KR100288291B1 - 디스크 드라이브의 전력소비를 감소시키기 위한 적응형 섹터탐색 방법 - Google Patents

디스크 드라이브의 전력소비를 감소시키기 위한 적응형 섹터탐색 방법 Download PDF

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Abstract

리드/라이트 헤드가 현재 트랙과 현재 섹터로부터 목표 트랙과 목표 섹터로 이동하는 시간을 제어함으로써 디스크 드라이브 시스템의 전력 소비를 감소시키는 방법은, 상기 액츄에이터 헤드의 이동에 의한 방사상 아아크를 따라서 상기 현재 트랙으로부터 상기 목표 트랙으로 액츄에이터 헤드를 이동시키는데 소요되는 제1시간을 나타내는 제1변수를 결정하는 단계와, 상기 현재 서보 섹터로부터 상기 목표 서보섹터가 방사상 아아크로 진행되는 시간까지 측정된 제2시간을 나타내는 제2변수를 결정하는 단계와, 상기 제1변수와 제2변수가 동일하면 상기 제1시간과 동량인 제1속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계와, 상기 제1변수와 제2변수가 동일하지 않으면 상기 제1속도 보다 느린 제2속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계를 포함한다.

Description

디스크 드라이브의 전력소비를 감소시키기 위한 적응형 섹터 탐색 방법
본 발명은 디스크 드라이브 시스템에서 전력 소비를 감소시키기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 데이터 액세스 시간에 지장을 주지 않으면서 전력 소비를 줄일 수 있는 적응형 섹터 탐색 방법에 관한 것이다.
전력 소비의 감소는 디스크 드라이브 데이터 저장 시스템의 기본적인 요건이다. 특히, 휴대용 및 노트북 컴퓨터 시스템의 사용자들은 충전간 배터리 수명을 시스템 특성 중에서 가장 중요한 것으로 생각한다. 그러므로, 절전 방법 또는 배터리 전원 관리 방법이 충전간 배터리 사용수명을 연장시키는 데에 있어서 결정적이다.
이러한 전력 관리 복안은 일반적인 디스크 드라이브 데이터 시스템 동작에 있어서 디스크 드라이브가 리드 및 라이트 동작을 항상 수행하지 않는다는 사실에 근거한 것이다. 그러므로, 동작을 하지 않거나 저전력이 소모되는 기간이 있게 마련이다. 펌웨어 또는 소프트웨어를 이 모형에 기초하여 배터리 전력의 흐름을 제어하도록 설계할 수 있다. 전력 제어 시스템을 이용하는 경우, 소모량이 0.94 amps인 IBM Travelerstar 4LP의 일반적인 디스크 드라이브 전력 사양을 아래의 표 1에 나열하였다.
디스크 드라이브 모드 전력(Watts)
시작 모드(최대 피크) 2.3와트
탐색 모드(평균) 2.3와트
리드/라이트(평균) 1.85와트
퍼포먼스 아이들 모드(평균) 0.85와트
저전력 아이들 모드(평균) 0.3와트
슬립(sleep) 모드 0.1와트
시작 모드에서, 디스크 플래터를 회전시키는 스핀들 모터를 작동시키는 데에 거의 모든 전력이 소비된다.
트랙 및 섹터 탐색 모드와 리드/라이트 모드는 정상 동작 중에 전력 소비량을 판별한다. 그러한 정상적인 동작하에서, 액츄에이터는 한 개 이상의 리드/라이트 헤드를 지원하고, 액츄에이터는 액츄에이터 모터(보이스 코일 모터(VCM)라고도 함)에 의해 구동된다. 전류가 액츄에이터 코일을 흐르면 액츄에이터 모터가 액츄에이터와 리드/라이트 헤드를 디스크 플래터 표면 위의 방사상 데이터 트랙으로 회전시키게 된다. 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 리드 및 라이트 동작이 많이 수행될수록 탐색 동작이 많이 수행될 수 밖에 없고 결과적으로는 많은 전력이 소비될 것이다. 또한, 탐색 동작에 가장 많은 전력이 사용되는 것은 아니다.
퍼포먼스 아이들(performance idle) 모드와, 저전력 모드 및 슬립 모드는 전력 관리 계획으로 인한 절전 상태를 나타낸다. 이 예에서, 전력 관리 없이도 종래의 디스크 드라이브 시스템에 대하여 약 31%의 전력 소비가 감소한다. 이와 같은 전력 관리 기술은 미국 특허 번호 5,452,277과 5,544,138과 5,521,896에 설명되어 있다. 이들 특허들은 몇 가지 절전 동작 모드 중 하나를 선택하기 위하여 에너지 이용을 미리 설정된 프로파일과 비교한다.
또 다른 절전 방법에서는 미국 특허 번호 5,345,347과 5,493,670에서 설명된 바와 같이 스핀들 모터와 디스크 플래터의 회전을 제어하여 전력 소비를 줄인다.
미국 특허 번호 5,140,571에서는, 간헐적으로 디지털 신호 프로세서(DSP)를 이용하여 전력 소비를 줄인다. 그러나, DSP에 의한 전력 소비량은 액츄에이터 모터와 스핀들 모터를 구동하는 데에 쓰이는 전력에 비하여 상대적으로 낮다.
