの広い領域にオペレーションシステムがファイルを管理するファイルアロケーションデータを格納する機能を備えることによって、オペレーションシステムのディスク入出力のパフォーマンス性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の磁気ディスク装置の第１の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図２は、従来の磁気ディスク装置の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図３は、磁気ディスク装置の概略的な構成の一例を説明する断面図である。
図４は、磁気ディスク装置の概略的な構成の一例を説明する平面図である。
図５は、磁気ディスク装置の一部分を上面から見た模式図である。
図６は、磁気ディスク装置のヘッド部分を上面から透視した模式図である。
図７は、本発明の磁気ディスク装置の第２の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図８は、オーバーライト特性と記録素子幅との関係を説明する図である。
図９は、本発明の磁気ディスク装置の第３の実施例における，再生素子幅と記録素子幅との幾何学的な関係を説明する図である。
図１０は、実効記録トラック幅および実効消去トラック幅と記録素子幅との関係を説明する図である。
図１１は、本発明の磁気ディスク装置の第４の実施例における，記録および消去トラック幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図１２は、本発明の磁気ディスク装置に新しいデータを記録する際の，磁化情報を追加した様子とスリップ先データテーブルの内容を更新する工程を説明する図である。
図１３は、本発明の磁気ディスク装置に上書きデータを記録する際の，磁化情報を追加した様子とスリップ先データテーブルの内容を更新する工程を説明する図である。
図１４は、本発明の磁気ディスク装置のスリップ先データテーブルの，デフラグメンテーション処理工程を説明する図である。
図１５は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，磁気ディスクの外周側のゾーン領域をトラックピッチの方が記録素子幅よりも広い領域に設定したことを説明する図である。
図１６は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，トラックピッチを広げた領域における記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図１７は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，磁気ディスクの各ゾーンの一部の領域をトラックピッチの方が記録素子幅よりも広い領域に設定したことを説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
＜実施例１＞本発明の磁気ディスク装置の基本的な構成は、図３，図４，図５を用いて従来の技術の項で説明を行った形態とほぼ同じである。記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を、本発明の１例を示した図１と従来技術の１例を示した図２を比較しながら、本発明の実施例の形態と特徴について説明する。図１と図２においてヘッドはディスクに対して相対的に図面の左から右に移動しながら磁化情報の記録および再生を行う。図中では再生素子６３もしくは記録素子６４の左側のパターンが新たに記録された磁化情報に相当し、今回記録したトラック７１として表わしている。これに対して、再生素子６３もしくは記録素子６４の右側のパターンが、上書き消去される磁化情報であり、両図中では破棄可能なトラック７３として表している。影響を受けないトラック７４は、再生素子６３もしくは記録素子６４の走行する領域から外れているために、以前の磁化情報はそのまま維持される。
図１に示す本発明では、図２に示した従来技術に比べてトラックピッチを約半分にしてあり、単位面積あたり約２倍のデータを記憶することができる。本発明の再生素子６３は、隣接トラックの磁化情報を再生しないようにトラックピッチよりも狭くした。このため本発明の再生素子６２は、従来技術の再生素子６１に比べて約半分の幅である。これに対して本発明の記録素子６４、トラックピッチよりも広い構成とすることで、従来技術の記録素子６２と同等な幅にできた。これにより、記録素子６４は十分な強度の記録磁界を発生することができ、本発明の磁気ディスク装置は良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮ比を実現することができた。
本発明の磁気ディスク装置では、トラックピッチよりも広い記録素子６４を備えた複合ヘッドを備えるために、記録動作と共に隣接するトラックの磁化情報をトラックピッチ以下の幅に整形する動作を行うことができる。すなわち、記録時には図１に示すようなヘッド位置でフォロイング制御を行う。前回記録したトラック７２のうち、今回記録したトラック７１に干渉する片側の領域が上書き消去されることにより、再生素子６３で磁化情報を再生するに十分な幅のデータトラック７２を形成することができる。また、この位置関係を保ちながら記録を行うことにより、逆側の隣接トラック７４との干渉を避けることができる。
なお、図１に示す本発明では再生素子６３の幅をトラックピッチよりも狭くしているが、将来的に隣接トラックからの磁化情報を信号処理によって分離する技術が進めば、トラックピッチよりも広い幅とすることが可能である。さらに、隣接するトラックのコーディング方法を素にすることによって、２本のデータトラックを積極的に同時に再生して転送速度を向上することも可能である。
次に本発明の第２の実施形態として、記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を図７に示す。この磁気ディスク装置の複合ヘッドは、図７に示すようにトラックピッチの約３倍に相当する記録素子６６を備えている。このため、新たな磁化情報の記録に伴って上書き消去されるパターンが、破棄可能なトラック７３として示すようにトラック２本分の幅になる。この実施形態のようにトラックピッチの約３倍の幅の記録素子６６を用いることによって、より狭いトラックピッチの磁気ディスク装置が実現できる。また、さらなる高トラック密度の磁気ディスク装置を実現するために、記録素子幅とトラックピッチの比を、４，５，６と大きくすることも可能である。
以上に説明したいずれの実施形態においても、ディスクの半径方向の１方向に順に記録を行うことによって、狭いトラックピッチに対応するデータトラックを正しく形成していくことができる。本発明により、データのシリアル転送要求が多い画像の保存用に特に適した、安価で大容量な磁気ディスク装置を提供することができる。本発明の磁気ディスク装置に、画像の転送の単位に応じたダミートラックを設けることにより、パフォーマンス性能を格段に向上させることができる。例えば、転送の単位であるブロック容量を、画像１０秒分の容量程度に大きくすることによって、ダミートラックによるフォーマット効率の低下を押さえつつ、従来の磁気ディスク装置と同等のランダムアクセス性能を有する磁気ディスク装置を実現することができる。さらに、転送の単位を可変ブロックとし、ブロックの大きさを録画した画像のつなぎ目に対応させることで、ダミートラックによるフォーマット効率の低下をほとんど無視できるほど小さくすることができる。
