TW201737247A

TW201737247A - 疊瓦式磁紀錄硬碟裝置及使用其之電腦裝置

Info

Publication number: TW201737247A
Application number: TW105111605A
Authority: TW
Inventors: 傅子瑜
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-16

Abstract

本發明揭露一種用於電腦裝置之疊瓦式磁紀錄硬碟裝置。疊瓦式磁紀錄硬碟裝置包括磁盤、疊瓦式磁紀錄控制器和磁盤控制器。疊瓦式磁紀錄控制器包括基底位址暫存器。磁盤控制器讀取基底位址暫存器之複數數值，以控制磁盤之運作。當電腦裝置之感應器偵測到疊瓦式磁紀錄硬碟裝置發生震動事件時，電腦裝置之處理器改變並設定基底位址暫存器之該等數值。疊瓦式磁紀錄控制器依據改變過之該等數值將基底位址暫存器之第一位元設定在第一狀態。當磁盤控制器讀取到第一位元在第一狀態時，磁盤控制器控制磁盤之磁頭執行歸位動作。

Description

疊瓦式磁紀錄硬碟裝置及使用其之電腦裝置

本發明係有關於疊瓦式磁記錄(Shingled Magnetic Recording，SMR)硬碟裝置，特別是有關於透過快捷外設互聯標準(Peripheral Component Interconnect Express,PCI-E)匯流排進行運作之疊瓦式磁記錄硬碟裝置。

為了提昇硬碟的儲存容量，硬碟的儲存技術正由傳統的垂直寫入(Perpendicular recording，PMR)技術設計轉向疊瓦式磁記錄(Shingled Magnetic Recording，SMR)技術。

疊瓦式磁記錄技術因為覆寫(Overlapped)的寫入特性，需要在硬碟之驅動程式內加載一個邏輯區塊位址(LBA,Logical Block Address)頻段存取(Band Access)的功能。這樣才能從系統端去降低隨機寫入(Random Write)造成整個頻段需重新寫入。第1圖係習知之疊瓦式磁記錄硬碟裝置之一磁盤10之一示意圖。如第1圖所示，為了克服以上難題，目前廠商直接在採用疊瓦式磁記錄技術之磁盤11之外圈擺放一圈採用垂直寫入技術之磁盤12，其中磁盤12用以作為寫入隨機寫入操作之資料之寫入區域。當磁盤12所儲存隨機寫入之寫入資料要整理至磁盤11時，需大幅度移動硬碟機之磁頭而增加處理時間。

另外，現有的SATA(Serial Advanced Technology Attachment)協定無法完整支援疊瓦式磁記錄硬碟裝置的所有特性，例如，硬碟運轉速度、閒置降速(Idle Spin Down)、強制降速(Force Spin Down)、或是疊瓦式磁記錄硬碟裝置的頻帶(Band)存取及其背景操作。這些都是無法直接透過傳統SATA指令去指示硬碟該如何動作，而只能依賴疊瓦式磁記錄硬碟裝置中的碟機韌體自行去運作。為了克服這些難題，本發明在此提出一種新型控制器來更有效的運作疊瓦式磁記錄硬碟裝置，而不須再使用傳統的進階主機控制器介面(Advanced Host Controller Interface，AHCI)。

本發明之一實施例提供一種用於電腦裝置之疊瓦式磁紀錄硬碟裝置。該電腦裝置包括一主機裝置和該疊瓦式磁紀錄硬碟裝置。該主機裝置包括一快捷外設互聯標準(Peripheral Component Interconnect Express,PCI-E)匯流排、一動態存取記憶體、一感應器和一處理器。該疊瓦式磁紀錄硬碟裝置包括一磁盤、一疊瓦式磁紀錄控制器和一磁盤控制器。該疊瓦式磁紀錄控制器電性連接至該主機裝置之該PCI-E匯流排，並包括一基底位址暫存器，其中在該電腦裝置開機時，儲存在該疊瓦式磁紀錄控制器之該基底位址暫存器中之複數數值透過該主機裝置之該PCI-E匯流排映射至該主機裝置之該動態存取記憶體之中。該磁盤控制器分別電性連接至該疊瓦式磁紀錄控制器和該磁盤，並讀取該基底位址暫存器之該等數值，以控制該磁盤之運作，其中當該主機裝置之該感應器偵測到該疊瓦式磁紀錄硬碟裝置發生一震動事件時，該主機裝置之該處理器改變該動態存取記憶體之該等數值，並透過該PCI-E匯流排將改變過之該等數值設定至該基底位址暫存器之中；其中該疊瓦式磁紀錄控制器依據改變過之該等數值將該基底位址暫存器之一第一位元設定在一第一狀態；以及其中當該磁盤控制器讀取到該第一位元在該第一狀態時，該磁盤控制器控制該磁盤之一磁頭執行一歸位動作。