미국 특허 번호 5,412,809에 의하면, 사용자는 성능 최적화 제어 액세스 시간 알고리즘이나 전력 소비 최적화 제어 액세스 시간 알고리즘 중에서 하나를 선택할 수 있다. 그러나, 이 방법에는 이들 두 가지 선택이 있다. 다른 결점은 전력 소비를 감소시키려는 목적달성을 위해 평균 액세스 시간을 희생시킨다는 것이다.
상기와 같은 전력 관리 방법을 통하여 전체적인 디스크 드라이브의 전력 소비를 어느 정도 줄일 수는 있지만, 데이터 액세스 시간의 희생없이 탐색과정과 같은 디스크 드라이브의 주요 부품의 전력소비를 감소시킬 수는 없다.
상기의 모든 전력 관리 방법에서, 탐색 과정은 액츄에이터가 "트랙 탐색"모드에서 가능한 한 빠른 속도로 리드/라이트 헤드를 한 트랙에서 다른 트랙으로 이동시키도록 제어된다는 가정 하에 실현된다. 헤드가 지정된 트랙에 안착되면, 서보 시스템은 "트랙 추종" 모드로 전환하여 해당 트랙 내에서 원하는 섹터를 찾는다. "트랙 추종" 모드는 "트랙 탐색" 모드 보다 전력을 훨씬 적게 소비한다. 이는, 최대 전류가 트랙 탐색 모드에서 파워 증폭기와 액츄에이터 코일에 공급되어 헤드를 가장 빠른 속도로 이동시키기 때문이다. 액츄에이터 코일에 전류가 많이 공급될수록 액츄에이터 암이 빨리 회전되어 헤드가 빨리 이동된다.
상기에 밝힌 기술의 견지에서, 데이터 액세스 시간에 지장을 주지 않으면서 탐색동작과 관련된 전력소비를 감소시키기 위한 방법이 요구된다.
따라서 본 발명의 목적은 디스크 드라이브 시스템에 있어서 데이터 액세스 시간에 지장을 주지 않으면서 리드/라이트 헤드 액츄에이터를 제어하여 전력 소비를 감소시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.
일반적으로, 본 발명의 방법은 LT 와 Trev 를 입력하는 단계를 포함한다. 여기서, LT 는 현재 트랙과 목표 트랙간의 위치 차이이고, Trev 는 디스크 드라이브 플래터의 1회전 소요 시간이다. 그런 다음에, 변수 Tmin(LT) 와 TH 를 결정한다. 여기서, Tmin(LT) 는 액츄에이터 헤드가 지나는 방사상 아아크를 따라서 액추에이터 헤드를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키는 데에 소요되는 최소 트랙 탐색 시간이고, TH 는 현재 서보 섹터로부터 목표 서보 섹터가 방사상 아아크로 도달할 때까지의 회전 시간이다. ΔT=Tmin(LT)-TH 의 관계식에 따라 계산된다. 또한 다음의 세가지 결과가 있을 수 있다.
(1) ΔT=0 이면, 액츄에이터 헤드 이동 시간이 Tmin(LT) 로 설정되고,
(2) ΔT＞0 이면, 액츄에이터 헤드 이동 시간이 TH+Trev 로 설정되고,
(3) ΔT＜0 이면, 액츄에이터 헤드 이동 시간이 TH 로 설정된다.
두 번째와 세 번째의 결과로서 액츄에이터 헤드는 종래의 디스크 드라이브 보다 느린 속도로 이동하여 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 늘릴 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A)상기 액츄에이터 헤드의 이동에 의한 방사상 아아크를 따라서 상기 현재 트랙으로부터 상기 목표 트랙으로 액츄에이터 헤드를 이동시키는데 소요되는 제1시간을 나타내는 제1변수를 결정하는 단계와;
(B)상기 현재 서보 섹터로부터 상기 목표 서보섹터가 방사상 아아크로 진행되는 시간까지 측정된 제2시간을 나타내는 제2변수를 결정하는 단계와;
(C)상기 제1변수와 제2변수가 동일하면 상기 제1시간과 동량인 제1속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계와;
(D)상기 제1변수와 제2변수가 동일하지 않으면 상기 제1속도 보다 느린 제2속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계를 포함한다.
그리고 상기 제2변수가 제1변수 보다 크면, 제2속도가 제1시간과 같다. 제1변수가 제2변수보다 크면, 제2속도가 제1시간에 디스크 드라이브의 1회전 소요 시간을 합한 양과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라서 임계 섹터 위치를 포함하는 섹터와 트랙의 레이아웃을 보여주는 디스크 드라이브 플래터의 표면 개략도.
도 2는 트랙 길이의 함수로서 종래의 PTOC 또는 TOC 데이터를 나타낸 그래프.
도 3은 액츄에이터의 일정한 이동 시간 동안에 전력 소비를 최소화하기 위한 본 발명에 따른 섹터 탐색 제어 흐름도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적응형 섹터 탐색방법을 상세히 설명하기로 한다.
