专利名称：磁盘装置及数据再分配方法
技术领域：
本发明涉及磁盘装置中的错误处理。更确切地说，本发明涉及一种磁盘装置及当错误发生时用于执行数据转移，即，数据再分配的一种方法。
磁盘装置就是一种把数据记录在形成在磁盘上的磁道上并且还可以从磁道中再生所记录的数据的装置。数据的记录和再生是由具有一个信号转换器的磁头来完成的。当记录或再生数据时，磁头被一个传动装置定位在磁盘的数据已经被记录在或即将被记录的磁道上。通过磁盘的旋转，磁头被送到一个目标磁道，即数据已经被记录在或即将被记录的一个磁道，然后进行数据的记录或再生。
当数据被记录时，如果数据很大且超过了一个扇区的容量，那么后面的数据通常就被记录在了在磁盘圆周方向上连续的扇区上。在当同一磁道上的扇区都已被使用了的情况下，磁头被送到一个相邻的磁道，继续记录数据。对于那些以这种方法安置数据的有经验的技术人员来说，这是众所周知的，连续的数据的记录和再生能以高速进行。
但是，如果数据的记录或再生因为诸如磁盘故障等故障而没有精确进行的话，错误就将发生。对于所发生的错误，有通过再次读取可恢复的软错误和不可恢复的硬错误等等。在某一扇区有硬错误发生的情况下，一般都会进行数据再分配，即把这一扇区中的数据记录在一个称为备用扇区的可替换的扇区上。
另一方面，为了满足近几年来对于磁盘装置的低成本及大容量的要求，各种为增加记录密度的技术发展了起来。其中之一是一种被称为区位记录(EBR)的技术。在ZBR这种技术中，一个磁盘表面被分成多个称为区的同轴、同心圆的区，且每个区有多个的磁道。对于同一区来说，记录和再生的时钟频率是相同的，但是不同的区之间，记录和再生的时钟频率随着区越来越接近磁盘的外部圆周而变得越来越高。在这种技术中，每英寸可记录位的数量通过从磁盘内圆周到外圆周这一范围的值平均而得到，从而使得整个磁盘的记录容量能得以提高。
图1为背景技术中备用区的放置情况的简图。
图2为图1中的磁头如何操作的简图。
图3为根据本发明的一个实施例的磁盘装置的结构框图。
图4为本发明中备用区的放置情况的简图。
图5为图4中的磁头如何操作的简图。
图6为图5中的磁头的操作在磁盘上的轨迹的简图。
图7为再分配一备用扇区的方法的流程图。
在图1示出了采用了ZBR技术的磁盘上的备用区的配置。存贮数据的数据区被分成了从在最外圆周区的区0直到在最内圆周区的区N。一个用于数据再分配的区位于区N再向里的部分，且备用扇区就被安置在这个区。用于数据再分配的磁道称之为备用磁道，它包括一个或多个磁道。当对每个区进行数据再分配时，备用扇区并非安置在区中而是在备用磁道中。
图2示出了在图1中的常规结构例子的情况下，即故障扇区D存在于区0且D扇区上的数据被再分配到备用磁道上的扇区S上的情况下，磁头的读操作。
1.磁头试图从故障扇区D读出数据，但是得知在D扇区上的数据已经被再分配到了备用扇区S。
2.磁头搜索备用扇区S所在的备用磁道。在这一操作中，磁头实际上处于全磁道搜索状态。
3.磁头循着备用扇区S所在的备用磁道读出在备用扇区S中的数据。
4.磁头搜寻故障扇区D的下一扇区所在的磁道。在这一操作中，磁头实际上处于一种全磁道搜索状态。
5.磁头循着故障扇区D的下一扇区所在的磁道读出故障扇区D的下一扇区中的数据。
在所述例子中，全磁道搜索操作执行了两次并且磁道跟踪操作进行了两次。因此，两次全磁道操作和两次磁道跟踪操作的所需的总时间就是在试图读出扇区D中的数据直到把扇区D的下一扇区中的数据读出所需的时间。例如，当全磁道搜寻时间为10毫秒且磁盘转速5400rpm(约每转11毫秒)时，磁道跟踪时间为0到11毫秒之间。因此，42毫秒，即磁盘转四转所用的时间，是所需的最多的时间要求，20毫秒，即磁盘转两转所用的时间，是所需的最少的时间要求。这就是数据传输速率暂时减少的原因。
随着多媒体应用系统数量的增加和磁盘装置容量的加大，近些年来，再生具有磁盘装置的多媒体应用系统的可能性正在增加。如果在实时图象再生和实时声音再生的应用中出现前面所讲的数据传输速率减小的情况的话，那么将会发生图象或声音暂停的现象，于是就需要一种解决的方法。
本发明的一个目的就是提供一种磁盘装置及一种使数据传输速率减少程度最小的数据再分配方法。