本發明之一實施例提供一種電腦裝置。該電腦裝置包括一疊瓦式磁紀錄硬碟裝置和一主機裝置。該疊瓦式磁紀錄硬碟裝置包括一磁盤、一疊瓦式磁紀錄控制器和一磁盤控制器。該疊瓦式磁紀錄控制器包括一基底位址暫存器。該磁盤控制器分別電性連接至該疊瓦式磁紀錄控制器和該磁盤，其中該磁盤控制器讀取儲存在該基底位址暫存器中之複數數值，以控制該磁盤之運作。該主機裝置包括一快捷外設互聯標準(Peripheral Component Interconnect Express,PCI-E)匯流排、一動態存取記憶體、一感應器和一處理器。該PCI-E匯流排電性連接至該疊瓦式磁紀錄控制器。該動態存取記憶體電性連接至該PCI-E匯流排。該感應器用以偵測該疊瓦式磁紀錄硬碟裝置是否發生一震動事件。該處理器電性連接至該動態存取記憶體和該感應器，其中在該電腦裝置開機時，該處理器透過該PCI-E匯流排將儲存在中之該基底位址暫存器之該等數值映射至該動態存取記憶體之；其中當該感應器偵測到該震動事件時，該處理器改變該動態存取記憶體之該等數值，並透過該PCI-E匯流排將改變過之該等數值設定至該基底位址暫存器之中；其中該疊瓦式磁紀錄控制器依據改變過之該等數值將該基底位址暫存器之一第一位元設定在一第一狀態；以及其中當該磁盤控制器讀取到該第一位元在該第一狀態時，該磁盤控制器控制該磁盤之一磁頭執行一歸位動作。

10、11、12、221‧‧‧磁盤

20‧‧‧電腦裝置

21‧‧‧主機裝置

211‧‧‧匯流排裝置

212‧‧‧動態存取記憶體

213‧‧‧處理器

214‧‧‧感應器

22‧‧‧疊瓦式磁紀錄硬碟裝置

222‧‧‧疊瓦式磁紀錄控制器

2221‧‧‧基底位址暫存器

223‧‧‧磁盤控制器

30‧‧‧頻帶

301-309‧‧‧磁軌

第1圖係習知之疊瓦式磁記錄硬碟裝置之一磁盤10之一示意圖。

第2圖係依據本發明之一第一實施例舉例說明電腦裝置20之區塊圖。

第3圖係依據本發明之一第二實施例舉例說明磁盤221之一頻帶30之一示意圖。

本揭露所附圖示之實施例或例子將如以下說明。本揭露之範疇並非以此為限。習知技藝者應能知悉在不脫離本揭露的精神和架構的前提下，當可作些許更動、替換和置換。在本揭露之實施例中，元件符號可能被重複地使用，本揭露之數種實施例可能共用相同的元件符號，但為一實施例所使用的特徵元件不必然為另一實施例所使用。

第2圖係依據本發明之一第一實施例舉例說明電腦裝置20之區塊圖。在第一實施例中，電腦裝置20包括一主機裝置21和一疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22。主機裝置21包括一匯流排裝置211、一動態存取記憶體212、一感應器214和一處理器213。疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22包括一磁盤221、一疊瓦式磁紀錄控制器222和一磁盤控制器223。疊瓦式磁紀錄控制器222包括一基底位址暫存器(Base Address Register，BAR)2221(未圖示)。動態存取記憶體212電性連接至匯流排裝置211。處理器213電性連接至動態存取記憶體212和感應器214。磁盤控制器223分別電性連接至磁盤221和疊瓦式磁紀錄控制器222。匯流排裝置211電性連接至疊瓦式磁紀錄控制器222。在第一實施例中，匯流排裝置211係快捷外設互聯標準(Peripheral Component Interconnect Express,PCI-E)匯流排，基底位址暫存器2221係一疊瓦式磁紀錄基底位址暫存器(Shingled Magnetic Recording Base Address Register，SBAR)，但本發明並不限定於此。

