專利名稱：磁盤驅動器的可變分區(qū)方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，特別是關于一種可對各個磁盤實際可利用的行程進行優(yōu)化，來提高磁盤記錄密度的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法。
技術背景常用磁盤驅動器中磁盤表面附著一層磁性物質，并利用該磁盤的圓形磁道來記錄信息。當同時使用多個磁盤時，這些具有相同地址的磁道表面形成一圓柱體狀。對于這種物理結構，當設計者要提高磁盤的存儲容量時，只能通過提高單磁道上的數(shù)據(jù)存儲量或通過增加磁道的數(shù)量。但常用磁盤驅動器的設計者一直都是使用固定數(shù)量的磁道(或柱面)來獲得最大的存儲容量。
在現(xiàn)有技術中，每片磁盤表面都會被分成存儲區(qū)和區(qū)段位標志兩部分，利用區(qū)段位標志可以將磁盤表面的各存儲區(qū)域垂直地排列。例如美國專利第4,799,112號中就描述了這種工業(yè)應用中常見的區(qū)位碼記錄技術。在該技術中，磁盤表面的存儲區(qū)及與該存儲區(qū)對應的記錄頻率是一個常數(shù)。然而從一個存儲區(qū)到另一個存儲區(qū)的讀寫頻率是不同的。如圖1所示即是磁盤堆棧中的磁盤一和磁盤二和磁盤上的記錄存儲區(qū)Z1、Z2和Z3，從圖1可以看出兩張磁盤的各個存儲區(qū)是垂直對齊的，存儲區(qū)的邊界是按照從磁盤的中心C到R1-R4的徑向距離進行劃分的。必須指出的是堆棧中這些磁盤的中心線C是在同一直線上的，且各個磁盤上對應存儲區(qū)的讀寫頻率是相同的，即磁盤一上的Z1存儲區(qū)的讀寫頻率與磁盤二的Z1存儲區(qū)的讀寫頻率是相同的。每一存儲區(qū)的記錄頻率是根據(jù)設計階段的不同參數(shù)進行設定的。且每個存儲區(qū)的記錄頻率是基于預期的磁頭性能進行設定以獲得所需的存儲容量，而每個區(qū)中的磁道數(shù)則基于后續(xù)討論到的因素進行設定。
分區(qū)的設置也基于對驅動器的物理尺寸如行程參數(shù)的考慮(詳后述)，如最壞情況下的磁頭特性，飛高特性，存儲區(qū)效能和組裝後的性能。磁頭的性能是根據(jù)在特定頻率下的磁道偏離誤碼率進行判斷的。磁道偏離誤碼率是指在預設的磁道偏離下對數(shù)據(jù)進行讀取時平均每傳輸多少位將有一位出錯，這里以磁頭位置偏離磁道10％進行說明。圖2即是這種磁頭的性能曲線。其中X軸代表讀寫頻率，Y軸代表磁道偏離誤碼率的對數(shù)，如圖2所示，fR是磁頭的平均工作頻率，例如說在20MHz。磁盤驅動器設計者定義了一個容許的最小磁道偏離誤碼率，在圖2中標示為虛線TH，此處磁道偏離誤碼率的對數(shù)為6(即每傳輸1000000比特數(shù)據(jù)會有1比特的數(shù)據(jù)傳輸錯誤)。圖中的標號為7的斜線表示一般磁頭的性能曲線，并可因為磁頭的設計而發(fā)生上下移動。在現(xiàn)有技術中，磁盤的整體性能取決于各個磁頭的該項指標是否能達到最小的TH值，如果磁盤堆棧中任何一個磁頭沒有達到最小的TH值，那么這種磁盤就不能出貨，將要進行返工，包括更換壞磁頭或磁盤、重寫伺服信息及重新測試驅動器。
圖3中顯示了假定的HD#1、HD#2、HD#3、HD#4磁頭在平均工作頻率fR下的性能，其中磁頭HD#1的磁道偏離誤碼率的對數(shù)約等于5.5，而磁頭HD#2大約接近6.5，磁頭HD#3為7.9，磁頭HD#2接近8.5。按照上述的結論，由于磁頭HD#1的磁道偏離誤碼率低于可接受的最小偏離誤碼率，因此該磁盤若采用傳統(tǒng)的格式化方式將不能被使用。
另一個常用的設計指標是磁頭預期的可供利用行程。其包括有一個指標是最壞情況下的行程，而另一個指標是單邊測試行程。在測試組裝完成的磁盤驅動器時，上述兩個指標中的一個將被測出并以其為依據(jù)對磁盤質量進行評估，如果磁頭實際的行程不能勝任說明書的要求，那么磁盤將不能寫入預期的磁道數(shù)量，該磁盤驅動器就不合格。通常情況下，該磁盤驅動器需要重新加工，包括替換或調整碰撞停止點，再重新寫入伺服信息和進行檢測。
圖4中展示了兩種常用的行程，其中一種是采用最壞情況分析得出的最小容許行程，而另一種則是采用單邊探測分析得出的最小容許行程，其中帶形曲線OCS和ICS分別是預期的外碰撞停止點和內碰撞停止點位置的機械公差分布圖，磁盤驅動器的容許偏差值是3σ。圖4A中，OCS和ICS分布曲線中心的垂直線表示的是分布的平均值，在現(xiàn)有技術中，磁盤的伺服數(shù)據(jù)在設置碰撞停止點之前就已經寫入磁盤，如果內外碰撞停止點的位置方差是σ2，且在碰撞停止點被測出之前就將磁道寫入磁盤，那么磁盤平均行程的損失是6σ(如圖4A所示的最壞情況下的行程)，如果是偵測出一個碰撞停止點后就開始將磁道寫入磁盤，直到偵測出另一個碰撞停止點為止，那么采用這種方法造成的平均位置損失(Position lost)是Positionlost=3σ2---(1)]]>可見在上述的兩種技術中，都將損失一些可用于存儲數(shù)據(jù)的位置，這將造成信息存儲容量的損耗。