記録素子をトラックピッチよりも広くする方式として、幅広のサーボパターンを形成するためにトラックピッチよりも幅広の記録素子をサーボパターンの形成時に用いる技術が、特開平１−９４５７４号公報や特開平５−２９８８４０号公報に開示されている。また、記録素子をずらしながら用いる方式として、磁気ディスクの磁化情報を狭ピッチでずらしながら消去する技術が、特開昭６３−３２７０５号公報に開示されている。また、素子幅がトラックピッチよりも広い構成となる方式として、２モードフロッピー装置向けに複数の素子のうち下位モードに対応する素子の幅を上位モードのトラックピッチよりも広くする技術が、特開平１−２５８２０９号公報や特開平５−２８４２７号公報に開示されている。ここに示したいずれの技術も、データトラックを記録する素子がトラックピッチよりも広い構成ではなく、隣のデータトラックを重ね書きする方式を用いていない。このため、記録素子の磁極幅よりもトラックピッチを小さくすることができないため、本発明の技術とは根本的に異なるものである。
＜実施例２＞本発明の磁気ディスク装置を、より多くの用途に適したパフォーマンス性能を持たせるために、スリップ先データテーブルを備えて、セクタ単位ごともしくはトラック単位ごとに交替処理を行うことができる。ディスク上の磁化情報の形成過程とスリップ先データテーブルの更新過程について、新しいデータを記録する工程を図１２に、上書きデータを記録する工程を図１３に示す。
図１２はディスクのトラック１０１とトラック１０２まで既に情報が記録されていて、トラック１０３以降には有効なデータが記録されていない磁化状態を示している。最終ポインタはトラック１０２を指し示している。スリップ（交替）先データテーブルの値は０で初期化されていて、どのトラックも交替処理が行われていないことを表している。ここで、新しいデータを記録する際には、最終ポインタ（前回最後に記録を行ったトラック番号）の値に従い、トラック１０３とトラック１０４に記録素子６４がまたがる位置にフォロイングを行いながら、磁化情報の記録を行う。記録が終了した時点で最終ポインタの値を１０２から１０３へと更新する。
図１３はディスクのトラック１０１からトラック１０３まで既に情報が記録されていて、トラック１０４以降には有効なデータが記録されていない磁化状態を示している。最終ポインタはトラック１０３を指し示している。ここで、トラック１０２に対して新しいデータを上書きする際には、最終ポインタの値に従って、トラック１０４とトラック１０５に記録素子６４がまたがる位置にフォロイングを行いながら磁化情報の記録を行う。記録が終了した時点で最終ポインタ値を１０３から１０４へと更新し、さらにスリップ先データテーブルのトラック番号１０２の値を０から２へと更新し、トラック番号１０４の値を０から被参照フラグの値Ｘを書き込む。後にトラック１０２を再生する際には、まずスリップ先データテーブルのトラック番号１０２の項目が２であることを参照し、１０２に２を加えたトラック１０４を再生することにより、上書きした新しいデータを正しく取り出すことができる。
本発明にスリップ先データテーブルを備えた磁気ディスク装置では、任意のトラックに対して任意回数の上書き処理を行うことが可能であり、従来の磁気ディスク装置とほぼ同等のランダムアクセス性能を発揮することができる。本実施例では、スリップ先データテーブルをトラック単位で設けることで、ハードウェアやコントローラーの負荷を軽減している。よりディスクの面積を効率的に活用するために、スリップ先データテーブルをセクタ単位で設けて高度な交替処理を行うことも可能である。
本発明のスリップ先データテーブルを備えた磁気ディスク装置では、定期的にスリップ先データテーブルの内容のデフラグメンテーションを実施することにより、交替処理が行われてアクセスが行われなくなったトラックもしくはセクタを再び使用可能な領域に復活させることができる。ここでは、トラック１０２がトラック１０４に交替された、図１３に示すような磁化状態を対象に説明を行う。この時のデフラグメンテーション処理工程に伴う、スリップ先データテーブルの更新過程を、図１４に示す。
まず工程１では、トラック１０３のデータを再生して、この再生した情報をトラック１０２とトラック１０３にまたがって記録する。スリップ先データテーブルの値はトラック番号１０３の値を０から−１へと更新する。以降、トラック１０３を再生する際には、スリップ先データテーブルの項目が−１であるから、１０３に−１を加えたトラック１０２を再生することになる。次に工程２では、トラック１０４のデータを再生して、この再生した情報をトラック１０３とトラック１０４にまたがって記録する、スリップ先データテーブルの値は参照元のトラック番号１０２の値を２から１へと更新する。以降、トラック１０２を再生する際には、スリップ先データテーブルの項目が１であるから、１０２に１を加えたトラック１０３を再生することになる。最後に工程３で、最終ポインタの値を１０４から１０３に更新し、スリップ先データテーブルのトラック番号１０４の値を被参照フラグのＸから０へと更新して、デフラグメンテーション処理が終了する。この処理により、新たにトラック１０４が使用可能なトラックとして復活する。
デフラグメンテーションを行うタイミングは、あらかじめユーザーが設定した時間間隔で、，ユーザーからの指示による任意時間でもよい。通常のデフラグメンテーション処理は、ユーザーからのアクセス要求が一定時間以上無い時刻に行われるが、本発明の磁気ディスク装置では処理途中でもユーザーからのアクセス要求に応答することが可能である。
＜実施例３＞本発明の磁気ディスク装置のパフォーマンス性能を、さらに高いものとするためにディスクの領域を、図１５にゾーン１５３からゾーン１５６まで、トラック中のセクタ数の異なる４つのゾーンを備えたディスクを例に説明を行う。ディスクの外周側からゾーン１５３には、１トラック中の３６０のセクタが設けられていて、順にゾーン１５４には３２４、ゾーン１５５には２８８、ゾーン１５６には２５２のセクタが設けられている。ゾーン境界には、外周と内周の隣接データがトラックのセクタ配置が異なることから、相互に干渉することを避けてダミートラックが設けられている。
ディスク内周側の３つのゾーン１５４からゾーン１５６までは、図１に示したような記録素子６４および再生素子６２の幅とトラックピッチとの関係になるように、狭トラックピッチ領域１５２に設定している。これに対して、外周側のゾーン１５３では、図１６に示したような記録素子６８および再生素子６７の幅とトラックピッチとの関係になるように、広トラックピッチ領域１５１に設定した。このような設定にすることによって、ゾーン１５３ではスリップ先データテーブルを用いた交替処理を行うことなく、直接に上書きしてデータを置き換えることができる。このゾーン１５３に、特に頻繁に置き換えを行う可能性のあるデータを配置することによって、交替処理の繰り返しによる記録効率の低下を避けることができる。例えば、オペレーションシステムがファイルを管理するためのファイルアロケーションテーブルや、ＲＡＭディスクファイル、システムのスワップファイルなどが、頻繁に置き換えを行う可能性のあるデータである。このように、特定のデータを優先的にゾーン１５３に再配置する処理は、オペレーションシステムよりも上位のアプリケーションによって実現することができる。
