KR100723482B1 - 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하드디스크 드라이브에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터를 결정함에 있어서 개별 제품의 특성 및 헤드의 특성에 따라 최적의 포맷 파라메터들을 결정하도록 하는 포맷 파라메터 결정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법은 제조 공정에서 트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 특성을 측정하는 과정; 및 상기 측정된 각각의 헤드의 특성에 따라 기록밀도를 결정하는 포맷 파라메터들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법은 하드디스크 드라이브 및 헤드의 특성에 따라 최적의 포맷 파라메터를 결정할 수 있게 함으로써 하드디스크 드라이브의 퍼포먼스를 높이는 효과를 가진다.

Description

하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법{Method for determining format parameters of harddisk drive}
도 1은 헤드에 대한 자기기록폭의 분포를 보이는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 포맷 파라메터 결정 방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 트랙폭의 변화에 따른 에러율의 변화를 보이는 TPI-BER 그래프이다.
도 4는 헤드 및 존에 따른 트랙수를 보이는 차트이다.
도 5는 디스크 상의 위치에 따른 데이터 전송률을 보이는 차트이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 하드 디스크 드라이브(100)를 제어하는 제어장치(140)의 블록도를 나타낸다.
본 발명은 하드디스크 드라이브에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터를 결정함에 있어서 개별 제품의 특성 및 헤드의 특성에 따라 최적의 포맷 파라메터들을 결정하도록 하는 포맷 파라메터 결정 방법에 관 한 것이다.
하드디스크 드라이브는 정보 저장을 위해 사용되는 기록 장치이다. 통상적으로 정보는 한 개 이상의 자기 기록 디스크들의 어느 한 면 위에 있는 동심 트랙들 위에 기록된다. 디스크는 스핀 모터에 회전 가능하게 탑재되고, 정보는 보이스(voice) 코일 모터에 의해 회전되는 액추에이터(actuator) 암에 탑재된 판독/기록 수단에 의해 억세스 된다. 보이스 코일 모터는 전류에 의해 여자되어 액추에이터를 회전시키고 헤드를 이동시킨다. 판독/기록 헤드는 디스크의 표면으로부터 나오는 자기의 변화를 감지하여 디스크 표면에 기록된 정보를 판독한다. 데이터 트랙에 기록하기 위해, 전류가 헤드로 공급된다. 전류는 자계를 발생시키고, 이것은 디스크 표면을 자화시킨다.
하드디스크 드라이브의 포맷을 결정하는 파라메터들(이하 포맷 파라메터들이라 함)에는 반경 방향의 기록 밀도를 결정하는 TPI(Track Per Inch), 트랙 방향의 기록 밀도를 결정하는 BPI(Bit Per Inch) 혹은 기록주파수, 존의 개수, 존별 트랙수, 트랙별 섹터수 등이 있다.
종래에 있어서 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터들은 제품 개발 시점에서 미리 결정되었다. 이에 따라 동일한 제품(혹은 모델)에 속하는 모든 하드디스크 드라이브들이 일률적으로 동일한 포맷 파라메터들을 가졌다. 즉, 하드디스크 드라이브를 구성하는 개별 부품들 및 이들의 조합에 의해 만들어진 완제품에 의해 발휘되는 특성이 포맷에 반영되지 않아 개개의 하드디스크 드라이브가 최적의 성능을 발휘하기 어렵다는 문제점이 있었다.
예를 들어, 표준의 단일한 TPI(Track Per Inch) 만으로는 제품에 적용되는 헤드들의 넓은 MWW(Magnetic Write Width; 자기기록폭) 분포(distribution)에 대응할 수 없다. 표준의 헤드 즉, 표준의 TPI에 대응되는 자기기록폭을 가지는 헤드보다 넓은 자기기록폭을 가지는 헤드는 ATE(Adjacent Track Erase; 인접트랙지움) 문제를 야기시킬 수 있으며, 반대로 표준의 헤드보다 좁은 자기기록폭을 가지는 헤드는 위크 라이트(weak write; 약한 기록) 문제를 야기시킬 수 있다. 여기서, 위크 라이트는 데이터를 기록하기 위한 기록 자계의 강도가 부족하거나 트랙폭보다 좁은 폭으로 데이터를 기록하는 것을 말하며, 데이터가 정확하게 기록되지 못하거나 기록되더라도 잔류 자계의 강도가 부족하게 되기 때문에 재생 실패의 원인이 된다.
