专利名称：磁盘驱动器的可变分区方法
技术领域：
本发明是关于一种磁盘驱动器的可变分区方法，特别是关于一种可对各个磁盘实际可利用的行程进行优化，来提高磁盘记录密度的磁盘驱动器的可变分区方法。
技术背景常用磁盘驱动器中磁盘表面附着一层磁性物质，并利用该磁盘的圆形磁道来记录信息。当同时使用多个磁盘时，这些具有相同地址的磁道表面形成一圆柱体状。对于这种物理结构，当设计者要提高磁盘的存储容量时，只能通过提高单磁道上的数据存储量或通过增加磁道的数量。但常用磁盘驱动器的设计者一直都是使用固定数量的磁道(或柱面)来获得最大的存储容量。
在现有技术中，每片磁盘表面都会被分成存储区和区段位标志两部分，利用区段位标志可以将磁盘表面的各存储区域垂直地排列。例如美国专利第4,799,112号中就描述了这种工业应用中常见的区位码记录技术。在该技术中，磁盘表面的存储区及与该存储区对应的记录频率是一个常数。然而从一个存储区到另一个存储区的读写频率是不同的。如图1所示即是磁盘堆栈中的磁盘一和磁盘二和磁盘上的记录存储区Z1、Z2和Z3，从图1可以看出两张磁盘的各个存储区是垂直对齐的，存储区的边界是按照从磁盘的中心C到R1-R4的径向距离进行划分的。必须指出的是堆栈中这些磁盘的中心线C是在同一直线上的，且各个磁盘上对应存储区的读写频率是相同的，即磁盘一上的Z1存储区的读写频率与磁盘二的Z1存储区的读写频率是相同的。每一存储区的记录频率是根据设计阶段的不同参数进行设定的。且每个存储区的记录频率是基于预期的磁头性能进行设定以获得所需的存储容量，而每个区中的磁道数则基于后续讨论到的因素进行设定。
分区的设置也基于对驱动器的物理尺寸如行程参数的考虑(详后述)，如最坏情况下的磁头特性，飞高特性，存储区效能和组装後的性能。磁头的性能是根据在特定频率下的磁道偏离误码率进行判断的。磁道偏离误码率是指在预设的磁道偏离下对数据进行读取时平均每传输多少位将有一位出错，这里以磁头位置偏离磁道10％进行说明。图2即是这种磁头的性能曲线。其中X轴代表读写频率，Y轴代表磁道偏离误码率的对数，如图2所示，fR是磁头的平均工作频率，这个工作频率大约为20MHz。磁盘驱动器设计者定义了一个容许的最小磁道偏离误码率，在图2中标示为虚线TH，此处磁道偏离误码率的对数为6(即每传输1000000比特数据会有1比特的数据传输错误)。图中的标号为7的斜线表示一般磁头的性能曲线，并可因为磁头的设计而发生上下移动。在现有技术中，磁盘的整体性能取决于各个磁头的该项指标是否能达到最小的TH值，如果磁盘堆栈中任何一个磁头没有达到最小的TH值，那么这种磁盘就不能出货，将要进行返工，包括更换坏磁头或磁盘、重写伺服信息及重新测试驱动器。
图3中显示了假定的HD#1、HD#2、HD#3、HD#4磁头在平均工作频率fR下的性能，其中磁头HD#1的磁道偏离误码率的对数约等于5.5，而磁头HD#2大约接近6.5，磁头HD#3为7.9，磁头HD#2接近8.5。按照上述的结论，由于磁头HD#1的磁道偏离误码率低于可接受的最小偏离误码率，因此该磁盘若采用传统的格式化方式将不能被使用。
另一个常用的设计指标是磁头预期的可供利用行程。其包括有一个指标是最坏情况下的行程，而另一个指标是单边测试行程。在测试组装完成的磁盘驱动器时，上述两个指标中的一个将被测出并以其为依据对磁盘质量进行评估，如果磁头实际的行程不能胜任说明书的要求，那么磁盘将不能写入预期的磁道数量，该磁盘驱动器就不合格。通常情况下，该磁盘驱动器需要重新加工，包括替换或调整碰撞停止点，再重新写入伺服信息和进行检测。