また、広トラックピッチ領域１５１と狭トラックピッチ領域１５２との境界は、工場出荷前にサーボトラックライタのような特殊な装置で割り当てるものではなく、磁気ディスク装置内のマイクロプログラムによって実現する機能である。工場から磁気ディスクを出荷した後に、ユーザーが任意に変更できる機能を備えることで、個々の使用環境で最高のパフォーマンスを発揮する磁気ディスク装置に最適化が可能となる。
ディスクの領域を、トラックピッチの異なるいくつかの領域に分離する第２の実施例として、各ゾーンの一部の面積を、トラックピッチの広い領域に割り当てることができる。図１７に示したディスクは、図１５のディスクと同様にゾーン１５３からゾーン１５６まで、トラック中のセクタ数の異なる４つのゾーンを備えている。内周側のゾーン１５６では、２５２セクタの全てが狭トラックピッチ領域１６２に割り当てられている。ディスク外周側の３つのゾーン１５３からゾーン１５５までは、先頭から２５２セクタ分の領域が、狭トラックピッチ領域１６２に割り当てられていて、残りのセクタが広トラックピッチ領域１６１に割り当てられている。この設定により、狭トラックピッチ領域１６２の１トラック中のセクタ数を、外周から内周のゾーンにわたって同一数にできる。このため、スリップ先データテーブルをトラック単位で設け、ハードウェアやコントローラーの負荷を軽減することができる。
＜実施例４＞実効記録トラック幅は、実際にディスクに記録された磁化パターンの半値幅で規定することができる。また、実効消去トラック幅は、実際にディスクに記録された磁化パターンで上書き消去された下地トラックの半値幅で規定することができる。記録素子幅が約１．６μｍのヘッドに対して、イオンミリング技術により約１．４μｍ，１．１μｍ，０．９μｍ幅に狭くするトリミング処理を行った。このヘッドにおいて、実効記録トラック幅と実効消去トラック幅を実測した結果を、各ヘッドの記録素子の幾何学幅を横軸にして図１０のグラフに示す。実効消去トラック幅は実効記録トラック幅よりも広くなり、その差は記録素子の幾何学幅によらず約０．５μｍとほぼ一定であることを発見した。このことは、記録素子の幾何学幅を限りなく狭くしても、実効消去トラック幅がある幅で残ることを示唆している。
本発明の磁気ディスク装置は、図１１に示すようにトラックピッチを実効消去トラック幅の約半分とする構成のヘッドを備える。従来の磁気ディスク装置では、実効消去トラック幅をトラックピッチと同等とするために、記録素子の幾何学幅を極端に狭くする必要があった。本発明の磁気ディスク装置は、十分な記録磁界強度を発生できる幅の記録素子６９を備えることができ、良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮを実現することができた。この磁気ディスク装置に実施例１で説明を行った順次記録や、実施例２で説明を行ったスリップ先データテーブルを用いる交替処理や、実施例３で説明を行った複数のトラックピッチの領域を設定する技術を適用することによって、さらにパフォーマンス性能に優れた、大容量の磁気ディスク装置を提供することができる。
＜実施例５＞磁気ディスク装置は、古い磁化情報が書き込まれたデータトラックの上に新しい磁化情報を上書き記録する直接オーバーライト記録方式を採用している。消去工程を必要とせずに古い磁化情報のマスクができるために、高いパフォーマンス性能を実現することができる。しかし、わずかに残る古い磁化情報の成分は、新しい磁化情報のクロック周波数と同一であるために分離が難しく、ノイズ成分として信号ＳＮを劣化させる直接要因になる。新しい磁化情報の上書き記録の前後における、古い磁化情報の信号強度比はオーバーライト特性と呼ばれる。このオーバーライト特性が小さいほど、ノイズ成分も小さくなって良好な信号ＳＮを得ることができる。十分な信号ＳＮを得るために必要な、オーバーライト特性のひとつの目標値は約−３０ｄＢである。
今回、記録素子幅が約１．６μｍのヘッドに対して、イオンミリング技術により約１．４μｍ，１．１μｍ，０．９μｍ幅に狭くするトリミング処理を行った。このヘッドにおいて、オーバーライト特性を実測した結果を、各ヘッドの記録素子の幾何学幅を横軸にして図８のグラフに示す。オーバーライト特性は、記録素子の幾何学幅が小さくなるほど悪化することを発見した。このとき、−３０ｄＢ以下のオーバーライト特性を示すヘッドの記録素子の幾何学幅は、再生素子の幾何学幅の２倍よりも大きなヘッドだけであった。
本発明の磁気ディスク装置は、図９に示すように記録素子６８の幾何学幅を、再生素子６７の幾何学幅の２倍以上とする構成のヘッドを備える。従来の磁気ディスク装置では、記録素子の幾何学幅は再生素子の幾何学幅の１．２から１．５倍程度に設定していた。実効再生トラック幅は再生素子の幾何学幅とほぼ同等になるが、実効再生幅をトラックピッチよりも狭くすることに伴って、記録素子の幾何学幅を極端に狭くする必要があった。本発明の磁気ディスク装置は、十分な記録磁界強度を発生できる幅の記録素子６８を備えることができ、良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮを実現することができた。この磁気ディスク装置に実施例１で説明を行った順次記録や、実施例２で説明を行ったスリップ先データテーブルを用いる交替処理や、実施例３で説明を行った複数のトラックピッチの領域を設定する技術を適用することによって、さらにパフォーマンス性能に優れた、大容量の磁気ディスク装置を提供することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、記録用素子と再生用素子が分離した複合ヘッドを用いたディスク装置において、トラックピッチを記録素子で形成される記録トラック幅よりも小さな構成とすることにより、記録素子幅の狭小化に伴う記録磁界強度の低下を避けることができるので、トラック密度を高めた大容量の磁気ディスク装置を実現することができる。
また、スリップ先データテーブルを備えることによって、任意箇所のデータを書き換え可能なランダムアクセス性能を有する磁気ディスク装置を実現することができる。
さらに、ディスクの一部分の領域のトラックピッチを広げて直接にデータの置き換えが可能な領域を設けることによって、コントローラーのオーバーヘッドが少ないパフォーマンス性能に優れた磁気ディスク装置を実現することができる。
本発明は、複合ヘッドを用いて磁気ディスクに磁気情報の記録および再生を行う磁気ディスク装置に関する。
背景技術
磁気ディスク装置は、回転するディスクに対してヘッドを半径方向に移動させて、目的とするデータトラックに正確に位置決めを行い、磁気的に情報の記録および再生を行なうものである。
代表的な磁気ディスク装置の概略的な構成を説明する断面図を図３に示す。この例では８本のヘッド１１が、ボイスコイルモータ１４によって駆動される一つのロータリ型アクチュエータ１３に支えられている。８本のヘッド１１のそれぞれが、４枚のディスク１２の各両面に対して記録再生を行う。
