TW201333943A - 硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法及其系統 - Google Patents

硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法及其系統 Download PDF

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Abstract

本發明實施例提供一種硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，適用於具有至少一硬碟裝置及至少一振動源之電腦裝置，該方法包括：同步接收對應振動源產生的振動感應信號及對應該硬碟裝置讀寫運作的硬碟流量信號；其次，對振動感應信號及硬碟流量信號做時域與頻域轉換演算，以分別獲取對應之振動感應頻率函數及硬碟流量頻率函數；當振動感應頻率函數與硬碟流量頻率函數之間具線性關係時，對振動感應頻率函數與硬碟流量頻率函數進行比對演算，以獲取影響硬碟裝置讀取率之振動資訊；最後，依據該振動資訊產生對應之防振控制信號以供進行防振控制。

Description

硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法及其系統
本發明有關於一種硬碟防振方法及系統且特別是一種硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法及其系統。
電腦系統例如伺服器(Server)、硬碟機(disk storage system)、桌上型電腦及筆記型電腦等一般係透過硬碟(hard drive disk，HDD)來進行資料存取運作。然而隨者硬碟存儲及磁軌(track)密度的增加，其敏感度亦隨之增加，往往會受到振動影響而產生共振，從而降低硬碟的效能(例如造成硬碟讀寫率下降或無法運作等)。因此，即便電腦系統的中央處理單元運作速度再快，也無法正常存取資料，進而亦影響電腦系統的運作。
請參照圖1，圖1繪示典型電腦伺服器之示意圖。目前一般市面上的電腦伺服器1如圖1所示，主要包括主機板11、風扇區15、電源供應器13以及硬碟區17。硬碟區17配置於風扇區15之鄰近處。風扇區15包括複數個散熱風扇151。硬碟區17包括多個硬碟171。電源供應器13亦包括一散熱風扇131及電源供應電路(未繪示)。習知散熱風扇131及多個散熱風扇151用以於對鄰近的系統元件於電腦系統運作時，進行排熱，以避免系統元件(例如主機板11、電源供應器13及硬碟171)因過熱造成損害而無法運作。硬碟171可用以供主機板11於系統運作時，讀取或寫入相關資料。進一步地說，電源供應器13中的散熱風扇131、多個散熱風扇151於運作時皆會產生振動頻率。同樣地，複數個硬碟171於運作時，亦會因硬碟內部機構運轉而產生振動，並相互影響產生共振效應。據此，電腦伺服器1中可能影響硬碟區17中硬碟171運作之振動源至少包括散熱風扇131、151及該些硬碟171。
目前，一般習知之振動控制方式為在電腦系統的機構上做隔振，例如放置阻尼材料或硬性材料等於振動源四周，或是於硬碟之間及硬碟與風扇之間以空間隔開等，以降低振動源運作時，對硬碟造成之影響。然而此類防振機制屬於被動的控制方式，須於電腦系統建構前實施，無法隨電腦系統運作時，即時地進行調整控制，降低共振效應，以隨時穩定硬碟的運作，提升整體系統運作效能。此外，於機構上做隔振，亦會增加電腦系統的製作成本，同時減少電腦機構上的使用空間，從而降低電腦系統經濟效益。
有鑑於此，本發明實施例提供一種硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法與其控制系統，可透過主動偵測振動源對硬碟裝置的影響，即時地啟動防振控制機制，降低振動源對硬碟裝置運作的影響，進而穩定電腦系統整體運作效能。
本發明實施例提供一種硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，適用於具有至少一硬碟裝置及至少一振動源之電腦裝置，此硬碟讀取率與振動源關係判斷方法包括：同步接收對應振動源產生之振動感應信號及對應硬碟裝置讀寫運作之硬碟流量信號；再對振動感應信號及硬碟流量信號分別進行時域與頻域轉換演算，分別獲取對應之振動感應頻率函數及硬碟流量頻率函數；接著，再判斷振動感應頻率函數與硬碟流量頻率函數之間是否具線性關係，若是，則對振動感應頻率函數與硬碟流量頻率函數進行比對演算，以獲取影響硬碟裝置讀取率之振動資訊；最後並可依據振動資訊產生對應之防振控制信號以執行防振控制。
本發明實施例還提供一種硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，設置於電腦裝置，且耦接振動感應裝置及至少一硬碟裝置，此硬碟讀取率與振動源關係判斷系統包括振動信號產生單元、資料吞吐量累計單元、演算單元、儲存單元、比對單元以及防振控制驅動單元。振動信號產生單元用以同步接收電腦裝置產生的時間信號與該振動感應裝置感測振動源產生之振動振幅信號，並根據時間信號及振動振幅信號產生振動感應信號。資料吞吐量累計單元可同步接收時間信號，以及統計硬碟裝置於資料流量取樣時間內具有固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數，並根據時間信號及固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數產生硬碟流量信號，其中資料流量取樣時間係依據分析頻寬的倍數所設置。演算單元耦接振動信號產生單元及與振動感應信號同步產生的資料吞吐量累計單元。演算單元可用以接收振動感應信號及硬碟流量信號，進行時域頻域轉換，以分別產生對應之振動感應頻率函數及硬碟流量頻率函數，其中，演算單元根據時間信號取得同步產生的振動感應信號與硬碟流量信號。儲存單元耦接該演算單元，並用以記錄及儲存振動感應頻率函數及硬碟流量頻率函數。比對單元耦接該演算單元，並對振動感應頻率函數及硬碟流量頻率函數進行演算比對，產生影響硬碟裝置讀取率之振動資訊，其中振動資訊包括至少一共振頻率。防振控制驅動單元可依據該振動資訊，產生防振控制信號驅動控制該振動源，以進行對應防振控制。
