JP4261430B2 - 磁気ディスク装置及び読み込み・書き込み方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク偏芯が発生する場合に、ディスクフォーマットの効率を向上させるディスク装置に関する。

データ記憶装置として、光ディスクや磁気テープなどの様々な態様のメディアを使用する装置が知られているが、その中で、ハード・ディスク・ドライブ（Hard Disk Drive：ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、あるいはデジタル・カメラなどで使用されるリムーバブルメモリなど、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。

一般に、ＨＤＤはメディアとして磁気ディスクを備えており、磁気ディスクはスピンドルモータの回転軸に固定され、スピンドルモータの駆動により円回転するように、製造工程で実装される。しかし、製造あるいは構造上、前記回転軸と磁気ディスクの間には隙間が生じ、この隙間により、該回転軸中心に対して磁気ディスクがずれて回転する、ディスク偏芯が発生する。また、上述したような移動型の記憶装置にＨＤＤを搭載する場合は、ＨＤＤ使用中に外部からの衝撃を受けやすくなり、さらに大きなディスク偏芯が発生する。
磁気ディスクのトラックには、通常の円回転を行なう前提で、記録・再生を行なうヘッドを位置決め制御するためのサーボデータが書き込まれる。従って、ディスク偏芯が発生した状態では、記録再生時において、ヘッドから見た場合、通常の円回転よりも大きな回転変動が起こったように見え、ヘッド自身が正確な位置決めを行なえなくなり、磁気ヘッドによるサーボデータの読み誤りが増える。そこで、従来では、該読み誤りを低減すべく、サーボデータに基づいて生成されるサーボデータのタイミングを示すサーボセクタパルス間隔を補正することが行われている。
しかしながら、補正したサーボセクタパルス間隔により、同一トラック上においてサーボセクタ毎にディスクフォーマット領域に変動が生じることになる。

一方、磁気ディスクに対しては磁気ヘッドによりユーザデータの読み込み・書き込みが行われるが、通常、ユーザデータの読み込み・書き込みのタイミングを示すデータセクタパルス間隔は、固定周波数で動作するクロックに従い、一定の間隔で生成されるため、ディスクフォーマットは変動を吸収するための一定のマージン領域が必要になり、この領域がフォーマット損失となってしまう。

本発明の目的は、ディスク偏芯発生時にデータセクタパルスを最適なタイミングで生成することにより、不要なディスクフォーマットマージンをなくし、フォーマット効率を向上することにある。

上記目的を達成するために、ディスク制御手段（ＭＰＵ）はサーボセクタ毎の変動量学習結果に基づき、次のサーボセクタパルス間隔の変動量を予測する。この予測値から当該サーボセクタパルスに対応するデータセクタパルス間隔の最適変動量をハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）内部のレジスタに設定する。ＨＤＣは設定された値に基づいて 内部演算回路で補正後のデータセクタパルス間隔値を演算し、本演算結果からサーボセクタ毎に最適化されたタイミングでデータセクタパルスを出力する。これに伴い上記マージン領域が不要になるため、フォーマット効率が向上する。

ディスク偏芯に基づくサーボセクタ変動量を各サーボセクタ毎に学習し、学習結果に基づきデータセクタパルスを生成するのでディスク装置毎に固有量で発生するディスク偏芯に対して、最適のタイミングでデータセクタパルスを生成することができる。その結果、ディスク偏芯に対応し、かつ、ディスクフォーマットの高効率化が可能になり、衝撃に強く、大容量化に寄与するディスク装置とすることができる。現状想定している偏芯許容量３０ｕｓ程度の装置では本発明により、約１２％ものフォーマット効率向上を実現することができる。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
第１図は本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。ディスク媒体５から読み出されたデータは、Ｒ／Ｗ制御回路４を経由して、ＨＤＣ２に入力される。このデータはバッファメモリ３に一時格納され、再びＨＤＣ２を経由してホストシステム１に送られる。書き込み動作はこの逆によって行われる。ディスク制御手段（ＭＰＵ）７はＨＤＣ２、および Ｒ／Ｗ制御回路４動作全体を制御する。あわせて、ＨＤＣ２のブロック図を示す。ＨＤＣ２には他ブロックとのインタフェースを司る制御部として、ホスト制御部１１、バッファメモリ制御部１２、そしてディスクフォーマット制御部１３がある。ホスト制御部１１はホストシステム１とのデータ授受を行なうブロック、バッファメモリ制御部１２はＨＤＣ２の他ブロックに対してバッファメモリ３を使用するための権利調停を行い、バッファメモリ３とのデータ授受を行なうブロック、ディスクフォーマット制御部１３はディスク媒体５への記録フォーマットの生成を行い、Ｒ／Ｗ制御回路４とのデータ授受を行なうブロックである。またその他にはデータの誤り訂正を行なう誤り訂正部１４、およびディスク媒体５への書き込み／読み出しを行なうための位置情報を生成するＩＤ生成部１５、サーボセクタを検出しサーボゲートを生成するサーボ制御部１６があり、大別して上記ブロックによりＨＤＣ２は構成される。