本装置の概略的な構成を示す平面図を図４に示す。ロータリ型アクチュエータ１３はボイスコイルモータによって駆動されて、回転するディスク１２の半径方向にヘッド１１を移動させることができる。
また、この装置の一部分を上面から見た模式図を図５に示す。磁気ディスク１２には工場出荷前にヘッドの位置情報を表す特殊な磁化情報が書き込まれている。この位置情報に基づいてＣＰＵ（中央制御部）がボイスコイルモータに与える電力を決定し、ロータリー型アクチュエータ１３を介して目的のトラック１５に対するヘッド１１の正確な位置決めを行う。なお図５ではトラック１５を実線で明記したが、トラックは磁気情報で形成されるものであり実際には光学的に直接認識できるものではない。
次に、磁気ディスク装置のヘッド部分を上面から透視した模式図を図６に示す。ヘッド１１には磁気抵抗効果型の再生素子６１とインダクティブ型の記録素子６２が同一のスライダー上に積層された複合型ヘッドもしくは録再分離型ヘッドと呼ばれる構造をしている。再生素子６１には、鉄−ニッケル合金の磁気抵抗効果を利用したＭＲ素子を用いる技術が広く知られている。また鉄−ニッケル合金を非磁性材料でサンドイッチしたＧＭＲ素子の実用化も検討されている。ＭＲ素子は短波長の記録情報の再生感度に優れる特徴を持つことから、磁気ディスク装置の記録密度を高めるために有効な技術である。このＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子は記録動作を行うことができないために、薄膜をエッチングして微小な磁極やコイルを形成したインダクティブ素子を記録素子６２として用いる。インダクティブ素子の動作原理は、従来から広く用いられているテープレコーダー等と同様である。近年発表される磁気ディスク装置のほとんどが，この複合型ヘッドを採用している．なお、図６では再生素子６１と記録素子６２を長方形の記号で示しているが、便宜的に素子の幅や位置を視覚的に説明するためであり、実際の素子の光学的な形状とは異なる。これは素子の幅や位置を説明する以降の図面でも同様である。
磁気ディスク装置はいったん記憶した情報を任意に書き換えできることが大きな特徴である。古い磁化情報が書き込まれたデータトラックの上に新しい磁化情報が上書きされることにより、古い磁化情報のほとんどの成分がマスクされる。この記録方式は直接オーバーライト記録方式と呼ばれ、消去工程を必要としないために高いパフォーマンス性能を実現できることから、全ての磁気ディスク装置で採用されている。
この直接オーバーライト記録方式を用いた磁気ディスク装置では、隣接するデータトラックを消去しないように図６に示すように記録素子６２の幅をトラックピッチよりも狭くすることで、磁気ディスク装置の信頼性を確保する。これは、記録時のヘッド磁界がトラック幅方向への広がりを持つためであり、古い磁化情報が消去される領域が記録トラックの両側に形成されるからである。この消去された両側の領域を含めた記録幅は消去幅と呼ばれる。さらに再生素子６１の幅は、記録時と再生時とのヘッドの位置決め誤差分を考慮して、特開昭５９−１６８９０５号公報に開示されているように、信号Ｓ／Ｎを確保できる範囲で記録幅よりも狭い幅にすることが望ましい。トラックピッチに対して適切な記録素子幅と再生素子幅の設定を行うと、記録時に隣接トラックを消去してデータが失われる危険性を回避することができる。さらに、パフォーマンス性能を劣化させる再生時のリトライの頻度が低く、かつ十分な信号Ｓ／Ｎにより優れたビットエラーレートを得る磁気ディスク装置を実現することができる。
このＭＲ素子に代表される磁気抵抗効果素子は、再生感度に優れる特徴を持つことにより、磁気ディスクの回転方向の記録密度を高めたり、磁気ディスクの半径方向にあるトラック密度を高めるために有効な技術である。
しかし、記録用の素子であるインダクティブ素子は、磁気ディスクの磁性層の磁化を反転させるために必要な磁束を通さなければならないため、その断面積を小さくすることができない。このために、トラック幅を小さくすると逆に磁極の厚みが大きくなる傾向がある。例えば、幅方向が１．５μｍのトラック幅のインダクティブ素子の磁極は、３μｍ以上と厚い構造を必要とする。このためトラック幅方向の公差を十分小さく保つことが大きな課題となっている。
また、磁極の断面形状の高さ／幅で規定されるアスペクト比が極端に１から大きな値となると、構造的な磁気抵抗が大きくなるとともに、磁極の磁気異方性を一方向にそろえることが難しくなり、極が効果的に磁束を通さなくなる。磁極の記録ギャップから放出される磁界強度が弱くなると、以前に記録した磁化情報をオーバーライトする特性が悪化し、記録した磁化の遷移長が長くなり分解能が低下し、媒体起因のノイズ成分が大きくなり、磁気ディスク装置として必要な信号Ｓ／Ｎを確保することが難しくなる。
磁極のトラック幅を小さくしても、磁極の磁気抵抗を低下させない技術として、磁極材料に飽和磁束密度の高い材料を用いて磁極の必要断面積を減少させる方法と、磁極の先端部の断面形状だけを小さく絞る方法が考案されている。ただし、現状のＦｅ濃度を高めたＮｉＦｅ合金の飽和磁束密度を大きく超える磁性材料を作成する技術が確立していないことと、先端部の断面形状だけを小さくするためには、複雑でタクトの長いプロセスを必要とするために、製造コストが高くなる欠点がある。
従来技術では、磁極のトラック幅方向の寸法には下限があり、特に、０．７μｍ以下のトラック幅で十分な信号Ｓ／Ｎを確保することができなかった。かかる問題を解決するために、特開平７−１９２２２６号公報に開示された技術では、磁極のトラック幅をトラックピッチよりも大きな寸法にした磁気ディスク装置が提案されている。この技術では磁極のトラック幅寸法の下限を超える高トラック密度の磁気ディスク装置を実現する可能性があるものの、逆に再生ヘッドのトラック幅寸法をトラックピッチに比べて極端に小さくする必要がある。小さなトラック幅寸法の再生ヘッドでは小さな再生出力しか得られないために、この技術を用いてトラック密度を高めるには，再生ヘッドを改良する技術を必要とする点が問題として残っていた。
このため、十分な磁界強度を発生する広い磁極幅の記録素子と十分な再生感度を有する広い再生幅の再生素子とを用いるとともに、データトラックの幅を狭くして磁気ディスク装置の記録密度を向上する技術の開発が望まれていた。
発明の開示
上記問題点は、記録素子で形成される記録トラック幅をトラックピッチよりも大きく、再生素子で形成される再生トラック幅をトラックピッチよりも小さくするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら記録を行い、磁気ディスクから磁化情報を再生する際に１トラックだけ独立に再生を行う技術を用いることで解決することができる。また、記録素子で形成される消去トラック幅をトラックピッチの整数倍の構成とするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら順番に記録を行う技術を用いることによっても解決することができる。また、記録素子の幾何学幅を再生素子の幾何学幅の２倍以上の構成とするとともに、磁気ディスクの半径方向へ１トラックずつずらしながら順番に記録を行う技術を用いることによっても解決することができる。このとき、スリップ先データテーブルを備えて物理アドレスを交替させる技術を併用するによって、上記問題点を解決するとともに本技術を用いた磁気ディスク装置のパフォーマンス性能を向上させることができる。さらに、ユーザーからの指示要求やマイクロプログラムの割り込み要求に応じてスリップ先データテーブルのデフラグメンテーション処理を実施することによって、使用初期のパフォーマンス性能を長期にわたり維持することができる。