綜上所述，本發明實施例提供一種硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法與其系統，此判斷方法與其系統，可透過偵測振動源對硬碟裝置的影響，主動地即時啟動防振控制機制，降低振動源對硬碟裝置運作的影響。
此判斷方法與控制系統可藉由同步接收對應振動源之振動感應信號與硬碟裝置之流量信號，並比對及分析振動感應信號及流量信號於頻率之間的關係，獲取相應振動資料，例如共振頻率。此外，此判斷方法與其系統可依據所獲取之振動資料，對應地啟動防振機制，降低振動源對硬碟裝置的影響。據此，此判斷方法與其系統可透過主動偵測振動源對硬碟裝置的影響，即時地啟動防振控制機制，穩定硬碟裝置存取之運作，提升硬碟運作效益，進而可在不增加電腦系統設備製作成本條件下，提高電腦系統設備的穩地性及效能。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
 [具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的電腦系統的實施例]
請參照圖2，圖2繪示本發明實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的電腦系統之功能方塊圖。電腦系統2包括至少一硬碟裝置21(hard disk drive，HDD)及主機板23(motherboard)。硬碟裝置21係透過一資料傳輸介面(未繪示)連接主機板23，以傳送資料。電腦系統2可為伺服器(Server)、硬碟機(disk storage system)、桌上型電腦或筆記型電腦等。硬碟裝置21可以陣列方式設置於電腦系統2，供主機板23存取所需資料。資料傳輸介面可依據硬碟裝置21的種類及實體架構可為小型電腦系統介面序列(SCSI)、高技術配置介面(SATA)或整合裝置電路(Integrated Device Electronic，IDE)。
硬碟裝置21設有振動感應單元211，用以於硬碟裝置21運作時(即讀取或寫入運作時)，感應電腦系統2中至少一振動源(例如電源供應器、散熱風扇或硬碟裝置21本身機構等)振動產生之振動信號Vib_IN，並透過該資料傳輸介面輸出對應振動感應之振動振幅信號G_SIG至主機板23。硬碟裝置21亦透過該資料傳輸介面，以供主機板23上之處理器(圖2未示)進行資料讀寫運作，其中資料讀寫速率會依據硬碟裝置21運作狀態而有所改變。
進一步地說，硬碟裝置21另可包括類比數位轉換單元213。振動感應單元211耦接類比數位轉換單元213。振動感應單元211可於硬碟裝置21運作時，於一特定時間點感應電腦系統2中振動源所產生之振動信號Vib_IN，並輸出對應該振動之振動振幅電壓信號。換句話說，振動信號Vib_IN包含振動源的振動強度，而振動感應單元211透過感應振動信號Vib_IN輸出對應振動振幅電壓信號。類比數位轉換單元213對振動振幅電壓信號做類比數位轉換後輸出相應之振動振幅信號G_SIG至主機板23。振動感應單元211與類比數位轉換單元213可例如設至於硬碟裝置21的主機板上，以感應硬碟裝置21所感受到的振動強度並經類比數位轉轉換後即時透過上述的資料傳輸介面輸出至主機板23。
主機板23包括時鐘單元230以及振動偵測判斷模組231。時鐘單元230耦接振動偵測判斷模組231。時鐘單元230用以輸出一時間信號CLK_SIG至振動偵測判斷模組231，以作為同步信號接收之比對基準。振動偵測判斷模組231可透過資料傳輸介面接收由類比數位轉換單元213輸出之振動振幅信號G_SIG。同時，於硬碟裝置21與主機板23進行資料讀取或寫入運作時，振動偵測判斷模組231可統計於一資料流量取樣時間t_sample內硬碟裝置21的讀寫筆數。換言之，振動偵測判斷模組231可藉由時間信號CLK_SIG，同步進行振動振幅信號G_SIG接收與硬碟裝置21讀寫筆數的統計動作，以根據讀寫筆數的變化判斷於一段連續時間內，振動源之振動對碟裝置21讀寫速率的影響。
具體地說，振動偵測判斷模組231包括振動信號產生單元2311、資料吞吐量累計單元2312、演算單元2313、儲存單元2314、比對單元2315以及防振控制單元2316。時鐘單元230分別耦接振動信號產生單元2311與資料吞吐量累計單元2312。振動信號產生單元2311與資料吞吐量累計單元2312分別耦接至演算單元2313。儲存單元2314亦耦接演算單元2313，而演算單元2313耦接比對單元2315。比對單元2315則耦接防振控制單元2316。
振動信號產生單元2311可同步接收時間信號CLK_SIG及類比數位轉換單元213輸出之振動振幅信號G_SIG。振動信號產生單元2311並可將時間信號CLK_SIG與振動振幅信號G_SIG整合產生一時域信號，亦即振動感應信號Vib(t)。時間信號CLK_SIG與振動振幅信號的整合方式可例如為將時間信號CLK_SIG及振動振幅信號分設為兩軸(例如為x軸及y軸)並將振動振幅信號G_SIG的強度與對應的時間信號CLK_SIG的時間點相對應結合。
振動信號產生單元2311於整合時間信號CLK_SIG與振動振幅信號G_SIG的同時亦記錄一預設連續時間t_pre，例如1分鐘或2分鐘。詳細地說，振動感應信號Vib(t)為於預設連續時間t_pre內具有特定振動振幅之時域信號。