現(xiàn)有產品在設計階段就已經將存儲區(qū)的分配表、存儲區(qū)邊界、各存儲區(qū)使用的頻率和磁道數(shù)量都確定了下來，從而產生了如圖1所示的整齊劃一的存儲區(qū)。雖然在圖1中沒有畫出磁盤1與磁盤2的下表面，但很明顯所有磁盤的上表面與下表面的分區(qū)結構及對應存儲區(qū)使用的頻率都是一樣的。但在基于生產的驅動器模型取得經驗后，有時可能會對以后生產的驅動器的存儲區(qū)的分配表作出一些改變，但是以后生產出來的磁盤驅動器的分區(qū)邊界及其使用的讀寫頻率仍然是象圖1所示那樣是垂直排列在同一直線上的。如果想使用另外的磁道，在建立存儲區(qū)邊界時就要進行考慮。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種可對各個磁盤實際可利用的行程進行優(yōu)化，來提高磁盤記錄密度的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種可以利用一般性能的磁頭磁盤組合和驅動組件，甚至一些低于最低性能標準的磁頭或存儲介質，有效提高磁盤驅動器合格率的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，該方法是應用于一個帶有讀寫轉換器(如磁頭)的用于對信息進行記錄及重生的磁盤介質，該方法可對磁盤介質上的存儲區(qū)進行分區(qū)及定義其讀寫頻率，該方法包括下列步驟(a)使該磁盤介質與該讀寫轉換器產生相對運動，并從該磁盤介質上讀取數(shù)據(jù)；(b)測量讀寫轉換器的記錄/重生性能；(c)基于讀寫轉換器的記錄/重生性能的測量結果選擇一組讀寫頻率，各個存儲區(qū)對應采用其中的一個頻率；(d)基于各個存儲區(qū)選用的頻率確定其區(qū)域邊界。該方法可以靈活地根據(jù)磁頭磁盤組合的特性對磁盤表面進行分區(qū)，從而充分地利用磁盤上的真實可利用行程，達到提高磁盤記錄密度及提高產品合格率的目的。
下面參照附圖結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

圖1是一對磁盤的常用分區(qū)圖。
圖2是磁道偏離誤碼率的對數(shù)與讀寫頻率的坐標圖。
圖3是一個假想的四磁頭磁盤驅動器的磁頭性能圖。
圖4A是常用的磁頭行程設計規(guī)則的圖示。
圖4B是本發(fā)明的磁頭行程設計改良的圖示。
圖5A展示了一個假想的磁頭性能分布圖及展示采用本發(fā)明通過改變分區(qū)使用的工作頻率得到的效果圖。
圖5B是本發(fā)明另一種改變磁頭工作頻率并得到另一種分區(qū)結構的圖示。
圖6是設想的磁盤第一表面和第二表面的分區(qū)結構圖示。
圖7是本發(fā)明其中兩個磁頭的各磁道號的查找表圖示。
圖8是本發(fā)明的一對同軸磁盤的可變分區(qū)結構。
圖9是本發(fā)明的一對同軸磁盤的分區(qū)結構。
圖10是本發(fā)明展示的兩條分布曲線，其中一條是采用常用行程的磁頭性能分布曲線，而另一條是行程優(yōu)化后的磁頭性能分布曲線。
圖11是本發(fā)明使用的分區(qū)結構的磁盤磁頭性能圖示。
圖12A是本發(fā)明可變分區(qū)方法的一種具體實施流程圖。
圖12B是本發(fā)明另一種可變分區(qū)方法的具體實施流程圖。
圖12C是本發(fā)明另一種可變分區(qū)方法的另一種具體實施流程圖。
圖12D是本發(fā)明可變分區(qū)方法的第三種具體實施流程圖。
圖13A是本發(fā)明一種具體實施例的存儲區(qū)邊界計算方法和可變分區(qū)方法的流程圖。
圖13B是本發(fā)明另一種具體實施例的存儲區(qū)邊界計算方法和可變分區(qū)方法的流程圖。
圖13C是本發(fā)明第三種具體實施例的存儲區(qū)邊界計算方法和可變分區(qū)方法的流程圖。
圖14是本發(fā)明使用可變分區(qū)方法的磁盤驅動器的俯視圖。
具體實施方式如前所述，前案在磁盤驅動器的設計階段就已經定義了固定的存儲區(qū)，并給這些存儲區(qū)設定了對應的預設讀寫頻率。如圖1所示，其中Z1、Z2和Z3區(qū)的半徑是相對于盤片中央(如點C)的。如果單個磁頭的性能特性低于最小誤碼率(如圖3)，那么磁盤將沒有足夠的特性余量，也不能滿足可以接受的位誤碼率要求。在本發(fā)明的實施例中，分區(qū)是基于磁頭特性的測量結果進行的，且分區(qū)可以根據(jù)磁盤與磁頭的組合數(shù)量及盤片的記錄密度達到驅動器所需的性能等級，并保持所需的容量。
如果磁頭磁盤組合的記錄密度是一個平均值為μ，方差為σ2的正態(tài)分布，那么N個磁頭盤片組合的平均密度能力則呈平均值為μ，方差為σ2/N的正態(tài)分布。因而現(xiàn)有技術中的驅動器設計(如圖1中所示的)的密度則應設置為d≤μ-3σ2---(2)]]>來確保3σ的容許偏差域，其中μ是所有磁頭的中央分布點。但如果采用本發(fā)明可變分區(qū)方法，則可以增加較好的磁頭的記錄密度并降低較差磁頭的記錄密度，整體的密度d可設為d≤μ-3σ2N---(3)]]>那么增加的密度則為Δd=3σ(1-1N)---(4)]]>如果該等式中σ＝0.05(μ)，那么密度將會提高7.5％。
圖12A所示的即為本發(fā)明實施例中采用可變分區(qū)方法的磁盤驅動器的組裝步驟的流程圖。在使用可變分區(qū)方法的第一實施例制造磁盤驅動器時，首先構造的是磁盤磁頭組合，如方框圖1201所示。然后，使用常用的伺服磁道寫入器將伺服信息寫入盤片中的磁道(如方框圖1202所示)，其中伺服信息可以被寫入專用的伺服表面或嵌入式的服務器中。
