KR100311991B1

KR100311991B1 - 디스크장치및데이터재배치방법

Info

Publication number: KR100311991B1
Application number: KR1019970035429A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 사이또; 아끼라 기바시; 겐지 오까다; 히데끼 오제끼
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2001-12-12
Also published as: SG55374A1; CN1180895A; CN1115688C; KR19980032252A; US6189110B1; JPH10134516A; MY117609A; JP3130258B2

Abstract

데이터 전송 속도의 저하를 최소화하는 디스크 장치 및 데이터 재배치(reassign) 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 스페어 섹터는 각 존(zone)의 하드 에러가 생긴 데이터가 속하는 데이터 존 내에 있는 스페어 영역 내에서, 하드 에러가 생긴 데이터의 위치로부터 디스크 중심에 대하여 소정의 각도 이상 이격된 위치에 배치된다.

Description

디스크 장치 및 데이터 재배치 방법{DISK DEVICE AND DATA REASSIGNMENT METHOD}

본 발명은 디스크 장치에서의 에러 처리 분야에 관한 것으로서, 특히 에러 발생시의 데이터의 이동, 즉 데이터 재배치의 실행에 관한 디스크 장치 및 방법에 관한 것이다.

디스크 장치는 디스크에 데이터를 기록하고, 이것을 재생하는 장치이다. 데이터의 기록 및 재생은 신호 변환기를 갖는 헤드에 의해 행해진다. 데이터를 기록 또는 재생하는 경우, 헤드는 액츄에이터에 의해 디스크상의 소정의 데이터가 기록되어 있는, 또는 기록되어야 하는 트랙에 위치 결정되며, 디스크의 회전에 의해 소정의 디스크가 기록되어 있는, 또는 기록되어야 하는 섹터에 도달한 후, 데이터의 기록 또는 재생을 행한다.

데이터의 기록시, 데이터의 사이즈가 크고, 하나의 섹터의 용량을 넘는 경우에는, 통상, 원주 방향으로 연속된 섹터에 후속 데이터가 기록된다. 동일 트랙내의 섹터가 모두 사용되어 있는 경우, 헤드는 인접하는 트랙으로 이동되어 계속 기록을 행한다. 이와 같이 데이터를 배치함으로써 연속된 데이터의 기록 및 재생을 고속으로 행하는 것이 당업자에게 공지되어 있다.

그러나, 디스크의 결함 등에 의해 데이터의 기록 또는 재생이 정확히 행해지지 않은 경우, 에러가 발생한다. 에러에는, 재판독 등에 의해 회복이 가능한 소프트 에러와, 회복이 불가능한 하드 에러가 있다. 어떤 섹터에서 하드 에러가 발생한 경우, 그 섹터의 데이터를 스페어 섹터라는 대체 섹터에 기록하는 데이터 재배치(reassign)가 종래로부터 행해지고 있다.

한편, 최근의 디스크 장치의 저가(低價)화 및 대용량화의 요구를 달성하기 위하여, 기록 밀도를 높이는 각종의 고안이 이루어지고 있으며, 그 중의 하나로서, 존 비트 레코딩(zone bit recording ; ZBR)이라는 기술이 있다. ZBR에 의하면, 디스크면은 복수의 「존」이라는 고리형 영역으로 분할되며, 각 존은 복수의 트랙을 갖는다. 동일한 존 내에서는 기록·재생을 위한 클록 주파수는 동일하지만, 서로 다른 존 사이에서는, 디스크의 외주에 가까울수록, 기록·재생의 주파수가 높아진다. 이렇게 해서, 디스크의 내주로부터 외주에 걸쳐 1 인치 당 기록 가능 비트수(BPI)를 평균화하여, 디스크 전체의 기록 용량을 증가시킬 수 있다.