資料吞吐量累計單元2312則可同步接收時間信號CLK_SIG及統計硬碟裝置21於資料流量取樣時間t_sample內之具有固定資料大小(block size)之資料的讀取或寫入筆數。而後，資料吞吐量累計單元2312將時間信號CLK_SIG與統計具有固定資料大小的資料讀取或寫入筆數，經整合後產生時域信號，亦即硬碟流量信號Th(t)。時間信號CLK_SIG與統計具有固定資料大小之資料讀取或寫入筆數的整合方式可例如為讓時間信號CLK_SIG與讀取或寫入筆數分別設為兩軸(x軸及y軸)，並將於資料流量取樣時間t_sample內具有固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數與對應的時間信號CLK_SIG的時間點相對應結合。
同樣地，資料吞吐量累計單元2312於整合時間信號CLK_SIG與統計具有固定資料大小之資料讀取或寫入筆數的同時，亦對應記錄預設連續時間t_pre，例如1分鐘或2分鐘。詳細地說，硬碟流量信號Th(t)為於預設連續時間t_pre內具有固定資料大小資料的讀取或寫入筆數之時域信號。
演算單元2313接收振動感應信號Vib(t)及硬碟流量信號Th(t)，並對振動感應信號Vib(t)及硬碟流量信號Th(t)做時域與頻域轉換演算，以獲取對應的頻率函數信號。具體地說，演算單元2313可例如對振動感應信號Vib(t)及硬碟流量信號Th(t)分別作快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)，並獲得對應之振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)。本技術領域具有通常知識者應可推知如何運用快速傅立葉轉換公式對振動感應信號Vib(t)及硬碟流量信號Th(t)做時域頻域轉換，故在此不再贅述。
附帶一提的是，硬碟裝置21的讀取或寫入速率取決硬碟裝置21規格及主機板23的處理速率，且一般係以每秒百萬位元組(mb/sec)來表示。而硬碟裝置21的讀取或寫入速率通常會因振動源的振動、讀寫資料大小及其他相關因素而降低。例如假設硬碟裝置21的讀取率為每秒64百萬位元組(即64mb/sec)，若一筆資料的資料大小(block size)為128百萬位元組(即128mb)，則資料吞吐量累計單元2312須等超過2秒才能統計硬碟裝置21的讀取率。也就是說，2秒內的每一個時間點，並無硬碟裝置21的讀取或寫入速率或筆數的記錄，然而振動振幅信號則可於每一取樣時間(例如每秒)進行取樣。故而會影響硬碟流量信號Th(t)頻率轉換的數據，且無法正確地分析振動振幅信號與硬碟裝置21的讀取或寫入速率之間的關係。
因此，本發明實施例亦提供一種資料讀寫量的統計演算方式。資料吞吐量累計單元2312可依需求設置分析頻寬，其中分析頻寬可根據硬碟裝置21的機構頻率、電控頻率或自訂預設頻率等方式來設置。資料吞吐量累計單元2312而後可依據所設之分析頻寬，計算硬碟裝置21於此分析頻寬內的最大可讀取或寫入的資料大小(最大讀寫資料大小)，以及計算在此分析頻寬內對資料讀取或寫入的取樣時間。
具體地說資料吞吐量累計單元2312可透過分析頻寬的倍數，獲取對應地資料流量取樣時間t_sample，例如每秒至少取樣分析頻寬兩倍的次數，也就是每次的資料流量取樣時間t_sample為兩倍分析頻寬的倒數(即1/兩倍分析頻寬)。
此外，上述分析頻寬內的最大可讀取或寫入的資料大小的計算方式為將硬碟裝置21的最大可讀取或寫入速率(最大讀寫率)除於兩倍的分析頻寬，所述兩倍的分析頻寬係依據奈奎斯特頻率(Nyquist frequency)而設置。更進一步來說，為了於頻率轉換後可有效地反應在取樣時間內，資料讀寫率或讀寫筆數的變化，資料吞吐量累計單元2312於演算中另透過設定一取樣解析度，計算每筆讀取或寫入資料的大小(即所述固定資料大小)。據此，資料吞吐量累計單元2312可準確地記錄於預設連續時間t_pre的特定時間區間內固定資料大小的資料讀取或寫入筆數。
舉例來說，假設所需要分析的頻寬為0到2000赫茲(Hz)，且硬碟裝置21與主機板23的最大傳輸速率為每秒64百萬位元組(64mb/sec)。資料吞吐量累計單元2312經演算可獲取此分析頻寬的最大可讀取或寫入資料大小，即(每秒64百萬位元組)/(2*2000赫茲)=16千位元組(16kb)。另假設為有效地反應資料讀寫率的變化，設定解析度為1000單位，則每筆讀取或寫入資料的大小最多為(16千位元組)/(1000)=16位元組。在同樣的假設之下，對應地資料流量取樣時間t_sample則為(1)/(2*2000赫茲)=0.25毫秒(ms)。換句話說，為有效地分析此硬碟裝置21的資料讀寫率的變化，資料吞吐量累計單元2312會於每0.25毫秒統計硬碟裝置21被讀取或寫入固定資料大小為16位元組之資料的筆數。
儲存單元2314可用以儲存振動感應信號Vib(t)、硬碟流量信號Th(t)、預設連續時間t_pre以及經換算後獲取之振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)，以隨時記錄電腦系統2中振動及硬碟裝置21硬碟讀寫資料。
比對單元2315用以接收振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)並進行比對分析。比對單元2315並根據比對分析結果產出對應的振動資訊。進一步地說，比對單元2315可分析判斷振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)於每一頻率之間是否具線性關係。若振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)於一頻率點具線性關係，該頻率則可視為振動源與硬碟裝置21之間的共振頻率fosc。換句話說，於該頻率點硬碟裝置21的讀寫運作會受到該振動源之影響。
比對單元2315可例如利用同調函數公式(coherence function)進行演算，獲取對應每一頻率的同調函數係數，以進行線係關係的判斷。同調函數公式之方程式如下：
