KR100218611B1 - 회전형 디스크 데이타 저장장치 멀티미디어 데이타 서버 및 멀티미디어 프리젠테이션 데이타 제공 방법 - Google Patents

회전형 디스크 데이타 저장장치 멀티미디어 데이타 서버 및 멀티미디어 프리젠테이션 데이타 제공 방법 Download PDF

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알버트 쿤닝함 얼
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포만 제프리 엘
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Abstract

디스크 드라이브(disk drive)는 멀티미디어 데이터(multimedia data)를 긴 나선형 데이터 트랙에 저장한다. 디스크 반대 표면상의 트랙은 반대 방향의 나선으로 형성되므로, 하나의 표면상의 트랙은 액츄에이터가 안쪽으로 스위핑(sweep)할 때 판독되고, 반대 표면상의 트랙은 액츄에이터가 바깥쪽으로 스위핑할 때 판독될 수 있다. 액츄에이터는 긴 탐색 동작을 수행하지 않고 나선형 트랙만을 추종하기 때문에, 액츄에이터 모터(actuator motor)의 크기 및 액츄에이터 베어링(actuator bearings)상의 응력(stress)이 감소될 수 있으며, 다른 부분도 감소된다. 또한, 탐색이 필요 없으므로 트랙이 더욱 조밀하게 형성될 수 있어 개개의 트랙폭도 줄어들게 된다. 또한, 디스크를 저속으로 회전시키게 되고, 이에 따라 회전 모터의 크기도 줄어드므로 비용이 절감될 수 있다.
마지막으로, 멀티미디어 데이터는 종래의 데이터와 같이 낮은 에러율을 요구하지 않으므로, 데이터 밀도가 쉽게 증가될 수 있다. 바람직하게, 멀티미디어 데이터에 대해 최적화 된 디스크 드라이브의 그룹(group)이 주문형 비디오 시스템(video-on-demand)을 형성하는데 사용된다. 동화상과 같은 비디오 프리젠테이션(video presentation)의 압축되어 인터리브 된 영역은 나선형 트랙상의 블록에 저장된다. 드라이브는 나선형 트랙상의 블록을 처음부터 끝까지 한번에 판독하여, 이들 블록으로부터의 데이터를 버퍼 세트(a set of buffers)에 배치하며, 이 버퍼 세트는 상이한 짧은 시간 구간(time intervals)에 대응한다. 비디오 신호는 버퍼로부터 출력된다. 적절한 버퍼로 스위칭 함으로써 임의의 짧은 시간 구간 동안의 프리젠테이션이 주문에 따라 엑세스될 수 있다.

Description

회전형 디스크 데이터 저장 장치, 멀티미디어 데이터 서버 및 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법
제1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미러형 멀티미디어 데이터 서버의 블록도.
제2도는 바람직한 실시예의 멀티미디어 데이터 서버에서 사용되는 전형적인 자기 디스크 드라이브 저장 장치를 도시한도면.
제3a 및 제3b도는 바람직한 실시예의 디스크 드라이브 저장 장치상의 데이터 트랙의 방위를 도시한도면.
제4도는 바람직한 실시예에 따른 서보 및 데이터 섹터의 구성을 도시한도면.
제5도는 바람직한 실시예에 따라 데이터 세그먼트가 디스크 드라이브 저장 장치의 트랙 상에 포맷되는 방식을 도시한도면.
제6도는 바람직한 실시예에 따라 나선형 트랙상의 데이터에 액세스하는데 사용되는 스윕 프로세스 단계를 도시한도면.
제7도는 바람직한 실시예에 따라 제어기에 의해 서버 동작이 제어되는 단계들을 예시한도면.
제8도는 바람직한 실시예에 따른 멀티미디어 데이터 서버를 사용하는 비디오 주문형 라이브러리 시스템의 블록도.
제9도는 또 다른 실시예에 따라 스핀들 모터를 가변 속도로 구동하는 스핀들 모터 제어기 회로를 도시한도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 멀티미디어 데이터 서버 101, 102. 103 : 디스크 저장 장치
104, 105, 106, 110, 111, 112 : 데이터 버스
107, 108, 109, 121B-144B : 스위치
113 : 제어기 115, 906 : RAM
121A-144A : 버퍼 121C-144C : 출력 라인
201 : 디스크 203 : 스핀들
204 : 베이스 205 : 액츄에이터
206 : 샤프트 207 : 모터
208 : 헤드/서스펜션 어셈블리
209 : 공기 역학 판독/기록 트랜스듀서 헤드
212 : 회로 카드 310, 311 : 나선형 데이터 트랙
401, 402, 403 : 서보 섹터 415 : 오프셋
801 : 라이브러리 시스템 802 : 압축 영화 라이브러리
803, 804, 805 : 멀티미디어 서버 806, 807, 808 : 스위치 네트워크
901 : 3상 모터 902 : 모터 구동 회로
903 : 통신 제어 회로 904 : 속도 제어 회로
905 : 마이크로프로세서 제어기
본 발명은 회전형 디스크 데이터 저장 장치에 관한 것으로, 특히, 멀티미디어 데이터를 저장하는데 사용되는 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 등과 같은 데이터 처리 시스템은 대용량의 데이터 저장 장치가 필요하다, 통상적으로 사용되는 저장 장치는 회전형 자기 디스크 드라이브이다. 전형적인 회전형 자기 디스크 드라이브는 공통 스핀들(spindle)상에 장착된 하나 이상의 디스크를 포함한다. 데이터는 자기적으로 인코딩 된 트랙상에 기록되고, 이 트랙은 디스크의 평면상에 위치한다. 데이터를 기록하는데 하나의 면의 디스크가 사용될 수 있지만, 통상적으로 디스크의 양면을 모두 사용한다. 가동형(movable) 액츄에이터(actuator)는 판독/기록 트랜스듀서 헤드(read/write transducer head)를 하나의 트랙에 인접하게 위치시켜 트랙상의 데이터를 판독 또는 기록할 수 있도록 한다.
이러한 자기 디스크 저장 장치는 컴퓨터 프로그램, 텍스트 화일, 데이터베이스 등을 저장하는데 널리 사용되어 왔다. 전형적으로, 이러한 부류의 컴퓨터 데이터는 작은 덩어리(chunks) 또는 레코드(records)로 포함된다. 이들 레코드는 디스크 드라이브 상에서 이용 가능한 전체 저장 용량에 비해 작다는 의미에서 소형이다. 따라서 디스크 드라이브는 상당수의 레코드를 포함하며, 이들 레코드들 중 어떤 것은 컴퓨터 시스템에 의해 즉시 요구되어질 수 있다. 컴퓨터 시스템이 디스크 상에 저장된 임의의 레코드를 요구할 경우, 디스크 드라이브는 이러한 요구에 대해 신속하게 응답할 수 있어야 한다.
종래의 디스크 드라이브 저장 장치는 디스크 드라이브 상에 저장된 데이터 유형과, 데이터를 신속하게 액세스해야 하는 필요성에 부응하여 설계되어 왔다. 디스크 드라이브가 디스크 표면 어느 곳에서든 데이터를 신속하게 액세스하도록 하기 위해, 데이터 트랙은 일련의 동심형 링으로 배열된다. 새로운 데이터가 액세스될 경우 액츄에이터는 적절한 트랙(링)으로 이동해야 하며, 이러한 동작은 탐색(seek) 동작으로 알려져 있다. 액츄에이터가 새로운 트랙으로 이동하는데 필요한 시간은 탐색 시간이다. 탐색 시간을 줄이기 위해 강력한 전자기 모터가 액츄에이터를 디스크 표면을 가로질러 한쪽 트랙에서 다른 쪽 트랙으로 매우 신속하게 이동시킨다. 그렇지만, 이러한 탐색 동작만이 전부는 아니다. 액츄에이터가 적절한 트랙에 위치되었으면, 액츄에이터는 바람직한 데이터가 트랜스듀서 헤드에 바로 인접할 때까지 회전하는 디스크를 대기해야 한다. 때때로 데이터는 트랜스듀서에 인접한 곳에 위치하여 거의 즉시 이용 가능할 수도 있지만, 다른 경우 드라이브는 디스크를 거의 일주한 후에야 이용가능해 질 수 있다. 데이터가 트랜스듀서에 인접할 때까지 대기하는데 걸리는 시간은 지연 시간(latency time)으로 일컬어지며, 이러한 지연 시간은 평균적으로 디스크가 2분의 1 회전하는데 소요되는 시간이다. 지연 시간을 줄이기 위해 디스크 드라이브는 디스크를 고속으로 회전시키도록 설계되어 왔다.
최근의 컴퓨터 및 관련 장치들은 멀티미디어 데이터로 일컬어지는 상이한 유형의 데이터들을 대량 저장 장치에 저장하였다. 멀티미디어 데이터는 디지털로 인코딩 된 사진(photographs), 동화상, 애니메이션형 프리젠테이션(animated presentations), 음악 및 기타 다른 시청각 영상(visual and audio images)과 같이 디지털로 인코딩된 형태의 영상이다.
멀티미디어 데이터는 전형적인 컴퓨터 데이터와는 다른 저장 요건이 필요하다. 한편, 멀티미디어 레코드는 그 규모가 크기 때문에 대용량의 저장 장치를 필요로 한다. 한편, 멀티미디어 데이터는 레코드의 임의의 부분에 대한 신속한 액세스를 요구하지 않고, 또한 전형적인 컴퓨터 데이터의 에러율(error rates)을 매우 낮게 요구하지도 않는다.
멀티미디어 데이터를 통상적인 회전형 자기 디스크 저장 장치상에 저장할 수 있지만, 이들 저장 장치는 대부분 컴퓨터 데이터에 대해 최적화되도록 설계되어 왔다. 따라서, 멀티미디어 데이터를 효율적으로 저장하도록 설계된 자기 디스크 저장 장치가 필요하다.
멀티미디어 데이터를 대량 저장하는데 특히 필요로 하는 분야는 주문형 비디오 시스템이다. 주문형 비디오는 대형 라이브러리(library)로부터 선택된 비디오를 언제든지 사용자에게 제공하는 시스템이다. 이와 같은 시스템들이 여러 가지로 제안되어 왔지만 주문형 비디오 시스템은 아직 상업적으로 이용되지 않고 있다. 최근까지도 이와 같은 비디오 시스템을 구성하는 방법에 대한 합의가 이루어지지 않았는데, 그 이유는 부분적으로 멀티미디어 데이터를 효율적으로 저장하기 위해 설계된 저장 장치들이 부족하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 데이터 특히 멀티미디어 데이터를 저장하기 위한 향상된 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 멀티미디어 데이터를 더욱 효율적으로 저장하도록 설계된 회전형 디스크 저장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 멀티미디어 데이터의 저장 비용을 줄이는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 특히 멀티미디어 데이터를 저장할 때 회전형 디스크 저장 장치의 데이터 저장 용량을 증대시키는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 멀티미디어 데이터를 사용자에게 제공하는 향상된 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 회전형 디스크 저장 장치로부터 멀티미디어 데이터를 판독하여, 멀티미디어 프리젠테이션(multimedia presentation)으로 데이터가 사용되는 속도와 더욱 근사하게 일치하도록 하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 주문형 비디오 서비스를 제공하는 향상된 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 적은 비용으로 주문형 비이오 서비스를 제공하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
회전형 자기 디스크 저장 장치는 멀티미디어 데이터를 저장하기 위해 최적화 된다. 데이터는 액츄에이터가 디스크 표면의 한쪽 에지에서 다른 쪽 에지로 추종(follow)하는 디스크 양 표면상의 긴 나선형 데이터 트랙에 저장된다. 디스크 반대 표면상의 나선형 패턴은 반대 방향의 나선형 패턴을 가지므로, 정 표면상의 나선형 패턴은 액츄에이터가 안쪽으로 진행할 때 판독되고, 반대 표면상의 나선형 패턴은 액츄에이터가 바깥쪽으로 진행할 때 판독된다.