このとき、複数のゾーン毎にトラックピッチの異なる複数の領域に分離することによって、従来の磁気ディスク装置と同等のパフォーマンス性能を発揮する領域と、記録密度が倍以上となる領域とを一台の磁気ディスク装置の中で共有することができる。さらに、トラックピッチの異なる複数の領域の境界を、ユーザーが任意に設定できる機能を備えることによって、個々のアプリケーションに応じてパフォーマンスを高めるように最適化を行うことができる。さらに、トラックピッチの広い領域にオペレーションシステムがファイルを管理するファイルアロケーションデータを格納する機能を備えることによって、オペレーションシステムのディスク入出力のパフォーマンス性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の磁気ディスク装置の第１の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図２は、従来の磁気ディスク装置の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図３は、磁気ディスク装置の概略的な構成の一例を説明する断面図である。
図４は、磁気ディスク装置の概略的な構成の一例を説明する平面図である。
図５は、磁気ディスク装置の一部分を上面から見た模式図である。
図６は、磁気ディスク装置のヘッド部分を上面から透視した模式図である。
図７は、本発明の磁気ディスク装置の第２の実施例における，記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図８は、オーバーライト特性と記録素子幅との関係を説明する図である。
図９は、本発明の磁気ディスク装置の第３の実施例における，再生素子幅と記録素子幅との幾何学的な関係を説明する図である。
図１０は、実効記録トラック幅および実効消去トラック幅と記録素子幅との関係を説明する図である。
図１１は、本発明の磁気ディスク装置の第４の実施例における，記録および消去トラック幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図１２は、本発明の磁気ディスク装置に新しいデータを記録する際の，磁化情報を追加した様子とスリップ先データテーブルの内容を更新する工程を説明する図である。
図１３は、本発明の磁気ディスク装置に上書きデータを記録する際の，磁化情報を追加した様子とスリップ先データテーブルの内容を更新する工程を説明する図である。
図１４は、本発明の磁気ディスク装置のスリップ先データテーブルの，デフラグメンテーション処理工程を説明する図である。
図１５は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，磁気ディスクの外周側のゾーン領域をトラックピッチの方が記録素子幅よりも広い領域に設定したことを説明する図である。
図１６は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，トラックピッチを広げた領域における記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を説明する図である。
図１７は、本発明の磁気ディスク装置の一つの実施例において，磁気ディスクの各ゾーンの一部の領域をトラックピッチの方が記録素子幅よりも広い領域に設定したことを説明する図である。
発明を実施するための最良の形態
＜実施例１＞本発明の磁気ディスク装置の基本的な構成は、図３，図４，図５を用いて従来の技術の項で説明を行った形態とほぼ同じである。記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を、本発明の１例を示した図１と従来技術の１例を示した図２を比較しながら、本発明の実施例の形態と特徴について説明する。図１と図２においてヘッドはディスクに対して相対的に図面の左から右に移動しながら磁化情報の記録および再生を行う。図中では再生素子６３もしくは記録素子６４の左側のパターンが新たに記録された磁化情報に相当し、今回記録したトラック７１として表わしている。これに対して、再生素子６３もしくは記録素子６４の右側のパターンが、上書き消去される磁化情報であり、両図中では破棄可能なトラック７３として表している。影響を受けないトラック７４は、再生素子６３もしくは記録素子６４の走行する領域から外れているために、以前の磁化情報はそのまま維持される。
図１に示す本発明では、図２に示した従来技術に比べてトラックピッチを約半分にしてあり、単位面積あたり約２倍のデータを記憶することができる。本発明の再生素子６３は、隣接トラックの磁化情報を再生しないようにトラックピッチよりも狭くした。このため本発明の再生素子６２は、従来技術の再生素子６１に比べて約半分の幅である。これに対して本発明の記録素子６４、トラックピッチよりも広い構成とすることで、従来技術の記録素子６２と同等な幅にできた。これにより、記録素子６４は十分な強度の記録磁界を発生することができ、本発明の磁気ディスク装置は良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮ比を実現することができた。
本発明の磁気ディスク装置では、トラックピッチよりも広い記録素子６４を備えた複合ヘッドを備えるために、記録動作と共に隣接するトラックの磁化情報をトラックピッチ以下の幅に整形する動作を行うことができる。すなわち、記録時には図１に示すようなヘッド位置でフォロイング制御を行う。前回記録したトラック７２のうち、今回記録したトラック７１に干渉する片側の領域が上書き消去されることにより、再生素子６３で磁化情報を再生するに十分な幅のデータトラック７２を形成することができる。また、この位置関係を保ちながら記録を行うことにより、逆側の隣接トラック７４との干渉を避けることができる。
なお、図１に示す本発明では再生素子６３の幅をトラックピッチよりも狭くしているが、将来的に隣接トラックからの磁化情報を信号処理によって分離する技術が進めば、トラックピッチよりも広い幅とすることが可能である。さらに、隣接するトラックのコーディング方法を素にすることによって、２本のデータトラックを積極的に同時に再生して転送速度を向上することも可能である。
次に本発明の第２の実施形態として、記録および再生素子の幅とトラックピッチとの関係を図７に示す。この磁気ディスク装置の複合ヘッドは、図７に示すようにトラックピッチの約３倍に相当する記録素子６６を備えている。このため、新たな磁化情報の記録に伴って上書き消去されるパターンが、破棄可能なトラック７３として示すようにトラック２本分の幅になる。この実施形態のようにトラックピッチの約３倍の幅の記録素子６６を用いることによって、より狭いトラックピッチの磁気ディスク装置が実現できる。また、さらなる高トラック密度の磁気ディスク装置を実現するために、記録素子幅とトラックピッチの比を、４，５，６と大きくすることも可能である。