本发明的另一个目的就是提供一种磁盘装置及一种适用于多媒体应用系统再生的数据再分配方法。
根据本发明的一种优先方式，一个备用扇区被安置在(a)在一个发生硬错误的数据所属的数据区内的备用区中。及(b)在相对于磁盘中心来说，与发生错误的数据位置相隔大于一个预定角度的位置上。
根据本发明的另一种优选方式，备用扇区被置在(a)在一个发生硬错误的数据所属的数据区内的备用区中；及(b)在相对于磁盘中心来说，与发生错误的数据位置相隔大于一个预定角度的位置上；并且(c)使得磁头从数据区的任意一个径向到达备用区所需的时间在一个预定时间内。
图3示出了使用本发明的磁盘装置的一个例子。如图3所示，磁盘装置310由一个磁盘外壳320和一个硬盘控制器(HDC)340构成。此磁盘外壳320配备有一个用于旋转转轴322的马达324。磁盘326A和326B安装在转轴322上，从而使得它们随着转轴322整体的旋转。在图3的这个例子中，提供了两个磁盘，但是也可提供一个或三个或更多的磁盘。
磁头328A，328B，328C和328D由传动臂330A，330B，330C，和330D支持和控制，从而使得每个磁头都与相应的磁盘表面相对应。传动臂330A至330D都通过一个中枢轴(pivot shaft)332连接在一个语音线圈马达(VCM)334上。如果中枢轴332旋转，则从328A到328D每个磁头都被定位在磁盘上相应的径向位置上。马达324和VCM334连接到HDC340上，从而使得转数或转速能够得以控制。HDC330可同一个主机相连。
数据磁道被以同心圆的形式形成在例如是硬磁盘这样的磁盘上。相对于磁盘的读写信息是在一个搜寻操作之后进行的，即磁盘旋转且磁头沿着磁盘的径向移动并定位在一个特定的数据磁道上之后进行的。把磁头定位在一个特定的数据磁道上这一操作是通过读出由磁头预先记录在磁盘上的磁头定位识别信息来完成的。
在把磁头定位在所需的磁道上之后，数据的读或写就开始了。此时，可能发生不能成功的读写准确的数据的情况，也就是说，发生了错误。大部分发生在磁盘上的这些错误的原因是由于数据的丢失造成的。在许多情况下，造成数据丢失的原因是由诸如随着时间的推移对磁盘的磨擦及磁性材料的镜面变化(Specular change)引起的。从磁盘上读取数据的操作通常由位于磁盘、磁头和HDC之间的标准读状态指令集来完成的。
根据所述这些预定的标准状态，进行数据的读取操作。当错误发生时，再次执行数据读取以恢复错误，这是通过刻意的降低随动速度或保持用于信号放大常数的自动增益控制的放大系数不变完成的。这种在读取状态下根据变化进行的错误恢复是通过启动一个顺序执行多个错误恢复步骤的错误恢复程序(ERP)来完成的。
如果即使通过所述ERP也不能恢复错误，则这种错误就将会被认为是一种硬错误，并且将要进行把这一扇区的数据记录在一个称为备用扇区的可替换扇区上的数据再分配操作。
图4示出了根据本发明这些备用扇区在磁盘上的分布情况。在图中，区0包括有一个或两个或更多的预先安置在大约0区的中间部分的备用磁道。也就是说，区0的数据区被区0的备用磁道分成了数据区1和数据区2。此备用磁道包括多个备用扇区。并且，此备用磁道被安置的位置使得磁头从数据区上的任意径向位置到备用磁道所需要的时间，通常被称为搜寻时间，在一个预定时间内，例如，磁盘旋转一个180°的弧度所需的时间。最好，把区0的备用磁道安置在区0的径向中间部分。对于区1来说，备用磁道也是如此安置的。并且，在图4中仅示出两个区即区0和区1，但是对于有三个或更多区的情况来说可以用同样的方法。图5示出了在图4中的情况下，即故障扇区D存在于区0且在扇区D上的数据被再分配到备用磁道上的备用扇区S的一个位置上，这一位置(在旋转方向上相隔开约180°)在相对于磁盘中心来说大约相反的一边的情况下，磁头的读操作。
1.磁头试图从故障扇区D读出数据但得知扇区D上的数据已被再分配到了备用扇区S上。
2.磁头搜寻备用扇区S所在的备用磁道。在这一操作中，磁头搜寻了区0的大约一半宽度。
3.磁头循着备用扇区S所在的备用磁道读出在备用扇区S上的数据。
4.磁头搜寻故障扇区D的下一扇区所在的磁道。在这一操作中，磁道搜寻了区0的约一半宽度。
5.磁头循着故障扇区D的下一扇区所在的磁道读出故障扇区D的下一扇区上的数据。