其中，γ 2代表同調函數，且0<γ 2<1；G XY (f)代表振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)之間的互換功率頻譜密度(cross power spectrum density)；|G XY (f)|代表互換功率頻譜密度量；G xx (f)代表振動感應頻率函數Vib(f)的功率頻譜密度(power spectrum density)；G yy (f)代表硬碟流量頻率函數Th(f)的功率頻譜密度。
比對單元2315可透過上述同調函數公式計算出每一頻率的同調函數係數，並藉由同調函數係數判斷於該頻率振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)之間的關係。舉例來說，當其中一頻率的同調函數大於一預設值時，可判斷於該頻率振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)為線性關係，並記錄該頻率為共振頻率fosc。值得注意的是，振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)之間可包括一個或多個共振頻率fosc。本技術領域具有通常知識者應可推知同調函數公式的推導及運用方式，故在此不再贅述。
防振控制單元2316用以依據比對單元2315輸出的振動資訊，例如共振頻率fosc，對應地產出驅動控制信號CTRL_SIG，驅動控制對應的振動源，以避免硬碟裝置21與此振動源產生共振效應，進而影響硬碟裝置21的運作(例如讀寫率下降)。舉例來說，假設影響硬碟裝置21的運作的振動源為一散熱風扇(例如圖1之散熱風扇151)，則防振控制單元2316可依據共振頻率fosc，產出一轉速控制信號控制此散熱風扇的運作，例如降低轉速，以使散熱風扇的運作頻率不再影響硬碟裝置21的讀寫速率，從而可穩定硬碟裝置21的運作。又舉例來說，假設影響硬碟裝置21的運作的振動源為電腦系統2中鄰近之一硬碟裝置，則防振控制單元2316可依據共振頻率fosc，判斷產出一硬碟裝置關閉信號，停止該硬碟裝置的運作，或是停止對該硬碟裝置進行讀寫運作。
據此，振動偵測判斷模組231可自動地即時依據振動感應單元211偵測感應的振動振幅信號G_SIG、硬碟裝置21的運作狀態(即資料讀取或寫入筆數)以及振動源的種類，產生對應的驅動控制信號CTRL_SIG驅動控制振動源，以降低振動源對硬碟裝置21的影響。
值得一提的是，實際實施時，振動感應單元211可為一振動感應器例如加速規(Accelerometer)，而類比數位轉換單元213可為類比數位轉換器(ADC converter)。振動感應單元211與類比數位轉換器可分別如上述設置於硬碟裝置21的主機板上，並透過硬碟裝置21的資料傳輸介面(例如高技術配置介面或整合裝置電路等)傳送振動振幅信號至主機板23，但本發明並不限制。類比數位轉換單元213亦可設置於主機板23上。時鐘單元230可以時間信號產生電路(clock generator)來實現。振動偵測判斷模組231透過中央處理單元(CPU)或可編式微控制器(programmable microcontroller)透過編輯設計程式碼來實現。比對單元2315亦可透過其他比對演算方式例如透過互相關(cross correlation)的公式來獲取振動源之振動與硬碟裝置21讀寫速率之間的關係。要說明的是，本發明實施例並不限制振動感應單元211、類比數位轉換單元213、時鐘單元230及振動偵測判斷模組231的種類、實體架構及/或實際實施方式。圖2僅為本發明實施例提供具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的電腦系統之示意圖，並非用以限定本發明。
[具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的另一實施例]
接著，請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。圖3之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統與圖2之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的不同處在於振動感應單元251、類比數位轉換單元253可整合成一振動感應裝置25，且可單獨設置於硬碟裝置21的外部，例如於硬碟裝置21的機殼上，或是於電腦系統2中鄰近於硬碟裝置21的區域內，亦或是於電腦系統2的機櫃上。此外，本實施例之設置亦可修改為將類比數位轉換單元253脫離於獨立的振動感應裝置25而設置於主機板23上，使得振動感應裝置25專用於感應振動源之振動信號Vib_IN，再將訊號傳送到設於主機板23上的類比數位轉換單元253進行訊號轉換。
振動感應裝置25中的振動感應單元251可於硬碟裝置21運作時，感測一振動信號Vib_IN，經由類比數位轉換單元253轉換後透過一匯流排(bus)傳送振動振幅信號G_SIG至振動偵測判斷模組231，以供振動偵測判斷模組231的振動信號產生單元2311進行整合。
圖3之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的其他架構類似於圖2之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統，本發明技術領域具有通常知識者應可上述說明推知硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的運作方式，故在此不再贅述。要說明的是，圖3僅為本發明實施例提供硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的示意圖，並非用以限定本發明。
[具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的另一實施例]