액츄에이터는 단순히 외부 에지에서 내부 에지로 이동할 때 정 디스크 표면상의 나선형 트랙을 추종하고 내부 에지에서 외부 디스크 에지로 이동할 때 반대 표면상의 나선형 트랙을 추종하기 때문에, 액츄에이터는 통상 탐색 동작을 수행하기 위해 트랙을 가로질러 스킵(skip)하지 않는다. 따라서 본 발명의 액츄에이터는 전형적인 디스크 드라이브에서 통상적인 바와 같이 고속 탐색을 위한 강력한 모터를 필요로 하지 않는다. 바람직한 실시예에서, 액츄에이터 모터는 트랙을 추종하는데 필요한 전력만을 가지므로, 드라이브의 크기 및 비용이 감소된다. 또한, 디스크 표면을 가로질러 진행하는 트랙 추종 이동(track following movements)이 비교적 느리게 수행됨에 따라, 액츄에이터 베어링(actuator bearings) 및 다른 부품상에 가해지는 응력이 감소되며, 트랙을 더욱 정밀하게 추종하는 것이 가능하다. 그 결과, 개개의 트랙폭이 줄어들고 데이터 밀도는 높아지게 된다.
또한, 디스크를 회전시키는 스핀 모터(spin motor)의 크기가 줄어듦에 따라 비용이 줄어든다. 다량의 데이터 레코드가 액세스되고, 트랙의 한쪽 단부에서부터 다른 쪽 단부로 이어지면서 액세스되기 때문에, 지연은 중요한 고려 사항이 아니다. 따라서, 디스크는 종래의 전형적인 디스크 드라이브에 비해 훨씬 느린 속도로 회전한다.
마지막으로, 멀티미디어 데이터는 종래의 데이터와 같은 데이터의 정확도(즉, 낮은 에러율)를 필요로 하지 않는다. 데이터 밀도가 증가하면 에러율도 따라서 증가하는 것으로 관측되었다. 바람직한 실시예에서, 데이터 밀도는 종래의 컴퓨터 데이터에 대해 허용되는 데이터 에러율 범위를 넘어서 대폭 증가된다. 에러율이 높아지더라도 멀티미디어 데이터는 거의 손상을 입지 않으며, 밀도가 높아짐에 따라 디스크 드라이브 상에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.
바람직하게, 매립형 서보 섹터(imbedded servo sectors)가 동심형 트랙 서보 패턴으로 포맷된다. 드라이브는 서보 패턴에 의해 발생된 위치 에러 신호에 나선형 트랙 오프셋을 부가함으로써 나선형 데이터 트랙을 판독 및 기록하며, 나선형 트랙 오프셋은 디스크가 일회전하여 다음 인덱스 위치(index position)에도달할 때까지 이 디스크가 상기 인덱스 위치에 대해 이루는 각 위치(angulor position)에 따라 선형적으로 램프(ramp)한다.
또다른 실시예에 있어서, 데이터를 나선형 데이터 트랙에 인치당 거의 일정 비트율로 저장하고, 액츄에이터의 방사상 위치의 함수로서 스핀들 모터 속도를 가변시켜 일정한 데이터 클럭율을 획득함으로써, 디스크 표면의 모든 영역상에 최대의 선형 데이터 밀도를 달성할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 전술한 바와 같이 멀티미디어 데이터에 대해 최적화 된 디스크 드라이브의 그룹이 주문형 비디오 시스템을 구현하는데 사용된다. 동화상과 같은 비디오 프리젠테이션의 인터리브된 부분(inter leaved portions)은 나선형 트랙상에 블록으로 저장된다. 드라이브는 하나의 나선형 트랙상의 블록을 처음부터 끝까지 동시에 판독하여, 데이터가 이들 블록으로부터 다른 짧은 시간 구간에 대응하는 버퍼 세트에 배치되도록 한다. 비디오 신호는 이들 버퍼로부터 출력된다. 어느 짧은 시간 구간 동안의 비디오 신호라도 주문시 적합한 버퍼로 스위칭 함으로써 액세스 될 수 있다. 비디오 데이터 블록은 어느 하나의 디스크 드라이브가 손상될 경우 다른 드라이브에서 블록 백-업 사본이 구하여질 수 있도록 디스크 저장 장치상에서 중복 저장된다.
빌링즈(Billings)등에 의해 1994년 1월 20일 System and Method for User Definition of Data Storage Device Physical Format 이란 명칭으로 출원되었으며, 본 출원인에게 양도된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제08/184,417호가 본 명세서에서 참조로 인용된다.
전술한 특허 출원서에는 멀티미디어 데이터를 저장하기 위해 데이터 저장 장치에 필요한 몇몇 상이한 설계 사항이 개시되어 있다. 특히, 전술한 특허 출원서에는 통상적인 디스크 저장 장치를 트랙 포맷면에서 변경하여 멀티미디어 데이터 등의 상이한 유형의 데이터를 더욱 효율적으로 기록하는 방안이 개시되어 있다. 본 출원에서는 멀티미디어 데이터 전용으로 설계된 특수 목적의 디스크 저장 장치를 포함하는 멀티미디어 데이터 서버 시스템(multimedia data server system)을 기술한다.
제1도에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티미디어 데이터 서버(100)의 주요 구성 요소가 도시되어 있다. 서버(100)는 멀티미디어 데이터를 저장하는 3개의 회전형 자기 디스크 드라이브(101-103)를 포함한다. 드라이브 상에 저장된 데이터는 개개의 데이터 버스(104-106)를 통해 스위치(107-109)로 출력된다. 스위치(107-109)는 드라이브를 제2 데이터 버스의 세트(110-112)에 접속시킨다. 데이터 버스(110-112)는 데이터 신호를 개개의 스위치(121B-144B)를 통해 24개의 데이터 버퍼의 세트(121A-144A)에 제공한다. 데이터 버퍼와 관련된 개개의 출력 라인(121C-144C)은 멀티미디어 데이터의 스태거 된 부분(staggered portions)을 연속적으로 제공한다.
서버(100)는 동화상등과 같은 멀티미디어 프리젠테이션의 다수의 독립된 부분(multiple distinct portions)을 출력 라인(121C-144C)상에 동시에 제공된다. 따라서, 예를 들어, 동화상이 2시간 분량이고 각각의 출력 라인(121C-144C)에는 분리된 5분 간격의 동화상이 출력된다. 사용자는 서버와 접속하여 임의의 5분 구간을 선택함으로써, 동화상의 시청을 개시할 수 있다. 따라서, 멀티미디어 프리젠테이션은 5분마다 재개되므로, 사용자는 임의의 시간에 시스템에 접속하여 서버와 접속한지 5분내에 이 개시 지점에서부터 멀티미디어 프리젠테이션을 시청할 수 있다.
제어기(113)는 도시된 제어 라인을 통해 스위치(107-109, 121B-144B)의 동작을 제어한다. 제어 라인은 편의상 하나의 라인으로 다수의 스위치를 동작시키는 것으로 도시되어 있지만, 제어기는 각각의 스위치를 개별적으로 동작시킬 수 있음을 이해해야 한다. 제어기(113)는 프로그램 가능한 마이크로프로세서(114)와 제어 프로그램(116)을 저장하는 랜덤 액세스 메모리(115)를 포함한다. 제어 프로그램(116)은 마이크로프로세서(114)상에서 실행되어 멀티미디어 서버(100)의 동작을 제어한다. 특히, 제어기(113)는 버스(104-106)상의 데이터를 감시하고, 스위치(121B-144B)의 개폐를 제어하여 디스크 드라이브(101-103)로부터 판독된 데이터를 버퍼(121A-144A)에 순차적으로 게이트 시킨다.
어느 하나의 드라이브가 고장난 경우 시스템이 다른 대체 드라이브로부터 데이터를 계속 제공할 수 있도록 하기 위해, 데이터는 드라이브(101-103)상에 중복저장(mirror)된다. 제어기(113)는 디스크 장치(101-103)중에서 고장난 디스크 장치를 검출하고, 스위치(107-109)를 제어하여 데이터가 다른 대체 디스크 드라이브로부터 버퍼에 로딩되도록 함으로써 고장을 보상한다. 서버(100)의 동작은 이하 더욱 상세히 기술될 것이다.
제2도에는 본 발명에 따른 자기 디스크 드라이브 저장 장치(102)가 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 디스크 드라이브 저장 장치(101-103)는 모두 동일한 데이터 용량, 속도 및 다른 동작 특성을 갖는 동일한 구조로 되어 있다. 디스크 장치(102)는 허브(hub) 또는 스핀들(spindle)(203)에 견고하게 부착된 회전 가능한 디스크(201)를 포함하며, 스핀들(203)은 베이스(204)상에 장착된다. 스핀들(203)은 디스크(201)를 지시된 방향으로 회전시키는 인-허브 스핀들 모터(in-hub spindle motor)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 디스크(201)는 일정한 회전속도로 회전된다. 빗살(comb) 형상의 엑츄에이터 어셈블리(205)는 디스크(201)의 한쪽 면에 위치된다. 액츄에이터(205)는 스핀들 축과 평행한 샤프트(shaft)(206)를 중심으로 전자기 모터(207)에 의해 원호를 그리며 회전하여 드랜스듀서 헤드의 위치를 지정한다. 덮개( 도시되지 않음)는 디스크 및 액츄에이터 어셈블리를 밀봉하고 보호하기 위해 베이스(204)와 결합한다. 드라이브의 동작을 제어하고 디스크 드라이브 어레이 제어기 또는 호스트 컴퓨터와 같은 다른 장치와 통신하는 전자 모듈이 통상적으로 밀봉체 외부에 장착된 회로 카드(212)내에 포함된다. 다수의 헤드/서스펜션 어셈블리(208)는 액츄에이터(205)의 연장부에 견고하게 부착된다. 공기 역학 판독/기록 트랜스듀서 헤드(209)는 디스크 표면에 인접한 각각의 헤드/서스펜션 어셈블리(208)의 끝에 위치한다.