在所述的例子中，搜寻区0的大约一半宽度的操作被执行了两次且磁道跟踪操作执行了两次。因此，两次搜寻区0大约一半宽度的操作和两次磁道跟踪操作所需的总时间就是试图读出在扇区D上的数据后，直到把在扇区D的下一扇区中上的数据读出所需的时间。例如，当搜寻区0的大约一半宽度所需的时间为5毫秒且磁盘转速为5400rpm(大约每转11毫秒)时，寻道操作(所述的操作1和操作2)在磁盘旋转180°的弧度的时间内(大约5.5毫秒)就完成了。因此，一旦磁盘旋转了一个180°的弧度，磁盘就能读出备用区S中的数据。即，在这种情况下，磁道跟踪时间大约为0.5毫秒。备用扇区读出之后，搜索故障扇区D的下一扇区所在的磁道时(操作3)，大概也需要5毫秒。并且，磁盘延着磁道读出在故障扇区D的下一扇区上的数据(操作4)，也需要0.5毫秒。这样一来，从操作1到操作4所需的时间约为11毫秒，等于磁盘旋转一周所需的时间。在这个具体例子中，备用扇区S被安置在磁盘旋转180°的位置上。但是，从所述描述中可以知道，备用扇区S可能被安置在这样一个位置，即其相隔的角度(此种情况下大于180°×5/5.5)大于磁道搜寻时间内磁盘转动的角度。
图6示出了图5中的磁头在磁盘上的操作轨迹。在图中区0被夸张的描述出来以使能够容易地观察到这一轨迹。并且，参考数字1到4分别对应于图5中的操作1到4。
图7示出了安置备用扇区的一种方法。在步骤700中，当从一个相应的扇区读取数据或向相应扇区写入数据时有关数据发生错误，即使用ERP也不能将其恢复时，就需要对数据进行再分配，下面的步骤由HDC340完成。在步骤702中，所述故障扇区的物理位置(地址)被当作为扇区A。在步骤704中，备用扇区的最佳物理位置被计算出来并被当作为扇区B。B的值计算如下1.令X＝A+(每道的扇区数)/2。
2.当X≥(每道的扇区数时)，则令B＝X-(每道的扇区数)。
3.当X＜(每道的扇区数时)，则令B＝X。
在步骤706中，检测备用磁道上的扇区B是否已被使用并且判断扇区B是否可用。如果扇区B可用的，则在步骤708中它将被注册为一个备用扇区。如果扇区B是不可用的，则步骤706将跳转到步骤710。在9步骤710中将判断在另一磁头(磁盘表面)的备用磁道上的扇区B是否可用。如果扇区B是可用的，则在步骤708中它将被注册为一个备用扇区A。如果扇区B是不可用的，则步骤710将跳转到步骤712。在步骤712中下一扇区的物理位置被计算出来且被当作扇区B、B的值计算如下1.当B＝(每道的扇区数)-1时，则令B＝0。
2.当B≠(每道的扇区数)-1时，则令B＝B+1。
在计算出B的值之后，步骤712返回到步骤706。
这些步骤存贮在例如HDC中的ROM之类的存贮器中。此外，所有的步骤或其中的一部分也可以存贮在磁盘上。在这种情况下，当硬盘设备启动时，数据就从磁盘上被读出了，并且数据被存在了例如一个RAM上的存贮器上，以备执行。
如上所述，当执行一般的数据再分配时，在试图读出故障扇区上的数据后，直到把故障扇区的下一扇区中的数据也读出最少需要磁盘转两转的时间，最多时需转四转。另一方面，在本发明中，只需要磁盘转一转所需的时间，因而使数据传输速率的减小能缩减到最低限度。
权利要求
1.一种磁盘装置包括一个有着多个数据区且每个数据区都有一个备用区的记录磁盘；一个用于把数据记录到所述记录磁盘或从所述记录磁盘再生数据的磁头；一个用于把所述磁头移动到所述记录磁盘上一个预定径向位置的传动装置；一个用于旋转所述记录磁盘的马达；及数据再分配方法，用于当往所述多个数据区中的一个写入数据而发生错误时，重新分配数据，从而使数据被记录在所述备用区中；并且当所述错误发生时，所述数据再分配方法把数据再分配到a.在发生所述错误的数据所属的数据区的备用区中；及b.在所述备用区内的一个位置上，此位置相对于磁盘中心来说，与发生所述错误的数据相隔大于一个预定角度。
2.如前面权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于所述错误为硬错误。
3.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于所述的预定角度为所述磁盘旋转一最长的时间所转过的角度，该最长时间为所述磁头从所述数据区的的任一径向位置到达所述备用区的任一径向位置所需的最长时间。