우선 본 발명의 배경 원리로서 종래의 절전 방법에서는, 액츄에이터 헤드를 출발 트랙으로부터 목표 트랙으로 이동시키는 데 소요되는 시간의 양을 최소화하고 데이터 액세스 시간을 최소화하기 위하여 트랙 결정 모드를 시간 최적 제어(TOC) 또는 근사 시간 최적 제어(PTOC)로 지정한다. 그러나, 액츄에이터 헤드를 최대 속도로 목표 트랙으로 이동시키려면 매우 많은 전류가 필요하므로 엑츄에이터를 느린 속도로 이동시키는 것보다 더 많은 전력이 소비되면서도 시간이 더 오래 걸린다.
본 발명은 디스크 드라이브 시스템에서 데이터 액세스 시간의 지장없이 헤드들을 느린 속도로 이동시켜 전력 소비를 감소시키기 위한 것이다.
디스크 드라이브 모터 동작의 정상 상태 공식은 하기 수학식 1과 같다.
U=Te*ω+I*R
상기 수학식 1에서 I는 액츄에이터 코일에 흐르는 전류(amps)이고, U는 액츄에이터 코일 단자의 전압(volts)이고, Te는 역기전력(EMF) 상수이고, ω는 아아크 속도(라디안/초)이고, R은 액츄에이터 코일 저항(ohms)이다.
상기 수학식 1의 아래식의 양변에 액츄에이터 코일의 전류 I를 곱하면, 모터 전력 소비 공식은 아래와 같은 수학식 2로 나타난다.
Pin=T*ω+I2*R
상기 수학식 2에서 Pin은 전체 전력 소모량(watts)이고, T는 액츄에이터 암의 토오크(kg·m)이다.
전력 소비를 줄이는 주요 수단은 액츄에이터 코일에 입력되는 전류의 양을 감소시키는 것이다. 디스크 드라이브에 있어서, 입력 전류량을 줄이는 것은 출력 토오크 T와 아아크 속도 ω를 줄이는 것을 의미한다. 그러나, 데이터를 가능하면 빨리 리드하거나 라이트해야 하기 때문에 입력 전류의 감소량은 액츄에이터 암의 이동 시간에 의해 제한을 받는 성능이다.
다음의 공식들은 액츄에이터 암의 동력학과 관련한 것으로서, 액츄에이터 코일에 입력되는 전류량을 감소시키고 섹터 탐색 제어를 통해 전체 전력 소비량 Pin을 줄이기 위하여 이 공식들을 분석해야 한다.
처음 공식은 수학식 3과 같다.
상기 수학식 3에서 는 아아크 가속도이고, ω는 아아크 속도이고, J는 액추에이터 암의 전체 관성 모멘트이고, T는 토오크이다.
모터 동작은 하기 수학식 4와 같은 공식에 의해 지배된다.
T=TkI
상기 수학식 4에서 Tk는 액츄에이터의 토오크 상수이고, I는 액츄에이터 코일에 흐르는 전류이다. 상기 수학식 3과 4를 결합하면 하기 수학식 5와 같다.
그리고 상기 수학식 5에서 C는 Tk/J이다.
동역학 공식으로서 하기 수학식 6을 생각할 수 있다.
상기 수학식 5와 6을 결합하면 하기와 같은 수학식 7이 된다.
수학식 7에서, θ는 아아크 치환량이고, K는 이다.
아아크 치환량 θ, 즉 트랙 탐색 길이가 한개의 탐색 구간에서 일정하다고 하면, 아아크 치환량 θ 는 하기 수학식 8과 같다.
θ=KIΤ2t=Τ
상기 수학식 8에서, τ는 PTOC나 TOC에 의해 결정된 액츄에이터 이동 시간을 나타낸다.
상기 수학식 2,3,4를 결합하면 하기 수학식 9,10에 의해 평균 기계적 전력 소비량을 얻을 수 있다.
그리고 상기 수학식 9와 10, 2를 결합하면 하기 수학식 11과 같다.
역기전력에 의한 전류 변화는 무시하고, 상기 일정한 아아크 치환량 θ에서 액츄에이터 이동 시간(즉, 2τ)을 두배로 하면 하기 수학식 12가 얻어진다.
그러므로, t=0에서 2τ까지의 주기 동안에는 평균 기계적 전력 소비가 하기 수학식 13, 14와 같다.
상기 Pin은 평균 기계적 전력 소비량이다. 여기서, 가속도가 +dω/dt이고 시간이 0에서 τ로 흐름에 따라 아아크 속도가 선형적으로 증가하는 것을 예측할 수 있기 때문에 기간 τ동안의 평균 전력을 알 수 있다.
상기 수학식 11과 14를 비교하면, 기계적 전력 소비량이 87.5% 감소하고 전류가 75% 감소하는 것을 알 수 있다. 그러므로, 전체 전력 소비량(Joule 단위)은 적어도 75% 이상이 감소한다. 액츄에이터 이동 시간이 n배 증가한다고 가정하면,
상기 수학식 17에서, 평균 기계적 전력 소비량이 'n'배 증가한 세 번째 전력량에 반비례하고, 평균 주울 전력 소비량과 전류가 'n'배 증가한 두 번째 전력량에 반비례하는 것을 알 수 있다.
다음에는, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 방법을 보다 자세히 설명하고자 한다.
도 1은 일반적인 디스크 표면 섹터와 트랙 레이아웃을 나타내는 디스크 드라이브 플래터 표면의 개략적인 도면이다.