전형적으로, 데이터는 디스크(201)의 편평한 두 표면상에 기록되며, 이에 따라 하나의 디스크를 사용하는 경우 두 개의 데이터 기록 표면이 형성된다. 그러나, 본 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 스핀들(203)상에 다수의 디스크가 스택(stack)될 수 있다. 디스크 드라이브에서 디스크의 수는 가변적이며, 각각의 디스크가 반드시 양면을 사용하지 않을 수도 있음을 이해해야 한다. 각각의 기록 표면에 대해 하나의 헤드/서스펜션 어셈블리(208)가 제공된다.
제3a도 및 제3b도에는 디스크(201)의 기록 표면의 데이터 트랙의 방위(orientation)가 더욱 상세히 도시되어 있다. 제3a도는 밑에서 바라본 디스크(201)의 하부면을 도시한 것이고, 제3b도는 위에서 바라본 디스크(201)의 상부면을 도시한 것이다. 방위의 명료성을 위해, 제3a도 및 제3b도에서 디스크의 회전 방향은 화살표 방향으로 도시되어 있으며, 서스펜션 암(208)은 디스크 표면에 대해 개략적으로 도시되어 있다. 디스크(201) 하부면의 나선형 데이터 트랙(310)은 디스크(201)의 외부 에지에서 개시하여 디스크(201)의 내부 에지 방향으로 나선 진행하는 데이터 블록의 시퀀스를 포함한다. 디스크(201)의 상부면의 나선형 데이터 트랙(311)은 디스크(201)의 내부 에지에서 개시하여 디스크(201)의 외부 에지 방향으로 나선 진행하는 데이터 블록의 시퀀스를 포함한다. 또한, 데이터 트랙(301, 311)은 데이터 블록과 함께 인터리브 된 다수의 서보 섹터를 포함하여, 드라이브가 트랙의 위치를 식별하고 트랙의 중심을 추종할 수 있도록 한다. 매립형 서보 섹터를 사용하여 데이터 트랙을 추종하는 기법은 본 기술 분야에 널리 알려져 있다. 제3a도 및 제3b도에는 트랙(310, 311)의 일부만이 도시되어 있으며, 이들 트랙은 예시를 위해 확대한 것이다. 바람직한 실시예에서, 트랙(310, 311)의 폭은 3.5 미크론(microns)미만의 폭을 가지므로, 나선형 트랙이 디스크 표면을 이동할 때 자체로 수천번 중첩될 수 있다.
상반된 방향으로 나선 진행하는 데이터 트랙을 갖는 한 쌍의 기록 표면이 반드시 동일한 디스크의 반대면에 위치할 필요가 없음을 이해해야 한다. 단일 드라이브에 다수의 디스크가 장착되면, 예를 들어, 하나의 디스크의 양쪽 표면은 내부로 나선 진행하는 데이터 트랙을 갖도록 하고 다른 디스크의 양쪽 표면은 외부로 나선 진행하는 데이터 트랙을 갖도록 포맷할 수도 있다.
전술한 나선형 트랙 이외에도, 디스크 드라이브(102)는 멀티미디어 데이터에 대한 설계를 최적화하기 위해 여러 가지 설계 특성을 포함한다. 먼저, 데이터가 긴 나선형 데이터 트랙에서 포맷되고 디스크 드라이브는 통상적으로 액츄에이터가 내부 및 외부 방향으로 진행하여 긴 레코드가 처음부터 끝까지 판독되도록 함으로써 동작하기 때문에, 드라이브(102)에서 액츄에이터는 고속 탐색을 수행하지 않아도 되는 것으로 관찰되었다. 따라서, 액츄에이터 모터(207)는 통상적인 디스크 드라이브의 액츄에이터에 대해 통상적으로 사용된 모터에 비해 훨씬 작으며, 이에 따라 디스크 드라이브의 가격, 무게 및 전력 소비도 줄어든다. 예를 들어, 현존 기술을 사용하는 경우 3.5 디스크를 갖춘 드라이브의 통상적인 디스크 드라이브 액츄에이터는 평균 약 9밀리초(milliseconds)의 탐색 시간을 가지며, 탐색 모드에서는 50% 듀티 사이클(duty cycle)에서 약 2 와트(watts)정도의 전력이 소비된다.
즉, 탐색 동안 종래의 액츄에이터 모터는 탐색 시간 내에 액츄에이터를 가속시켜야 하고, 디스크 표면을 따라 새로운 트랙으로 이동해야 하고, 액츄에이터를 감속시켜야 한다. 바람직한 실시예의 디스크 드라이브에서는 단지 트랙만 추종하며, 약 150 초내에 디스크를 가로질러 저속으로 스윕(sweep) 완료하고, 저속 스윕이 종료시 방향을 변경한다. 예를 들어, 액츄에이터가 100 밀리초 미만으로 디스크의 한쪽 에지에서부터 다른쪽 에지로 스윕할 수 없는 액츄에이터 모터는 통상적인 디스크 드라이브에서는 매우 부적합하지만, 바람직한 실시예의 디스크 드라이브에서는 매우 적합하다(실제로 매우 바람직하다). 바람직한 실시예의 액츄에이터 모터에 요구되는 전력은 종래의 액츄에이터 모터 전력의 약 5% 만 필요로 한다.
멀티미디어 데이터용 드라이브(102)를 최적화하기 위해 고안된 제2 특징은 디스크를 회전시키는 스핀들 모터 설계이다. 종래의 스핀들 모터는 데이터를 액세스 할 때 지연 시간을 최소화시키기 위해 디스크를 고속으로 회전시켜야 한다.
전형적인 통상적인 디스크 스핀들 모터는 3.5 디스크를 5400 RPM 속도로 회전시키며, 디스크 드라이브의 주 전력 소비체이다. 바람직한 실시예에 따르면, 디스크는 2500RPM으로 회전하여 버퍼에서 압축된 비디오 데이터가 판독되는 속도와 일치되도록 한다. 주어진 크기의 디스크에 대해 소비되는 스핀들 모터 전력은 대략 속도의 제곱에 비례하기 때문에, 속도를 2500RPM까지 감소시키면 스핀들 모터 전력 소모는 종래의 드라이브에 비해 약 25% 감소된다. 또한 스핀들 모터는 더욱 소형화된 구성 요소, 적은 수의 권선(windings) 및/또는 덜 강력한 자석과 함께 구성할 수 있어서 크기 및 비용이 감소된다.
드라이브(102)의 제3특징은 높은 데이터 밀도이다. 바람직하게, 통상적인 디스크 드라이브에 비해 트랙의 폭이 더욱 협소하며 트랙내의 데이터 선형 밀도는 더욱 높다. 이것은 두 가지 요인에 기초한다. 통상적인 디스크 드라이브에서는 탐색 시간이 트랙폭을 제한하는 요인을 갖고 있다. 액츄에이터가 새로운 트랙을 탐색할 경우 액츄에이터는 감속하여, 과도한 공진(resonance)없이 추종하고자 하는 트랙의 위치에 안착(settle)한다. 다른 모든 요인들이 동일하면 트랙이 협소할수록 액츄에이터가 탐색 종료시 안착하는데 걸리는 시간이 길어지게 되므로 탐색 시간이 길어진다. 바람직한 실시예의 디스크 드라이브에서는 탐색을 수행하지 않기 때문에, 액츄에이터가 안착하는데 걸리는 시간은 트랙폭을 더 이상 제한하지 않는다. 따라서, 트랙을 더욱 협소하게 구성할 수 있다.
데이터 밀도를 증가시킬 수 있는 두 번째 이유로는 멀티미디어 데이터가 통상적으로 저장된 디지털 데이터와 같이 낮은 데이터 속도를 필요로 하지 않기 때문이다. 이러한 사항은 Multimedia Data Storage Device란 명칭으로 Ottesen 등에 의해 1992년 12월 30일에 출원되어 본 출원인에게 양도된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제07/ 998,278 호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로 인용된다.
통상적인 데이터로는 컴퓨터 프로그램, 회계 데이터 등을 들 수 있다. 1 비트라도 변경되면 데이터 의미가 변하여 프로그램의 출력에 매우 큰 영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 통상적인 데이터의 경우에는 일반적으로 109내에 단지 1 비트 정도의 적은 에러율만이 허용된다. 그러나, 멀티미디어 데이터에서는 어쩌다 하나의 비트가 손상되더라고 그다지 큰 문제가 되지 않는다. 멀티미디어 데이터는 인간의 눈 및 귀에 의해 디코드 되도록 의도된 것이다. 인간의 두뇌는 통합 기능의 형태를 자동적으로 수행하고, 잘못된 개개의 화소는 무시한다. 그 결과, 일반적으로 사용자는 비디오 또는 오디오 신호의 사소한 결점을 인식하지 못한다. 멀티미디어의 경우에는 105내에 1 비트 정도의 에러율이 허용된다. 자기 디스크의 표면에 비트를 거의 한계에 가깝게 기록하는 소정의 자기 기록 기술에서, 기록 밀도가 6% 증가하면 소프트 에러의 수가 10배 증가하는 것으로 관측되었다. 그러므로, 단순히 더욱 높은 에러율을 허용할 수 있다면 또 다른 변경 없이도 데이터 밀도를 약 24% 증가시킬 수 있다.
통상적인 디스크 드라이브에서, 통상적인 데이터는 기존의 이용 가능한 자기 저향 헤드 기법을 사용하여 인치당 약 4200 트랙의 트랙 밀도와 약 135KBPI(인치당 킬로-비트(kilo-bits per inch))의 선형 데이터 밀도로 저장될 수 있다. 바람직한 실시예의 디스크 드라이브에서, 트랙 밀도는 인치당 대략 7300 트랙 교차(track crossings per inch)까지 증가된다. 선형 데이터 밀도는 기록 표면의 내부 에지에서 135KBPI이고, 트랙의 외부 방향으로 이동할 수록 약간 감소되는데 그 이유는 데이터가 일정한 클럭율(초당 바이트) 또는 디스크 회전각당 일정한 수의 바dl트로 기록되기 때문이다. 바람직하게, 유도 기록 헤드의 폭이 감소되면 트랙 밀도는 증가된다(트랙 폭이 감소된다). 통상적인 유도성 기록 헤드는 이에 대응하는 판독 헤드에 비해 약 2배의 폭을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 기록 헤드의 폭은 판독 헤드의 폭보다 약간 더 크며, 바람직하게는 판독 헤드의 폭보다 1.5 배 미만이며, 가장 이상적으로는 판독 헤드의 폭의 약 1.15배가 된다. (자기 저항성) 판독 헤드는 동일한 신호 대 잡음비를 유지하기 위해 본 예에서 동일한 크기를 갖는다.
바람직한 실시예에서는 별도의 자기-저항 판독 트랜스듀서 및 유도성 기록 트랜스듀서가 사용되고 있지만, 본 발명은 박막으로 결합된 판독/기록 트랜스듀서 또는 메탈-인-갭(metal-in-gap)으로 결합된 판독/기록 트랜스듀서와 같이 소정의 통상적인 헤드 기법을 사용할 수도 있다.