接著如模塊1203所示，將該磁頭磁盤組合與相應的電路板組合以備測試。再下一步是將磁頭移動到內碰撞停止點，同時查明該位置的磁道號(如模塊1204)。當確定內碰撞停止點后，磁頭再移動到外碰撞停止點并記錄下該位置的磁道號(如模塊1205)。
接著，磁盤中每一個磁頭的記錄性能被測量出來以決定各個磁頭的密度容量(如模塊1206)。在此磁頭磁盤組合性能的測試基礎上，很容易就可以對各個磁頭的讀寫頻率進行調節(jié)以達到驅動器的整體性能目標，例如說象圖5A、圖5B中所示那樣進行調節(jié)。
利用前面步驟所獲得的磁頭性能信息，就可以對應各磁頭磁盤組合產生一個相應的分區(qū)結構，圖13A中展示了如何根據(jù)各個磁頭的不同特性，對應各個磁頭磁盤組合產生不同的分區(qū)結構的流程圖，其具體流程如后述。
圖12B是本發(fā)明磁盤驅動器的可變分區(qū)方法的另一種實施例，圖12B的中的大部分步驟和圖12A是一樣的，但在圖12B的流程中，分區(qū)的進行是建立在測量所得的可利用行程的基礎上的。在此過程中，這里假定所有的磁頭的容量能力均達到一個平均標準。其中圖12B的流程中采用的圖13B的流程是用來進行分區(qū)的設計，其中值得注意的是圖13B的第一步，即模塊1301-1預先基于預期的磁頭性能設定了一個參考頻率fRef，而不是象圖12A那樣采用的是校正后的讀寫頻率，而圖13B中其余的步驟則與圖13A相同。該技術的優(yōu)越性在于它不象現(xiàn)有技術那樣采用的是一個假定的可利用磁道數(shù)，且現(xiàn)有技術中對存儲區(qū)邊界的設定并沒有考慮到各個驅動器之間真實可利用的行程不同的事實。
圖12C是本發(fā)明利用可變分區(qū)技術建立磁盤驅動器的另一具體實施例。如圖12C中用于測量磁頭密度能力及將讀寫頻率調整至適當?shù)念l率的模塊1206與圖12A的模塊1206是相同的。然而圖12C所示的過程是假定一個給定的行程是可供利用的，而沒有對內碰撞停止點與外碰撞停止點事先進行測量，且當存儲區(qū)分區(qū)過程(如圖13A所示)應用于圖12C所示的流程時，其內環(huán)半徑與外環(huán)半徑是基于預期可使用的行程進行設定的，而不是象圖12A中那樣是經過測量確定內環(huán)半徑與外環(huán)半徑的。
在圖12A和12C中基于磁頭與磁盤表面的共同工作特性(模塊1206)，對磁頭密度容許能力進行測試并將其調校至一適當值，本發(fā)明的磁盤的存儲區(qū)邊界和對應的存儲區(qū)記錄頻率也可類似地按照圖12D所示的流程建立起來。當使用如圖12D所示的建立程序時，其分區(qū)邊界及與存儲區(qū)對應的頻率的建立是采用如流程圖13C所示的步驟，其中圖12D所示的第一步是對磁頭和存儲介質表面進行檢測(如模塊1200所示)，在測試磁頭特性時，要組裝的磁頭將要與一標準磁盤介質配合使用并進行測量，其測量流程如與圖12A及圖12C所示，且測得的磁頭的性能被注明并被記錄下來，類似地，要組裝的磁盤將與一個標準磁頭配合使用且每一表面在與標準磁頭配合使用表現(xiàn)出來的性能將作為這個磁盤的性能等級，該磁盤的等級信息亦會被記錄下來以待將來與磁頭組合時使用。在磁頭和磁盤表面的特性被測得后，再將經測試后的磁頭與磁盤(模塊1200-1)組裝起來，余下的步驟則如模塊1202，1203，1204和1205所示。
圖13C所示即是流程圖12D中對存儲區(qū)邊界和頻率進行計算和測定的方法，其第一步是模塊1302-2，由于在模塊1200(圖12D)中已經得到磁頭和磁盤的特性，因此就可以得出參考頻率fRef，然后再將參考頻率fRef代入等式6中得出模塊1302中的頻率比，當所有目標存儲區(qū)所使用的頻率比被計算出來后，圖13C的其余步驟與圖13A和13B相同。
當存儲區(qū)分區(qū)完成后，就要對所有存儲區(qū)中讀信道的濾波器進行優(yōu)化(模塊1208)，然后再進行磁盤測試判斷是否存在有缺陷的扇區(qū)，如果有，磁盤驅動器就會重新進行格式化以閑置有缺陷的部分(如模塊1209所示)。在對磁盤進行校驗并重新格式化以不再使用有缺陷的扇區(qū)后，就將執(zhí)行最終測試(模塊1210)及準備出貨。
圖5A中舉例說明了本發(fā)明是如何對磁頭的記錄密度進行調校以提高磁盤的整體存儲密度，在圖5A中，展示了一個測試中的四磁頭磁盤堆棧，其中各個磁頭的性能以垂直線fR上的圓圈進行表示，磁頭(HD#1)的磁道偏離誤碼率的對數(shù)(LOBER)為5.5(低于容許的最小LOBER值6)，磁頭(HD#2)的LOBER為6.5，磁頭(HD#3)的LOBER為7.9，而磁頭(HD#2)的LOBER為8.5。其中磁頭的特性是通過對磁盤表面的任一磁道進行檢測以確定其LOBER值的，但較好的方法是通過對磁盤表面中央的磁道進行測量以獲得特性數(shù)值。
采用傳統(tǒng)固定存儲區(qū)的方法對磁盤進行格式化時，如果有一個磁頭的性能沒有達到最小的磁道偏離誤碼率TH，那么該磁盤將不能滿足質量要求。然而，如果通過減少特性較差的磁頭的讀寫頻率并同時提高特性較好的磁頭的讀寫頻率，則不僅可以有效提高磁盤的整體容量，還可以提高產品合格率。