图4中展示了两种常用的行程，其中一种是采用最坏情况分析得出的最小容许行程，而另一种则是采用单边探测分析得出的最小容许行程，其中带形曲线OCS和ICS分别是预期的外碰撞停止点和内碰撞停止点位置的机械公差分布图，磁盘驱动器的容许偏差值是3σ。图4A中，OCS和ICS分布曲线中心的垂直线表示的是分布的平均值，在现有技术中，磁盘的伺服数据在设置碰撞停止点之前就已经写入磁盘，如果内外碰撞停止点的位置方差是c2，且在碰撞停止点被测出之前就将磁道写入磁盘，那么磁盘平均行程的损失是6σ(如图4A所示的最坏情况下的行程)，如果是侦测出一个碰撞停止点后就开始将磁道写入磁盘，直到侦测出另一个碰撞停止点为止，那么采用这种方法造成的平均位置损失(Position lost)是Position lost=3c2---(1)]]>可见在上述的两种技术中，都将损失一些可用于存储数据的位置，这将造成信息存储容量的损耗。
现有产品在设计阶段就已经将存储区的分配表、存储区边界、各存储区使用的频率和磁道数量都确定了下来，从而产生了如图1所示的整齐划一的存储区。虽然在图1中没有画出磁盘1与磁盘2的下表面，但很明显所有磁盘的上表面与下表面的分区结构及对应存储区使用的频率都是一样的。但在基于生产的驱动器模型取得经验后，有时可能会对以后生产的驱动器的存储区的分配表作出一些改变，但是以后生产出来的磁盘驱动器的分区边界及其使用的读写频率仍然是象图1所示那样是垂直排列在同一直线上的。如果想使用另外的磁道，在建立存储区边界时就要进行考虑。
发明内容本发明的目的在于提供一种可对各个磁盘实际可利用的行程进行优化，来提高磁盘记录密度的磁盘驱动器的可变分区方法。本发明的另一目的在于提供一种可以利用一般性能的磁头磁盘组合和驱动组件，甚至一些低于最低性能标准的磁头或存储介质，有效提高磁盘驱动器合格率的磁盘驱动器的可变分区方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种磁盘驱动器的可变分区方法，该方法可用于提高磁盘驱动器的数据记录密度，其中该磁盘驱动器包括有第一磁面与第二磁面，该第一磁面是与一第一读写转换器相配合使用的，而该第二磁面则是与一第二读写转换器相配合使用的，其中这些数据是以不同读写频率的数字脉冲记录下来的，该方法包括有下列步骤(a)为工作在第一读写频率下的第一与第二读写转换器选定一个容许的最小错误率；(b)将第一读写转换器放置在第一磁面上，并确定第一读写转换器在第一读写频率下的错误率；(c)将第二读写转换器放置在第二磁面上，并确定第二读写转换器在第一读写频率下的错误率；(d)将步骤(b)与步骤(c)中测得的错误率与容许的最小错误率进行比较，如果其中一个读写转换器的错误率低于容许的最小错误率，而另一个读写转换器的错误率高于容许的最小错误率，就将低于容许最小错误率的读写转换器的工作频率降低，使该读写转换器的错误率至少能达到容许的最小错误率，同时升高另一个读写转换器的工作频率。
该磁盘驱动器包括有N个可供存储的磁道，其中步骤(b)及步骤(c)是在N/2号磁道上进行测量的。
该方法还包括下列步骤(e)确定第一与第二读写转换器在第一读写频率下的平均错误率；其中步骤(d)的第一与第二读写转换器将使用对应于平均错误率的工作频率。
本发明采用上述技术方案，其有益的技术效果在于该方法可以灵活地根据磁头磁盘组合的特性对磁盘表面进行分区，从而充分地利用磁盘上的真实可利用行程，达到提高磁盘记录密度及提高产品合格率的目的。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是一对磁盘的常用分区图。
图2是磁道偏离误码率的对数与读写频率的坐标图。
图3是一个假想的四磁头磁盘驱动器的磁头性能图。
图4A是常用的磁头行程设计规则的图式。
图4B是本发明的磁头行程设计改良的图式。
图5A展示了一个假想的磁头性能分布图及展示采用本发明通过改变分区使用的工作频率得到的效果图。
图5B是本发明另一种改变磁头工作频率并得到另一种分区结构的图式。
图6是设想的磁盘第一表面和第二表面的分区结构图式。
图7是本发明其中两个磁头的各磁道号的查找表图式。
图8是本发明的一对同轴磁盘的可变分区结构。