請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。圖4之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統與圖2之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的不同處在於振動感應單元27為一振動感應器(例如加速規)，且可設置於硬碟裝置21的主機板上、硬碟裝置21的機殼上、於電腦系統2中鄰近於硬碟裝置21的區域內，或是於電腦系統2的機櫃上。
類比數位轉換單元31可例如設置於一振動感應接收器3，其中振動感應接收器3可為一獨立儀器，例如地震儀(seismometer)，但本發明並不限制。
振動感應接收器3可透過有線或無線方式接收振動感應單元27感測振動信號Vib_IN所輸出之振動振幅電壓信號，並經類比數位轉換器31作類比數位轉換後輸出對應得振動振幅信號G_SIG至設置於電腦系統2的主機板23上的振動偵測判斷模組231。
具體地說，振動感應接收器3可透過一資料傳輸介面例如通用序列匯流排介面(Universal Serial Bus，USB)或序列資料通訊(RS-232)等連接電腦系統2，以傳送振動振幅信號G_SIG，供振動偵測判斷模組231的振動信號產生單元2311進行整合。
圖4之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的其他架構類似於圖2之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統，本發明技術領域具有通常知識者應可上述說明推知過硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的運作方式，故在此不再贅述。要說明的是，圖4僅為本發明實施例提供硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的示意圖，並非用以限定本發明。
[具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的又一實施例]
請參照圖5，圖5繪示本發明又一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。圖4之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統與圖2之硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的不同處在於振動偵測判斷模組231可透多工器29a到29b選擇性地由複數個硬碟裝置21a到21n選取一硬碟裝置進行分析。
具體地說，振動信號產生單元231可透過多工器29a選擇接收並記錄欲分析之硬碟裝置21n所輸出之振動振幅信號G_SIG。主機板23與硬碟裝置21n則可透過多工器29b進行資料傳輸，而資料吞吐量累計單元232可對應地分析選定之硬碟裝置21n的讀寫率。
舉例來說，若電腦系統2偵測到硬碟裝置21b之讀寫率下降，則可開始透過多工器29b進行主機板23與硬碟裝置21b之間的固定資料大小的資料讀寫運作(例如進行順序或隨機資料讀取動作)。振動信號產生單元231可控制多工器29a選擇硬碟裝置21b上之振動感應單元211所感應之振動振幅信號G_SIG，同時亦接收時鐘單元230輸出之時間信號CLK_SIG，以進行信號整合。資料吞吐量累計單元232則可對統計硬碟裝置21b於資料流量取樣時間t_sample內之固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數，並同時接收時鐘單元230輸出之時間信號CLK_SIG，以進行信號整合。
而後，演算單元2313、比對單元2315可如前述實施例所述對所接收整合的振動感應信號Vib(t)_n及硬碟流量信號Th(t)_n進行時域頻遇轉換及比對分析，以獲取對應該硬碟裝置之振動資訊，例如該硬碟裝置及振動源之間的共振頻率。從而可透過防振控制驅動單元2316輸出對應的驅動控制信號CTRL_SIG，以對應控制振動源，降低此振動源對選定之硬碟裝置的影響。
值得一提的是，於圖5中所述之振動感應單元211以及類比數位轉換單元213亦可如前述整合於一振動感應裝置，且分別單獨設置於硬碟裝置21n的外部，例如於硬碟裝置21n的機殼上，或是於電腦系統2中鄰近於硬碟裝置21n的區域內，但本發明並不限制。
圖5之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的其他架構類似於圖2之具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統，本發明技術領域具有通常知識者應可上述說明推知過硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的運作方式，故在此不再贅述。要說明的是，圖5僅為本發明實施例提供硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統的示意圖，並非用以限定本發明。
[硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法之實施例]
由上述實施例，本發明可以歸納出一種硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法，請參照圖6並同時參照圖2，圖6繪示本發明一實施例提供的硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法的流程圖。