도 1에, ZBR을 채용한 디스크에서의 스페어 섹터의 배치를 도시한다. 데이터를 저장하는 영역인 데이터 영역은 최외주 존인 존(0)으로부터 최내주 존인 존(N)까지로 분할된다. 존(N)의 내측에 데이터 재배치를 위한 영역이 마련되며, 이 영역내에 스페어 섹터를 배치한다. 데이터 재배치를 위한 영역은 스페어 트랙이라고 하며, 하나 또는 복수의 트랙으로 이루어진다. 각각의 존에서 데이터 재배치가 행해지는 경우, 스페어 섹터는 그 존내가 아니라, 스페어 트랙내에 배치된다.

도 2에, 도 1의 종래예에서 존(0)에 결함 섹터(D)가 존재하고, 섹터(D)의 데이터가 스페어 트랙내의 스페어 섹터(S)에 재배치된 경우의 재생시의 헤드의 동작을 도시한다.

(1) 헤드가 결함 섹터(D)를 판독하려고 하며, 스페어 섹터(S)에 데이터가 재배치되어 있음을 안다.

(2) 스페어 섹터(S)가 있는 스페어 트랙을 탐색(seek)한다. 이 동작시, 거의 전체 트랙 탐색(full-track seek)이 된다.

(3) 스페어 섹터(S)가 있는 스페어 트랙을 팔로우(follow)하고, 스페어 섹터(S)의 데이터를 판독한다.

(4) 결함 섹터(D) 다음의 섹터가 있는 트랙을 탐색한다. 이 동작시, 거의 전체 트랙 탐색이 된다.

(5) 결함 섹터(D) 다음의 섹터가 있는 트랙을 팔로우하고, 결함 섹터(D) 다음의 섹터의 데이터를 판독한다.

상술한 예에서는, 전체 트랙 탐색을 2 회 행하고, 트랙 팔로우를 2 회 행하게 된다. 따라서, 섹터(D)의 데이터를 판독하려고 하고나서 섹터(D) 다음의 섹터의 데이터를 판독할 때까지, 전체 트랙 탐색 2 회분의 시간과 2 회분의 트랙 팔로우의 시간을 합계한 시간이 걸린다. 예를 들면, 전체 트랙 탐색 시간이 10 ㎳, 디스크 회전수가 5,400 rpm(1 주기 당 약 11 ms)인 경우, 트랙 팔로우 시간은 0 ∼ 11 ms의 사이가 되며, 최대 42 ㎳, 즉 디스크가 거의 4 주기 회전하는 것에 상당하는 시간, 최소 20 ㎳, 즉 디스크가 거의 2 주기 회전하는 것에 상당하는 시간을 요하게 되어, 데이터 전송 속도가 일시적으로 저하되는 원인이 되고 있었다.

최근, 멀티미디어 어플리케이션의 증가와 디스크 장치의 대용량화에 의해, 멀티미디어 어플리케이션을 디스크 장치를 사용하여 재생하는 기회가 증가하고 있다. 그 중에서도, 리얼 타임의 화상 재생이나 음성 재생을 행하는 어플리케이션에서 상술한 바와 같은 데이터 전송 속도의 저하가 일어나면, 화상이나 음성이 일순간 정지하는 현상이 일어나는 바, 그 해결책이 요망되었다.

본 발명의 목적은 데이터 전송 속도의 저하를 최소화하는 디스크 장치 및 데이터 재배치 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 멀티미디어 어플리케이션의 재생에 적합한 디스크 장치 및 데이터 재배치 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 스페어 섹터는

a) 각 존의 하드 에러가 생긴 데이터가 속하는 데이터 존 내에 있는 스페어 영역 내에서,

b) 하드 에러가 생긴 데이터의 위치로부터 디스크 중심에 대하여 소정의 각도 이상 이격된 위치에 배치된다.

본 발명의 다른 양상에 의하면, 스페어 섹터는

b) 하드 에러가 생긴 데이터의 위치로부터 디스크 중심에 대하여 소정의 각도 이상 이격되며, 또한

c) 헤드가 데이터 영역의 임의의 반경 방향 위치로부터 스페어 영역까지 탐색하는데에 필요한 시간이 소정의 시간 이내가 되도록 배치된다.

도 1은 종래 기술에서의 스페어 영역의 배치를 도시한 도면.

도 2는 도 1에서의 헤드의 동작을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 관한 디스크 장치를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에서의 스페어 영역의 배치를 도시한 도면.