图9是本发明的一对同轴磁盘的分区结构。
图10是本发明展示的两条分布曲线，其中一条是采用常用行程的磁头性能分布曲线，而另一条是行程优化后的磁头性能分布曲线。
图11是本发明使用的分区结构的磁盘磁头性能图式。
图12A是本发明可变分区方法的一种具体实施流程图。
图12B是本发明另一种可变分区方法的具体实施流程图。
图12C是本发明另一种可变分区方法的另一种具体实施流程图。
图12D是本发明可变分区方法的第三种具体实施流程图。
图13A是本发明一种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图13B是本发明另一种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图13C是本发明第三种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图14是本发明使用可变分区方法的磁盘驱动器的俯视图。
具体实施方式如前所述，前案在磁盘驱动器的设计阶段就已经定义了固定的存储区，并给这些存储区设定了对应的预设读写频率。如图1所示，其中Z1、Z2和Z3区的半径是相对于盘片中央(如点C)的。如果单个磁头的性能特性低于最小误码率(如图3)，那么磁盘将没有足够的特性余量，也不能满足可以接受的位误码率要求。在本发明的实施例中，分区是基于磁头特性的测量结果进行的，且分区可以根据磁盘与磁头的组合数量及盘片的记录密度达到驱动器所需的性能等级，并保持所需的容量。
如果磁头磁盘组合的记录密度是一个平均值为μ，方差为c2的正态分布，那么N个磁头盘片组合的平均密度能力则呈平均值为μ，方差为σ2/N的正态分布。因而现有技术中的驱动器设计(如图1中所示的)的密度则应设置为d≤μ-3σ2---(2)]]>来确保3σ的容许偏差域，其中μ是所有磁头的中央分布点。但如果采用本发明可变分区方法，则可以增加较好的磁头的记录密度并降低较差磁头的记录密度，整体的密度d可设为d≤μ-3σ2N---(3)]]>那么增加的密度则为Δd=3σ(1-1N)---(4)]]>如果该等式中c＝0.05(μ)，那么密度将会提高7.5％。
本发明的磁盘驱动器的可变分区方法，该方法可用于提高磁盘驱动器的数据记录密度，其中该磁盘驱动器包括有第一磁面与第二磁面，该第一磁面是与一第一读写转换器相配合使用的，而该第二磁面则是与一第二读写转换器相配合使用的，其中这些数据是以不同读写频率的数字脉冲记录下来的，该方法包括有下列步骤(a)为工作在第一读写频率下的第一与第二读写转换器选定一个容许的最小错误率；(b)将第一读写转换器放置在第一磁面上，并确定第一读写转换器在第一读写频率下的错误率；(c)将第二读写转换器放置在第二磁面上，并确定第二读写转换器在第一读写频率下的错误率；(d)将步骤(b)与步骤(c)中测得的错误率与容许的最小错误率进行比较，如果其中一个读写转换器的错误率低于容许的最小错误率，而另一个读写转换器的错误率高于容许的最小错误率，就将低于容许最小错误率的读写转换器的工作频率降低，使该读写转换器的错误率至少能达到容许的最小错误率，同时升高另一个读写转换器的工作频率。
该磁盘驱动器包括有N个可供存储的磁道，其中步骤(b)及步骤(c)是在N/2号磁道上进行测量的。
该方法还包括下列步骤(e)确定第一与第二读写转换器在第一读写频率下的平均错误率；其中步骤(d)的第一与第二读写转换器将使用对应于平均错误率的工作频率。
图12A所示的即为本发明实施例中采用可变分区方法的磁盘驱动器的组装步骤的流程图。在使用可变分区方法的第一实施例制造磁盘驱动器时，首先构造的是磁盘磁头组合，如方框图1201所示。然后，使用常用的伺服磁道写入器将伺服信息写入盘片中的磁道(如方框图1202所示)，其中伺服信息可以被写入专用的伺服表面或嵌入式的服务器中。