首先，可設定一分析頻寬(S101)。此分析頻寬可依據硬碟裝置21的運作頻率而設定，例如依據硬碟裝置21的機殼或電控頻率來設定。其次，同步接收對應一振動源產生之振動感應信號Vib(t)及對應硬碟裝置21讀寫運作之硬碟流量信號Th(t)(S103)。於此實施例中，振動源可為一散熱風扇，但本發明並不限制。其後，對所擷取之振動感應信號Vib(t)及硬碟流量信號Th(t)透過一時域與頻域轉換方式，可例如為快速傅立葉轉換，獲取對應之振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)(S105)。接著對振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)進行比對演算(S107)，並獲取影響硬碟裝置21讀寫之振動資訊(S109)。隨後，依據振動資訊產出對應之驅動控制信號，控制振動源之運作(即散熱風扇之轉速)(S111)，以抑制振動源(即散熱風扇)對硬碟裝置21運作的影響，從而穩定硬碟裝置21的運作效能。
進一步來說，請參照圖7同時參照圖2，圖7繪示本發明一實施例提供的產生上述振動感應信號Vib(t)方法的流程圖。此振動感應信號Vib(t)產生方法於執行於步驟S103時同步執行。主機板23上的處理單元開始對硬碟裝置21進行資料讀取或寫入動作(S201)。其中，主機板23可以順序讀寫方式(sequential read/write)或隨機讀寫方式(random read/write)對硬碟裝置21進行資料讀取或寫入動作。振動偵測判斷模組231的振動信號產生單元2311同步接收主機板23上時鐘單元230輸出之時間信號CLK_SIG以及振動感應裝置輸出對應振動源(如散熱風扇)之振動振幅信號G_SIG(S203)。振動感應裝置如前述可包括振動感應單元211及類比數位轉換單元213。此外，振動感應裝置可設置於硬碟裝置21的主機板(未繪示於圖2)上，或於電腦系統2中鄰近硬碟裝置21的區域，亦或是於電腦系統2的機櫃上。而後，於步驟S205中，振動信號產生單元2311將一段預設連續時間t_pre內的時間信號CLK_SIG與振動振幅信號G_SIG整合後產出所述之振動感應信號Vib(t)，使得所述預設連續時間t_pre內的時間信號CLK_SIG與振動振幅信號G_SIG一一對應。據此，振動感應信號Vib(t)為於預設連續時間t_pre內具有特定振動振幅之時域信號。
接著，請參照圖8同時參照圖2，圖8繪示本發明一實施例提供的產生上述硬碟流量信號Th(t)方法的流程圖。此硬碟流量信號Th(t)的產生方法是於執行圖7的步驟S201之後。
首先，資料吞吐量累計單元2312依據分析頻寬的倍數計算出用以觀察資料流量的資料流量取樣時間t_sample(S301)，例如設置為分析頻寬(假設為4000Hz)的兩倍(即為1/8000秒)。接下來可設定較佳的信號取樣解析度(S303)，例如設定為1000單位。接著可根據硬碟裝置21本身固有的最大讀寫率(例如64mb/sec)以及圖6步驟S101所設置的分析頻寬(本例中為4000Hz)，計算硬碟裝置21在所述分析頻寬之中的最大資料讀寫大小(S305)，在本例中可為(64mb/sec)/(2*4000Hz)=8kb。獲得最大資料讀寫大小之後，資料吞吐量累計單元2312更可依據所設之信號取樣解析度計算每筆資料被讀寫時的固定資料大小(S307)，在本例中則為(8kb)/(1000)=8bytes。。資料吞吐量累計單元2312接著同步接收時鐘單元230輸出之時間信號CLK_SIG以及記錄於此資料流量取樣時間t_sample內，硬碟裝置21中具有固定資料大小之資料被讀取或寫入的筆數(S309)。最後，於步驟S311中，資料吞吐量累計單元2312將預設連續時間內的時間信CLK_SIG號與每一資料流量取樣時間t_sample內所累積的讀寫筆數整合，產出所述之硬碟流量信號Th(t)(S311)。
請參照圖9同時參照圖2及圖6，圖9繪示硬碟讀寫率與振動源比對分析方法之流程圖。資料吞吐量累計單元2312依據分析頻寬及硬碟裝置21最大讀寫率，利用奈奎斯特頻率取樣並計算每筆取樣之最大可讀取或可寫入的資料大小後(S401)，演算單元2313可對振動感應信號Vib(t)與硬碟流量信號Th(t)利用快速傅立葉作時域與頻域轉換，並獲取對應的振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)(S403)。隨後，比對單元2315可對振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)利用前述之同調公式進行演算，並獲取於分析頻寬中之每一頻率對應之同調函數係數(S405)。根據所獲取之同調函數係數判斷振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)於一頻率是否具線性關係(S407)。若演算後，振動感應頻率函數Vib(f)與硬碟流量頻率函數Th(f)於該頻率上具線性關係，例如，該頻率之同調函數係數大於一預設值，則獲得影響硬碟裝置21讀寫率的振動資訊(S409)，即共振頻率。隨後可由防振控制驅動單元2316依據所獲得之一個或多個共振頻率資料，產出驅動控制信號CTRL_SIG(例如一轉速控制信號)，對應控制振動源之運作(例如散熱風扇之轉速)以進行防振控制及處理(S411)，以抑制振動源(即散熱風扇)對硬碟裝置21運作的影響，從而穩定硬碟裝置21的運作效能。
據此，本發明實施例所提供之硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法可透過主動偵測振動源對硬碟裝置的影響，即時地啟動防振控制機制，以抑制振動源對硬碟裝置的影，穩並硬碟裝置的運作。
請參照圖10及圖11，圖10及圖11分別繪示對應振動感應裝置輸出振動振幅信號Vib(t)的振動感應頻率函數Vib(f)以及對應統計之硬碟流量信號Th(t)的硬碟流量頻率函數Th(f)曲線示意圖。
曲線C10繪示對應於一振動源之振動感應頻率函數Vib(f)曲線，而曲線C20繪示對應硬碟裝置讀寫率之一硬碟流量頻率函數Th(f)曲線。如圖10及圖11所示，振動感應頻率函數Vib(f)(即曲線C10)與硬碟流量信號Th(t)(即曲線C20)於區間51及55與區間53及57所標示之頻率區間內具有相互影響之共振頻率。例如於約170至260赫茲及約860至980赫茲之間，感測到振動源所產生振動振幅與硬碟裝置讀寫率明顯具有線性關係。