바람직한 실시예에서는 선형 비트 밀도가 동일하게 유지되지만, 포맷 효율성의 증가로 인해 트랙의 선형 단위인 데이터가 더 많이 저장될 수 있다. 나선형 트랙이 사용되고 긴 탐색을 수행할 필요가 없기 때문에, 데이터 섹터 헤더 및 서보섹터내의 소정의 정보가 더 이상 요구되지 않는다. 특히, 각 서보 섹터내에서 탐색 동작이 수행될 때 통상적으로 트랙을 식별하는데 사용되는 그레이 코드 트랙 식별자(gray code track identifier)를 제거하는 것이 가능하다. 또한, 데이터 헤더에서 트랙 식별 정보를 제거하는 것이 가능하다. 구간마다 (예를 들어, 디스크 회전당 하나의 인덱스 부호로) 트랙 식별 정보를 포함하는 것이 여전히 바람직하지만, 이는 각각의 매립형 서보 섹터에서 그레이 코드 트랙 식별자를 포함하는 것보다 훨씬 적은 디스크 공간을 갖는다. 밀도가 증가하고 포맷 효율이 향상됨에 따라 디스크 표면상에 저장될 수 있는 전체 데이터 양을 두배 이상 증가시킬 수 있다. 바람직한 실시예의 3.5 인치 디스크 드라이브의 경우 각 디스크 표면상에 약 500 MBytes의 데이터를 저장하거나 또는 하나의 디스크 드라이브 상에 1 GByte(10억 바이트)를 저장하는 것이 가능하다. 영역 밀도는 제곱 인치당 약 500 MBit이다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 트랙 밀도 및 선형 밀도를 변경하여 위와 유사한 결과를 달성할 수도 있음을 이해할 것이다. 바람직한 실시예에 있어서, 제곱 인치당 500 MBit의 특정 영역 밀도를 달성하기 위해 선형 비트 밀도를 증가(에러율을 증가)시킬 필요가 없다. 그렇지만, 트랙 밀도가 보다 낮을 경우, 이러한 영역 밀도를 달성하기 위해 선형 비트 밀도를 증가시킬 수 있다. 특히, 바람직한 실시예에서와 같이 별도의 자기-저항 판독 헤드대신 유도 판독/기록 헤드(박막 헤드 또는 메탈-인-갭 헤드)를 사용하는 경우, 필요하다면 더욱 높은 에러율을 허용하면서 트랙 밀도를 낮추고 선형 밀도를 높이는 것이 바람직할 수도 있다. 전술한 여러 가지 기법 및 본 명세서에서 기술된 그 밖의 다른 기법들을 사용함으로써 제곱 인치당 500MBit 이상의 밀도를 달성할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 디스크 드라이브(102)는 매립형의 위상 인코딩된 서보 섹터를 사용하여 서보 동작 메카니즘이 액츄에이터를 트랙의 중심에 위치시킬 수 있도록 한다. 다시 말해, 서보 정보는 데이터가 기록되는 것과 동일한 디스크 표면상에서 데이터 섹터들 사이에 인터리브된 서보 섹터에 기록된다. 서보 섹터는 디스크 회전마다 4.5°도 이격하여, 디스크 회전당 80개의 서보 섹터가 형성되도록 한다.
서보 섹터는 나선형 패턴을 사용하는 것 대신 통상적인 동심형 방식으로 디스크에 바람직하게 기록된다. 즉, 서보 섹터를 기록할 때, 서보 섹터의 원형 트랙은 디스크 주위에 기록되고, 인덱스 위치에서 서보 기록기는 한 트랙폭만큼 위치를 증가시켜 첫 번째 원형 트랙과 동일한 동심을 갖는 다음 원형 트랙을 기록하며, 이와 같은 방식으로 디스크 표면 횡단이 완료될 때까지 서보 트랙들을 연속적으로 기록한다. 나선형 데이터 트랙 판독 또는 기록은 나선형 트랙 위치 에러 오프셋을 서보 섹터를 판독할 때 발생된 위치 에러 신호에 추가함으로써 달성되며, 나선형 트랙 위치 에러 오프셋의 크기는 인덱스 위치에 대한 서보 섹터의 각 위치(angular position)에 따라 달라진다. 예를 들어, 인덱스 위치에서 위치 에러 오프셋은 0이 될 것이다. 디스크가 인덱스 위치를 벗어나 회전할 때 증가될 때 오프셋의 크기는 트랙이 내부로 나선 진행하거나 혹은 외부로 나선 진행하는지의 여부에 따라 위치 오프셋에 가산되거나 혹은 위치 오프셋으로부터 감산된다. 인덱스 위치와 180°각도에 위치된 오프셋은 정확히 1/2 트랙 폭이 될 것이다. 서보 메카니즘은 빌링즈(Billings) 등에 의해 1994년 1월 20일에 출원되어 본 출원인에게 양도된 공동 계류중인 미국 특허 출원 제08/184,417 호에 더욱 상세히 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 참조로 인용된다.
제4도에는 바람직한 실시예에 따른 서보 섹터 및 데이터 섹터의 구성이 도시되어 있다. 디스크 표면의 부분이 정밀하게 도시되어 있다. 원주 방향으로 이격된 구간에 위치한 서보 섹터(401-403)는 본 기술 분야에 알려진 여러 가지 서보 인코딩 기법들 중 하나를 사용하여 원형 트랙의 중심 라인(405, 406)을 정의한다. 바람직한 실시예에서는 위상 인코딩된 서보 패턴이 사용되지만, 진폭 인코딩 된 서보 패턴이 또한 사용될 수 있다. 서보 섹터(401)는 인덱스 위치에 위치한다. 데이터 트랙(410)은 서보 섹터들 사이에 위치한 데이터 섹터(411, 412)를 포함한다. 데이터 트랙(410)의 중심 라인(413)은 초기에 인덱스 서보 섹터(401)의 중심 라인(406)과 일치한다. 데이터 트랙이 인덱스 위치와 멀어지게 되면 데이터 트랙의 중심 라인(413)은 서보 섹터에 의해 정의된 중심라인(405)으로부터 더욱 멀어지게 된다. 서보 섹터(403)에 있어서, 데이터 트랙 중심 라인(413)과 서보 섹터(403)에 의해 정의된 중심 라인(405) 사이에 상당한 오프셋(415)이 있음을 알 수 있다. 액츄에이터가 데이터 트랙을 추종하면 서보 시스템은 나선형 트랙 오프셋(415)의 크기를 서보 섹터에 의해 검출된 위치 에러에 추가하여 나선형 데이터 트랙(410)의 중심 라인(413)으로부터 실제편차를 획득한다. 나선형 트랙 오프셋(415)의 크기는 디스크(201)의 각 위치에 따라 변할 수 있다. 나선형 트랙의 위치 에러 오프셋은 구간(예를 들어, 각각의 서보 섹터)마다 이산 크기(discrete amount)로 증가되거나 혹은 연속적인 수학 함수(continuous mathematical function)로 증가될 수 있다. 제4도에 도시된 섹터, 트랙 및 오프셋은 예시를 위해 크게 확대하여 도시한 것임을 이해해야 한다. 또한, 서보 섹터는 디스크 중심으로부터 방사형 라인을 정확하게 추종할 필요는 없으며 바람직한 실시예에서와 같이 회전형 액츄에이터가 사용될 경우, 서보 섹터는 회전형 액츄에이터의 경로에 의해 정의된 원호를 따라 위치됨을 이해해야 한다.
동심형 서보 섹터는 초기에 서보 섹터를 디스크 표면에 기록하는 작업을 단순화시켜 주므로 동심형 서보 섹터가 바람직하다. 동심형 서보 패턴을 기록함으로써, 나선의 방향과 무관하게 모든 디스크 표면에 단일 경로로 기록하는 것이 가능하다. 그렇지만, 서보 섹터를 나선형 패턴으로 기록하는 것이 또한 가능하다.
멀티미디어 데이터는 드라이브(101-103)상에 중복 및 인터리브 방식으로 저장된다. 제5도에는 데이터 세그먼트가 드라이브(101-103)의 트랙상에 포맷되는 방식이 예시되어 있다. 드라이브(101)상의 단순화된 트랙은 참조번호(501)로 도시된다. 트랙(502)은 드라이브(102)상의 트랙을 나타내고, 트랙(503)은 드라이브 (103)상의 트랙을 나타낸다. 트랙(501-503)은 1-1, 2-1 등으로 표시된 동일한 크기를 갖는 다수의 데이터 섹터를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 섹터는 약 900 바이트 데이터 또는 약 1/6의 비디오 프레임을 저장한다. 섹터는 N-M이란 명칭으로 표시되며 여기서 N은 섹터가 데이터를 포함하는 5분 구간의 번호를 나타내고, M은 5분 구간내의 섹터의 시퀀스 번호를 나타낸다. 따라서, 예를 들어, 섹터 3-1은 세 번째 5분 구간내의 제1 섹터이다. 또한, 5분 구간의 번호는 24개의 각 버퍼들(121A-144A) 중 하나의 버퍼에 대응한다. 세 번째 5분-구간에 대한 데이터를 포함하는 섹터(3-1)는 세 번째 버퍼(123A)에 위치된다. 바람직한 실시예에서, 인터리빙은 섹터 단위(sector-by-sector bases)로 수행되고, 각각의 섹터는 적절한 크기를 갖는다. 그러나, 인터리브 된 데이터 세그먼트의 크기는 하나의 섹터와 정확하게 대응할 필요는 없다. 예를 들어, 동일한 시간 구간(동일한 버퍼)과 관련된 섹터 쌍은 함께 하나의 데이터 세그먼트를 구성하여 제5도에 도시된 바와 같이 개별의 섹터들이 인터리브되는 동일한 방식으로 다른 쌍과 인터리브되도록 할 수 있다.
물리적으로, 트랙(501)은 디스크 드라이브(101)의 디스크(201)의 표면상에 위치한 두 개의 나선형 데이터 트랙으로서 기록된다. 트랙(501)의 첫 번째 절반은 내부 방향으로 나선 진행하는 디스크(201)의 한 표면상에 기록되고, 트랙(501)의 두 번째 절반은 외부 방향으로 나선 진행하는 디스크(201)의 반대 표면상에 기록된다. 트랙(502, 503)은 제각기 디스크 드라이브(102, 103)상에 유사한 방식으로 기록된다.
모든 데이터가 드라이브(101-103)상에 중복하여 기록됨을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 섹터(1-1)는 트랙 (501) 및 트랙(503)상에 포함된다. 따라서, 어느 하나의 드라이브가 고장날 경우 다른 대체 드라이브로부터 데이터를 판독하는 것이 가능하다.
제5도에 도시된 트랙(501-503)은 단지 예시적인 것이며 트랙의 내용을 완전히 나타내도록 의도한 것이 아님을 이해해야 한다. 특히, 전술한 바와 같이 데이터를 판독 및 기록할 때 데이터 헤드가 트랙을 추종할 수 있도록 하기 위해 트랙은 매립형 서보 버스트를 바람직하게 포함할 것이다. 이들 서보 버스트는 명료성을 위해 제5도에서 배제하였다. 또한, 식별을 위해 데이터 섹터는 전형적으로 헤더부를 포함한다.