接着如模块1203所示，将该磁头磁盘组合与相应的电路板组合以备测试。再下一步是将磁头移动到内碰撞停止点，同时查明该位置的磁道号(如模块1204)。当确定内碰撞停止点后，磁头再移动到外碰撞停止点并记录下该位置的磁道号(如模块1205)。
接着，磁盘中每一个磁头的记录性能被测量出来以决定各个磁头的密度容量(如模块1206)。在此磁头磁盘组合性能的测试基础上，很容易就可以对各个磁头的读写频率进行调节以达到驱动器的整体性能目标，例如说象图5A、图5B中所示那样进行调节。
利用前面步骤所获得的磁头性能信息，就可以对应各磁头磁盘组合产生一个相应的分区结构，图13A中展示了如何根据各个磁头的不同特性，对应各个磁头磁盘组合产生不同的分区结构的流程图，其具体流程如后述。
图12B是本发明磁盘驱动器的可变分区方法的另一种实施例，图12B的中的大部分步骤和图12A是一样的，但在图12B的流程中，分区的进行是建立在测量所得的可利用行程的基础上的。在此过程中，这里假定所有的磁头的容量能力均达到一个平均标准。其中图12B的流程中采用的图13B的流程是用来进行分区的设计，其中值得注意的是图13B的第一步，即模块1301-1预先基于预期的磁头性能设定了一个参考频率fRef，而不是象图12A那样采用的是校正后的读写频率，而图13B中其余的步骤则与图13A相同。该技术的优越性在于它不象现有技术那样采用的是一个假定的可利用磁道数，且现有技术中对存储区边界的设定并没有考虑到各个驱动器之间真实可利用的行程不同的事实。
图12C是本发明利用可变分区技术建立磁盘驱动器的另一具体实施例。如图12C中用于测量磁头密度能力及将读写频率调整至适当的频率的模块1206与图12A的模块1206是相同的。然而图12C所示的过程是假定一个给定的行程是可供利用的，而没有对内碰撞停止点与外碰撞停止点事先进行测量，且当存储区分区过程(如图13A所示)应用于图12C所示的流程时，其内环半径与外环半径是基于预期可使用的行程进行设定的，而不是象图12A中那样是经过测量确定内环半径与外环半径的。
在图12A和12C中基于磁头与磁盘表面的共同工作特性(模块1206)，对磁头密度容许能力进行测试并将其调校至一适当值，本发明的磁盘的存储区边界和对应的存储区记录频率也可类似地按照图12D所示的流程建立起来。当使用如图12D所示的建立程序时，其分区边界及与存储区对应的频率的建立是采用如流程图13C所示的步骤，其中图12D所示的第一步是对磁头和存储介质表面进行检测(如模块1200所示)，在测试磁头特性时，要组装的磁头将要与一标准磁盘介质配合使用并进行测量，其测量流程如与图12A及图12C所示，且测得的磁头的性能被注明并被记录下来，类似地，要组装的磁盘将与一个标准磁头配合使用且每一表面在与标准磁头配合使用表现出来的性能将作为这个磁盘的性能等级，该磁盘的等级信息亦会被记录下来以待将来与磁头组合时使用。在磁头和磁盘表面的特性被测得后，再将经测试后的磁头与磁盘(模块1200-1)组装起来，余下的步骤则如模块1202，1203，1204和1205所示。
图13C所示即是流程图12D中对存储区边界和频率进行计算和测定的方法，其第一步是模块1302-2，由于在模块1200(图12D)中已经得到磁头和磁盘的特性，因此就可以得出参考频率fRef，然后再将参考频率fRef代入等式6中得出模块1302中的频率比，当所有目标存储区所使用的频率比被计算出来后，图13C的其余步骤与图13A和13B相同。
当存储区分区完成后，就要对所有存储区中读信道的滤波器进行优化(模块1208)，然后再进行磁盘测试判断是否存在有缺陷的扇区，如果有，磁盘驱动器就会重新进行格式化以闲置有缺陷的部分(如模块1209所示)。在对磁盘进行校验并重新格式化以不再使用有缺陷的扇区后，就将执行最终测试(模块1210)及准备出货。