次に，本実施形態の動作を、第２図から順に説明する。
第２図は従来のＩＤ 生成部１５内 データセクタパルス生成部２１の機能ブロック構成を示す図である。データセクタパルス生成部２１は大別すると下記４つの機能ブロックから構成される。以下に各ブロックの機能概要を記す。データセクタパルス生成用の制御レジスタ群からなるブロック２２、サーボ制御部１６からＩＤ 生成部１５内データセクタパルス生成部２１に入力されるサーボセクタパルスを受信しクロック同期化を図るブロック２３、ブロック２２およびブロック２３からの情報を元に内部カウンタ２４を通してデータセクタパルスの出力間隔を調整し外部にデータセクタパルス２５を出力するデータセクタパルス生成ブロック２６、ブロック２３およびブロック２６から入力される各種情報から必要に応じてエラー情報を生成しブロック２２に出力するエラー情報生成ブロック２７、以上の４ブロックである。

第３図にディスク偏芯によるデータセクタパルス補正機能を有しない磁気ディスク装置により生成されたデータセクタパルス、および関連する制御信号、データバスの出力タイミングイメージを示す。サーボセクタパルス出力に対応してデータセクタパルスがＩＤ 生成部１５内データセクタパルス生成部２１にて生成され、その間隔は図中Ａで示されるように常に一定である。

ディスク媒体への書き込み時は、バッファメモリ３からの出力データがバッファメモリ制御部１２を通してディスクフォーマット制御部１３に一旦格納される。ディスクフォーマット制御部１３はディスク媒体５への書き込み許可信号として用いられるライトゲート信号を生成し、本信号と同期してバッファメモリ出力データをＲ／Ｗ制御回路４に出力する。これに対し、ディスク媒体からの読み出し時は、ディスク媒体５からの読み出し許可信号として用いられるリードゲート信号をディスクフォーマット制御部で生成、Ｒ／Ｗ制御回路４に対して出力し、それに応じてディスク媒体５からデータを読み出す。読み出されたデータはディスクフォーマット制御部１３に一旦格納され、誤り訂正等を実施した後 バッファメモリ３に入力される。図中に示した書き込み時のバッファメモリ出力データ、ライトゲート、ディスク媒体への書き込みデータ、読み出し時のリードゲート、ディスク媒体からの読み出しデータ、バッファメモリ入力データはすべて固定間隔で出力されるデータセクタパルスをトリガとして出力されるため、この場合 上記信号も固定タイミングで出力されることになる。

一般にディスク偏芯発生時はサーボ情報の読み誤りを低減するために、サーボ制御部１６で生成されるサーボセクタパルスはパルス毎に異なる間隔でＩＤ 生成部１５に入力される。これに対しＩＤ 生成部１５内部のデータセクタパルス生成部２１では常に一定の間隔でデータセクタパルスを生成しているため、図中Ｗで示されるデータ領域の内 ΔＷで示される部分、つまりサーボセクタパルス偏芯補正実施前後の領域が無駄な領域となる。これはそのままディスクフォーマットの損失分となってしまう。

そのため、本発明では第４図に示すようにデータセクタパルス生成部２１内にデータセクタパルス生成カウンタ補正ブロック３１を設けることで上記問題点を解決する。ディスク制御手段７によりデータセクタパルス生成用制御レジスタブロック２２に対して設定された当該サーボセクタパルスに最適なデータセクタパルスの固定間隔値からの変動量ΔＬを受けて、データセクタパルス生成カウンタ補正ブロック３１は ブロック内部に有する乗算器３２にて補正後のデータセクタパルス生成カウンタ値３３を演算する。データセクタパルス生成ブロック２６では新たに入力される補正後のデータセクタパルス生成カウンタ値３３に基づいて変動量を加味したデータセクタパルス２５を生成し外部に出力する。ここでディスク制御手段７による変動量ΔＬの算出手順例を述べる。