이하 멀티미디어 서보 시스템(100)의 동작을 디스크 드라이브와 함께 기술할 것이다. 전형적인 동작에서 서브 시스템(100)은 24개의 출력포트를 제공하며, 각각의 출력포트는 동화상과 같은 2시간 분량의 멀티미디어 프리젠테이션 중 5분 구간의 세그먼트를 나타낸다. 각각의 디스크 드라이브 장치(101-103)는 2/3의 프리젠테이션을 저장하므로, 전체 프리젠테이션은 두 번 저장된다.
각각의 디스크 드라이브는 하나의 디스크 표면상의 나선형 데이터 트랙을 처음부터 끝까지 추종함으로써 동작하며, 액츄에이터는 연속적으로 데이터 표면을 따라 느리게 스윕한다. 각 출력포트에 제공되는 데이터는 5분마다 반복하기 때문에, 드라이브는 5분내에 모든 디스크 표면을 가로질러 스윕을 완료하여야 한다. 두 개의 데이터 표면을 갖는 경우, 데이터 표면을 가로지르는 각각의 스윕은 약 150초 정도 걸린다. 이는 탐색 동작 동안 통상적인 디스크 드라이브 액츄에이터를 이동시키는데 통상적으로 요구된 시간 주기보다 훨씬 긴 시간 주기임을 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. 데이터 표면들 중 한 표면의 나선형 트랙의 끝에도달하면 드라이브는 판독 채널 전자 장치를 전기적으로 스위칭하여 다른 표면으로부터 데이터를 판독한다. 그후, 액츄에이터는 다른 표면상의 나선형 데이터 트랙을 추종하여 반대 방향으로 스윕한다. 따라서, 액츄에이터는 처음 스윕의 끝 위치에서 다음 스윕을 개시할 경우 반대 방향으로 진행하므로, 디스크 표면을 가로질러 스윕이 종료할 때 액츄에이터를 처음 위치로 다시 이동시킬 필요가 없게 된다. 이와 같은 프로세스는 제6도에 도시되어 있다. 디스크(201)는 스핀들(203)에 부착된 에지 방향으로 도시되어 있다. 화살표 A 및 B는 액츄에이터의 스윕 방향을 나타낸다. A로 표시된 제1 스윕은 디스크(201)의 하부 표면상의 데이터를 판독하며, 외부 에지에서부터 내부 방향으로 나선 진행한다. B로 표시된 제2 스윕은 디스크(201)의 상부 표면상의 데이터를 판독하며, 내부 에지에서부터 외부 방향으로 나선 진행한다. 상기 두 스윕이 종료하면, 드라이브는 스윕 A에서부터 개시하여 디스크(201)의 표면상의 동일한 데이터를 판독하는 전술한 프로세스를 반복한다. 다수의 디스크가 구비된 디스크 드라이브가 공통 스핀들 상에 형성되면 초기 스윕을 반복하기 전에 본 발명에 따라 4, 6, 8 또는 그 이상의 스윕이 수행될 수도 있음을 이해할 것이다.
정상적으로 스위치(107-109)는 제1도에 도시된 바와 같이 설정된다. 즉, 디스크 장치(101)로부터의 버스(104)는 버스(110)에 접속되고, 디스크 장치(102)로 부터의 버스(105)는 버스(111)에 접속되고, 디스크 장치(103)로부터의 버스(106)는 버스(112)에 접속된다.
데이터가 디스크 드라이브(101-103)에 의해 판독되면, 데이터는 개개의 버스(104-106)상으로 출력된다. 제어기(113)는 이들 버스상의 데이터를 감시하여 스위치(121B-144B)를 제어한다. 제7도는 서버 동작을 제어하기 위해 제어 프로그램(116)에 의해 수행되는 단계들을 예시한 것으로, 제어 프로그램(116)은 제어기의 마이크로프로세서(114)에 의해 실행된다.
제어기는 반복적인 프로세스를 수행한다. 단계(701)에서 제어기는 예상 섹터 식별자(identifier: ID)에 대한 적절한 버스를 감시한다. 데이터 섹터의 시작점이 검출되면 디스크 드라이브는 섹터 ID를 버스 상으로 출력한다. 섹터는 규칙적인 시퀀스로 발생되기 때문에, 제어기는 예상되는 다음 섹터의 기록을 보유한다.
단계(702)에서 제어기는 버스로부터 제공된 섹터 ID를 판독하여 이를 예상된 섹터 ID와 일치시킨다. 섹터 ID가 훼손되거나 혹은 일치하지 않으면 단계(703)에서 에러가 표시되고, 제어 프로그램은 에러 복구 단계(단계(709))로 진행된다. 섹터 ID가 정확하면, 단계(704)에서 제어기는 섹터가 판독되고 있는 디스크 드라이브가 이 섹터에 대해 주 장치인 지를 판정한다. 각각의 디스크 드라이브는 8개의 버퍼에 대해 주 장치이면서 다른 8개의 버퍼에 대해 대체 장치(alternate device)이기도 하다. 디스크 드라이브가 주 장치이면, 단계(705)에서 제어기는 스위치를 적절한 버퍼, 즉, 데이터 섹터가 대응하는 시간 구간과 동일한 시간 구간에 대응하는 버퍼에 연결시킨다. 디스크 드라이브가 대체 장치이면 단계(705)는 스킵(skip)된다. 단계(705)가 스킵되면 디스크 장치는 섹터를 판독하지만 데이터는 어느 버퍼에도 게이트되지 않으며 사용되지도 않게 된다. 그 후, 단계(706)에서 제어기는 버스를 감시하여 섹터 ID에 이어지는 실제데이터를 검출한다. 단계(707)에서 데이터에러가 검출되지 않으면, 제어기가 버퍼 스위치를 미리 설정한 사실에 의해 데이터가 버퍼에 직접 게이트되므로 제어기는 어떠한 동작도 취하지 않아도 된다.
데이터 섹터가 전부 전송되었으면, 단계(708)에서 제어기는 버퍼 스위치를 개방하고 예상된 다음 섹터의 기록을 갱신한다.
버퍼를 감시하는 동안 제어기가 에러를 검출하면 단계(709)에서 제어기는 에러 복구 절차를 개시한다. 이 절차는 디스크 드라이브의 질의(interrogation)와, 데이터의 재-판독 시도와, 에러 복구 분야에 알려진 다른 절차 등을 포함할 수 있다. 그러나, 디스크 드라이브 장치가 고장나고 다시 온-라인(on-line) 상태로 될 수 없으면, 제어기는 백-업 디스크 드라이브 장치를 주 장치로 지정하여, 통상적으로 고장난 장치로부터 판독될 가능성이 있는 데이터 섹터가 백-업 디스크 드라이브 장치로부터 판독되도록 한다. 그러면, 이들 데이터 섹터는 고장난 장치가 수리되거나 혹은 대체될 때까지 백업 장치로부터 획득된다.
예로서, 드라이브(101)가 데이터 섹터(1-1)를 판독하여 그 내용을 버스(104)상에 제공하면, 제어기(113)는 스위치(121B)를 닫고 스위치(122B-128B)를 연다.
따라서, 섹터(1-1)로부터 판독된 데이터는 버퍼(121A)에만 게이트 된다. 드라이브(101)가 섹터(1-1)의 판독을 완료하면, 제어기(113)는 스위치(121B)를 열고 스위치(122B)를 닫는다. 그러면, 섹터(2-1)로부터 판독된 데이터는 버퍼(122A)에만 게이트 된다. 이러한 프로세스는 섹터(8-1)까지 계속 수행되며, 각각의 섹터는 스위치(121B-128B)의 제어에 의해 적절한 개개의 버퍼(121A-128A)에서 판독된다. 섹터(9-1)에도달하면 제어기(113)는 모든 스위치(121B-128B)를 연다. 드라이브(101)는 섹터(9-1 내지 16-1)를 판독하지만, 정상적인 동작 모드 동안 데이터는 어느 버퍼에도 게이트되지 않는다. 이 데이터는 다른 디스크 드라이브들 중 하나가 고장날 경우에만 사용된다. 섹터(1-2)에도달하면 제어기(113)는 스위치(121B)를 닫음으로써 섹터(1-2)의 데이터가 버퍼(121A)에 제공되는 등등으로 전술한 프로세스를 반복한다. 따라서, 스위치(121B-128B)를 순차적으로 제어하면 섹터(1-1, 1-2, 1-3 등등)는 버퍼(121A)에서 판독되고, 섹터(2-1, 2-3, 2-3 등등)는 버퍼(122A)에서 판독되고, 섹터(3-1, 3-2, 3-3 등등)는 버퍼(123A)에서 판독되는 등의 과정과 같이 섹터가 판독된다.
제어기(113)는 나머지 스위치(129B-144B)에 대해서도 동일한 절차를 동시에 수행한다. 즉, 드라이브(102)가 섹터(9-1)를 판독하면 스위치(129B)가 닫히고 스위치(130B-136B)는 열려서 버퍼(129A)에 데이터가 게이트 된다. 드라이브(103)가 섹터(17-1)를 판독하면 스위치(137B)가 닫히고 스위치(138-144B)는 열려서 버퍼(137A)에 데이터가 게이트 된다. 따라서, 디스크 드라이브(102)상에 저장된 데이터는 버퍼(129A-136A)에 연속적으로 저장되고, 디스크 드라이브(103)상에 저장된 데이터는 버퍼(137A-144A)에 연속적으로 저장된다. 버퍼(137A-144A)에 대응하고 디스크 장치(102)상에 저장된 (17-x, 18-x, ... 24-x로 표시된) 섹터도 정상적인 경우에는 사용되지 않다가, 다른 드라이브가 고장난 경우에 사용되는 중복섹터이다. 마찬가지로, 버퍼(121A-128A)에 대응하고 디스크 장치(103)상에 저장된 (1-x, 2-x, ... 8x로 표시된) 섹터도 정상시에는 사용되지 않는다.
디스크 드라이브와 버스는 데이터가 멀티미디어 프리젠테이션에서 디스플레이 되는 속도보다 훨씬 빠른 버스트 율(burst rates)로 데이터를 버퍼에 제공할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 데이터가 인터리브되도록 한다. 개개의 버퍼에는 여러 섹터들 중 하나로부터 제공된 데이터가 고속으로 채워지며, 다른 버퍼들이 채워지는 동안에는 느리게 비워진다.
그러므로, 버퍼는 전체 섹터를 저장하거나 다른 버퍼가 채워지고 있는 동안 데이터가 고갈되지 않도록 충분히 큰 용량을 가져야 하지만 너무 클 필요는 없다.
바람직한 실시예에서, 각각의 섹터는 900 바이트의 데이터를 포함한다. 버퍼의 크기는 섹터의 크기보다 대략 2 배인 1800 바이트이면 충분한 것으로 사료된다.