디스크 드라이브 저장 시스템에서, 데이터는 마그네틱 플레이트 또는 플래터10에 평면적으로 리드되거나 라이트된다. 각 데이터 섹터 D는 이들 플래터 10에서 섹터 번호 S와 트랙 번호 T에 의해 규정된다.
스핀들 모터 20이 중심축 주변의 플래터(10)를 회전시키고, 액츄에이터 30이 플래터 10의 내주면과 외주면 사이에서 방사상으로 이동한다. 스핀들 모터 20과 액츄에이터 30은 서로 독립적으로 제어되고, 일정한 RPM(분당 회전수)으로 플래터를 회전시키는 스핀들 속도 안정화 제어와 액츄에이터 제어 사이에는 아무런 관계도 성립하지 않는다.
최적 조건인 경우, 액츄에이터 30과 리드/라이트 헤드 35는 플래터 10을 활주하여 목표 섹터를 리드 또는 기록하기 전에 특정한 트랙(트랙 탐색 시간)에 도달하므로 트랙 추종 시간을 최소화할 수 있다. 따라서, 액츄에이터 이동 정보와 목표 섹터 정보를 동시에 분석해야 한다. 예를 들면 목표 섹터가 통과한 즉시 리드/라이트 헤드가 지정된 트랙 번호(트랙 탐색 시간)에 빠르게 도달하였다면 상기 목표섹터에 데이터를 리드 혹은 라이트하기 위해서 리드/라이트 헤드는 디스크 플래터의 1회전 시간 동안(트랙 이동 시간) 상기 트랙 위치에서 대기해야 한다.
앞서 설명한 데이터 액세스 방법에서, 액츄에이터를 최대 속도로 이동시킨다고 가정하면 목표 트랙에 가장 빠른 시간에 도달할 것이고 이에 따라 데이터 액세스 시간은 감소될 것이다. 이러한 가정은 항상 옳은 것이 아니며, 실제로 맞지 않는 경우가 더 많다.
디스크 드라이브로부터 데이터를 리드하거나 디스크 드라이브에 데이터를 라이트하는 시퀀스는 실제 통계적으로 랜덤 프로세스이고 목표 섹터에 대하여 리드/라이트 헤드의 출발 위치에 따라 달라진다. 그러므로, 액츄에이터 리드/라이트 헤드 35가 목표 트랙으로 최대 속도로 이동한다고 할지라도(트랙 탐색 시간), 리드/라이트 헤드 35가 즉시 목표 섹터를 찾는다(트랙 이동 시간)는 것을 의미하지는 않는다.
실제로, 그와 같은 최소 트랙 탐색 시간 알고리즘을 이용한 종래의 서보 방법에 의하면 최소 트랙 탐색 시간에서 목표 섹터를 찾을 수 있는 확률은 1/N(여기서, N은 플래터 상의 섹터수이다)이 된다. 다시 말하면, 플래터 10이 70개의 섹터를 가지면, 목표 트랙에 도달함과 동시에 목표 섹터를 찾을 확률은 1/70인 것이다. 그러므로, 대부분의 경우, 종래의 절전 방법은 목표 섹터 도달 전에 일정량의 트랙 추종 시간이 소요된다.
본 발명에서, 최소 섹터 탐색 시간에 해당하는 섹터를 임계 섹터로 규정한다. 본 발명은 대기 시간 또는 트랙 이동 시간을 최적화하는 신개념을 도입한 것으로서, 전체 액츄에이터 이동 시간에 최고속 트랙 탐색법에 의한 섹터 탐색 시간과 목표 서보 섹터 도달 전의 트랙 추종 시간을 고려한 것이다.
앞서 설명한 이론적인 공식을 이용하여 현재 섹터와 목표 섹터의 상대적인 위치를 고려함으로써, 최고속 트랙 탐색 시간에 따라 항상 액츄에이터 암을 이동시킬 필요 없이 섹터 탐색을 최적화하는 서보 시스템을 고안할 수 있다.
종래의 탐색 방법과 마찬가지로, 본 발명에서 리드/라이트 헤드 경로, 즉 현재 트랙에서 목표 트랙으로의 치환은 변하지 않는다. 그러나, 액츄에이터 리드/라이트 헤드를 목표 섹터, 특히 목표 트랙으로 이동시키는 데에 소요되는 시간은 변한다.
그러므로, 전력 관리를 위한 섹터 탐색 방법에는 더이상 시간 최적 제어(TOC) 과정이나 근사 시간 최적 제어(PTOC) 과정을 포함하지 않는다. 본 발명은 일정한 액츄에이터 암 이동 시간 동안 최소 최적 에너지 제어(MOEC)로 효율적인 에너지 조건에서 섹터 탐색 동작을 수행하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 방법은 데이터 액세스 시간에 지장 없이 그와 같은 제어를 이용하는 것이다.
일정한 액츄에이터 암 이동 시간은 (1) 스핀들의 RPM, (2) 출발 섹터와 목표 섹터의 상대적인 위치, (3) 출발 트랙과 목표 트랙 간의 차이 또는 거리, 그리고 (4) 기존의 TOC 또는 PTOC 액츄에이터 이동 시간에 따라 폭넓은 범위의 값을 갖는다.