因此，由圖10及圖11可顯示，本發明所提之硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法不但可準確判斷出一振動源是否影響依硬碟裝置之讀寫率，並可指出於任一頻率上，振動源對硬碟裝置之讀寫率之具顯著影響。而後，更可依據所獲取之頻率資料，自動地產出對應的驅動控制信號，對應地控制振動源，抑制振動源對硬碟裝置之讀寫率的影響，穩定硬碟裝置之讀寫運作，提升電腦系統的整體效能。
值得一提的是，圖10及圖11分別僅為對應本發明實施例所提供硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法中，所獲取的振動感應頻率函數Vib(f)及硬碟流量頻率函數Th(f)的曲線示意圖，並非用以限定本發明。
[實施例的可能功效]
綜上所述，本發明實施例提供一種硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法與其系統，此判斷方法與其系統，可透過偵測一振動源對硬碟裝置的影響，主動地啟動防振控制機制，降低振動源對硬碟裝置所造成影響。
此判斷方法與控制系統可適用於任何具有硬碟裝置之電腦系統，例如伺服器、硬碟機、桌上型電腦或筆記型電腦等。此判斷方法與控制系統可藉由同步接收對應一振動源之振動感應信號與一硬碟裝置之流量信號，並透過比對分析振動感應信號及流量信號於頻率之間的關係，獲取相應的振動資料，例如共振頻率。此外，此判斷方法與其系統還可依據所獲取之振動資料，對應地啟動防振機制，降低振動源對硬碟裝置的影響。
從而，此判斷方法與其系統可透過主動偵測振動源對硬碟裝置的影響，即時地啟動防振控制機制，穩定硬碟裝置存取之運作，提升硬碟裝置的運作效益，同時可在不增加電腦系統設備製作成本條件下，提高電腦系統設備的穩地性及效能。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1．．．電腦伺服器
11．．．主機板
13．．．電源供應器
131．．．散熱風扇
15．．．風扇區
151．．．散熱風扇
17．．．硬碟區
171．．．硬碟
2．．．電腦系統
21、21a~21n．．．硬碟裝置
211、251、27．．．振動感應單元
213、253．．．類比數位轉換單元
23．．．主機板
230．．．時鐘單元
231．．．振動偵測判斷模組
2311．．．振動信號產生單元
2312．．．資料吞吐量累計單元
2313．．．演算單元
2314．．．儲存單元
2315．．．比對單元
2316．．．防振控制單元
25．．．振動感應裝置
29a、29b．．．多工器
3．．．振動感應接收器
31．．．類比數位轉換器
51、53、55、57．．．區間
C10、C20．．．曲線
Vib_IN．．．振動信號
CLK_SIG．．．時間信號
Vib(t)．．．振動感應信號
Vib(f)．．．振動感應頻率函數
Th(t)．．．硬碟流量信號
Th(f)．．．硬碟流量頻率函數
CTRL_SIG．．．驅動控制信號
S101~S111．．．流程步驟
S201~S205．．．流程步驟
S301~S311．．．流程步驟
S401~S411．．．流程步驟
圖1是一典型電腦伺服器之示意圖。
圖2是本發明實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。
圖3是本發明另一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。
圖4是本發明另一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。
圖5是本發明又一實施例提供的具硬碟讀寫率與振動源關係判斷系統之電腦系統的功能方塊圖。
圖6是本發明一實施例提供的硬碟讀寫率與振動源關係判斷方法之流程圖。
圖7是本發明一實施例提供的振動感應信號產生方法之流程圖。
圖8是本發明一實施例提供的硬碟流量信號產生方法之流程圖。
圖9是本發明一實施例提供的硬碟讀寫率與振動源比對分析方法之流程圖。
圖10是本發明一實施例提供的振動感應頻率函數Vib(f)之曲線示意圖。
圖11是本發明一實施例提供的硬碟之流量函數之曲線示意圖。
S101~S111．．．步驟

Claims (19)

  1. 一種硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，適用於具有至少一硬碟裝置及至少一振動源之一電腦裝置，該硬碟讀取率與振動源關係判斷方法包括：同步接收對應該振動源產生之一振動感應信號及對應該硬碟裝置讀寫運作之一硬碟流量信號；對該振動感應信號及該硬碟流量信號進行時域與頻域轉換演算，分別獲取對應之一振動感應頻率函數及一硬碟流量頻率函數；判斷該振動感應頻率函數與該硬碟流量頻率函數之間是否具線性關係；當該振動感應頻率函數與該硬碟流量頻率函數之間具線性關係，對該振動感應頻率函數與該硬碟流量頻率函數進行比對演算，以獲取影響該硬碟裝置讀取率之一振動資訊；以及依據該振動資訊產生對應之一防振控制信號，以執行防振控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中產生該振動感應信號的步驟包括：開始對該硬碟裝置進行資料讀取或寫入動作；同步接收設於該電腦裝置的一時間信號以及一振動感應裝置感測該振動源產生之一振動振幅信號；以及將一預設連續時間內的該時間信號及該振動振幅信號整合，並產生該振動感應信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中產生該硬碟流量信號的步驟包括：同步接收該時間信號及統計該硬碟裝置於一資料流量取樣時間內讀取或寫入具有一固定資料大小之資料的筆數；以及將該預