각각의 버퍼에는 데이터가 매 16번째 섹터 또는 4.8 밀리초마다 채워질 것이다.
디스크 회전당 80개의 섹터로 가정하면, 2500 RPM의 바람직한 스핀들 모터 속도는 이와 같은 데이터 속도와 일치하도록 지정된다. 바람직하게, 각각의 버퍼(121A∼144A)는 섹터의 크기의 2 배보다 약간 더 큰 표준형 2KB 반도체 FIFO 버퍼이다.
상이한 버퍼(즉, 상이한 시간 구간)에 대한 데이터 세그먼트의 인터리빙은 디스크 저장 장치의 속도를 전형적인 멀티미디어 애플리케이션의 데이터 소비 속도와 일치시키는데 바람직하다. 멀티미디어 저장 장치를 인터리빙 없이 구성할 수 있지만, 이 경우 멀티미디어 저장 장치는 매우 큰 용량을 갖는 버퍼를 구비해야 하거나 혹은 디스크의 속도를 데이터 소모 속도와 일치시켜야 한다. 인터리빙이 없는 경우, 저장 데이터 밀도가 135 KBPI이고, 압축된 비디오에 대한 통상적인 비디오 속도가 초당 167 Kbyte이고(아래의 설명을 참조), 디스크가 3.5 인치인 것으로 가정하면, 디스크 표면으로부터 데이터가 판독되는 속도와 데이터 속도가 소비되는 속도를 일치시키기 위해서는 디스크가 약 156 RPM 속도로 회전하여야 한다. 이 속도는 디스크 저장 장치에 대해 극히 낮은 속도이며, 이로 인해 슬라이더에 대한 공기 역학 리프트(aerodynamic lift)가 부족하게 되어 슬라이더가 디스크 표면과 접촉할 수 있다. 바람직한 실시예에 따라 인터리빙을 수행함으로써, 데이터는 디스크로부터 멀티미디어 디스플레이에 의해 소비되는 속도보다 약 16배의 속도로 판독되므로, 디스크 모터는 약 2500 RPM 속도로 회전할 수 있다. 이는 통상적인 디스크 드라이브에서 요구된 속도보다 훨씬 느리므로, 디스크 베어링 및 모터에는 보다 덜 엄격한 요건이 부과된다. 동시에, 슬라이더에 공기 역학 리프트를 제공할 수 있을 정도로 충분히 빠르다.
전술한 바와 같이, 디스크 회전 속도, 인터리빙 요소 및 사용 가능한 버퍼의 수를 일치시키는 것이 바람직하다. 기존의 기법에 따르면, 저장된 비디오의 데이터 압축을 사용하는 것이 가장 현실적이다. 바람직한 실시예에서, 비디오 데이터는 MPEG 1(Motion Picture Expert Group Standard 1) 데이터 압축 알고리즘을 사용함으로써 디스크 드라이브(101-103)상에 저장된다. 비디오 데이터의 경우 이러한 알고리즘은 평균 약 100대 1의 데이터 압축율을 발생시킨다. 이러한 알고리즘을 사용하면 표준 비디오 프레임은 평균 5.6KBytes의 저장 용량이 필요하다. 초당 30프레임을 갖는 기존 프레임율에 따르면, 초당 비디오 프리젠테이션은 평균 167KBytes의 저장 용량이 필요하다.
바람직하게, 데이터는 디스크 드라이브(101-103)에서부터 버퍼(121A-144A)로 압축된 포맷으로 제공되고, 최종적인 포트(121C-144C)에도 마찬가지로 압축된 포맷으로 제공된다. 비디오 데이터는 바람직하게 텔레비젼 스크린과 같은 사용자 프리젠테이션 시스템에 도달할 때까지 압축해제되지 않는 것이 바람직하다. 사용자 프리젠테이션 시스템에는 적절한 압축해제하드웨어가 구비되어야 한다. MPEG 1에 따라 데이터를 압축해제하는 칩은 상업적으로 이용 가능하다.
바람직한 실시예에서는 MPEG 1 압축 알고리즘이 사용되지만 다른 적합한 압축 알고리즘이 대신 사용될 수도 있다. 데이터를 다른 단계에서 압축 및 압축해제하는 것 또한 가능하다. 예를 들어, 데이터는 압축된 포맷으로 디스크 드라이브(101-103)상에 저장되고, 버퍼(121A-144A)에 저장되기 전에 압축해제될 수 있다.
이로 인해, 필요한 압축해제칩의 수가 줄어들 수 있지만, 더 큰 용량의 버퍼가 요구되고, 버퍼에서부터 사용자 프리젠테이션 시스템으로 제공되는 전송 매체상의 대역폭이 더욱 커진다. 압축 알고리즘을 전혀 사용하지 않고 데이터를 모두 압축되지 않는 포맷으로 저장 및 전송하는 것 또한 가능하다. 그렇지만, 이것은 시스템의 하드웨어 요건을 증가시키며, 특히 디스크 드라이브의 저장 용량에 대한 요건을 증가시키며, 선형 저장 밀도, 디스크 속도, 디스크 드라이브의 수, 인터리빙 레벨 등의 일치가 요구된다.
서버(100) 동작 중에 디스크 드라이브(101-103) 중 어느 하나가 고장나면, 서버는 적절한 시간에 다른 장치상에 저장된 백업 데이터로 스위칭하여 멀티미디어 프리젠테이션을 계속적으로 제공할 수 있다. 이와 같은 동작은 스위치(107-109)의 제어에 의해 달성된다. 다음 예는 이러한 고장 복구 기법(failure recovery technique)을 예시한 것이다. 디스크 드라이브(102)의 동작이 수행되지 않는다고 가정한다. 버스(105)의 통신을 감시하는 제어기(113)는 드라이버(102)가 요구된 데이터를 더 이상 제공하지 않음을 검출할 것이다. 따라서, 제어기(113)는 스위치(108)를 변경하여 (디스크 장치(101)에 저장된) 데이터가 버스(104)를 통해 버스(111)상으로 게이트 되도록 한다. 디스크 장치(101)는 버퍼(129A-136A)에 지정되고 디스크 드라이브(102)에 의해 제공되는 데이터 섹터의 백업 사본을 포함한다.
게이트 버스(104)를 통해 버스(111)로 스위칭 되면, 버퍼(129A-136A)는 디스크 드라이브(101)로부터 제공된 데이터를 수신할 것이다. 디스크 드라이브(101)상에 저장되고 정상 동작 모드에서는 무시되는 데이터 섹터 9-x, 10-x, ...16-x는 버스(104, 111)를 통해 버퍼(129A-136A)에 제공된다. 제어기(113)는 스위치(129B∼136B)의 타이밍을 변경하여, 이들 스위치가 디스크 드라이브(102)에 의해 버스(105)상에 제공될 데이터 대신 디스크 드라이브(101)에 의해 버스(104)상에 제공될 데이터에 대응하여 개폐되도록 한다. 다른 디스크 드라이브들 중 어느 하나가 고장난 경우에도 이와 마찬가지로 처리된다.
다수의 서버(100)가 완전 주문형 비디오 라이브러리 시스템을 제공하는데 사용될 수 있다. 완전 주문형 비디오 라이브러리 시스템의 블록도는 제8도에 도시되어 있다. 라이브러리 시스템(801)은 다수의 멀티미디어 서버(803-805)에 결합된 압축 영화 라이브러리(802)를 포함하며, 각각의 멀티미디어 서버(803-805)는 중앙 스위치(809)에 접속된 스위칭 네트워크(switching network)(806-808)에 제각기 연결된다. 각각의 서버(803-805)는 전술한 바와 같이 완전한 서버 시스템을 나타내도록 의도된 것으로, 라이브러리 시스템에서는 실제로 이와 같은 장치의 수가 변경될 수 있음을 이해해야 한다.
압축 영화 라이브러리(802)는 압축 포맷으로 저장된 다수의 영화 또는 다른 비디오 프리젠테이션을 포함한다. 라이브러리의 엔트리(entry)의 수는 많기 때문에 비용이 저렴한 매체상에 저장되어야 한다. 예를 들어, 자기 테이프 또는 CD-ROM과 같은 저장 장치가 적합할 수 있다. 영화가 상영되려면, 영화는 압축 라이브러리(802)로부터 서버들(803-805) 중 어느 하나로 다운로딩된다. 이는 시청자의 요구에 응답하여 수행되거나 혹은 스케줄에 따라 수행될 수 있다. 따라서, 서버(803-805)는 전술한 바와 같이 선택된 영화를 재생하며, 적절한 포트에 상이한 시간 구간을 출력한다. 영화를 시청하길 원하는 비디오 서비스 사용자는 전화, 케이블 또는 다른 수단으로 중앙 스위치(809)와 접속하여 영화를 선택한다. 그러면, 중앙 스위치(809)는 스위치 네트워크들 중 어느 하나로부터 선택된 비디오 프리젠테이션을 사용자에게 제공한다. 전형적으로, 사용자는 첫 번째 5분 구간을 나타내는 포트로부터 영화의 시청을 맨 처음 개시할 것이다. 첫 번째 5분 구간이 완료되면, 적절한 스위치 네트워크는 시청자를 다음 5분 구간의 포트로 스위칭할 것이며, 이와 같은 과정을 되풀이한다. 언제라도 시청자는 전방, 후방 또는 그 이상의 구간을 스킵 하도록 선택할 수 있다. 또한 스위치 네트워크는 시청자의 요구에 따라 이러한 스킵을 달성할 수 있다.
제8도에 도시된 바와 같이, 2시간을 초과하는 영화는 둘 이상의 서버(803-805)를 요구할 수 있다. 125분 분량을 갖는 영화 #409는 주로 서버(804)상에 저장되며, 나머지 5분 분량은 서버(803)상에 저장된다. 이와 같은 5분 분량은 영화 #36로부터의 데이터와 인터리브하여 사용되지 않은 이용 가능한 서버(803)의 용량을 이용한다. 서버(803)의 마지막 포트는 항상 영화 #409의 세그먼트를 나타내며, 서보(803)의 나머지 포트들은 영화 #36의 다른 부분들을 나타낸다.
바람직한 실시예에 있어서, 저렴한 비용 및 높은 신뢰성을 갖는 주문형 비디오 서비스를 제공하기 위해 특별히 설계된 멀티미디어 디스크 드라이브는 멀티미디어 서버 시스템에 합체(merge)된다. 그렇지만, 본 발명의 사상 및 영역 내에서 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들어, 정 방향 또는 반대 방향의 나선형 데이터 트랙을 갖는 특별히 설계된 멀티미디어 디스크 드라이브는 독립 모드에서 멀티미디어 데이터의 저장 장치로서 사용될 수 있다. 또한 데이터 중복도 바람직하지만, 멀티미디어 서버 환경에서 각각의 데이터 세그먼트를 한번만 기록함으로써 비용을 절감할 수 있다.