상기 시스템이 목표 트랙에 도달함과 동시에 목표 데이터 섹터를 찾을 확률이 1/N인 PTOC 혹은 TOC 시스템으로 동작할때 일정한 액츄에이터 암 이동 시간은 가장 짧다.
최상의 경우에, 액츄에이터 암은 목표 트랙에 도달함과 아울러 리드/라이트 헤드는 임계 섹터에 도달한다. 그리고 즉시 상기 헤드는 목표 섹터에 데이터를 라이트 혹은 리드하기 시작한다. 그러나 대개의 경우, 목표 트랙 도달 시간에 닿는 첫 섹터는 우리가 원하는 임계 섹터는 아니다. 이렇게 되면, 시스템은 트랙 추종 모드로 전환하여 목적 섹터 도달시까지 대기해야 한다. 이와 같은 대기 시간을 보통 대기 시간이라 칭한다. 최단 대기 시간은 하기 수학식 18과 같다.
상기 수학식 18에서 N은 섹터수이고, RPM은 스핀들 속도(회전수/분)를 나타낸다. 즉, 상기 플래터 10이 완전히 일회전하는 최장 대기시간은 하기 수학식 19와 같이 주어진다.
예를 들어, IBM Travelstar 4LP는 4000 RPM에서 동작하고 70개의 섹터를 가지고 평균 탐색 시간이 13 ms이다. 이러한 경우 상기 수학식 18과 19를 이용하면 최단 대기 시간과 최장 대기 시간이 각각 0.214 ms와 15 ms이다.
그러므로 목표 트랙 도달시까지 평균 액츄에이터 이동시간은 13 ms가 소요되기 때문에 최단 총 액세스 시간은 13.214 ms이다. 그리고 목표 서보 섹터는 한 개 섹터를 제외한 나머지, 즉 0.214 ms가 된다. 목표 트랙 도달시까지 평균 액츄에이터 이동시간은 13 ms가 소요되기 때문에 최장 총 액세스 시간은 28 ms이다. 그리고 목표 서보 섹터가 빠져 있기 때문에 리드/라이트 헤드는 목표 섹터에 도달하기 위해서 전체 회전(15 ms)을 기다려야 한다.
본 발명에 따른 섹터 탐색 제어 방법으로 전력 소비량이 얼마나 감소되는가를 평가하기 위하여, 전체 스트로크 길이의 3분의 1의 탐색 시간으로 정의되는 평균 탐색 시간과 관련된 간단한 실례를 들어보기로 한다. 전체 스트로크 길이는 도 1에 도시한 바와 같이 리드/라이트 헤드 35가 이동하는 경로에 의해 정의되는 아아크 Z로 나타낸다. 시스템 설계의 속도 한계 때문에 트랙 탐색 과정에 항상 전력 증폭기가 사용되는 것이 아니므로 이와 같은 근사 접근법을 이용한다. 가령, 전체 스트로크 트랙 탐색은 전체 시간의 약 절반인 속도 한계에 달한다. 이 기간 동안에는 마찰과 바이어스력 등을 극복하기 위해서 매우 약한 전류만이 인가된다. 그 결과, 전체 스트로크 트랙 탐색시에는 전체 스트로크 탐색의 3분의 1에 해당하는 전력이 소모된다. 출력되는 전류를 관찰하면, 탐색 길이가 전체 스트로크의 3분의 1보다 클 때 최대 속도 한계 때문에 전력 소비량이 전체 스트로크 길이 탐색의 3분의 1과 거의 같다.
상기 분석은 디스크 드라이브의 잘 알려진 통계 결과에 부응한다. 즉, 모든 가능한 트랙 탐색 길이 중에서 전체 스트로크 길이의 3분의 1이 평균 길이이고, 이는 전력 소비량이 최대가 되는 길이로서 이해될 수 있다.
70개의 섹터를 가지고 일정한 4000RPM에서 동작하는 IBM Travelerster 4LP를 이용하는 아래의 실시예에서, 스핀들이 일정한 RPM으로 플래터를 회전시키므로 리드/라이트 헤드가 임의의 섹터에 도달하는 확률은 모두 같다고 가정할 수 있다. 그러므로, 하기 수학식 20과 같은 공식이 성립한다.
=
상기 수학식 20에서 Δt = 0.214 ms이고, n은 임계 섹터로부터 옮겨지는 섹터 번호이다.
본 발명의 방법에서, 대부분의 경우 트랙 추종 시간이 트랙 탐색 시간보다 크다. 상기 수학식 20에 나타난 것처럼, 전력 소비량이 65% 보다 약간 많이 감소한다. IBM Travelerstar 4PL의 경우, 표 1의 2.3 와트와 비교할 때 탐색 (평균) 전력 소비량은 0.79 와트이다. 감소된 전력 소비량의 일반식은 하기 수학식 21과 같이 주어진다.
상기 수학식 21에서 N은 섹터수이고, Tseeking은 전체 탐색 길이의 3분의 1로 정해진 평균 탐색 시간이고, n은 섹터 번호이고, Δt 는 스핀들이 플래터를 한 섹터에서 다음 섹터로 이동시키는 데 소요되는 회전 시간을 나타낸다.