图5A中举例说明了本发明是如何对磁头的记录密度进行调校以提高磁盘的整体存储密度，在图5A中，展示了一个测试中的四磁头磁盘堆栈，其中各个磁头的性能以垂直线fR上的圆圈进行表示，磁头(HD#1)的磁道偏离误码率的对数(LOBER)为5.5(低于容许的最小LOBER值6)，磁头(HD#2)的LOBER为6.5，磁头(HD#3)的LOBER为7.9，而磁头(HD#2)的LOBER为8.5。其中磁头的特性是通过对磁盘表面的任一磁道进行检测以确定其LOBER值的，但较好的方法是通过对磁盘表面中央的磁道进行测量以获得特性数值。
采用传统固定存储区的方法对磁盘进行格式化时，如果有一个磁头的性能没有达到最小的磁道偏离误码率TH，那么该磁盘将不能满足质量要求。然而，如果通过减少特性较差的磁头的读写频率并同时提高特性较好的磁头的读写频率，则不仅可以有效提高磁盘的整体容量，还可以提高产品合格率。
如图5A所示，先计算出图中所示的磁头群组可以达到的平均LOBER值，然后再改变各磁头的工作频率以使其LOBER值达到这个平均值。在本范例中，新的工作频率是采用水平线3上的三角形进行标示的。其平均的LOBER大概是7.1。通过提高特性较好的磁头的工作频率，就可以对由于降低特性较差的磁头的工作频率而造成的容量损失进行补偿。虽然在图5A范例中的所有磁头频率都被调整到具有相同的LOBER值，然而本范例实施时却并不一定要具有完全相同的LOBER值。本发明的优点在于通过提高特性较好的磁头的工作频率，而对由于降低一到多个磁头的工作频率造成的容量损失进行补偿，其中这些磁头的特性是低于容许的最小LOBER值。图5A所示是通过对磁头的工作频率进行调整以使其与容许的最小LOBER值之间具有最大的裕度，其中裕度即图中线3所示的磁道偏离误码率对数值与容许的最小TH值之间的差值。图中标有磁头号的斜虚线即各个磁头的特性曲线。改变磁头的工作频率可使其性能沿着特性曲线发生变化，其中新频率也可以选定为使它们具有不同的LOBER值的频率。
对磁头工作频率的调校也可以达至最大的存储容量而仍然保持容许的最小误码率(如图5B所示)，磁头HD#1至HD#4的读写频率从它们测试的初始位置(如图3所示)开始进行调整，图5B中所示的箭头指示的是磁头从它在频率fR下的初始位置移动至以三角形标示的新频率。其中磁头HD#1的工作频率被降低了，而其它各磁头的工作频率则升高了，但它们的性能仍然保持在最小可接受的LOBER值上。图5B中所示的技术可以用来提高磁盘的存储容量，例如说当磁头的行程低于预期值时造成实际可用的磁道数小于预期的磁道数，应用该技术亦可以得到所需的存储容量。
在测量所述磁头性能的特性时，首先要检测出一个单独的磁道在频率fR下的性能，至于其他位置的性能则可以使用数学模型计算出来(详后述)，另外也可以不采用数学模型而使用对多个位置的性能特性进行测量的方法来得到其他位置的性能。基于各个磁头的读写频率，可以计算出对应磁盘表面上的存储区边界。其中从磁盘的中心线到存储区边界内半径的距离可以通过下式计算得到Frequency RatioN＝(a)ir2+(b)ir+c (5)等式(5)中的ir代表从磁盘中心线到存储区的内半径，a＝-0.002119，b＝0.12013，c＝-0.4343，N代表被计算边界的存储区。a，b，c被赋予的值是在对一般磁头的性能曲线分析的基础上得到的，另外，也可以通过描绘出各个磁头的性能曲线，从而得到a，b，c的特值以更精确地划分磁头磁盘组合上的存储区边界。然而一般来说，从上式获得的近似值已经可以满足划分存储区边界的需要。由存储区N的频率比率可以从等式(5)中解得存储区N的内半径，其中频率比率是通过用目标存储区的NRZ频率除以调整后的读写参考频率fRef来得到的。其如下式所示FrequencyRatioN=Target Zone FreqNfRef---(6)]]>