以上に説明したいずれの実施形態においても、ディスクの半径方向の１方向に順に記録を行うことによって、狭いトラックピッチに対応するデータトラックを正しく形成していくことができる。本発明により、データのシリアル転送要求が多い画像の保存用に特に適した、安価で大容量な磁気ディスク装置を提供することができる。本発明の磁気ディスク装置に、画像の転送の単位に応じたダミートラックを設けることにより、パフォーマンス性能を格段に向上させることができる。例えば、転送の単位であるブロック容量を、画像１０秒分の容量程度に大きくすることによって、ダミートラックによるフォーマット効率の低下を押さえつつ、従来の磁気ディスク装置と同等のランダムアクセス性能を有する磁気ディスク装置を実現することができる。さらに、転送の単位を可変ブロックとし、ブロックの大きさを録画した画像のつなぎ目に対応させることで、ダミートラックによるフォーマット効率の低下をほとんど無視できるほど小さくすることができる。
記録素子をトラックピッチよりも広くする方式として、幅広のサーボパターンを形成するためにトラックピッチよりも幅広の記録素子をサーボパターンの形成時に用いる技術が、特開平１−９４５７４号公報や特開平５−２９８８４０号公報に開示されている。また、記録素子をずらしながら用いる方式として、磁気ディスクの磁化情報を狭ピッチでずらしながら消去する技術が、特開昭６３−３２７０５号公報に開示されている。また、素子幅がトラックピッチよりも広い構成となる方式として、２モードフロッピー装置向けに複数の素子のうち下位モードに対応する素子の幅を上位モードのトラックピッチよりも広くする技術が、特開平１−２５８２０９号公報や特開平５−２８４２７号公報に開示されている。ここに示したいずれの技術も、データトラックを記録する素子がトラックピッチよりも広い構成ではなく、隣のデータトラックを重ね書きする方式を用いていない。このため、記録素子の磁極幅よりもトラックピッチを小さくすることができないため、本発明の技術とは根本的に異なるものである。
＜実施例２＞本発明の磁気ディスク装置を、より多くの用途に適したパフォーマンス性能を持たせるために、スリップ先データテーブルを備えて、セクタ単位ごともしくはトラック単位ごとに交替処理を行うことができる。ディスク上の磁化情報の形成過程とスリップ先データテーブルの更新過程について、新しいデータを記録する工程を図１２に、上書きデータを記録する工程を図１３に示す。
図１２はディスクのトラック１０１とトラック１０２まで既に情報が記録されていて、トラック１０３以降には有効なデータが記録されていない磁化状態を示している。最終ポインタはトラック１０２を指し示している。スリップ（交替）先データテーブルの値は０で初期化されていて、どのトラックも交替処理が行われていないことを表している。ここで、新しいデータを記録する際には、最終ポインタ（前回最後に記録を行ったトラック番号）の値に従い、トラック１０３とトラック１０４に記録素子６４がまたがる位置にフォロイングを行いながら、磁化情報の記録を行う。記録が終了した時点で最終ポインタの値を１０２から１０３へと更新する。
図１３はディスクのトラック１０１からトラック１０３まで既に情報が記録されていて、トラック１０４以降には有効なデータが記録されていない磁化状態を示している。最終ポインタはトラック１０３を指し示している。ここで、トラック１０２に対して新しいデータを上書きする際には、最終ポインタの値に従って、トラック１０４とトラック１０５に記録素子６４がまたがる位置にフォロイングを行いながら磁化情報の記録を行う。記録が終了した時点で最終ポインタ値を１０３から１０４へと更新し、さらにスリップ先データテーブルのトラック番号１０２の値を０から２へと更新し、トラック番号１０４の値を０から被参照フラグの値Ｘを書き込む。後にトラック１０２を再生する際には、まずスリップ先データテーブルのトラック番号１０２の項目が２であることを参照し、１０２に２を加えたトラック１０４を再生することにより、上書きした新しいデータを正しく取り出すことができる。
本発明にスリップ先データテーブルを備えた磁気ディスク装置では、任意のトラックに対して任意回数の上書き処理を行うことが可能であり、従来の磁気ディスク装置とほぼ同等のランダムアクセス性能を発揮することができる。本実施例では、スリップ先データテーブルをトラック単位で設けることで、ハードウェアやコントローラーの負荷を軽減している。よりディスクの面積を効率的に活用するために、スリップ先データテーブルをセクタ単位で設けて高度な交替処理を行うことも可能である。
本発明のスリップ先データテーブルを備えた磁気ディスク装置では、定期的にスリップ先データテーブルの内容のデフラグメンテーションを実施することにより、交替処理が行われてアクセスが行われなくなったトラックもしくはセクタを再び使用可能な領域に復活させることができる。ここでは、トラック１０２がトラック１０４に交替された、図１３に示すような磁化状態を対象に説明を行う。この時のデフラグメンテーション処理工程に伴う、スリップ先データテーブルの更新過程を、図１４に示す。
まず工程１では、トラック１０３のデータを再生して、この再生した情報をトラック１０２とトラック１０３にまたがって記録する。スリップ先データテーブルの値はトラック番号１０３の値を０から−１へと更新する。以降、トラック１０３を再生する際には、スリップ先データテーブルの項目が−１であるから、１０３に−１を加えたトラック１０２を再生することになる。次に工程２では、トラック１０４のデータを再生して、この再生した情報をトラック１０３とトラック１０４にまたがって記録する、スリップ先データテーブルの値は参照元のトラック番号１０２の値を２から１へと更新する。以降、トラック１０２を再生する際には、スリップ先データテーブルの項目が１であるから、１０２に１を加えたトラック１０３を再生することになる。最後に工程３で、最終ポインタの値を１０４から１０３に更新し、スリップ先データテーブルのトラック番号１０４の値を被参照フラグのＸから０へと更新して、デフラグメンテーション処理が終了する。この処理により、新たにトラック１０４が使用可能なトラックとして復活する。
デフラグメンテーションを行うタイミングは、あらかじめユーザーが設定した時間間隔で、，ユーザーからの指示による任意時間でもよい。通常のデフラグメンテーション処理は、ユーザーからのアクセス要求が一定時間以上無い時刻に行われるが、本発明の磁気ディスク装置では処理途中でもユーザーからのアクセス要求に応答することが可能である。
＜実施例３＞本発明の磁気ディスク装置のパフォーマンス性能を、さらに高いものとするためにディスクの領域を、図１５にゾーン１５３からゾーン１５６まで、トラック中のセクタ数の異なる４つのゾーンを備えたディスクを例に説明を行う。ディスクの外周側からゾーン１５３には、１トラック中の３６０のセクタが設けられていて、順にゾーン１５４には３２４、ゾーン１５５には２８８、ゾーン１５６には２５２のセクタが設けられている。ゾーン境界には、外周と内周の隣接データがトラックのセクタ配置が異なることから、相互に干渉することを避けてダミートラックが設けられている。