도 5는 도 4에서의 헤드의 동작을 도시한 도면.

도 6은 도 5에서의 헤드의 동작의 디스크상의 궤적을 도시한 도면.

도 7은 스페어 섹터의 재배치 방법을 도시한 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

310 : 디스크 장치

320 : 디스크 인클로저(disk enclosure)

322 : 스핀들

324 : 모터

326A, 326B : 디스크

328A, 328B, 328C, 328D : 헤드

330A, 330B, 330C, 330D : 엑츄에이터 아암

332 : 피봇 샤프트

334 : 보이스 코일 모터(VCM)

340 : 하드 디스크 콘트롤러(HDC)

도 3은 본 발명이 적용되는 디스크 장치의 예이다. 도 3에 도시한 바와 같이 디스크 장치(310)는 디스크 인클로저(320)와 하드 디스크 콘트롤러(HDC)(340)로 구성되어 있다. 디스크 인클로저(320)는 스핀들(322)을 회전시키는 모터(324)를 구비하고 있다. 스핀들(322)에는, 디스크(326A, 326B)가 스핀들(322)과 일체적으로 회전하도록 설치되어 있다. 디스크는 도면에서는 2 장이지만, 1 장 또는 3 장 이상이어도 좋다.

각각이 디스크의 면에 대향하도록 헤드(328A, 328B, 328C 및 328D)가 엑츄에이터 아암(330A, 330B, 330C 및 330D)에 지지되어 배치되어 있다. 액츄에이터 아암(330A ∼ 330D)는 피봇 샤프트(332)를 통하여 보이스 코일 모터(VCM)(334)에 설치되며, 이러한 모터의 회전 동작에 의해, 헤드(328A ∼ 328D)는 디스크의 원하는 반경 위치로 이동된다. 모터(324) 및 VCM(334)는 HDC(340)에 접속되며, 각각의 회전수, 속도 등이 제어된다. HDC(330)는 호스트 컴퓨터에 접속할 수 있다.

하드 디스크 등의 자기 디스크에는 일반적으로 동심원형으로 데이터 트랙이 형성되어 있다. 디스크에 대한 정보의 판독 또는 기입은 디스크를 회전시킴과 동시에, 헤드를 디스크의 거의 반경 방향을 따라 이동시켜 특정 데이터 트랙에 위치 결정(탐색)한 후에 행해진다. 헤드를 특정 데이터 트랙으로 위치 결정하는 것은, 디스크에 미리 기록된 헤드 위치 식별 정보를 헤드가 판독함으로써 행해진다.

원하는 트랙에 헤드를 위치 결정한 후, 데이터의 판독 및 기입이 실행된다. 이때, 정확한 데이터의 판독 및 기입의 실수, 즉 에러가 발생하는 경우가 있다. 디스크 상에서 발생하는 에러의 원인 중 다수는 데이터의 누락이다. 이러한 데이터의 누락은 시간이 지남에 따라 발생한 디스크 표면상의 흠이나 시간이 지남에 따른 자성체 변화 등에 의한 손상 등이 원인인 경우가 많다. 통상, 디스크로부터의 데이터의 판독은 디스크, 헤드 및 HDC에서 설정된 표준 판독 조건하에서 실행된다.

이들 소정의 표준 조건에 따른 판독시에 에러가 발생했을 때에는 추종성(追從性)을 의도적으로 악화시키거나, 신호 증폭의 오토 게인 콘트롤(AGC)의 증폭율을 유지시키거나 하여 다시 판독을 실행한다. 이들 조건 변경에 의한 에러 회복은 복수의 에러 회복 단계를 순차 실행하는 ERP(Error Recovery Procedure)를 기동함으로써 행해진다.

ERP에 의해서도 회복되지 않은 경우, 하드 에러로서 인식되며, 그 섹터의 데이터를 스페어 섹터라는 대체 섹터에 기록한다. 데이터 재배치가 행해진다.