如圖5A所示，先計算出圖中所示的磁頭群組可以達到的平均LOBER值，然后再改變各磁頭的工作頻率以使其LOBER值達到這個平均值。在本范例中，新的工作頻率是采用水平線3上的三角形進行標示的。其平均的LOBER大概是7.1。通過提高特性較好的磁頭的工作頻率，就可以對由于降低特性較差的磁頭的工作頻率而造成的容量損失進行補償。雖然在圖5A范例中的所有磁頭頻率都被調整到具有相同的LOBER值，然而本范例實施時卻并不一定要具有完全相同的LOBER值。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過提高特性較好的磁頭的工作頻率，而對由于降低一到多個磁頭的工作頻率造成的容量損失進行補償，其中這些磁頭的特性是低于容許的最小LOBER值。圖5A所示是通過對磁頭的工作頻率進行調整以使其與容許的最小LOBER值之間具有最大的裕度，其中裕度即圖中線3所示的磁道偏離誤碼率對數(shù)值與容許的最小TH值之間的差值。圖中標有磁頭號的斜虛線即各個磁頭的特性曲線。改變磁頭的工作頻率可使其性能沿著特性曲線發(fā)生變化，其中新頻率也可以選定為使它們具有不同的LOBER值的頻率。
對磁頭工作頻率的調校也可以達至最大的存儲容量而仍然保持容許的最小誤碼率(如圖5B所示)，磁頭HD#1至HD#4的讀寫頻率從它們測試的初始位置(如圖3所示)開始進行調整，圖5B中所示的箭頭指示的是磁頭從它在頻率fR下的初始位置移動至以三角形標示的新頻率。其中磁頭HD#1的工作頻率被降低了，而其它各磁頭的工作頻率則升高了，但它們的性能仍然保持在最小可接受的LOBER值上。圖5B中所示的技術可以用來提高磁盤的存儲容量，例如說當磁頭的行程低于預期值時造成實際可用的磁道數(shù)小于預期的磁道數(shù)，應用該技術亦可以得到所需的存儲容量。
在測量所述磁頭性能的特性時，首先要檢測出一個單獨的磁道在頻率fR下的性能，至于其他位置的性能則可以使用數(shù)學模型計算出來(詳后述)，另外也可以不采用數(shù)學模型而使用對多個位置的性能特性進行測量的方法來得到其他位置的性能?；诟鱾€磁頭的讀寫頻率，可以計算出對應磁盤表面上的存儲區(qū)邊界。其中從磁盤的中心線到存儲區(qū)邊界內半徑的距離可以通過下式計算得到Frequency RatioN＝(a)ir2+(b)ir+c(5)等式(5)中的ir代表從磁盤中心線到存儲區(qū)的內半徑，a＝-0.002119，b＝0.12013，c＝-0.4343，N代表被計算邊界的存儲區(qū)。a，b，c被賦予的值是在對一般磁頭的性能曲線分析的基礎上得到的，另外，也可以通過描繪出各個磁頭的性能曲線，從而得到a，b，c的特值以更精確地劃分磁頭磁盤組合上的存儲區(qū)邊界。然而一般來說，從上式獲得的近似值已經可以滿足劃分存儲區(qū)邊界的需要。由存儲區(qū)N的頻率比率可以從等式(5)中解得存儲區(qū)N的內半徑，其中頻率比率是通過用目標存儲區(qū)的NRZ頻率除以調整后的讀寫參考頻率fRef來得到的。其如下式所示FrequencyRatioN=TargetZoneFreqNfRef---(6)]]>
等式(6)中的fRef是調整后的磁頭讀寫頻率，Target Zone FreqN是目標存儲區(qū)的NRZ頻率。如上所述，目標存儲區(qū)的NRZ頻率是根據(jù)存儲區(qū)邊界分配表進行定義的，調整后的讀寫頻率fRef是磁頭在磁盤某一處的磁頭性能，它的值是讀寫轉換器調整后的讀寫頻率。例如圖5A中HD#1的讀寫頻率改變?yōu)閒1，此時其頻率近似等于24.12Mhz，它就是等式6中使用的fRef。例如圖5A中磁頭HD#1使用上述等式進行計算則可得到下述表3中的存儲區(qū)邊界。
在確定存儲區(qū)的目標NRZ頻率時，就要用到一個常用的目標存儲區(qū)尺寸表(如下面所列的表1)，并根據(jù)目標存儲區(qū)的大小用現(xiàn)有技術得到目標存儲區(qū)的NRZ頻率。關于NRZ頻率，在表3中將會進行介紹。
由上可見，由于各個磁頭(HD#1-HD#4)的參考頻率fRef不相同，因此它們的存儲區(qū)邊界也不相同。
圖6是磁盤4的上表面和下表面使用本發(fā)明可變分區(qū)方法得到的存儲區(qū)結構的簡圖，其中該分區(qū)結構根據(jù)目標存儲區(qū)的基本原則建立的。圖6是大半個磁盤的剖面圖示，ID表示內直徑，OD表示外直徑，圖中同時也表示出了各記錄存儲區(qū)的邊界。圖中所示的磁頭HD#4放置在表面6上，而磁頭HD#1則放置在表面5上?？紤]到在不同的存儲區(qū)內磁頭使用不同的工作頻率，因此兩個磁盤表面上的存儲區(qū)邊界將會不一致，存儲區(qū)使用Z與一個兩位數(shù)來表示，其中第一個數(shù)字代表存儲區(qū)，第二個數(shù)字代表磁盤表面，現(xiàn)在以磁盤表面5進行說明，Z25代表的就是表面5上的第2個區(qū)。另外表面6上的存儲區(qū)標志號也是用類似方法進行構建的，其中上表面5的存儲區(qū)Z1、5Z25、Z35、Z45、Z55及Z65是基于讀寫頻率為f1的磁頭HD#1采用上述等式計算出來的區(qū)域半徑而建立起來的，其讀寫頻率f1大概等于0.8fR。而儲區(qū)標志為Z36、Z46、Z56、Z66和Z75的五個存儲區(qū)是基于讀寫頻率為f4的磁頭HD#4采用上述等式計算出來的區(qū)域半徑而建立起來的，其磁頭HD#4的頻率f4約為1.5fR。而圖6中所示的磁道號是用TRK加上磁道號來表示的。