어떠한 섹터 탐색 방법에도 상기 수학식 21을 이용할 수 있다. Tseeking은 현재 트랙 및 섹터에서 목표 섹터가 위치하고 있는 트랙으로 이동하는 트랙 탐색 시간이다.
위에서 65%의 전력감소량은 이론적인 결과이다. 액츄에이터의 동력학을 고려하면, 기전력은 전류와, 마찰, 최대 이동 속도 한계에 영향을 미치고 실제 탐색 동작에서 50%의 전력소비량 감소를 기대할 수 있다.
종래의 트랙 탐색 방법에서, 목표 트랙 번호와 현재 트랙 번호의 차이를 입력하여 액츄에이터 암을 구동시켰다. 본 발명에서도 현재 섹터 번호와 목표 섹터 번호를 알아야 한다. 디스크 플래터들에 기록된 서보 섹터 패턴은 쐐기형 구조 때문에 섹터들 간에 일정한 관계를 성립시킨다. 그러므로, 서보 시스템이 목표 트랙 번호를 수신하면, 목표 섹터 번호도 수신해야 한다.
현재 섹터 번호와 스핀들 RPM을 알면, 액츄에이터 암을 목표 섹터에 도달시키는 저스트-인 타임(just-in time)을 계산할 수 있다. 이러한 저스트-인 타임은 액츄에이터 암이 이동하기 시작할 때부터 액츄에이터 리드/라이트 헤드가 목표 서보 섹터에 도달할 때까지의 시간으로 정의되고, 목표 섹터에 도달하기 전에 트랙 탐색 시간에다 트랙 추종 시간을 합산한 값과 같다. 다시 말하면, 저스트-인 타임은 목표 섹터를 지나치거나 임계 섹터 위치와 관련한 스핀들의 1회전이 되기 전에 목표 섹터에 도달하는 일 없이, 목표 섹터에 도달하는 액츄에이터 이동 시간의 최대값을 이용한 것이다.
실험과 이론에 따르면, 한 트랙에서 다른 트랙으로 PTOC 또는 TOC로 고안된 액츄에이터 암 탐색 시간의 재현성이 일정한 허용 한계 내에서 성립함은 일반적으로 알려져 있다. 이렇게 수집한 PTOC 또는 TOC 데이터는 도 2에 도시한 것처럼 트랙길이의 함수 곡선에 의해 근사화될 수 있다.
다음에는, 제 2 임계 섹터 데이터를 대응시켜 액츄에이터의 리드/라이트 헤드가 이동하는 속도와 경로에 대하여 각 트랙 상의 임계 섹터의 상대적인 위치를 결정한다. 이렇게 함으로써, 특정한 트랙 위의 목표 섹터 위치를 지났는지, 또는 임계 섹터를 지날 것인지를 판단할 수 있다.
도 1의 실시예에서, 임계 섹터 CS는 70개의 섹터를 갖는 플래터에서 B 위치로부터 역회전 방향으로 세었을 때 60번째 섹터로 정한다. IBM Traveler 4LP를 이용한 상기 실시예에서, 13 ms 후에 임계 섹터 CS가 B 위치에 도달할 때 리드/라이트 헤드 35가 A 위치에서 B 위치로 이동하는 것을 멈춘다. 그러나, 액츄에이터 30의 리드/라이트 헤드 35가 이동하는 속도와 경로가 변함에 따라 각 트랙 상의 임계 섹터의 상대적인 위치가 변하면 임계 섹터로서 대체 섹터를 선택한다.
그러므로, 임계 섹터 CS는 최단 탐색 시간을 나타낸다. 임의의 트랙에 있어서, 임계 섹터 CS 바로 이전에 통과하는 회전 방향의 섹터는 리드/라이트 헤드 35가 도달하기 전에 완전히 한바퀴 회전하여야 하므로 전체 접근 시간이가장 길다. 이와 반대로, 임의의 트랙에 있어서, 임계 섹터 CS 바로 이후에 통과하는 회전 방향의 섹터는 리드/라이트 헤드 35가 즉시 도달하게 되므로 전체 액세스 시간이 가장 짧다.
트랙 번호와 섹터 번호와 상대적인 위치를 알면 일정한 허용 한계 내에서의 섹터 탐색 시간을 결정할 수 있다. 이 정보를 섹터 탐색 제어 과정을 나타낸 도 3의 흐름도와 연계하여 사용한다.
도 3은 액츄에이터의 일정한 이동 시간 동안 전력소비량을 최소화하는 것에 바탕을 두고 있다. 상기 일정한 이동 시간은 목표 섹터 위치와 임계 섹터 위치에서 볼 때 최단 트랙 탐색 시간에 의해 결정된다.
본 발명에 따라 디스크 드라이브 전력 소비량을 감소시키기 위한 방법은 마그네틱 디스크 드라이브 또는 광디스크 드라이브에 이용할 수 있다. 본 발명은 특정한 하드웨어, 펌웨어 또는 소프트웨어 응용을 포함하는 여러 가지 형태로 구현시킬 수 있다. 최적의 조건에서, 엑추에이터 헤드는 목표 섹터가 액츄에이터 헤드 아래를 통과하기 전에 목표 트랙에 도달한다. 그러므로, 액츄에이터 헤드는 목표 트랙과 동시에 목표 서보 섹터에 도달한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서는 입력 LT (즉, 현재 트랙과 목표 트랙의 위치 차이)와 Trev (즉, 디스크 플래터의 1 회전에 걸리는 시간)을 이용한다.