ディスク内周側の３つのゾーン１５４からゾーン１５６までは、図１に示したような記録素子６４および再生素子６２の幅とトラックピッチとの関係になるように、狭トラックピッチ領域１５２に設定している。これに対して、外周側のゾーン１５３では、図１６に示したような記録素子６８および再生素子６７の幅とトラックピッチとの関係になるように、広トラックピッチ領域１５１に設定した。このような設定にすることによって、ゾーン１５３ではスリップ先データテーブルを用いた交替処理を行うことなく、直接に上書きしてデータを置き換えることができる。このゾーン１５３に、特に頻繁に置き換えを行う可能性のあるデータを配置することによって、交替処理の繰り返しによる記録効率の低下を避けることができる。例えば、オペレーションシステムがファイルを管理するためのファイルアロケーションテーブルや、ＲＡＭディスクファイル、システムのスワップファイルなどが、頻繁に置き換えを行う可能性のあるデータである。このように、特定のデータを優先的にゾーン１５３に再配置する処理は、オペレーションシステムよりも上位のアプリケーションによって実現することができる。
また、広トラックピッチ領域１５１と狭トラックピッチ領域１５２との境界は、工場出荷前にサーボトラックライタのような特殊な装置で割り当てるものではなく、磁気ディスク装置内のマイクロプログラムによって実現する機能である。工場から磁気ディスクを出荷した後に、ユーザーが任意に変更できる機能を備えることで、個々の使用環境で最高のパフォーマンスを発揮する磁気ディスク装置に最適化が可能となる。
ディスクの領域を、トラックピッチの異なるいくつかの領域に分離する第２の実施例として、各ゾーンの一部の面積を、トラックピッチの広い領域に割り当てることができる。図１７に示したディスクは、図１５のディスクと同様にゾーン１５３からゾーン１５６まで、トラック中のセクタ数の異なる４つのゾーンを備えている。内周側のゾーン１５６では、２５２セクタの全てが狭トラックピッチ領域１６２に割り当てられている。ディスク外周側の３つのゾーン１５３からゾーン１５５までは、先頭から２５２セクタ分の領域が、狭トラックピッチ領域１６２に割り当てられていて、残りのセクタが広トラックピッチ領域１６１に割り当てられている。この設定により、狭トラックピッチ領域１６２の１トラック中のセクタ数を、外周から内周のゾーンにわたって同一数にできる。このため、スリップ先データテーブルをトラック単位で設け、ハードウェアやコントローラーの負荷を軽減することができる。
＜実施例４＞実効記録トラック幅は、実際にディスクに記録された磁化パターンの半値幅で規定することができる。また、実効消去トラック幅は、実際にディスクに記録された磁化パターンで上書き消去された下地トラックの半値幅で規定することができる。記録素子幅が約１．６μｍのヘッドに対して、イオンミリング技術により約１．４μｍ，１．１μｍ，０．９μｍ幅に狭くするトリミング処理を行った。このヘッドにおいて、実効記録トラック幅と実効消去トラック幅を実測した結果を、各ヘッドの記録素子の幾何学幅を横軸にして図１０のグラフに示す。実効消去トラック幅は実効記録トラック幅よりも広くなり、その差は記録素子の幾何学幅によらず約０．５μｍとほぼ一定であることを発見した。このことは、記録素子の幾何学幅を限りなく狭くしても、実効消去トラック幅がある幅で残ることを示唆している。
本発明の磁気ディスク装置は、図１１に示すようにトラックピッチを実効消去トラック幅の約半分とする構成のヘッドを備える。従来の磁気ディスク装置では、実効消去トラック幅をトラックピッチと同等とするために、記録素子の幾何学幅を極端に狭くする必要があった。本発明の磁気ディスク装置は、十分な記録磁界強度を発生できる幅の記録素子６９を備えることができ、良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮを実現することができた。この磁気ディスク装置に実施例１で説明を行った順次記録や、実施例２で説明を行ったスリップ先データテーブルを用いる交替処理や、実施例３で説明を行った複数のトラックピッチの領域を設定する技術を適用することによって、さらにパフォーマンス性能に優れた、大容量の磁気ディスク装置を提供することができる。
＜実施例５＞磁気ディスク装置は、古い磁化情報が書き込まれたデータトラックの上に新しい磁化情報を上書き記録する直接オーバーライト記録方式を採用している。消去工程を必要とせずに古い磁化情報のマスクができるために、高いパフォーマンス性能を実現することができる。しかし、わずかに残る古い磁化情報の成分は、新しい磁化情報のクロック周波数と同一であるために分離が難しく、ノイズ成分として信号ＳＮを劣化させる直接要因になる。新しい磁化情報の上書き記録の前後における、古い磁化情報の信号強度比はオーバーライト特性と呼ばれる。このオーバーライト特性が小さいほど、ノイズ成分も小さくなって良好な信号ＳＮを得ることができる。十分な信号ＳＮを得るために必要な、オーバーライト特性のひとつの目標値は約−３０ｄＢである。
今回、記録素子幅が約１．６μｍのヘッドに対して、イオンミリング技術により約１．４μｍ，１．１μｍ，０．９μｍ幅に狭くするトリミング処理を行った。このヘッドにおいて、オーバーライト特性を実測した結果を、各ヘッドの記録素子の幾何学幅を横軸にして図８のグラフに示す。オーバーライト特性は、記録素子の幾何学幅が小さくなるほど悪化することを発見した。このとき、−３０ｄＢ以下のオーバーライト特性を示すヘッドの記録素子の幾何学幅は、再生素子の幾何学幅の２倍よりも大きなヘッドだけであった。
本発明の磁気ディスク装置は、図９に示すように記録素子６８の幾何学幅を、再生素子６７の幾何学幅の２倍以上とする構成のヘッドを備える。従来の磁気ディスク装置では、記録素子の幾何学幅は再生素子の幾何学幅の１．２から１．５倍程度に設定していた。実効再生トラック幅は再生素子の幾何学幅とほぼ同等になるが、実効再生幅をトラックピッチよりも狭くすることに伴って、記録素子の幾何学幅を極端に狭くする必要があった。本発明の磁気ディスク装置は、十分な記録磁界強度を発生できる幅の記録素子６８を備えることができ、良好なオーバーライト特性と高い信号ＳＮを実現することができた。この磁気ディスク装置に実施例１で説明を行った順次記録や、実施例２で説明を行ったスリップ先データテーブルを用いる交替処理や、実施例３で説明を行った複数のトラックピッチの領域を設定する技術を適用することによって、さらにパフォーマンス性能に優れた、大容量の磁気ディスク装置を提供することができる。
産業上の利用可能性
本発明は、記録用素子と再生用素子が分離した複合ヘッドを用いたディスク装置において、トラックピッチを記録素子で形成される記録トラック幅よりも小さな構成とすることにより、記録素子幅の狭小化に伴う記録磁界強度の低下を避けることができるので、トラック密度を高めた大容量の磁気ディスク装置を実現することができる。
また、スリップ先データテーブルを備えることによって、任意箇所のデータを書き換え可能なランダムアクセス性能を有する磁気ディスク装置を実現することができる。
さらに、ディスクの一部分の領域のトラックピッチを広げて直接にデータの置き換えが可能な領域を設けることによって、コントローラーのオーバーヘッドが少ないパフォーマンス性能に優れた磁気ディスク装置を実現することができる。
Claims (11)
- 磁気ディスクに磁化情報を記録する記録素子と該磁気ディスクの磁化情報を電気信号に変換する再生素子とを備える複合型ヘッドを用いた磁気ディスク装置において、