請參考圖6和圖7，磁道280在磁面5是位于存儲區(qū)4內，然而在磁面6上則位于存儲區(qū)6內。從圖6中可見表面5中的存儲區(qū)Z35的邊界與表面6中的存儲區(qū)Z36的邊界并不重合，由此可推知磁頭HD#1的工作頻率要低于磁頭HD#4的工作頻率。雖然在實際應用中磁盤4的整個磁面不會從ID到OD都用于存儲數(shù)據(jù)，但為了簡化圖示，因此使用磁盤上的全部的空間作出這種簡化的存儲區(qū)圖示。從圖中可以很明顯地看出表面5的存儲區(qū)邊界與表面6的存儲區(qū)邊界是不同的，且磁面5上包括有存儲區(qū)1到6，而在磁面6上則包括有存儲區(qū)3到7。如上所述，由于磁頭HD#4能夠在較高的頻率下工作，因此可以使用一組高頻的存儲區(qū)，從而產生了如圖6所示的分區(qū)結構。這樣也導致了在垂直方向上相同存儲區(qū)的存儲邊界之間產生了一些偏移，例如磁面6上的存儲區(qū)Z36與磁面5上的存儲區(qū)Z35之間的偏移。
既然磁面與磁面之間的存儲區(qū)邊界是不對齊的，那么磁面上的某個特定的磁道也沒有必要工作在與另一磁面上相應的磁道相同的讀寫頻率上。按照慣例，存儲區(qū)數(shù)越高，其使用的讀寫頻率也越高，磁面6上磁道280的讀寫頻率就比磁面5上的磁道280的讀寫頻率高，而且在每一存儲區(qū)內的讀寫頻率是不變的。因此某一磁道的讀寫頻率就取決于其所處的存儲區(qū)和應用本發(fā)明可變分區(qū)技術而導致的表面與表面之間的分區(qū)結構。因此各個磁頭磁盤組合就產生了一個磁道號與存儲區(qū)之間的對應查找表。由于各存儲區(qū)的讀寫頻率已經被設置，那么就可以由磁道所處的存儲區(qū)知道這個磁道的讀寫頻率。如圖7所示是磁面5和6中的磁道0到磁道1050的查找表，其給出了磁頭HD#4與磁面6組合及磁頭HD#1與磁面5組合中各存儲區(qū)的開始磁道號，以磁頭HD#4為例，磁道0-149是在存儲區(qū)7中，磁道150-299是在存儲區(qū)6中，以此類推到存儲區(qū)3中，其包括磁道800-1050。其中存儲區(qū)的邊界是采用上述的等式得到的。
這種技術與常用技術不同的是，常用技術中的所有磁面的存儲區(qū)邊界都是在一條直線上的，且一個特定的磁道在所有的表面上都是位于同一個存儲區(qū)內。因為常用技術中的所有磁面中存儲區(qū)和磁道都是一致的，因此只需要使用一個分區(qū)表。
圖8所示是一個磁盤堆棧，其包括磁盤8和9，磁盤表面均設有磁性涂層用來記錄和再生記錄信息，C8和C9分別是磁盤8和9的中心線。存儲區(qū)邊界被標注在各磁盤的上磁面上，例如磁盤8，存儲區(qū)Z6、Z7、Z8、Z9和Z10的邊界用從中心線C8出發(fā)的徑向箭頭進行標示，例如說存儲邊區(qū)邊界Z7的內徑和外徑就分別為R2和R3，R6則是磁盤8的最外端半徑。這些存儲區(qū)根據(jù)上述的圖表和數(shù)學式結合計算出來的，另外還要采用一個基于測試磁頭與磁面10配合得出的性能。其中各存儲區(qū)使用的讀寫頻率是唯一的，且該頻率是在考慮了包括磁頭性能等各種因素后確定的。
磁盤9的存儲區(qū)為Z8，Z9，Z10，Z11和Z12，其中這些存儲區(qū)也是根據(jù)與磁面11相配合的磁頭的性能特性建立的，其邊界是利用上述等式和圖表獲得的。各磁盤上相同的存儲區(qū)使用相同的記錄頻率，如磁盤9上的存儲區(qū)8與磁盤8上的存儲區(qū)8的記錄頻率是相同的。與常用技術相比較，磁盤8和9的各存儲邊界并不在同一直線上，且兩磁盤上相同物理位置的記錄頻率也是不一樣的，例如磁盤9的存儲區(qū)Z12與其相對應的磁盤8的位置處的存儲區(qū)Z10使用的是不同的頻率，并采用一個如下所述的分區(qū)表來劃分存儲區(qū)的邊界。而且半徑R2，R3，R4和R5的大小也與半徑R7，R8，R9和R10的大小不相等。圖中的R1指示的是磁盤的內徑，而R6指示的則是磁盤的外徑。
本發(fā)明的另一實施例如圖9所示，與圖8相比較其磁盤12和13中的存儲邊界是在同一直線上的(如圖中虛線所示)，然而磁盤12與13對應位置的存儲區(qū)使用的讀寫頻率是不同的。例如磁盤12最邊緣的存儲區(qū)使用的頻率為Z1，而磁盤13最邊緣對應的存儲區(qū)使用的頻率為Z2。圖中的存儲區(qū)邊界也用徑向直線表示，存儲區(qū)號則指示出其讀寫頻率。其中存儲區(qū)使用的頻率部分取決于磁頭用于對應磁面的位錯誤率。
本發(fā)明的具體實施例是一個1.8英寸的磁盤，并以該磁盤為例對怎樣使用目標存儲區(qū)表和其它更進一步的信息建立對磁盤的分區(qū)進行說明。如圖11所示，1.8英寸的磁盤14和15其各自的中心線為C14和C15，磁盤14磁面16上的分區(qū)結構是基于具有定常飛高特性的讀寫轉換器建立起來的，圖中線18所示即為該定常飛行高度的曲線。為了取得對磁盤進行分區(qū)的所需數(shù)據(jù)，一般是通過將讀寫轉換器(圖未示)移動到磁盤14的中心并進行性能測試。
至于磁盤15，對磁盤的分區(qū)是基于可變飛行高度的讀寫轉換器(圖未示)進行的，曲線19是讀寫轉換器與磁盤15磁面17之間的相對飛行高度的曲線，磁盤14和15所示的數(shù)據(jù)存儲區(qū)是根據(jù)磁頭的性能和目標存儲尺寸表(如表1所示)而建立起來的，存儲區(qū)邊界計算其中的一個參數(shù)是磁盤的旋轉速度，本范例中磁盤的旋轉速度采用4500RPM。
表1 目標存儲區(qū)大小
基于磁頭HD#1與磁盤14結合使用的性能特性，可以得知目標存儲區(qū)2到12可用來對數(shù)據(jù)進行存儲，如圖11所示，存儲區(qū)的劃分是使用存儲區(qū)號來標注的。另外還要考慮表1中的通過計算得到的磁道數(shù)和實際使用的磁道數(shù)之間的轉換。表2所示即是將磁道數(shù)進行湊整處理后的調整結果。