도 4에, 본 발명에 의한 디스크상의 스페어 섹터의 배치를 도시한다. 존(0)은 존(0)의 거의 중앙부에 미리 배치된 1 또는 2 이상의 스페어 트랙을 포함한다. 즉, 존(0)내의 스페어 트랙에 의하여, 존(0)의 데이터 영역은 데이터 영역(1) 및 데이터 영역(2)으로 분할된다. 스페어 트랙은 복수의 스페어 섹터를 포함한다. 또한, 스페어 트랙은 헤드가 데이터 영역의 임의의 반경 방향 위치로부터 스페어 트랙까지 탐색하는데에 필요한 시간이 소정의 시간, 예를 들면 디스크가 반회전하는데에 필요한 시간 이내가 되도록 배치되며, 바람직하게는 존(0)의 반경 방향 중앙부에 배치된다. 존(1)에 대해서도 마찬가지로 스페어 트랙이 배치된다. 또한, 도 4에는 존(0) 및 존(1)의 두 개의 존밖에 도시되어 있지 않으나, 3 개 이상의 경우도 마찬가지이다.

도 5에, 도 4에서 존(0)에 결함 섹터(D)가 존재하고 섹터(D)의 데이터가 스페어 트랙내에서, 디스크 중심에 대하여 거의 반대측(약 180도 회전 방향으로 이격된) 위치의 스페어 섹터(S)에 재배치된 경우의 재생시의 헤드의 동작을 도시한다.

(2) 스페어 섹터(S)가 있는 스페어 트랙을 탐색한다. 이 동안, 거의 존(0)의 약 반 만큼의 폭을 탐색한다.

(3) 스페어 섹터(S)가 있는 스페어 트랙을 팔로우하고, 스페어 섹터(S)의 데이터를 판독한다.

(4) 결함 섹터(D) 다음의 섹터가 있는 트랙을 탐색한다. 이 동안, 거의 존(0)의 약 반 만큼의 폭을 탐색한다.

이 경우, 거의 존(0)의 약 반 만큼의 폭의 탐색을 2회 행하고, 트랙 팔로우를 2회 행하게 된다. 따라서, 섹터(D)의 데이터를 판독하려고 하고나서 섹터(D) 다음의 섹터의 데이터를 판독할 때까지, 거의 존(0)의 약 반 만큼의 폭의 탐색 2회분의 시간과 2회분의 트랙 팔로우 시간을 합계한 시간이 걸린다. 예를 들면, 거의존(0)의 약 반 만큼의 폭의 탐색 시간이 5 ㎳, 디스크 회전수가 5,400 rpm(1 주기 당 약 11 ㎳)인 경우, 디스크가 반회전(180도)하는 동안(약 5.5 ㎳)에 트랙 탐색은 완료되므로[(1) 및 (2)의 동작], 디스크가 반회전하고나서 바로 스페어 섹터(S)를 판독할 수 있다. 즉, 이 경우, 트랙 팔로우의 시간은 약 0.5 ㎳가 된다. 스페어 섹터를 판독한 후, 결함 섹터(D) 다음의 섹터가 있는 트랙을 탐색하는 경우[(3)의 동작]도 마찬가지로 5 ㎳ 걸리며, 그 트랙을 팔로우하고, 결함 섹터(D) 다음의 섹터의 데이터를 판독하는데[(4)의 동작]에 약 0.5 ㎳ 걸린다. 따라서, (1) ∼ (4)까지의 동작에 걸리는 시간은 약 11 ㎳가 되며, 디스크 1 회전 만큼의 시간에 해당한다. 또한, 본 실시예에서, 간단화하기 위하여 180도 회전한 위치에 스페어 섹터(S)를 배치하였으나, 상술한 동작 설명으로부터 이해할 수 있듯이, 트랙 탐색 시간내에 디스크가 회전하는 각도 이상의 각도(이 경우, 180도 × 5 / 5.5 이상)만큼 이격되도록 스페어 섹터(S)를 배치할 수도 있다.

도 6에, 도 5에서의 헤드의 동작의 디스크상의 궤적을 도시한다. 도 6에서는, 보기 쉽게 하기 위하여 존(0)을 과장하여 묘사하고 있다. 또한, (1) ∼ (4)의 번호는 도 5에서의 동작에 각각 대응한다.