前記記録素子で形成される記録トラック幅がトラックピッチよりも大きい複合型ヘッドを備え、
前記磁気ディスクに磁化情報を記録する際に該磁気ディスクの半径方向へ１トラック記録する毎に記録素子の位置をトラック幅方向に１トラックピッチずつ送りながら記録を行い、前記磁気ディスクから磁化情報を再生する際に再生素子をトラックの中心に位置付けて，前記トラックの磁化情報の再生を行い、
上記磁気ディスク上の物理アドレスの交替先を管理するスリップ先データテーブルを備え、既に記録された情報を更新する際には、前記スリップ先データテーブルを検索して更新されるセクタもしくはトラックのポインタ値を最終ポインタを指し示す値に書き換え、前記スリップ先データテーブルを検索して最終ポインタ値の指し示すセクタもしくはトラックに新しい情報を記録することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 上記磁気ディスクが該磁気ディスクの半径ごとに１トラック中のセクタ数が異なる複数のゾーンに分割されており、かつ該ゾーンの少なくとも１つのゾーンがさらにトラックピッチの異なる複数の領域に分離されていることを特徴とする請求項１記載の磁気ディスク装置。
- 上記トラックピッチの異なる複数の領域の境界を、上記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域のディスク上の面積比率や配置場所を変更する機能を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ディスク装置。
- 上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域にファイルのディレクトリ情報が記録されるように、上記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域のディスク上の面積比率や配置場所を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ディスク装置。
- 磁気ディスクに磁化情報を記録する記録素子と該磁気ディスクの磁化情報を電気信号に変換する再生素子とを備える複合型ヘッドを用いた磁気ディスク装置において、
前記記録素子で形成される消去トラック幅がトラックピッチのおよそ整数倍となる複合型ヘッドを備え、
前記磁気ディスクに磁化情報を記録する際に該磁気ディスクの半径方向へ１トラック記録する毎に記録素子の位置をトラック幅方向に１トラックピッチずつ送りながら記録を行い、前記磁気ディスクから磁化情報を再生する際に再生素子をトラックの中心に位置付けて，前記トラックの磁化情報の再生を行い、
磁気ディスク上の物理アドレスの交替先を管理するスリップ先データテーブルを備え、既に記録された情報を更新する際には、前記スリップ先データテーブルを検索して更新されるセクタもしくはトラックのポインタ値を最終ポインタを指し示す値に書き換え、前記スリップ先データテーブルを検索して最終ポインタ値の指し示すセクタもしくはトラックに新しい情報を記録することを特徴とする磁気ディスク装置。 - ユーザーからの指示要求もしくはタイマーによって起動するマイクロプログラムの割り込み要求に応じて上記スリップ先データテーブルのポインタ値が単調に増加する配列になるように，ディスク上のデータの配置を並べ替える機能を備えることを特徴とする請求項５記載の磁気ディスク装置。
- 上記磁気ディスクが該磁気ディスクの半径ごとに１トラック中のセクタ数が異なる複数のゾーンに分割されており、かつ該ゾーンの少なくとも１つのゾーンがさらにトラックピッチの異なる複数の領域に分離されていることを特徴とする請求項５記載の磁気ディスク装置。
- 上記トラックピッチの異なる複数の領域の境界を、上記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域のディスク上の面積比率や配置場所を変更する機能を備えることを特徴とする請求項５又は７記載の磁気ディスク装置。
- 上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域にファイルのディレクトリ情報が記録されるように、上記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と上記記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域のディスク上の面積比率や配置場所を変更することを特徴とする請求項５又は７に記載の磁気ディスク装置。
- 磁気ディスクに磁化情報を記録する記録素子と該磁気ディスクの磁化情報を電気信号に変換する再生素子とを備える複合型ヘッドを用いた磁気ディスク装置において、
前記記録素子で形成される記録トラック幅がトラックピッチよりも大きい複合型ヘッドを備え、
前記磁気ディスクは、記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域とを有し、
前記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域では、１トラック記録する毎に記録素子の位置をトラック幅方向に１トラックピッチずつ送りながら記録を行い、
上記磁気ディスク上の物理アドレスの交替先を管理するスリップ先データテーブルを備え、前記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域に記録された情報を更新する際には、前記スリップ先データテーブルを検索して更新されるセクタもしくはトラックのポインタ値を最終ポインタを指し示す値に書き換え、前記スリップ先データテーブルを検索して最終ポインタ値の指し示すセクタもしくはトラックに新しい情報を記録することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 磁気ディスクに磁化情報を記録する記録素子と該磁気ディスクの磁化情報を電気信号に変換する再生素子とを備える複合型ヘッドを用いた磁気ディスク装置において、
前記記録素子で形成される消去トラック幅がトラックピッチのおよそ整数倍となる複合型ヘッドを備え、
前記磁気ディスクは、記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域と記録トラック幅よりもトラックピッチが広い領域とを有し、
前記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域では、１トラック記録する毎に記録素子の位置をトラック幅方向に１トラックピッチずつ送りながら記録を行い、
上記磁気ディスク上の物理アドレスの交替先を管理するスリップ先データテーブルを備え、前記記録トラック幅よりもトラックピッチが狭い領域に記録された情報を更新する際には、前記スリップ先データテーブルを検索して更新されるセクタもしくはトラックのポインタ値を最終ポインタを指し示す値に書き換え、前記スリップ先データテーブルを検索して最終ポインタ値の指し示すセクタもしくはトラックに新しい情報を記録することを特徴とする磁気ディスク装置。
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