表2 磁道數(shù)量的湊整調整結果
如圖11、表1和表2所示，其中第一個用于記錄數(shù)據(jù)的存儲區(qū)是Z2，其包括有91個磁道，并且每一磁道包括42個扇區(qū)。其中存儲區(qū)Z2計算出來的磁道數(shù)量是90.3個，將其湊整為91個磁道。其它各磁道也用與此相似的方法進行處理。
每一存儲區(qū)的內半徑和外半徑的物理位置如表3所示，其包括從中心線C14測量到的實際半徑(利用等式計算得到的半徑的方法將會在后面提到)、內半徑(ir)、外半徑(or)，其單位用微米表示。
表3 存儲區(qū)邊界的計算
上述存儲區(qū)2到12是用于存儲數(shù)據(jù)的，而NRZ頻率的范圍是從17.17Mhz到28.16Mhz。
對于性能特性較好的磁頭，就會選擇一組具有較高紀錄頻率(NRZ頻率)的存儲區(qū)。例如使用圖5A中具有比磁頭HD#1更好的特性的磁頭HD#4時，就可以使用存儲區(qū)10-20，其存儲區(qū)分區(qū)結構將不同于圖11所示，然而各存儲區(qū)的建立和邊界確定的方法都是相同的。表4所示即是性能較好的磁頭使用的一組存儲區(qū)10-20的分區(qū)表。
表4 目標存儲區(qū)尺寸
表5是在表4的基礎上，對計算得到的磁道數(shù)進行湊整處理后得到的實際使用的磁道數(shù)量調整表。
表5 磁道數(shù)量湊整調整表
表6所示即是存儲區(qū)10-20的存儲區(qū)邊界的計算結果表6 存儲區(qū)邊界的計算結果
將圖11和表1，2，3中所示的第一磁頭磁盤組合的容量和表4，5，6中所示具有較好性能的第二磁頭磁盤組合的容量進行比較，就可以得出較佳性能的磁頭磁盤組合大大提高了數(shù)據(jù)存儲的容量。例如對表1中第一磁頭磁盤組合的可使用扇區(qū)的總數(shù)與較佳性能的第二磁頭磁盤組合的可利用扇區(qū)的總數(shù)進行比較，可知第一磁頭磁盤組合可利用的扇區(qū)數(shù)為83,455，而第二磁頭磁盤組合的可利用扇區(qū)數(shù)為121,838。本發(fā)明磁盤驅動器的可變分區(qū)方法將性能較差的磁頭在較低的讀寫頻率下使用，并通過提高較佳性能的磁頭的讀寫頻率來彌補由于降低性能較差的磁頭的讀寫頻率帶來的存儲容量的損失，從而改良了總體的記錄容量，并具有較大的裕度。
下面將結合動態(tài)磁頭加載磁盤驅動器25的頂視平面圖14、分區(qū)流程圖13A及本說明書中的等式來對本發(fā)明可變分區(qū)方法進行進一步說明。磁盤驅動器25包括了一個固定在旋轉軸27上的磁盤26，該旋轉軸27是由一旋轉發(fā)動機(圖未示)帶動的，還包括一用于將磁盤26和旋轉軸27固定在一起的磁盤夾28。該旋轉軸27的中心與磁盤26的中心點則用C26表示。
磁盤26和相應的旋轉電機，旋轉控制器及電子組件被安裝在腔體29內，磁盤驅動器25的旋轉控制器包括有一磁頭桿30和一主體部31，該主體部31由一回轉樞心32支撐著。該旋轉控制器包括有一繞組33，該繞組33可與磁流板及磁鐵34相作用以定位讀寫轉換器35在磁盤26表面上的位置。
磁盤驅動器25的旋轉控制器采用了動態(tài)磁頭加載機制，其包括一可放置到凸塊39凸面38上的吊桿37，其中該凸塊39是供讀寫轉換器動態(tài)加載及停放之用的。為了方便結合實施例對本發(fā)明可變分區(qū)方法進行說明，圖14中也標示了角度和距離，例如線40表示從回轉樞心32到磁盤26的中心C26的距離，用Dam表示，用線41表示從回轉樞心32到讀寫轉換器35中央(圖未示)之間的距離，用Dag表示。
圖14所示的旋轉控制器位于磁盤26的內半徑(由于磁盤夾28的原因沒有標示)和外半徑41之間，為了便于解釋，假設旋轉控制器位于存儲區(qū)N的內環(huán)邊界處，那么線40和線41之間的夾角θN就標示出了磁盤中心C26與磁道N的夾角。由于圖14所示之磁盤驅動器是動態(tài)磁頭加載型的磁盤驅動器，那么磁盤表面外端的可利用外半徑(or)就取決于吊桿37開始將讀寫轉換器35吊離磁盤26表面的位置，類似地由位于磁流板組合34下方的內碰撞停止點(圖未示)確定了磁盤的可利用內半徑(ir)。
在采用流程圖12A和12C所示的步驟對磁頭的特性進行定義后，再采用圖13A中所示的步驟來確定磁頭存儲區(qū)邊界。在磁盤驅動器總裝流程圖12A中，該流程是先對磁盤組合進行測試，以確定磁盤的可用磁道數(shù)及測量讀寫轉換器的密度能力，然后再分配數(shù)據(jù)存儲區(qū)(模塊1207)，另外，很明顯對不同的存儲區(qū)設置不同的讀寫頻率以達到磁盤驅動器的總體性能目標是一種較為理想的方法。流程圖13A中展示了分區(qū)的各個詳細步驟，現(xiàn)結合圖13A中的步驟及表1-3中的內容對如何完成磁頭HD#1的分區(qū)加以描述如圖13A所示，首先計算出模塊1301所示的參考頻率fRef，該頻率是在fR基礎上針對讀寫轉換器作出調整后讀寫轉換器使用的頻率。另外，在執(zhí)行磁盤分區(qū)之前已經在圖12A所示的模塊1206中對磁頭性能進行測量及對其讀寫頻率進行了適當調整。