4.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于所述预定角度实际上是180°。
5.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于当在所述备用区中大于预定角度的位置已被使用时，发生所述错误的数据被顺序地分配到这一位置之后的位置上。
6.如权利要求5所述的磁盘装置，其特征在于所述下一位置是磁盘另一表面上有着相同的物理扇区的扇区。
7.如权利要求5所述的磁盘装置，其特征在于所述的下一位置为与已使用的备用区中的位置相邻的物理扇区。
8.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于所述备用区安置的位置使得所述磁头从所述数据区的任一径向位置到达上述备用区所需的时间在所述预定时间内。
9.如权利要求8所述的磁盘装置，其特征在于所述预定时间是所述磁盘旋转180°所需的时间。
10.如权利要求1所述的磁盘装置，其特征在于所述备用区实际上位于相对于磁盘的径向来说每个区的中间部分。
11.一种再分配数据的方法，该方法应用于磁盘装置中，该装置具有一个具有多个数据区且每个数据区具有一个备用区的记录磁盘，其中当向所述多个数据区中的一个写入数据而发生错误时，将数据记录在所述备用区中，该方法包括步骤确定所述错误发生的位置；及再分配一个相应的备用磁道；及当所述错误发生时，所述再分配一个相应的备用磁道这一步骤将数据再分配在所述发生错误的数据所属的数据区内的一个备用区上；并且所分配的所述备用区内的位置相对于磁盘中心来说，与所述发生错误的数据所在之处相隔大于一个预定角度。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述错误是一个硬错误。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述预定角度为所述磁盘旋转一定时间后所转角度，该时间为所述磁头从所述数据区的任一径向到达所述备用区的任一径向位置所需的时间。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述预定角度实际上是180°。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括步骤即当所述错误发生且相隔大于一个预度角度的所述备用区的位置已经被使用时，顺序地把数据再分配到所述位置的下一位置上。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述下一位置是在磁盘另一表面上有着相同物理位置的扇区。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于所述下一位置为与已使用的备用区中的位置相邻的物理扇区。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述备用区安置的位置使得所述磁头从所述数据区的任一径向位置到达所述备用区所用的时间在所述预定的时间内。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于所述预定的时间是所述磁盘旋转180°所需的时间。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述备用区实际上位于每一区的中间部分。
全文摘要
提供一种磁盘装置和一种用于将数据传输速率的减少程度降为最低的数据再分配方法。备用扇区安置在(a)在发生硬错误的数据所属数据区内的备用区中及(b)相对于磁盘中心来说,与发生错误的数据所在之处相隔一大于预定角度的位置上。
文档编号G06F3/06GK1180895SQ97119589
公开日1998年5月6日 申请日期1997年9月24日 优先权日1996年10月25日
发明者齐藤高裕, 木桥昭, 冈田谦二, 大关秀纪 申请人:国际商业机器公司