데이터 속도 및 다른 요인에 따라 버스, 스위치 및 장치를 다양하게 구성할 수 있다. 예를 들어, 버스의 데이터 속도에 따라 모든 디스크 드라이브가 데이터를 공통 버스에 출력시킴으로써 버스의 이용 가능한 수용 능력을 효율적으로 시분할 수도 있다. 이를 위해서, 각각의 드라이브는 다른 드라이브가 버스 상으로 전송 동작을 수행하는 동안 데이터를 저장하기에 충분한 소형 버퍼를 포함하여야 한다. 이와 같은 버퍼의 사용은 본 기술 분야에 잘 알려져 있다. 상이한 용량을 갖는 상이한 수의 드라이브가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예의 구성은 (영상에 대해 전형적인) 두시간 분량의 멀티미디어 프리젠테이션을 기존의 기법을 사용함으로써 성취 가능한 데이터 밀도 및 데이터 속도로 제공하도록 구성된 것이다. 기술이 향상되고 데이터 밀도, 데이터 속도 등이 증가함에 따라 최적의 구성이 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 다른 크기의 멀티미디어 프리젠테이션을 저장하고 제공해야 할 경우에 장치의 수가 변경될 수도 있다.
바람직한 실시예에서는 멀티미디어 환경을 이용하기 위해 디스크 드라이브의 여러 가지 기계적 및 전자-기계적 특징들이 설계된다. 특히, 액츄에이터 모터는 고속 탐색을 수행할 필요가 없기 때문에 통상적인 액츄에이터 모터보다 훨씬 낮은 전력으로 설계된다. 마찬가지로, 디스크 스핀들 모터는 저속으로 회전하기 때문에 저 전력으로 설계된다. 마찬가지로, 액츄에이터 베어링 및 스핀들 모터 베어링은 저속 동작에 맞춰 설계되므로 비용이 감소된다. 그렇지만, 본 발명의 범위 내에서 통상적인 디스크 단순히 드라이브와 동일한 기계 설계를 사용하거나 단순히 드라이브를 본 발명에 따라 포맷하는 것도 가능하다. 이로서, 기존의 드라이브를 재설계하는데 소요되는 비용은 절감되겠지만, 장기적으로 장치당 비용이 바람직한 실시예에서 보다 훨씬 많이 소요될 것이다.
바람직한 실시예에서, 멀티미디어 데이터는 다수의 디스크상에 중복저장(mirror)된다. 즉, 멀티미디어 데이터가 2번 기록된다. 중복 저장은 데이터 중복을 제공하지만 비보호 저장 장치에 비해 두배의 저장 용량을 필요로 한다.
이와 달리, 데이터 중복 RAID(redundant arrays of inexpensive disks)로 주로 알려진 여러 가지 기법들 중 어느 하나에 의해 달성될 수 있다. 특히, 다수의 디스크 드라이브들 중 하나는 다른 디스크 드라이브상에 저장된 데이터의 패리티(parity)(배타적-OR)만을 저장하는 패리티 드라이브일 수 있다. 한쪽 디스크 드라이브가 고장나서 다른 드라이브로부터 데이터를 판독할 때 고장난 드라이브의 데이터를 즉시 재구성할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 모든 디스크 드라이브 저장 장치는 동일한 저장 용량 및 성능 특성을 갖는다. 이로 인해, 제어 메카니즘이 단순해지고, 하나의 장치를 다른 장치로 용이하게 대체시킬 수 있다. 그렇지만, 가변 용량의 저장 장치를 사용함으로써 본 발명을 구현하는 것 또한 가능하다.
바람직한 실시예에 있어서, 각각의 디스크 표면상에는 단일 나선형 트랙이 제공한다. 그러나, 각각의 디스크 표면상에 다수의 인터리브 된 나선형 트랙을 기록하는 것이 또한 가능하다. 다수의 인터리브된 나선형 트랙을 사용하면 각각의 나선형 트랙의 길이가 줄어든다. 그 결과, 디스크의 단일 스윕을 완료하는데 걸리는 시간이 감소된다. 디스크 드라이브의 설계에 따라 서보 제어의 관점에서 바람직한 실시예에서 의도한 150초보다 빨리 디스크를 스윕하는 것이 바람직할 수도 있으며, 이를 수행하는 한 방법은 다수의 나선형 트랙을 각각의 디스크 표면상에 인터리브시키는 것이다.
바람직한 실시예에서, 데이터는 전체 디스크 표면을 가로질러 일정 속도로 판독 및 기록된다. 이로 인해, 전자 장치는 단순해지지만 디스크 표면의 외부 에지에서 디스크 용량을 충분히 이용하지 못하게 된다. 통상적인 동심형 트랙 디스크 드라이브에 대한 기록 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 디스크 표면을 다수의 지역(zones)으로 분할하고, 기록 속도(초당 바이트 또는 디스크 회전각당 바이트)를 지역마다 변경시켜, 디스크 표면을 가로질러 선형 밀도가 균일하게 되도록 하고 외부 에지 근처의 트랙에서 최대 용량이 획득되도록 하는 것이 가능하다. 다른 실시예로, 나선형 트랙의 기록 속도를 변경시켜 디스크의 데이터 용량을 증대시키는 것이 가능하다. 이로 인해 상이한 데이터 속도를 수용하기 위해 버퍼의 크기가 상응하는 양만큼 증가해야 한다.
또다른 실시예에서, 디스크 회전각당 바이트수를 변경함으로써 선형 밀도를 거의 일정하게 유지시키고, 동시에 디스크 모터 속도를 변경함으로써 데이터 클럭 속도(초당 바이트 수)를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 한쪽 트랙에서 다른 쪽 트랙으로 고속 탐색을 수행해야 하는 통상적인 디스크 드라이브에서 디스크 모터 속도를 변경시키는 것은 비실용적인데, 그 이유는 오랜 탐색 동작 이후에 정확한 모터 속도에도달하기 전까지는 모터의 관성으로 인해 수용할 수 없을 정도로 긴 지연 주기가 요구되기 때문이다. 그러나, 데이터가 긴 나선형 데이터 트랙상에 기록되는 경우에는 액츄에이터가 느리게 내부 및 외부 방향으로 나선 진행하므로 모터 속도를 바람직한 데이터 속도와 연속적으로 일치시키는 것이 가능해진다.
예를 들어, 바람직한 실시예에서 단일 액츄에이터 스윕은 150초가 요구된다. 액츄에이터가 기록 표면의 내부 에지에 위치할 때 3.5 디스크 드라이브의 모터가 약 2500 RPM으로 회전한다면, 액츄에이터가 외부 에지에 위치할 때 디스크의 모터는 일정한 선형 밀도에서 일정한 데이터 속도를 유지하기 위해 1100 RPM으로 회전해야 한다. 150초의 주기 동안 속도를 1100 RPM에서 2500 RPM까지 점차적으로 증대시키고 또한 이와 반대로 감소시키는 데에는 통상적인 모터로도 가능하다.
전술한 바와 같이 스핀들 모터 속도를 데이터 속도와 일치되도록 변경시키는 것은 모터 제어기/구동기 회로를 변경하여 종래의 무브러쉬 직류 디스크 드라이브 스핀들 모터(brushless direct current disk drive spindle motors)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 제9도에는 또 다른 실시예에 따른 스핀들 모터를 가변 속도로 구동하는 스핀들 모터 제어 회로가 도시되어 있다. 통상적인 3상 모터(901)는 3상 전류 구동 회로(902)에 의해 구동된다. 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 통신 제어 회로(903)는 구동기 위상과 중앙 탭(central tab)으로부터 피드백(feedback)을 수신하여 전류 구동 회로(902)의 위상을 순차적으로 스위칭시킨다.
통신 제어 회로(903)는 속도 피드백 신호를 속도 제어 회로(904)에 제공한다. 또한, 속도 제어 회로(904)는 전류 구동 회로(902)로부터 모터 전류 피드백 신호를 수신한다. 속도 제어 회로(904)는 실제속도를 원하는 속도와 비교하여 모터의 구동 전류를 조정한다. RAM(906)에 접속된 마이크로프로세서 제어기(905)는 속도 제어 회로(904)의 원하는 회전 속도를 설정한다. 다른 디스크의 기능뿐만 아니라, 특히, 액츄에이터를 제어하는 마이크로프로세서 제어기(905)는 바람직하게 RAM(906)에 저장된 제어 프로그램(911)을 실행하는 범용 마이크로프로세서이다. 또한 마이크로프로세서 제어기의 RAM(906)은 액츄에이터의 현재의 방사상 위치, 예를 들어, 트랙의 위치(910)를 저장한다. 마이크로프로세서는 선형 공식, 즉, V=KT+Vo을 이용하여 액츄에이터 트랙 위치로부터 원하는 속도를 도출한다. 여기서, T는 현재 액츄에이터 위치와 디스크 외부 에지 사이의 트랙 교차(track crossings)의 수를 나타내는 트랙수이고, K 및 Vo는 적절하게 선택된 상수이다.
원하는 속도는 RAM(906)의 참조 테이블이나 혹은 다른 공식으로도출될 수 있다. 주기적으로, 마이크로프로세서 제어기(905)는 새로운 원하는 속도를 계산하여 이를 속도 제어 회로(904)에 인가한다. 이는 통상적으로 모터 속도가 연속적으로 증가 또는 감소하도록 디스크의 매회전 혹은 적은 수의 디스크 회전마다 수행되거나, 혹은 디스크 표면이 다수의 환형 밴드(annular bands)로 분할되어 각각의 환형 밴드가 자신과 관련된 트랙 회전당 데이터 바이트 속도를 갖는 경우 보다 낮은 빈도로 수행될 수 있다.
예를 들어, 모든 방사상 위치에서 최대 데이터 밀도를 획득하기 위해, 모터 속도는 디스크의 매 회전 혹은 적은 수의 회전마다 타겟 속도를 다시 계산함으로써 실질적으로 연속적으로 변경된다. 데이터 판독 또는 기록 클럭 속도는 일정하게 유지하여, 액츄에이터가 디스크 표면 내부 에지에서 외부 에지로 이동할 때 데이터 기록 각도 비율(디스크 회전당 바이트 수)이 대응하여 연속적으로 증가되도록 한다. 타겟 모터 속도를 계산하기 위한 정수 K 및 Vo는 선형 데이터 밀도(인치당 바이트 수)가 전체 기록 표면을 따라 일정하게 유지되도록 적절하게 선택될 수 있다.