例如圖5A所示的磁頭HD#1的調整后的操作頻率在f1處，它就是參考頻率fRef，其大約為24.12Mhz，其值大約為名義頻率fR密度的80％，下面的等式(7)是用來計算fRef的fRef＝fr(Density Adjustment) (7)頻率比率(Frequency RatioN)的計算是利用目標存儲區(qū)的NRZ參考頻率(表3中各個目標存儲區(qū)的頻率)，通過等式6計算得出來的FrequencyRatioN=TargetZoneFreqNfRef---(6)]]>等式(6)中的fRef為調整后的磁頭讀寫頻率，Target Zone FreqN為基于目標存儲區(qū)分配表的NRZ頻率。計算出來的頻率比率的結果列在表3的頻率比率一欄中。模塊1302中的步驟執(zhí)行完畢后就可以使用上述等式5的退化等式得出各個目標存儲區(qū)的內環(huán)半徑，在模塊1303中使用由等式5演變而來的等式8就可以求得內半徑(ir)的值ir=-b+b2-(4)(a)(c)-FrequencyRatioN2a---(8)]]>使用等式(8)得到的計算結果列在表3中的實際半徑一欄中。模塊1304的下一個步驟是計算每個存儲區(qū)的外半徑(or)，如圖11所示，由于各個存儲區(qū)的外半徑都等于下一個存儲區(qū)的內半徑，因此可得到等式9orN＝irN+1(9)在模塊1305中計算出來的內半徑和外半徑由于要考慮到碰撞停止點與動態(tài)磁頭加載條件的限制，其計算結果可能超出實際可用的內外半徑范圍，而且允許的內外半徑亦可能因為不可用作實際半徑而需要進行調整，下面請一并參考模塊1305與表3，可知磁盤驅動器存儲區(qū)的最小可用內徑為12.8毫米，最大可用外徑為22.77毫米，比較表1和表3，可知只有存儲區(qū)2-12可以被利用，其范圍從存儲區(qū)2的內半徑12.80毫米到存儲區(qū)12的外半徑22.77毫米，算術上可以表示為如果存儲區(qū)N的半徑大于最大半徑，那么存儲區(qū)N的半徑將取為最大半徑值，如果存儲區(qū)N的半徑小于最小半徑，那么存儲區(qū)N的半徑將取為最小半徑值。
分區(qū)的最后一個步驟是將存儲區(qū)的半徑轉化為磁道號，在轉換過程中在圖14中磁道N的角度θN的計算可以使用下述等式θN=cos-1(Dam2+Dag2-rN22(Dam)(Dag))-θref---(10)]]>當圖14中的讀寫轉換器35的縫隙位于要進行參考測量以確定磁頭特性的磁道上方時，我們將此時直線40與直線41之間形成的角定義為θref，接下來利用等式11得出經整數(shù)處理后的磁道號Track NumberTrack Number(Rounded to interger value)＝Trackref-(θN)(Rad/Track) (11)等式(11)中的Dam和Dag是圖14中所示的距離，θref是上述定義的角度，Trackref是在角θref處的磁道號，Rad/Track代表磁軌間距的弧度。通過上述各等式就可以完成磁頭磁盤組合的存儲區(qū)分區(qū)了。通過執(zhí)行上述的步驟，就可以確定各個存儲區(qū)的內外半徑，例如說，在表1-3中存儲區(qū)2-12被確定為可以利用的存儲區(qū)，存儲區(qū)2容許的內半徑為12.80毫米，容許的外半徑為13.42毫米。在所有的存儲區(qū)邊界被確定下來后，如模塊1307所示，就會將存儲區(qū)邊界的數(shù)據(jù)及與各個存儲區(qū)相對應的頻率記錄在磁盤驅動器中的非易失性記憶體中，這樣就為各個磁頭磁盤組合提供了一個查找表，例如圖7所示的兩個磁頭磁盤組合的查找表。最后將根據(jù)上述信息對磁盤表面進行格式化以產生相應的數(shù)據(jù)分區(qū)結構。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是可對各個磁盤的不同可利用的行程進行優(yōu)化以提高磁盤的記錄密度。請參閱圖4A，在現(xiàn)有技術中，在磁盤驅動器的設計階段已經確定了磁道的數(shù)量，但如果組裝后從外碰撞停止點到內碰撞停止點之間的行程產生了改變，導致少數(shù)磁道不能被利用，那么整個磁盤驅動器將會由于不合格而報廢。但是如果采用本發(fā)明可變分區(qū)方法，那么磁盤驅動器的磁頭線可先移動到內碰撞停止點并記錄下內碰撞停止點的磁道號，再移動到磁盤的外碰撞停止點并記錄下外碰撞停止點的磁道號，就可以確定出有多少可供利用的磁道。通過優(yōu)化行程可以使所有的磁道都得到利用。如果可以利用較長的行程，那么就可以降低磁盤的線記錄密度，因此降低磁頭的讀寫頻率也可以達到預定的存儲容量，而且降低磁頭的讀寫頻率還可以減少磁頭的誤碼率。降低讀寫頻率將使所有磁頭的特性值沿其LOBER曲線上升，這樣就增加了磁頭的裕度。如圖10所示，磁頭性能的分布曲線圖的形狀保持不變，只是平均值發(fā)生變化。其中用實線描畫的分布曲線圖是較短行程的性能曲線，μ0是其原始的平均性能值，虛線描畫的分布曲線圖是對行程進行優(yōu)化后的性能曲線，μs是優(yōu)化后的平均性能值，其σ值相同，但優(yōu)化后低于TH值的磁頭數(shù)量大為減少，因此通過使用上述的可變分區(qū)方法及行程優(yōu)化，即使磁盤中有一兩個磁頭的性能值低于TH值也可以提高磁盤的記錄密度。