等式(6)中的fRef是调整后的磁头读写频率，Target Zone FreqN是目标存储区的NRZ频率。如上所述，目标存储区的NRZ频率是根据存储区边界分配表进行定义的，调整后的读写频率fRef是磁头在磁盘某一处的磁头性能，它的值是读写转换器调整后的读写频率。例如图5A中HD#1的读写频率改变为f1，此时其频率近似等于24.12Mhz，它就是等式6中使用的fRef。例如图5A中磁头HD#1使用上述等式进行计算则可得到下述表3中的存储区边界。
在确定存储区的目标NRZ频率时，就要用到一个常用的目标存储区尺寸表(如下面所列的表1)，并根据目标存储区的大小用现有技术得到目标存储区的NRZ频率。关于NRZ频率，在表3中将会进行介绍。
由上可见，由于各个磁头(HD#1-HD#4)的参考频率fRef不相同，因此它们的存储区边界也不相同。
图6是磁盘4的上表面和下表面使用本发明可变分区方法得到的存储区结构的简图，其中该分区结构根据目标存储区的基本原则建立的。图6是大半个磁盘的剖面图式，ID表示内直径，OD表示外直径，图中同时也表示出了各记录存储区的边界。图中所示的磁头HD#4放置在表面6上，而磁头HD#1则放置在表面5上。考虑到在不同的存储区内磁头使用不同的工作频率，因此两个磁盘表面上的存储区边界将会不一致，存储区使用Z与一个两位数来表示，其中第一个数字代表存储区，第二个数字代表磁盘表面，现在以磁盘表面5进行说明，Z25代表的就是表面5上的第2个区。另外表面6上的存储区标志号也是用类似方法进行构建的，其中上表面5的存储区Z1、5Z25、Z35、Z45、Z55及Z65是基于读写频率为f1的磁头HD#1采用上述等式计算出来的区域半径而建立起来的，其读写频率f1大概等于0.8fR。而储区标志为Z36、Z46、Z56、Z66和Z75的五个存储区是基于读写频率为f4的磁头HD#4采用上述等式计算出来的区域半径而建立起来的，其磁头HD#4的频率f4约为1.5fR。而图6中所示的磁道号是用TRK加上磁道号来表示的。
请参考图6和图7，磁道280在磁面5是位于存储区4内，然而在磁面6上则位于存储区6内。从图6中可见表面5中的存储区Z35的边界与表面6中的存储区Z36的边界并不重合，由此可推知磁头HD#1的工作频率要低于磁头HD#4的工作频率。虽然在实际应用中磁盘4的整个磁面不会从ID到OD都用于存储数据，但为了简化图式，因此使用磁盘上的全部的空间作出这种简化的存储区图式。从图中可以很明显地看出表面5的存储区边界与表面6的存储区边界是不同的，且磁面5上包括有存储区1到6，而在磁面6上则包括有存储区3到7。如上所述，由于磁头HD#4能够在较高的频率下工作，因此可以使用一组高频的存储区，从而产生了如图6所示的分区结构。这样也导致了在垂直方向上相同存储区的存储边界之间产生了一些偏移，例如磁面6上的存储区Z36与磁面5上的存储区Z35之间的偏移。
既然磁面与磁面之间的存储区边界是不对齐的，那么磁面上的某个特定的磁道也没有必要工作在与另一磁面上相应的磁道相同的读写频率上。按照惯例，存储区数越高，其使用的读写频率也越高，磁面6上磁道280的读写频率就比磁面5上的磁道280的读写频率高，而且在每一存储区内的读写频率是不变的。因此某一磁道的读写频率就取决于其所处的存储区和应用本发明可变分区技术而导致的表面与表面之间的分区结构。因此各个磁头磁盘组合就产生了一个磁道号与存储区之间的对应查找表。由于各存储区的读写频率已经被设置，那么就可以由磁道所处的存储区知道这个磁道的读写频率。如图7所示是磁面5和6中的磁道0到磁道1050的查找表，其给出了磁头HD#4与磁面6组合及磁头HD#1与磁面5组合中各存储区的开始磁道号，以磁头HD#4为例，磁道0-149是在存储区7中，磁道150-299是在存储区6中，以此类推到存储区3中，其包括磁道800-1050。其中存储区的边界是采用上述的等式得到的。