또한, 표준의 단일한 BPI(데이터 전송 속도를 나타내는 기준)만으로는 헤드 혹은 미디어에 따른 데이터 전송 속도 분포의 넓은 분포에 대응할 수 없다. 표준보다 느린 데이터 전송 속도를 가지는 헤드는 운용 체제에서 자주 사용하는 시스템 파일이나 FAT(File Allocation Table) 등을 액세스하기에 부적합하며, 또한 미디어 상에서 표준보다 느린 데이터 전송 속도를 나타내는 영역은 시스템 파일이나 FAT(File Allocation Table) 등을 보관하기에 적합하지 않다.
본 발명은 제품별, 헤드별 특성에 따라 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터들을 결정하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법에 적합한 기록 매체를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법은
제조 공정에서 트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 특성을 측정하는 과정; 및
상기 측정된 각각의 헤드의 특성에 따라 기록밀도를 결정하는 포맷 파라메터들을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 결정된 포맷 파라메터들을 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장하는 과정; 및 상기 하드디스크 드라이브의 부팅시 상기 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장된 포맷 파라메터를 읽어들여 참조하는 과정을 더 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 포맷 파라메터들은 BPI, TPI, 존의 개수, 존별 트랙수, 존별 트랙당 섹터수, 존별 섹터 펄스 발생 위치, 존별 데이터 주파수, 존별 전체 섹터수 등인 것이 바람직하다.
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체는
하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터들을 결정하는 방법을 기록한 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
각각의 헤드의 특성을 측정하는 과정; 및
상기 측정된 각각의 헤드의 특성에 따라 기록밀도를 결정하는 포맷 파라메터들을 결정하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 헤드에 대한 자기기록폭의 분포를 보이는 그래프이다. 도 1에 도시된 그래프는 다수의 헤드들에 대하여 Guzik Spinstand 장치를 이용하여 자기기록폭을 측정한 결과를 보이는 것이다. 도 1에 있어서 횡축은 자기기록폭을 나타내며, 종축은 반복기록능력(overwrite capacity)을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 헤드의 자기기록폭들이 표준의 자기기록폭을 중심으로 넓은 범위에 걸쳐서 분포하고 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 기준 TPI는 표준의 자기기록폭에 따라 결정된다. 종래에 있어서는 표준의 자기기록폭은 제품 개발 단계에서 설정되었으며, 동일한 제품에 속하는 모든 하드디스크 드라이브들은 이 기준 TPI에 맞추어 포맷되었다.
도 1을 참조하면, 표준의 자기기록폭에 해당하는 기준 TPI를 모든 헤드들에 대해 일률적으로 적용할 경우, 표준보다 넓은 자기기록폭을 가지는 헤드는 ATE 문제를 야기시킬 수 있으며, 반대로 표준보다 넓은 자기기록폭을 가지는 헤드는 약한 기록(weak write) 문제를 야기시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 데이터 전송 속도는 헤드 및 디스크 상의 위치에 따라 다르게 나타난다. 헤드에 있어서 데이터 전송 속도는 기록/판독 채널 회로의 특성, 헤드의 물리적 특성 등에 따라 다를 수 있으며, 디스크에 있어서 데이터 전송 속도는 스큐각, 선속도, 디스크의 물리적 특성 등에 따라 다를 수 있다.