１. サーボセクタパルスのエッジ変化点においてサーボ制御部１６からの割り込みを検出する。
２. データセクタパルス生成用制御レジスタブロック２２内のレジスタ情報を参照し、当該サーボセクタパルスの間隔を学習する。
ディスク偏芯が発生した場合、この間隔値は固定値（通常の間隔値）から大きく変動することになる。
３.予めテーブル等に格納されたサーボセクタパルス間隔固定値と上記参照した値を比較して 固定値からの変動量を算出する。
４.直前５〜１０サーボセクタパルス分の上記３で求めた変動量結果に基づき、次のサーボセクタパルスの変動量を予測する。
上記４により予測した変動量がΔＬに相当する。
現状の装置では１トラックあたり１００〜２００程度のサーボセクタから構成されており、
その約５％ つまり ５〜１０サーボセクタパルス程度の変動量情報により十分、次のサーボセクタパルスの変動量を予測することが可能である。

第５図のフローチャートに本方式によるデータセクタパルス生成手段の一例を示す。ディスク制御手段７がＩＤ 生成部１５内データセクタパルス生成部２１を起動し（ステップＳ１０）、ＩＤ 生成部１５内データセクタパルス生成用制御レジスタブロック２２に上述したように当該サーボセクタ間隔予測値に基づく最適変動量ΔＬを設定する（ステップＳ１１）。するとＩＤ 生成部１５内データセクタパルス生成カウンタ補正ブロック３１はこれを受けてあらかじめ設定された固定データセクタパルス間隔値（第３図中のＡ）とΔＬからデータセクタパルス生成カウンタ補正値 Ａ’を算出する（ステップＳ１２）。一例として （ Ａ’＝（１＋ΔＬ）× Ａ ）のように算出しても構わない。この状態でＩＤ 生成部１５内サーボセクタパルス受信ブロック２３がサーボ制御部１６からサーボセクタパルスを受け取る（ステップＳ１３）と、データセクタパルス生成ブロック２６内にあるカウンタ２４が動作を開始する（ステップＳ１４）。このカウンタ値が先に演算した補正カウンタ値 Ａ’に達した時点で（ステップＳ１５）外部にデータセクタパルス２５を出力し
カウンタ２４をリセットする（ステップＳ１６）。この時点でＩＤ生成部１５にて出力したデータセクタパルスが当該サーボセクタの最終データセクタパルスであるかの判定を行なう。最終データセクタパルスでなければステップＳ１４でのカウンタ動作を再開し、最終データセクタパルスであれば改めてステップＳ１１での再度ディスク制御手段７による最適変動量ΔＬ設定待ちに入ることになる。

さらに第６図に本発明を実現するデータセクタパルス生成部２１の主要回路構成例を示す。ディスク制御手段７はフリップフロップ回路（ＦＦ）１０１、１０２に対して 固定データセクタパルス間隔値 および 最適変動量ΔＬを設定する。データセクタパルス生成カウンタ補正ブロック３１内ではサーボゲートの検出をトリガとして、乗算器３２の出力値をセレクタ回路（ＳＥＬ）１０３からフリップフロップ回路１０４に入力し、その出力値を補正後のデータセクタパルス生成カウンタ値３３としてデータセクタパルス生成ブロック２６に出力する。本ブロックではデータセクタパルス２５の出力をトリガとして本値３３をセレクタ回路１０５からフリップフロップ回路で構成されるカウンタ２４に入力する。カウンタ２４の動作有効時は減算器（ＤＥＣ）１０６、セレクタ回路１０７のパスを通して減算され、カウンタ２４値が比較器（ＣＭＰ）１０８により規定値に到達したと判定されるとデータセクタパルス２５を生成し、外部に出力する。

第７図に本発明に基づく磁気ディスク装置により生成されたデータセクタパルスのサーボセクタパルスに対する出力タイミングイメージを示す。第３図中Ａで示された固定データセクタパルス間隔値に対して、ディスク偏芯補正分を考慮してサーボセクタパルス毎に異なる間隔（図中Ａ１，Ａ２）でデータセクタパルスが出力されるため、第３図中ΔＷで示されたディスクフォーマットの損失分が解消されることになり、ディスクフォーマット効率を高めることが可能になる。またこれに伴い、第３図にて固定タイミングで出力されていた書き込み時のバッファメモリ出力データ、ライトゲート、ディスク媒体への書き込みデータ、読み出し時のリードゲート、ディスク媒体からの読み出しデータ、バッファメモリ入力データもサーボセクタパルス毎に異なるタイミングで出力されることになる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る磁気ディスク装置の構成を示すブロック図である。 従来のＨＤＣのＩＤ 生成部内にあるデータセクタパルス生成部の機能ブロック構成を示す図である。 ディスク偏芯によるデータセクタパルス補正機能を有しない磁気ディスク装置により生成されたデータセクタパルス、および関連する制御信号、データバスの出力タイミングを示す図である。 ＨＤＣ ＩＤ 生成部内 データセクタパルス生成部の機能ブロック構成を示す図である。 ディスク偏芯に対応したデータセクタパルスを生成する手段の一例を示すフローチャートである。 本発明に基づくデータセクタパルス生成部２１の主要回路構成例を示す図である。 本発明に基づく磁気ディスク装置により生成されたデータセクタパルス、および関連する制御信号、データバスの出力タイミングを示す図である。