단계 200에서, 변수 Tmin(LT) 와 TH 가 결정된다. Tmin(LT) 는 최소 트랙 탐색 시간이고 종래의 디스크 드라이브 액츄에이터 이동 시스템에서와 같이 계산한다. Tmin(LT) 는 도 1에서 A점과 B점으로 이루어진 방사상 아아크 Z를 따라 헤드를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키는 데에 필요한 최소 시간양이다. 다시 말하면, Tmin(LT) 는 현재 트랙에서 목표 트랙 까지의 가장 빠른 시간을 나타낸 것이다.
TH 는 현재 서보 섹터와 목표 서보 섹터 사이의 섹터수에 따라서 액츄에이터 헤드 35가 지나는 방사상 경로 Z로, 목표 서보 섹터가 진행하는 데에 소요되는 시간이다. 그러므로, TH 는 디스크 플래터의 부분 회전에 소요되는 시간으로, 디스크 드라이브 스핀들 모터 20에 의해 결정되는 디스크 플래터 10의 회전 속도(분당 회전수)에 의존하는 값이다.
TH 의 값은 있을 수 있는 현재 서보 섹터와 목표 서보 섹터 각 조합에 대하여 룩-업 테이블에 미리 저장될 수 있다.
또는, TH 는 현재 서보 섹터와 목표 서보 섹터 사이의 차이를 소정의 수로 곱하여 계산할 수도 있다. 만약 스핀들 모터 20의 일정 회전 속도를 가정하면, 현재 서보 섹터와 목표 섹터 사이의 차이는 주어진 지점을 통과한 단일 섹터의 회전 속도와 같은 상수와 곱하여 계산될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 상수는 디스크 드라이브의 RPM을 플래터 내의 섹터수로 나눈 값으로 결정된다. 또한, 계산을 수행하기 전에 로지컬 어드레스를 피지컬 어드레스로 전환시켜야 한다.
단계 210에서, ΔT 값은 하기 수학식 22에 따라 결정된다.
ΔT =Tmin(LT)-TH
만약 ΔT = 0, 즉 Tmin(LT)=TH 이면(단계 220), 액츄에이터 헤드는 목표 섹터가 액츄에이터 헤드 아래를 통과하는 시간에 목표 트랙에 도달한다. 이러한 상태에서(단계 225), 액츄에이터 헤드 이동 시간은 종래의 Tmin(LT) 로 설정된다. 전술한 바와 같이, 그러한 발생 확률은 1/N이다(이 때, N은 섹터수).
만약 ΔT 〉 0, 즉 Tmin(LT)〉TH 이면(단계 230), 종래와 같이 구동된 액츄에이터 헤드는 목표 섹터가 통과한 후에 목표 트랙에 도달한다. 이 상태에서(단계 235), 액츄에이터 헤드 이동 시간은 TH+Trev 로 느려진다. 보다 자세히 설명하면, 목표 섹터는 현재 섹터에 가까우므로 액츄에이터 헤드가 목표 트랙에 도달하기 전에 목표 섹터가 아아크 Z를 지나게 된다. 그러므로, 상기 헤드는 목표 서보 섹터에 도달하기 전에 디스크 플래터가 다시 회전하는 동안 목표 트랙에서 대기하고 있어야 한다. 헤드를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키기 위한 에너지의 최대량을 이용하기 보다는 오히려 플래터가 추가로 회전하는 동안 헤드를 대기시킴으로써, 액츄에이터 헤드는 에너지 절약 모드에서 TH+Trev 로 느려진다. 이렇게 하여, 액츄에이터 헤드는 부분 회전 TH 와 완전 회전 Trev 후에, 목표 서보 섹터가 아아크 Z에 도달하는 것과 거의 동시에 목표 트랙에 도달하게 된다.
만약 ΔT〈0 , 즉 Tmin(LT)〈TH 이면(단계 240), 종래와 같이 구동된 액츄에이터 헤드는 목표 섹터를 통과하기 전에 목표 트랙에 도달한다. 이 상태에서, 상기 액츄에이터 헤드 이동 시간은 TH 로 느려진다. 보다 자세히 설명하면, 목표 섹터가 현재 섹터에 가깝지 않으므로 액츄에이터 헤드가 목표 트랙에 도달한 후에 목표 섹터가 아아크 Z를 지나게 된다. 그러므로, 상기 헤드는 목표 섹터가 아아크 Z에 이를 때까지 목표 트랙에서 대기하고 있어야 한다. 헤드를 현재 트랙에서 목표 트랙으로 이동시키기 위해서 에너지의 최대량을 이용하기 보다는 오히려 목표 섹터가 아아크 Z에 이를 때까지 헤드를 대기시킴으로써, 액츄에이터 헤드는 에너지 절약 모드에서 TH 로 느려진다. 이렇게 하여, 액츄에이터 헤드는 목표 서보 섹터가 아아크 Z에 도달하는 것과 거의 동시에 목표 트랙에 도달하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 마지막 두 가지 가능한 결과 각각에서, 데이터 액세스 시간에 지장을 주지 않으면서도 절전된다. 마지막 두 가지 경우에서, 액츄에이터 헤드 이동 시간은 종래의 액츄에이터 헤드가 목표 서보 섹터를 통과할 때까지 상기 트랙을 기다렸다가 추종하는데 소요되는 시간만큼 느려진다. "트랙 추종" 시간만큼 액츄에이터 헤드를 느리게 함으로서, 목표 트랙을 지나는 시간에 액츄에이터 헤드를 목표 서보 섹터에 도달시킴으로써 데이터 액세스 시간에 지장을 주지 않으면서도 전력 소비를 줄일 수 있다.