따라서, 표준의 데이터 전송 속도에 따라 포맷 파라메터를 모든 하드디스크 드라이브들에 대해 일률적으로 적용한 경우, 표준보다 느린 데이터 전송 속도를 가지는 헤드는 운용 체제에서 자주 사용하는 시스템 파일이나 FAT(File Allocation Table)을 액세스하기에 부적합하게 되며, 디스크 상에서 표준보다 느린 데이터 전송 속도를 가지는 영역은 시스템 파일이나 FAT를 기록하기에는 부적합한 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 포맷 파라메터 결정 방법은 제품 개발 단계에서 설정된 포맷 파라메터들을 모든 하드디스크 드라이브들에 일률적으로 적용하는 것이 아니라 개개의 하드디스크 드라이브들의 특성 및 헤드의 특성에 따라 포맷 파라메터들을 최적화시키는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명에서는 하드디스크 드라이브의 제품별, 헤드별 특성들을 측정하고, 그에 맞추어 최적의 포맷 파라메터를 결정하게 한다. 본 발명에 따른 포맷 파라메터 결정 방법에 의하면, 하드디스크 드라이브의 제품 및 헤드의 특성에 알맞은 포맷 파라메터를 결정할 수 있으므로, 하드디스크 드라이브의 퍼포먼스가 개선되게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 포맷 파라메터 결정 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 하드디스크 드라이브 및 헤드의 특성을 측정한다.(s202)
예를 들어, 트랙폭을 변화시켜가면서 ATW(Adjacent Track Write) 테스트를 수행하고, 그 결과를 참조하여 헤드에 적합한 TPI를 결정할 수 있다.
도 3은 트랙폭의 변화에 따른 에러율의 변화를 보이는 TPI-BER 그래프이다. 도 3에 도시된 것은 두 개의 헤드(H1, H2)에 대한 결과를 보이는 것이다. ATW 테스 트에서는 소정의 테스트 데이터들을 목표 트랙 및 목표 트랙에 인접한 인접 트랙들에 기록하고, 목표 트랙에 기록된 데이터를 재생하여 에러율을 측정한다, 그리고 이러한 ATW 테스트를 트랙폭 즉, TPI를 바꾸어 가면서 반복적으로 수행함으로써 TPI의 변화에 따른 에러율의 변화를 보이는 도 3에 도시된 바와 같은 TPI-BER 곡선이 얻어진다. 여기서, 에러율은 비트에러율(Bit Error Rate; BER)로 측정된다. 측정된 TPI-BER 곡선에서 소정의 criteria BER에 해당하는 TPI가 해당 헤드에 적합한 TPI로 결정된다.
제조 공정에서 측정된 하드디스크 드라이브 및 헤드의 특성에 적합한 포맷 파라메터들을 결정한다.(s204) 포맷 파라메터들은 다음을 포함한다.
- 서보 트랙을 데이터 트랙으로 전환하는 테이블
- 각 존별 트랙당 섹터수
- 각 존별 섹터 펄스 발생 위치 테이블
- 각 존별 데이터 주파수 합성 테이블
- 각 존별 전체 섹터수
여기서, 서보 트랙을 데이터 트랙으로 전환하는 테이블은 셀프 서보를 위한 것으로서 리퍼런스 서보 트랙과 최종 서보 트랙의 비율을 가진다. 예를 들어 비율이 3/4일 경우 서보 카피 과정에서 3개의 레퍼런스 서보 트랙들이 4개의 최종 서보 트랙들로 변환된다.
데이터 주파수 합성 테이블은 데이터 전송 속도를 위한 것이다. 데이터 전송 속도는 데이터 전송 주파수로 표현되며, 이 주파수는 여러 가지 기본 주파수들 의 합성에 의해 나타낼 수 있다. 데이터 주파수 합성 테이블은 결정된 데이터 전송 속도를 구현하기 위해 필요한 기본 주파수들에 관한 정보를 가진다.
상술한 파라메터들은 TPI 및 BPI에 관련된 것들로서 하드디스크의 물리적 형태를 규정하기 위한 즉 포맷을 위해 사용된다.
도 4는 헤드 및 존에 따른 트랙수를 보이는 차트이다. 도 4에 있어서 두 개의 헤드들(헤드0, 헤드1)에 있어서 존별 트랙수들이 서로 다름을 알 수 있다. 예를 들어 존0에 있어서 헤드0는 60,000개의 트랙들을 가지는 반면에 헤드1은 53,000개의 트랙들을 가진다.
도 5는 디스크 상의 위치에 따른 데이터 전송률을 보이는 차트이다. 도 5에 있어서 디스크상의 위치에 따라 데이터 전송률이 다름을 알 수 있다. 예를 들어 0 ~ 9,000트랙들에 있어서의 데이터 전송률은 60,000BPI인 것에 비해 10,000~19,999트랙들에 있어서는 53,000BPI이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 포맷 파라메터 결정 방법에 의하면 하드디스크 드라이브의 물리적 구조를 결정하기 위한 포맷 파라메터들은 하드디스크 드라이브의 특성 및 헤드의 특성에 따라 각각의 하드디스크 드라이브에 맞도록 최적화된다.