도 7에, 스페어 섹터의 배치 방법을 도시한다. 단계(700)에서, 원하는 섹터를 판독 또는 기입할 때에 에러가 생기고, ERP에 의해서도 회복할 수 없으며, 재배치할 필요가 있는 경우에 이후의 단계가 HDC에 의해 실행된다. 단계(702)에서, 해당 결함 섹터의 물리 위치(어드레스)를 섹터(A)로 한다. 단계(704)에서, 최적의 스페어 섹터의 물리 위치를 계산하고, 이것을 섹터(B)로 한다. B의 값은 다음과같이 계산된다.

(1) X = A + (트랙 당 섹터수) / 2 로 한다.

(2) X > = (트랙 당 섹터수)이면, B = X - (트랙 당 섹터수) 로 한다.

(3) X < (트랙 당 섹터수)이면, B = X 로 한다.

단계(706)에서, 스페어 트랙위의 섹터(B)가 사용 완료인지의 여부를 조사하고, 사용 가능한지의 여부를 판단한다. 사용 가능한 경우, 단계(708)에서, B를 스페어 섹터로서 등록한다. 사용 불가능한 경우, 단계(710)로 진행하여, 다른 헤드(디스크면)의 스페어 트랙 위의 섹터(B)가 사용 가능한지의 여부를 판단한다. 사용 가능한 경우, 단계(708)에서, B를 A의 스페어 섹터로 한다. 사용 불가능한 경우, 단계(712)로 진행하여, 후속 섹터의 물리 위치를 계산하고, 이것을 섹터(B)로 한다. B의 값은 다음과 같이 계산된다.

(1) B = (트랙 당 섹터수) - 1 이면, B = 0 으로 한다.

(2) B ≠ (트랙 당 섹터수) - 1 이면, B = B + 1 로 한다.

단계(712)에서 B의 값을 계산한 후, 단계(706)로 되돌아간다.

이들 단계는 HDC내의 ROM 등의 메모리에 기억된다. 또한, 이들 단계의 전부 또는 일부는 디스크에 기억될 수도 있다. 그 경우, 하드 디스크의 시동시에 디스크로부터 판독되며, 실행을 위하여 RAM 등의 메모리에 기억된다.

이상 설명한 바와 같이, 종래 데이터 재배치가 행해진 경우 결함 섹터를 판독하려고 하고나서 결함 섹터의 다음 섹터를 판독할 때까지, 최소 디스크 2 회전만큼의 시간, 최대 디스크 4 회전 만큼의 시간을 필요로 하였던데 반해, 본 발명에 의하면, 디스크 1 회전 만큼의 시간으로 완료되며, 데이터 전송 속도의 저하를 최소화할 수 있다.

Claims

디스크 장치에 있어서,

복수의 데이터 존(data zone)을 가지며, 각각의 상기 데이터 존이 스페어 영역을 갖는 기록 디스크와,

상기 기록 디스크에 데이터를 기록 또는 재생하는 헤드와,

상기 헤드를 상기 기록 디스크상의 원하는 반경 위치로 이동시키는 엑츄에이터와,

상기 디스크를 회전시키는 모터와,

상기 복수의 데이터 존 중의 하나의 데이터 존내에 기록시에 에러가 생긴 데이터를 상기 스페어 영역내에 기록하도록 데이터의 재배치를 행하는 데이터 재배치 수단

을 포함하며,

상기 데이터 재배치 수단은 상기 에러가 생긴 데이터를 상기 에러가 생긴 데이터가 속하는 데이터 존내에 있는 스페어 영역내에서, 상기 에러가 생긴 데이터의 위치로부터 디스크 중심에 대하여 소정의 각도 이상 이격된 상기 스페어 영역내의 위치에 재배치하고,