設連續時間內的該時間信號與累積獲取之該固定資料大小之讀取或寫入之資料的筆數整合，並產生該硬碟流量信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中，統計於該資料流量取樣時間內讀取或寫入具有該固定資料大小之資料的筆數的步驟包括：依據一分析頻寬的倍數計算該資料流量取樣時間；依據該分析頻寬與該硬碟裝置的一最大讀寫率，計算出在所述分析頻寬內的一最大讀寫資料大小；設定一信號取樣解析度；依據該信號取樣解析度及該最大讀寫資料大小，計算出該固定資料大小；以及記錄於該資料流量取樣時間內，該固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中該振動感應頻率函數與該硬碟流量頻率函數之間之線性關係判斷步驟包括：利用同調公式進行演算，獲取於該分析頻寬中每一頻率對應之一同調函數係數；以及判斷該分析頻寬的其中任一頻率的該同調函數係數是否大於一預設值；當該分析頻寬的其中一頻率的該同調函數係數大於該預設值，則判斷該振動感應頻率函數與該硬碟流量頻率函數於該頻率為線性關係，並記錄該同調函數係數大於該預設值的該頻率為一共振頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中所述的時域與頻域轉換演算為快速傅立葉轉換。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中該振動源係該硬碟裝置或一風扇。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中該防振控制信號係一風扇轉速控制信號或一硬碟裝置關閉信號。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中該振動感應裝置為一加速度規，且設置於該硬碟裝置之上或一鄰近區域或該電腦裝置之機櫃上。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷方法，其中該振動感應裝置包括一振動感應接收器及一振動感應單元，其中該振動感應接收器係一獨立偵測儀器，且設於該電腦裝置外部，該振動感應接收器用以接收該振動感應單元輸出之一振動振幅，並該振動感應接收器透過一連結器連接該電腦裝置，以傳遞該振動感應單元感測於該特定時間點該振動源產生之該振動振幅信號。
  11. 一種硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，設置於一電腦裝置，且耦接一振動感應裝置及至少一硬碟裝置，該硬碟讀取率與振動源關係判斷系統包括：一振動信號產生單元，同步接收該電腦裝置產生的一時間信號與該振動感應裝置感測一振動源產生之一振動振幅信號，並根據該時間信號及該振動振幅信號產生一振動感應信號；一資料吞吐量累計單元，同步接收該時間信號與統計該硬碟裝置於一資料流量取樣時間內之一固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數，並根據該時間信號及該固定資料大小之資料的讀取或寫入筆數產生一硬碟流量信號，其中該資料流量取樣時間係依據一分析頻寬的倍數所設置；一演算單元，耦接該振動信號產生單元及該資料吞吐量累計單元，用以接收該振動感應信號及與該振動感應信號同步產生的該硬碟流量信號，並進行時域頻域轉換，以分別產生對應之一振動感應頻率函數及一硬碟流量頻率函數，該演算單元根據該時間信號取得同步產生的該振動感應信號與該硬碟流量信號；一儲存單元，耦接該演算單元，記錄及儲存該振動感應頻率函數及該硬碟流量頻率函數；一比對單元，耦接該演算單元，並對該振動感應頻率函數及該硬碟流量頻率函數進行演算比對，產生影響該硬碟裝置讀取率之一振動資訊，其中該振動資訊包括至少一共振頻率；以及一防振控制驅動單元，依據該振動資訊，產生一防振控制信號驅動控制該振動源，以進行對應防振控制。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該振動源係該硬碟裝置或一風扇。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該防振控制信號係一風扇轉速控制信號或一硬碟裝置關閉信號。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該振動感應裝置包括：一振動感應單元，用以感應該硬碟裝置因該振動源產生之振動並輸出對應之一振動振幅。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，更包括：一類比數位轉換單元，用以將該振動振幅做類比數位轉換，並產生對應之該振動振幅信號，以輸出至該振動信號產生單元。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該振動感應裝置設置於該硬碟裝置之上或一鄰近區域或該電腦裝置之機櫃上。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該振動感應單元及類比數位轉換單元係分別設置，其中該振動感應單元設置於該電腦裝置中，而該類比數位轉換單元設置於獨立設置於該電腦裝置外部之一振動感應接收器，其中該振動感應接收器用以接收該振動感應單元感測之一振動振幅，並透過一連結器連接該電腦裝置，以傳遞該振動感應單元感測於該特定時間點該振動源產生之該振動振幅信號。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該振動感應單元為一加速度規。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之硬碟讀取率與振動源關係判斷系統，其中該電腦裝置為一伺服器或一硬碟機。
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