在第一實施例中，疊瓦式磁紀錄控制器222係在電腦裝置20中獨立的一匯流排裝置，但本發明並不限定於此。相較於習知的進階主機控制器介面基底位址暫存器(ABAR)，疊瓦式磁紀錄控制器222中之基底位址暫存器2221並不受傳統的進階主機控制器介面規範。因此，疊瓦式磁紀錄控制器222可因應使用情境做更多變化。

在第一實施例中，疊瓦式磁紀錄控制器222即透過基底位址暫存器2221控制疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22的硬體參數。例如，透過基底位址暫存器2221設定疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22是否需執行磁頭歸位。例如，透過基底位址暫存器2221設定疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22的運轉速度。

在第一實施例中，疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22之磁盤控制器223讀取儲存在基底位址暫存器2221中之複數數值，以控制磁盤221之運作。例如，磁盤控制器223讀取儲存在基底位址暫存器2221中之該等數值，以對磁盤221發出一讀取指令或發出一寫入指令。在電腦裝置20開機時，處理器213透過主機裝置21之匯流排裝置211將儲存在疊瓦式磁紀錄控制器222之基底位址暫存器2221之該等數值映射至動態存取記憶體212之中。

在第一實施例中，主機裝置21之感應器214用以偵測疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22是否發生一震動事件。例如，感應器214偵測到疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22是否正在震動或是是否受到撞擊。當感應器214偵測到該震動事件時，處理器213改變動態存取記憶體212之該等數值，並透過匯流排裝置211排將改變過之該等數值設定至基底位址暫存器2221之中。疊瓦式磁紀錄控制器222依據改變過之該等數值將基底位址暫存器2221之一歸位位元(Parking Bit)設定在一第一狀態。例如，將該歸位位元設定為1。當磁盤控制器223讀取到基底位址暫存器2221之該歸位位元為1時，磁盤控制器223控制磁盤221之一磁頭執行一歸位動作。透過以上方式，電腦裝置20就能在疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22震動時或受到撞擊時，快速地進行磁頭歸位。

過往的SATA硬碟需要外部的感應器偵測SATA硬碟在震動或受到撞擊，再由主機端透過進階主機控制器介面下指令給硬碟，以進行磁頭歸位。在本發明中，基底位址暫存器2221已為一個記憶體映射輸入輸出(Memory Mapped I/O)，僅需預留一個暫存器(即該歸位位元)。處理器213在收到來自感應器214之一震動事件時，即直接對疊瓦式磁紀錄控制器222下指令以將該歸位位元設定為1。此時，該記憶體映射輸入輸出(基底位址暫存器2221)亦即將該歸位位元傳送至磁盤控制器223，磁盤控制器223控制磁盤221進行磁頭歸位。相較之下，本發明之磁頭歸位動作少了一層小型電腦系統介面(Small Computer System Interface，SCSI)至高技術配置(Advanced Technology Attachment，ATA)介面的轉譯，而能夠更快速將感應器214的觸發事件傳送給疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22。

在第一實施例中，該等數值包括磁盤221對應之不同的複數轉速值。處理器213更依據電腦裝置20之一運作狀態設定動態存取記憶體212之該等轉速值，使疊瓦式磁紀錄控制器222依據設定過之該等轉速值設定基底位址暫存器2221之至少一轉速位元。接著，磁盤控制器223讀取該至少一轉速位元，以設定磁盤221之一運轉速度。

在第一實施例中，當電腦裝置20之該運作狀態係一影片瀏覽狀態或一網路下載狀態時，疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22所使用的頻寬不大，但疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22會因為磁盤221過多的旋轉而額外消耗電力。例如，當使用者操作電腦裝置20觀看藍光影片時，疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22每秒所需的頻寬僅為50MB/s。但疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22在運轉速度5400轉的頻寬可到110MB/s。因此，電腦裝置20在影片瀏覽情境之下，可能造成疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22之磁盤221過多的旋轉而額外消耗電力。同樣地，電腦裝置20在進行網路下載時，亦會有相同的情況發生。