상기 헤드가 상기 에러가 생긴 데이터를 판독하려 할 때부터 상기 에러가 생긴 데이터의 다음 데이터를 판독하려 할 때까지의 시간은 디스크 1회전분의 시간인 것을 특징으로 하는 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 에러는 하드 에러인 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 소정의 각도는 상기 헤드가 상기 데이터 존 내의 임의의 반경 방향 위치로부터 상기 스페어 영역의 임의의 반경 방향 위치까지 탐색(seek)하는데에 필요한 최대 시간 내에 상기 디스크가 회전하는 각도인 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 소정의 각도는 실질적으로 180도인 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 데이터 재배치 수단은, 소정의 각도 이상 이격된 상기 스페어 영역 내의 위치가 사용 완료된 경우, 상기 에러가 생긴 데이터를 해당 위치의 후속 위치에 순차적으로 재배치하는 디스크 장치.
제5항에 있어서, 상기 후속 위치는 다른 디스크면의 동일 물리 섹터인 디스크 장치.
제5항에 있어서, 상기 후속 위치는 상기 사용 완료된 스페어 영역 내의 위치에 인접하는 물리적 섹터인 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 스페어 영역은 상기 헤드가 상기 데이터 영역의 임의의 반경 방향 위치로부터 상기 스페어 영역까지 탐색하는데에 필요한 시간이 소정의 시간 이내가 되도록 배치되는 디스크 장치.
제8항에 있어서, 상기 소정의 시간이, 상기 디스크가 반회전하는데에 필요한 시간인 디스크 장치.
제1항에 있어서, 상기 스페어 영역은 실질적으로 각 존의 디스크 반경 방향에 대해 중앙부에 위치하는 디스크 장치.
복수의 데이터 존을 가지며, 각 데이터 존이 스페어 영역을 갖는 기록 디스크를 구비하는 디스크 장치에서, 상기 복수의 데이터 존 중의 하나의 데이터 존내에 기록시에 에러가 발생한 데이터를 상기 스페어 영역내에 기록하도록 데이터의 재배치를 행하는 데이터 재배치 방법에 있어서,

에러가 생긴 위치를 특정하는 단계와,

대응하는 스페어 트랙을 재배치하는 단계

를 포함하며,

상기 스페어 트랙을 재배치하는 단계는, 스페어 트랙의 위치를 상기 에러가 생긴 데이터가 속하는 데이터 존내에 있는 스페어 영역내에서, 상기 에러가 생긴 데이터의 위치로부터 디스크 중심에 대하여 소정의 각도 이상 이격된 상기 스페어영역내의 위치에 재배치하고,

상기 헤드가 상기 에러가 생긴 데이터를 판독하려 할 때부터 상기 에러가 생긴 데이터의 다음 데이터를 판독하려 할 때까지의 시간은 디스크 1회전분의 시간인 것을 특징으로 하는 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 에러는 하드 에러인 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 소정의 각도는 상기 헤드가 상기 데이터 존내의 임의의 반경 방향 위치로부터 상기 스페어 영역의 임의의 반경 방향 위치까지 탐색하는데에 필요한 시간내에 상기 디스크가 회전하는 각도인 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 소정의 각도가 실질적으로 180도인 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 스페어 트랙을 재배치하는 단계는 소정의 각도 이상 이격된 상기 스페어 영역내의 위치가 사용 완료된 경우, 스페어 트랙의 위치를 해당 위치의 후속 위치에 순차적으로 재배치하는 단계를 포함하는 데이터 재배치 방법.
제15항에 있어서, 상기 후속 위치는 다른 디스크 면의 동일 물리 섹터인 데이터 재배치 방법.
제15항에 있어서, 상기 후속 위치는 상기 사용 완료된 스페어 영역내의 위치에 인접하는 물리적 섹터인 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 스페어 영역은 상기 헤드가 상기 데이터 영역의 임의의 반경 방향 위치로부터 상기 스페어 영역까지 탐색하는데에 필요한 시간이 소정의 시간 이내가 되도록 배치되는 데이터 재배치 방법.
제18항에 있어서, 상기 소정의 시간이 상기 디스크가 반회전하는데에 필요한 시간인 데이터 재배치 방법.
제11항에 있어서, 상기 스페어 영역은 실질적으로 각 존의 중앙부에 위치하는 데이터 재배치 방법.