그러므로 본 발명에서는 액츄에이터 헤드의 속도가 느려지므로 디스크 드라이브의 전체 전력 소비량이 줄어든다. 또한, 전류가 증가된 이동 시간의 제 2 전력에 반비례하기 때문에 예상시간 보다 오랫동안 상기 배터리를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 이점은 디스크 드라이브에서의 음향 잡음이 구동 전류의 고주파 성분에 의해 발생된다는 사실에 기인한다. 즉, 전류가 높으면 높을 수록 탐색시간은 줄지만 그에 따라 더 많은 고주파 성분이 발생된다. 따라서 본 발명에서는, 탐색 시간이 길어짐에 따라 음향 잡음 수준도 감소하지만 전체 데이터 액세스 속도는 영향을 받지 않는다.
본 발명이 갖는 세 번째 이점은, 리드/라이트 헤드가 빨리 이동할수록 디스크 드라이브의 이동 부품이 마모되기 쉽기 때문에 액츄에이터 암의 이동 속도를 감소시킴으로써 시스템의 신뢰도와 수명을 향상시킬 수 있다는 사실이다.
발명을 상기에서 설명한 실시예를 가지고 설명하였으나, 첨부된 청구 범위의 취지와 범위 내에서 본 발명의 개량이 가능함을 당기술의 기술을 득한 자는 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 현재 트랙과 현재 섹터로부터 목표 트랙과 목표 섹터로 액츄에이터 헤드를 이동시키는 동안 디스크 드라이브의 전력 소비를 감소시키기 위한 적응형 섹터 탐색 방법에 있어서,
    (A)상기 액츄에이터 헤드의 이동에 의한 방사상 아아크를 따라서 상기 현재 트랙으로부터 상기 목표 트랙으로 액츄에이터 헤드를 이동시키는데 소요되는 제1시간을 나타내는 제1변수를 결정하는 단계와;
    (B)상기 현재 서보 섹터로부터 상기 목표 서보섹터가 방사상 아아크로 진행되는 시간까지 측정된 제2시간을 나타내는 제2변수를 결정하는 단계와;
    (C)상기 제1변수와 제2변수가 동일하면 상기 제1시간과 동량인 제1속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계와;
    (D)상기 제1변수와 제2변수가 동일하지 않으면 상기 제1속도 보다 느린 제2속도로 상기 액츄에이터 헤드를 이동시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 적응형 섹터 탐색 방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 (D)단계중에 상기 제2변수가 상기 제1변수 보다 크다면 상기 제2속도가 상기 제2시간과 같음을 특징으로 하는 적응형 섹터 탐색 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (D)단계중에 상기 제1변수가 제2변수 보다 크다면 상기 제2속도는 상기 디스크 드라이브의 1회전 시간과 상기 제2시간의 합과 같음을 특징으로 하는 적응형 섹터 탐색 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 (D)단계중에 상기 제1변수가 상기 제2변수 보다 크다면 상기 제2속도는 상기 디스크 드라이브의 1회전 시간과 상기 제2시간의 합과 같음을 특징으로 하는 적응형 섹터 탐색 방법.
  5. 현재 트랙과 현재 섹터로부터 목표 트랙과 목표 섹터로 액츄에이터 헤드를 이동시키는 동안 디스크 드라이브 전력 소비를 감소시키기 위한 적응형 섹터 탐색 방법에 있어서,
    상기 현재 트랙과 목표 트랙 간의 위치 차이인 LT 와 디스크 드라이브 플래터의 1회전 시간인 Trev 를 입력으로 제공하는 단계와;
    상기 액츄에이터 헤드의 이동에 의한 방사상 아아크를 따라서 상기 액츄에이터 헤드를 상기 현재 트랙으로부터 상기 목표 트랙으로 이동시키는 데에 소요되는 최소 트랙 탐색 시간인 Tmin(LT) 변수와, 상기 현재 서보 섹터로부터 상기 목표 서보 섹터가 상기 방사상 아아크에 도달할 때까지의 회전 시간인 TH 변수를 결정하는 단계와;
    ΔT=Tmin(LT)-TH 의 관계식에 따라 ΔT 를 계산하는 단계와;
    ΔT=0 이면, 상기 액츄에이터 헤드 이동 시간을 Tmin(LT) 로 설정하는 단계와;
    ΔT＞0 이면, 상기 액츄에이터 헤드 이동 시간을 TH+Trev 로 설정하는 단계와; 그리고
    ΔT＜0 이면, 상기 액츄에이터 헤드 이동 시간을 TH 로 설정하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 적응형 섹터 탐색 방법.
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