在第一實施例中，當電腦裝置20之該運作狀態係在一影片瀏覽狀態或一網路下載狀態時，處理器213設定動態存取記憶體212之該等轉速值，使疊瓦式磁紀錄控制器222依據設定過之該等轉速值設定基底位址暫存器2221之至少一轉速位元在一低轉速狀態。接著，磁盤控制器223讀取該至少一轉速位元之該低轉速狀態，以降低磁盤221的運轉速度。例如，磁盤221的運轉速度由5400轉降低至4200轉。在第一實施例中，當電腦裝置20之該運作狀態不在該影片瀏覽狀態或該網路下載狀態時，處理器213設定動態存取記憶體212之該等轉速值，使疊瓦式磁紀錄控制器222依據設定過之該等轉速值設定基底位址暫存器2221之至少一轉速位元在一正常轉速狀態。接著，磁盤控制器223讀取該至少一轉速位元之該正常轉速狀態，以設定磁盤221的運轉速度。例如，將磁盤221的運轉速度設定在預設的5400轉。

透過以上方式，電腦裝置20可以特定的使用情境下降低疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22的運轉速度，以提昇電腦裝置20的電池使用時間。

在第一實施例中，基底位址暫存器2221中之該等數值亦可用以紀錄疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22係作為作業系統硬碟使用或是作為資料硬碟使用。當疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22作為作業系統硬碟使用時，來自主機裝置21之隨機輸入輸出(Random I/O)會很頻繁，且頻率相當隨機。此時，為了不使電腦裝置的效率低落，磁盤控制器223不能太快就將轉盤(磁盤221)停下。否則，磁盤控制器223需要額外多花2~3秒將磁盤221重新轉起。因此，疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22作為作業系統硬碟使用時，磁盤221需要較長時間的降轉時限(Spin down timeout)，例如，基底位址暫存器2221預設兩分鐘降轉時限，亦即兩分鐘內疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22沒有執行任何存取動作，磁盤控制器223才會將磁盤221停下。當疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22係作為資料硬碟使用時，使用者很可能很長一段時間(例如，一小時)才使用到一次疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22。此時，基底位址暫存器2221就可預設較短時間的降轉時限，以減少磁盤221的空轉時間。

第3圖係依據本發明之一第二實施例舉例說明磁盤221之一頻帶30之一示意圖。在第二實施例中，採用疊瓦式磁紀錄技術之磁盤221包括複數頻帶，其中每一頻帶具有複數磁軌(Track)。磁盤221之每一頻帶如第3圖所示之頻帶30。在第二實施例中，頻帶30包括九個磁軌301-309，但本發明並不限定此。在本發明另一實施例中，頻帶30亦可能包括其他數目之磁軌。

在第二實施例中，頻帶30之最後一個磁軌309用以作為寫入隨機寫入操作之資料之一緩衝器。當磁盤控制器223讀取儲存在基底位址暫存器2221中之該等數值以對磁盤221發出一隨機寫入指令，磁盤221之寫入磁頭會將隨機寫入操作之資料寫入對應頻帶之最後一個磁軌。例如，磁盤221之寫入磁頭將隨機寫入操作之資料寫入頻帶30之磁軌309。在實際的實現方式上，磁盤控制器223讀取基底位址暫存器2221得知需對磁盤221執行隨機寫入操作時，磁盤控制器223在該隨機寫入指令上加上特殊的旗標(反觀，傳統的進階主機控制器介面無法做到此項功能)，使磁盤221之寫入磁頭將隨機寫入操作之資料寫入對應頻帶之最後一個磁軌。

在第二實施例中，若頻帶之最後一個磁軌(例如，頻帶30之磁軌309)接近寫滿的臨界值，則磁盤控制器223會在磁盤221閒置(Idle)時將最後一個磁軌之隨機寫入資料整理回該頻帶前方的磁軌(例如，將頻帶30之磁軌309之隨機寫入資料整理回頻帶30之前方的磁軌303)。此時，由於磁盤221皆在同一頻帶進行存取，磁盤221之讀取磁頭或寫入磁頭僅需在同一頻帶內進行移動。相較之下，在第1圖中，當磁盤12所儲存隨機寫入之寫入資料要整理至磁盤11時，需大幅度移動硬碟機之讀取磁頭或寫入磁頭而增加資料處理時間。因此，第二實施例之疊瓦式磁紀錄硬碟裝置22具有更高的讀取效率。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，使得本領域具有通常知識者能夠更清楚地理解本發明的內容。然而，本領域具有通常知識者應理解到他們可輕易地以本發明做為基礎，設計或修改流程以及使用疊瓦式磁紀錄硬碟裝置進行相同的目的和/或達到這裡介紹的實施例的相同優點。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。