符号の説明

１ ホストシステム、２ ＨＤＣ、３ バッファメモリ、４ Ｒ／Ｗ制御回路
５ ディスク媒体、７ ディスク制御手段（ＭＰＵ）、１１ ホスト制御部
１２ バッファメモリ制御部、１３ ディスクフォーマット制御部
１４ 誤り訂正部 １５ ＩＤ生成部 １６ サーボ制御部
２１ データセクタパルス生成部
２２ データセクタパルス生成用制御レジスタブロック
２３ サーボセクタパルス受信ブロック、２４ カウンタ、
２６ データセクタパルス生成ブロック、２７ エラー情報生成ブロック
３１ データセクタパルス生成カウンタ補正ブロック、３２ 乗算器。

Claims (5)

1. サーボデータを記憶し、ユーザデータを記録・再生するための磁気ディスクと、
   前記サーボデータの読み込み、前記ユーザデータの読み込み・書き込みを行なう磁気ヘッドと、
   前記磁気ヘッドにより読み込まれた前記サーボデータのタイミングを示すサーボセクタパルス間隔の変動量をサーボセクタパルスの予め定められた固定値とディスク偏芯時の間隔値とを比較することにより予測し、該サーボセクタパルス間隔に対応する前記ユーザデータの読み込み・書き込みのタイミングを示すデータセクタパルス間隔の最適変動量を設定するディスク制御手段（ＭＰＵ）と、
   前記設定されたデータセクタパルス間隔の最適変動量に基づき、データセクタパルスを生成し、前記磁気ヘッドに対して出力するハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）を備えることを特徴とする磁気ディスク装置。
2. 前記データセクタパルスの生成は、前記ＨＤＣ内のデータセクタパルス生成部で行われ、前記データセクタパルス生成部はデータセクタパルス生成用制御レジスタブロックと、データセクタパルス生成カウンタ補正ブロックと、サーボセクタパルス受信ブロックと、データセクタパルス生成ブロックとを有し、前記データセクタパルス生成用制御レジスタブロックに前記サーボセクタパルス間隔の変動量の予測値に基づくデータセクタパルス間隔の最適変動量△Ｌを設定し、前記データセクタパルス生成カウンタ補正ブロックは前記最適変動量△Ｌを受けて予め設定された固定データセクタパルス間隔値Ａと最適変動量△Ｌからデータセクタパルス生成カウンタ補正値Ａ′（（１＋△Ｌ）×Ａ）を算出し、前記サーボセクタパルス受信ブロックがサーボセクタパルスを受け取ることにより、前記データセクタパルス生成ブロック内のカウンタが動作を開始し、該カウンタのカウント値が前記補正カウンタ値Ａ′に達した時点でデータセクタパルスが生成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
3. 前記サーボセクタパルス間隔の変動量の予測は、サーボセクタパルスの通常の間隔値とディスク偏芯時の間隔値とを比較し、その比較結果に基づいて行なうことを特徴とする請求項１に記載の磁気ディスク装置。
4. 記憶されたサーボデータを読み込み、ユーザデータの読み込み・書き込みを行なう磁気ディスク装置の読み込み・書き込み方法であって、
   前記サーボデータのタイミングを示すサーボセクタパルス間隔の変動量をサーボセクタパルスの予め定められた固定値とディスク偏芯時の間隔値とを比較することにより予測するステップと、
   前記予測に基づき、該サーボセクタパルス間隔に対応する前記ユーザデータの読み込み・書き込みのタイミングを示すデータセクタパルス間隔の最適変動量を設定するステップと、
   前記設定されたデータセクタパルス間隔の最適変動量に基づき、前記データセクタパルスを生成するステップと、
   生成した前記データセクタパルスを出力するステップを備えることを特徴とする磁気ディスク装置の読み込み・書き込み方法。
5. 前記サーボセクタパルス間隔の変動量の予測は、サーボセクタパルスの通常の間隔値とディスク偏芯時の間隔値とを比較し、その比較結果に基づいて行なうことを特徴とする請求項４に記載の磁気ディスク装置の読み込み・書き込み方法。

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