드라이브의 특성 및 헤드의 특성들은 하드디스크 드라이브의 제조 공정에서 측정되고, 측정된 결과에 따라 최적의 값을 가지도록 포맷 파라메터들이 결정된다. S202 내지 s204 과정들은 하드디스크 드라이브의 제조 공정 특히 번인 테스트(burn-in test) 공정에서 수행되는 것이 바람직하다. 번인 테스트 공정은 하드디스크 드라이브가 조립되고 난 후에 수행되는 공정이기 때문에 하드디스크 드라 이브의 특성 및 헤드의 특성을 측정하기에 적합하다.
상기한 바와 같은 포맷 파라메터들을 하드디스크 드라이브의 시스템 영역 예를 들어 메인티넌스 실린더(maintenance cylinder)에 저장한다(s206). 여기서, 메인티넌스 실린더는 하드디스크 드라이브에 의해서만 액세스되고, 사용자에 의해서는 액세스될 수 없는 영역이다.
하드디스크 드라이브의 메인티넌스 실린더에 기록된 포맷 파라메터들은 하드디스크 드라이브가 부팅될 때마다 읽혀지고 참조된다.(s208)
도 6은 본 발명이 적용되는 하드 디스크 드라이브의 구성을 나타내는 도면이다.
하드 디스크 드라이브(100)는 스핀들 모터(114)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 디스크(112)를 포함하고 있다. 하드 디스크 드라이브(100)는 디스크(112)의 표면에 인접되게 위치한 헤드(120)를 또한 포함하고 있다.
헤드(120)는 디스크(112)의 표면에 형성된 자계를 감지하거나 디스크의 표면을 자화시킴으로써 회전하는 디스크(112)로부터 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 비록 도 6에 있어서 단일의 헤드로 도시되어 있지만, 이는 디스크(112)를 자화시키기 위한 기록용 헤드와 디스크(112)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 헤드로 이루어져 있다고 이해되어야 한다.
헤드(120)는 헤드와 디스크(112)의 표면사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 헤드(120)는 헤드 스택 어셈블리(HSA; head stack assembly, 122)에 결합되어 있다. 헤드 스택 어셈블리(122)는 보이스 코일(126)을 갖는 엑츄에이터 암(124)에 부착되어 있다. 보이스 코일(126)은 보이스 코일 모터(VCM; voice coil motor, 130)를 특정하는(지지하는) 마그네틱 어셈블리(128)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(126)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(132)에 대하여 엑츄에이터 암(124)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 엑츄에이터 암(124)의 회전은 디스크(112)의 표면을 가로질러 헤드를 이동시킬 것이다.
정보는 디스크(112)의 환상 트랙 내에 저장된다. 일반적으로 디스크(112)는 사용자 데이터가 기록되는 데이터존(data zone), 드라이브를 사용하지 않을 경우에 헤드가 위치하는 파킹존(parking zone) 및 메인터넌스 실린더로 구성된다.
도 7은 도 6에 도시된 하드 디스크 드라이브(100)를 제어하는 제어장치(140)의 블록도를 나타낸다.
제어장치(140)는 리드/라이트(R/W) 채널 회로(145) 및 리드 프리앰프 & 라이트 드라이버 회로(46)에 의하여 헤드(120)에 결합된 콘트롤러(141)를 포함하고 있다. 콘트롤러(141)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등이 된다.
콘트롤러(141)는 디스크(112)로부터 데이터를 리드하거나 또는 디스크(112)에 데이터를 기록하기 위하여 리드/라이트 채널(145)로 제어신호를 공급한다.
정보는 전형적으로 R/W 채널(145)로부터 호스트 인터페이스 회로(147)로 전송된다. 호스트 인터페이스 회로(147)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템에 인터페이스하기 위하여 디스크 드라이브를 허용하는 제어 회로를 포함하고 있다.