在現(xiàn)有技術中，假設內外碰撞停止點的的位置方差為σ2，那么如果采用先寫入所有磁道，再測出內外碰撞停止點的方法，磁盤驅動器造成的平均位置損失是6σ，另一種現(xiàn)有技術是先測出第一個碰撞停止點，然后開始寫磁道一直到第二個碰撞停止點被偵測出來，這種方法的平均位置損失為 本發(fā)明的磁盤驅動器是通過利用存儲密度不同的全部磁道來獲得一個固定的存儲容量的，其平均位置損失是0，如果σ＝0.03(Trks)，其中Trks為磁盤的磁道平均數(shù)量，那么與現(xiàn)有技術相比較，這種方法獲得的平均密度增量為6.4％，由于本發(fā)明可以使用較長的行程，因此可以大大增加磁盤驅動器的容量。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點就是磁盤驅動器可以利用一般性能的磁頭磁盤組合和驅動組件，甚至一些低于最低性能標準的磁頭或存儲介質，本發(fā)明可以利用性能較佳的磁頭的優(yōu)點去彌補性能較差的磁頭所帶來的缺陷。由于分區(qū)結構及與各個存儲區(qū)對應的頻率是基于性能的要求及磁頭磁盤組合的特性而建立的，因此即使在同一系列的驅動器中，各個驅動器的存儲區(qū)分區(qū)結構也是各不相同的。
這種可變分區(qū)方法能夠更有效的利用各種磁盤組件，由于驅動器內部的各個磁頭磁盤組合之間的性能各有不同，因此能夠在相同組件的條件下達到更高的合格率。例如說，即使是同一系列中的磁盤是用同一套磁頭磁盤組合部件及驅動電子組件制造出來的，但其中的一個驅動器的一個磁盤的上表面的分區(qū)結構及其使用的頻率范圍也可能與同一系列中的另一磁盤完全不同。如圖6所示可知，即使是在同一個驅動器中，一個磁盤上表面與下表面的分區(qū)結構與頻率范圍也可能完全不同。由于各個磁盤驅動器部件的性能不可避免地會有一些差別，因此這種技術對磁頭磁盤組合的適應性使制造具有較大的柔性。且由于磁盤驅動器的最終目的是提供給用戶一個與該系列對應的存儲特性，因此并不要求各個磁盤驅動器內部采用同樣的存儲區(qū)分區(qū)結構。
權利要求
1.一種磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，該方法是應用于一個帶有讀寫轉換器的用于對信息進行記錄及重生的磁盤介質，該方法可對磁盤介質上的存儲區(qū)進行分區(qū)及定義其讀寫頻率，其特征在于該方法包括下列步驟(a)使該讀寫轉換器與該磁盤介質產生相對運動，并從該磁盤介質上讀取數(shù)據(jù)；(b)測量讀寫轉換器的記錄/重生性能；(c)基于讀寫轉換器記錄/重生性能的測量結果選擇一組讀寫頻率，其中各個存儲區(qū)對應采用該組讀寫頻率中的一個頻率；(d)基于各個存儲區(qū)選用的頻率確定其區(qū)域邊界。
2.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該步驟(b)中的測量是在一個位置進行的。
3.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該步驟(b)中的測量是在多個位置進行的。
4.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該方法的步驟還包括有選擇目標存儲區(qū)的大小，并根據(jù)目標存儲區(qū)的大小選擇所使用的讀寫頻率范圍，其中步驟(c)所選擇的一組讀寫頻率是包括在該讀寫頻率范圍內的。
5.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該步驟(b)中的性能是在一個讀寫頻率下測得的。
6.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該步驟(b)中的性能是在多個讀寫頻率下測得的。
7.如權利要求1所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該步驟(b)還包括有下列步驟將第一讀寫頻率下測得的性能與性能指標進行比較；如果測得的性能低于性能指標，則在比第一讀寫頻率低的第二讀寫頻率下再次進行測量；如果在第二讀寫頻率下測得的性能高于性能指標才執(zhí)行步驟(c)和(d)。
8.如權利要求7所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該性能是在一個位置測得的。
9.如權利要求7所述的磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，其特征在于該性能是在多個位置測得的。
全文摘要
一種磁盤驅動器的可變分區(qū)方法，該方法是應用于一個使用多個磁盤表面進行存儲的磁存儲系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的各個存儲區(qū)是根據(jù)各磁頭與相應磁盤片表面之間的讀寫工作特性進行分區(qū)的。且由于各個存儲區(qū)是根據(jù)各磁頭的不同工作特性進行獨立分區(qū)，而不是全部磁盤上的存儲區(qū)都根據(jù)一個預期的磁頭工作特性進行分區(qū)，因此一個磁盤上的存儲區(qū)邊界與另一個磁盤上的存儲區(qū)邊界不一定在同一直線上。這種分區(qū)方法改良應用了磁盤上可供利用的行程，從而提高了磁盤的存儲密度。
文檔編號G11B20/10GK1471082SQ0213447
公開日2004年1月28日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權日2002年7月25日
發(fā)明者布魯斯·伊莫, 布賴恩·威爾遜, 內爾森, 威爾遜, 布魯斯 伊莫 申請人:深圳易拓科技有限公司