이 실시예에 의하면, 데이터 밀도는 바람직한 실시예의 데이터 밀도보다 더 높게 구현될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 저장 장치는 회전형 자기 디스크 드라이브 저장 장치이다. 이와 같은 저장 장치는 현재 산업 표준이다. 그러나, 다른 기법을 사용하는 저장 장치를 구비하여 본 발명에 따른 저장 서브시스템을 동작시키는 것이 가능하다. 예를 들어, 광 디스크 저장 장치가 사용될 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예가 소정의 또 다른 실시예와 함께 개시되었지만 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다음 특허 청구범위의 영역내에서 여러 가지 형태 및 세부사항의 변경이 있을 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 멀티미디어 데이터 서버(multimedia data server)에 있어서, ① 멀티미디어 프리젠테이션(multimedia presentation)과 관련된 개개의 시간 구간(respective time interval)에 각각 대응하고, 자신에 저장된 멀티미디어 데이터를 출력하는 개개의 출력 포트(respective output port)를 각각 구비한 다수의 데이터 버퍼(a plurality of data buffers)와, ② 멀티미디어 데이터 프리젠테이션을 저장하는 적어도 하나의 대량 저장 장치(mass storage device) - 상기 대량 저장 장치상에 저장된 상기 멀티미디어 데이터는 순차적으로 저장된 다수의 데이터 세그먼트(data segments)를 포함하고, 상기 각각의 데이터 세그먼트는 상기 시간 구간들 중 하나와 관련되며, 다수의 데이터 세그먼트는 상기 각각의 시간 구간과 관련되고, 상기 적어도 하나의 상기 대량 저장 장치상에 연속하여 순차적으로 저장되는 데이터 세그먼트는 상기 시간 구간들 중 상이한 시간 구간과 관련되고, 상기 다수의 시간 구간들 중 특정한 시간 구간과 관련된 상기 데이터 세그먼트는 다른 시간 구간과 관련된 데이터 세그먼트들 사이에 인터리브(inter leave)됨 - 와, ③ 상기 적어도 하나의 대량 저장 장치에 접속되어, 멀티미디어 데이터를 상기 적어도 하나의 대량 저장 장치에서부터 상기 버퍼로 전송하는 적어도 하나의 데이터 버스(data bus)와, ④ 상기 데이터 버스를 상기 다수의 데이터 버퍼에 접속시키는 다수의 스위치(a plurality of switches) - 상기 다수의 스위치는 상기 데이터 버퍼들 중 개개의 버퍼와 제각기 관련됨 - 와, ⑤ 상기 다수의 스위치를 동작시키는 제어기(controller)를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 적어도 하나의 대량 저장 장치가 선택된 데이터 버퍼에 대응하는 시간 구간과 관련된 상기 데이터 버스 상에 데이터 세그먼트를 출력할 때, 상기 선택된 데이터 버퍼와 관련된 스위치가 닫혀지도록 하는 멀티미디어 데이터 서버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 데이터 저장 장치는 적어도 하나의 나선형 데이터 트랙 상에 데이터가 저장되는 회전형 디스크 드라이브 저장 장치를 포함하는 멀티미디어 데이터 서버.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전형 디스크 드라이브 저장 장치의 상기 나선형 데이터 트랙은 상기 다수의 시간 구간들 중 적어도 몇몇 시간 구간의 반복적 시퀀스(repetitive sequence)와 관련된 다수의 데이터 세그먼트를 포함하는 멀티미디어 데이터 서버.
  4. 제1항에 있어서, 상기 서버는 적어도 두 개의 대량 저장 장치를 포함하는 멀티미디어 데이터 서버.
  5. 제4항에 있어서, 상기 대량 저장 장치상에는 데이터가 중복하여 저장되고, 상기 제어기는 상기 대량 저장 장치들 중 어느 하나가 고장났다는 것을 검출하고, 상기 고장에 응답하여 상기 고장난 대량 저장 장치와는 다른 대량 저장 장치상에 저장된 중복 데이터가 상기 고장난 대량 저장 장치상에 저장된 데이터대신 상기 버퍼에 제공되도록 하는 멀티미디어 데이터 서버.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기에 의해 동작 가능한 적어도 하나의 백-업 스위치(back-up switch)를 더 포함하며, 각각의 백-업 스위치는 상기 적어도 하나의 데이터 버스 중 개개의 데이터 버스와 관련되고, 상기 다수의 대량 저장 장치들 중 하나를 자신과 관련된 데이터 버스에 선택적으로 접속시키는 멀티미디어 데이터 서버.
  7. 멀티미디어 프리젠테이션 데이터(multimedia presentation data)를 제공하는 방법 - 상기 멀티미디어 프리젠테이션은 연속적인 시간 구간에 대응하는 다수의 부분(a plurality of portions)으로 분할가능하고, 상기 각각의 부분은 상기 개개의 시간 구간 동안 대응하는 프리젠테이션을 위한 것임 - 에 있어서, ① 적어도 하나의 대량 저장 장치로부터 다수의 멀티미디어 데이터 세그먼트를 판독하는 단계 - 상기 각각의 멀티미디어 데이터 세그먼트는 상기 부분들 중 개개의 부분으로부터의 멀티미디어 데이터를 포함하며, 다수의 멀티미디어 데이터 세그먼트는 상기 각각의 부분으로부터의 데이터를 포함하고, 상기 다수의 멀티미디어 데이터 세그먼트를 판독하는 단계 동안 판독된 연속적인 데이터 세그먼트는 상기 다수의 부분들 중 상이한 부분으로부터의 데이터를 포함하고, 상기 다수의 부분들 중 특정한 부분으로부터의 데이터를 포함하는 상기 데이터 세그먼트는 다른 부분들로부터의 데이타를 포함하는 데이터 세그먼트들 사이에 인터리브됨 - 와, ② 상기 멀티미디어 데이터 세그먼트 각각을 다수의 버퍼들 중 선택된 버퍼에 선택적으로 전송하는 단계 - 상기 다수의 버퍼 각각은 상기 시간 구간들 중 개개의 시간 구간에 대응하고, 상기 각각의 데이터 세그먼트를 선택적으로 전송하는 상기 단계는 개개의 부분으로부터의 데이터를 포함하는 각각의 데이터 세그먼트를 상기 개개의 부분과 관련된 시간 구간에 대응하는 상기 버퍼에 전송한다. - 와, ③ 상기 다수의 각각의 버퍼로부터의 개개의 출력에서 상기 멀티미디어 프리젠테이션의 상이한 부분을 동시에 제공하는 단계를 포함하는 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 대량 저장 장치는 회전형 디스크 드라이브 저장 장치이고, 상기 적어도 하나의 대량 저장 장치로부터 다수의 멀티미디어 데이터 세그먼트를 판독하는 상기 단계는 상기 회전형 디스크 드라이브 저장 장치의 기록 표면상의 적어도 하나의 나선형 데이터 트랙으로부터 다수의 데이터 세그먼트를 판독하는 단계를 포함하는 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각각의 회전형 디스크 드라이브 저장 장치는 상기 다수의 부분들 중 적어도 몇몇 부분의 반복적인 시퀀스로부터의 데이터를 포함하는 다수의 데이터 세그먼트를 저장하는 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법.
  10. 회전형 디스크 데이터 저장 장치에 있어서, ① 스핀들상에 회전 가능하게 장착되고, 자기적으로 인코딩 된 데이터를 기록하는 제1 환형(annular) 기록 표면을 갖는 적어도 하나의 디스크 - 상기 기록 표면은 적어도 하나의 나선형 데이터 트랙을 포함하도록 포맷되고, 상기 기록 표면은 각도상으로 이격된 다수의 매립형 서보 패턴(a plurality of angularly spaced imbedded servo patterns)을 포함하도록 포맷되고, 상기 매립형 서보 패턴은 다수의 동심형 트랙의 중심 라인(concentric track centerlines)을 정의한다 - 와, ② 상기 적어도 하나의 디스크를 사전 결정된 방향으로 회전시키는 스핀들 모터와, ③ 가동형 액츄에이터상에 장착되어 상기 기록 표면상에 기록된 데이터를 액세스하는 데이터 트랜스듀서와, ④ 상기 데이터 트랜스듀서가 상기 나선형 데이터 트랙을 추종하도록 위치 지정하는 서보 피드백 시스템(servo feedback system) - 상기 서보 피드백 시스템은 상기 각도상으로 이격된 매립형 서보 패턴들의 개개의 서보 패턴으로부터 별도의 위치 에러 정보(separate position error information)를도출하고, 각각의 상기 위치 에러 정보는 상기 매립형 서보 패턴에 의해 정의된 동심형 트랙 중심 라인으로부터 상기 데이터 트랜스듀서의 편차를 나타내고, 상기 편차는 상기 각도상으로 이격된 매립형 서보 패턴들 중 개개의 서보 패턴에서 측정되고, 상기 서보 피드백 시스템은 상기 각도상으로 이격된 매립형 서보 패턴들 중 개개의 서보 패턴으로부터도출된 상기 각각의 위치 에러 정보에 나선형 트랙 위치 에러 오프셋(spiral track position error offset)을 합산하고, 상기 나선형 트랙 위치 에러 오프셋은 개개의 각도상으로 이격된 매립형 서보 패턴과 제각기 관련된 고유의 이산 크기이고, 상기 고유의 이산 크기는 상기 디스크상의 상기 각도상으로 이격된 개개의 매립형 서보 패턴의 각 위치 함수(function of angular position)로서 증분적으로 변한다 -을 포함하는 회전형 디스크 데이터 저장 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 디스크 상에 적어도 하나의 나선형 데이터 트랙을 포함하도록 포맷된 제2 환형 기록 표면을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 환형 기록 표면은 제각기 내부 및 외부 에지를 구비하고, 상기 적어도 하나의 디스크가 상기 사전결정된 방향으로 회전할 때, 상기 제1 환형 기록 표면상의 상기 나선형 데이터 트랙은 상기 제1 기록 표면의 상기 외부 에지에서부터 상기 제1 기록 표면의 상기 내부 에지 안쪽으로 나선 진행하고, 상기 적어도 하나의 디스크가 상기 사전 결정된 방향으로 회전할 때, 상기 제2 환형 기록 표면상의 상기 나선형 데이터 트랙은 상기 제2 기록 표면의 상기 내부 에지에서부터 상기 제2 기록 표면의 상기 외부 에지 바깥쪽으로 나선 진행하는 회전형 디스크 데이터 저장 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 데이터 트랜스듀서는 자기 저항 판독 헤드(magneto-resistive read head)와 유도성 기록 헤드(inductive write head)를 포함하고, 상기 유도성 기록 헤드는 상기 자기 저항 판독 헤드의 폭보다 1.5배 미만의 폭을 갖는 회전형 디스크 데이터 저장 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 데이터 트랜스듀서가 상기 각도상으로 이격된 각각의 매립형 서보 패턴위로 지날 때, 상기 서보 피드백 시스템은 상기 나선형 트랙 위치 에러 오프셋을 소정 이산 크기만큼 증분시키는 회전형 디스크 데이터 저장 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 판독 단계는 다수의 대량 저장 장치로부터 상기 멀티미디어 데이터 세그먼트를 판독하는 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 멀티미디어 데이터는 상기 다수의 대량 저장 장치상에 중복하여 기록되고, 상기 방법은 상기 다수의 대량 저장 장치들 중 제1 대량 저장 장치로부터 데이터를 판독할 때 에러 조건을 검출하는 단계와, 상기 제1 대량 저장 장치와는 다른 상기 다수의 대량 저장 장치들 중 적어도 하나로부터 중복 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는 멀티미디어 프리젠테이션 데이터 제공 방법.
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