R/W 채널 회로(145)는 재생 모드에서는 헤드(120)로부터 읽혀져 리드 프리앰프 회로(146)에서 증폭된 아날로그 신호를 호스트 컴퓨터(도면에 미도시)가 판독할 수 있는 디지털 신호로 변조시켜 호스트 인터페이스 회로(147)로 출력하고, 호스트 컴퓨터로부터 사용자 데이터를 호스트 인터페이스 회로(147)를 통하여 수신하여 디스크에 기록할 수 있도록 기록 전류로 변환시켜 라이트 드라이버 회로(416)로 출력시키도록 신호처리를 실행한다.
콘트롤러(141)는 보이스 코일(126)에 구동 전류를 공급하는 VCM 구동 회로(148)에 또한 결합되어 있다. 콘트롤러(141)는 VCM의 여기 및 헤드의 움직임을 제어하기 위하여 구동 회로(148)로 제어신호를 공급한다.
콘트롤러(141)는 읽기 전용 메모리(ROM : Read Only Memory) 또는 플레쉬 메모리 소자(142-1)와 같은 비휘발성 메모리 및 랜덤 억세스 메모리(RAM : Random Access Memory) 소자(142-3)에 결합되어 있다. 메모리 소자(142-1, 142-3)는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 콘트롤러(141)에 의하여 사용되어지는 명령어 및 데이터를 포함하고 있다.
소프트웨어 루틴의 하나로서 한 트랙에서 다른 트랙으로 헤드를 이동시키는 시크 루틴(seek routine) 및 트랙 내에서 목표 섹터를 찾아내는 추종 루틴(following routine)이 있다. 시크 루틴은 헤드를 정확한 트랙으로 이동시키는 것을 보증하기 위한 서보 제어 루틴을 포함하고 있다.
또한, 디스크(12)의 메인티넌스 실린더(미도시)에는 포맷 파라메터들이 저장되어 있다. 메인티넌스 실린더에 저장된 포맷 파라메터들은 하드디스크 드라이브 가 부팅될 때 읽혀진다. 콘트롤러(141)는 하드디스크 드라이브가 부팅될 때 메인티넌스 실린더에 저장된 포맷 파라메터들을 읽어들여 참조하게 된다. 구체적으로 콘트롤러(141)는 메인티넌스 실린더로부터 읽어들인 서보 트랙을 데이터 트랙으로 전환하는 테이블, 각 존별 트랙당 섹터수, 각 존별 섹터 펄스 발생 위치 테이블, 각 존별 데이터 주파수 합성 테이블, 각 존별 전체 섹터수 등을 참조하여 하드디스크 드라이브의 물리적 형태를 설정하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법은 하드디스크 드라이브 및 헤드의 특성에 따라 최적의 포맷 파라메터를 결정할 수 있게 함으로써 하드디스크 드라이브의 퍼포먼스를 높이는 효과를 가진다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하드디스크 드라이브의 제조 공정에서 트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 에러율의 변화를 측정하는 과정;
    상기 트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 에러율의 변화를 이용하여 기록밀도를 결정하는 포맷 파라메터들을 결정하는 과정;
    상기 결정된 포맷 파라메터들을 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장하는 과정; 및
    상기 하드디스크 드라이브의 부팅시 상기 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장된 포맷 파라메터를 읽어들여 참조하는 과정을 구비하고,
    상기 포맷 파라메터들은,
    BPI, TPI, 존의 개수, 존별 트랙수, 존별 트랙당 섹터수, 존별 섹터 펄스 발생 위치, 존별 데이터 주파수, 존별 전체 섹터수 인 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터 결정 방법.
  4. 하드디스크 드라이브의 포맷 파라메터들을 결정하는 방법을 기록한 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
    트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 에러율의 변화를 측정하는 과정;
    상기 트랙 폭의 변화에 따른 각각의 헤드의 에러율의 변화를 이용하여 기록밀도를 결정하는 포맷 파라메터들을 결정하는 과정;
    상기 결정된 포맷 파라메터들을 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장하는 과정; 및
    상기 하드디스크 드라이브의 부팅시 상기 하드디스크 드라이브의 시스템 영역에 저장된 포맷 파라메터를 읽어들여 참조하는 과정을 구비하는 프로그램이 기록되고,
    상기 포맷 파라메터들은,
    BPI, TPI, 존의 개수, 존별 트랙수, 존별 트랙당 섹터수, 존별 섹터 펄스 발생 위치, 존별 데이터 주파수, 존별 전체 섹터수 인 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  5. 삭제
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