这种技术与常用技术不同的是，常用技术中的所有磁面的存储区边界都是在一条直线上的，且一个特定的磁道在所有的表面上都是位于同一个存储区内。因为常用技术中的所有磁面中存储区和磁道都是一致的，因此只需要使用一个分区表。
图8所示是一个磁盘堆栈，其包括磁盘8和9，磁盘表面均设有磁性涂层用来记录和再生记录信息，C8和C9分别是磁盘8和9的中心线。存储区边界被标注在各磁盘的上磁面上，例如磁盘8，存储区Z6、Z7、Z8、Z9和Z10的边界用从中心线C8出发的径向箭头进行标示，例如说存储边区边界Z7的内径和外径就分别为R2和R3，R6则是磁盘8的最外端半径。这些存储区根据上述的图表和数学式结合计算出来的，另外还要采用一个基于测试磁头与磁面10配合得出的性能。其中各存储区使用的读写频率是唯一的，且该频率是在考虑了包括磁头性能等各种因素后确定的。
磁盘9的存储区为Z8，Z9，Z10，Z11和Z12，其中这些存储区也是根据与磁面11相配合的磁头的性能特性建立的，其边界是利用上述等式和图表获得的。各磁盘上相同的存储区使用相同的记录频率，如磁盘9上的存储区8与磁盘8上的存储区8的记录频率是相同的。与常用技术相比较，磁盘8和9的各存储边界并不在同一直线上，且两磁盘上相同物理位置的记录频率也是不一样的，例如磁盘9的存储区Z12与其相对应的磁盘8的位置处的存储区Z10使用的是不同的频率，并采用一个如下所述的分区表来划分存储区的边界。而且半径R2，R3，R4和R5的大小也与半径R7，R8，R9和R10的大小不相等。图中的R1指示的是磁盘的内径，而R6指示的则是磁盘的外径。
本发明的另一实施例如图9所示，与图8相比较其磁盘12和13中的存储边界是在同一直线上的(如图中虚线所示)，然而磁盘12与13对应位置的存储区使用的读写频率是不同的。例如磁盘12最边缘的存储区使用的频率为Z1，而磁盘13最边缘对应的存储区使用的频率为Z2。图中的存储区边界也用径向直线表示，存储区号则指示出其读写频率。其中存储区使用的频率部分取决于磁头用于对应磁面的位错误率。
本发明的具体实施例是一个1.8英寸的磁盘，并以该磁盘为例对怎样使用目标存储区表和其它更进一步的信息建立对磁盘的分区进行说明。如图11所示，1.8英寸的磁盘14和15其各自的中心线为C14和C15，磁盘14磁面16上的分区结构是基于具有定常飞高特性的读写转换器建立起来的，图中线18所示即为该定常飞行高度的曲线。为了取得对磁盘进行分区的所需数据，一般是通过将读写转换器(图未示)移动到磁盘14的中心并进行性能测试。
至于磁盘15，对磁盘的分区是基于可变飞行高度的读写转换器(图未示)进行的，曲线19是读写转换器与磁盘15磁面17之间的相对飞行高度的曲线，磁盘14和15所示的数据存储区是根据磁头的性能和目标存储尺寸表(如表1所示)而建立起来的，存储区边界计算其中的一个参数是磁盘的旋转速度，本范例中磁盘的旋转速度采用4500RPM。
表1目标存储区大小
基于磁头HD#1与磁盘14结合使用的性能特性，可以得知目标存储区2到12可用来对数据进行存储，如图11所示，存储区的划分是使用存储区号来标注的。另外还要考虑表1中的通过计算得到的磁道数和实际使用的磁道数之间的转换。表2所示即是将磁道数进行凑整处理后的调整结果。
表2磁道数量的凑整调整结果
如图11、表1和表2所示，其中第一个用于记录数据的存储区是Z2，其包括有91个磁道，并且每一磁道包括42个扇区。其中存储区Z2计算出来的磁道数量是90.3个，将其凑整为91个磁道。其它各磁道也用与此相似的方法进行处理。
每一存储区的内半径和外半径的物理位置如表3所示，其包括从中心线C14测量到的实际半径(利用等式计算得到的半径的方法将会在后面提到)、内半径(ir)、外半径(or)，其单位用微米表示。
表3存储区边界的计算
上述存储区2到12是用于存储数据的，而NRZ频率的范围是从17.17Mhz到28.16Mhz。
对于性能特性较好的磁头，就会选择一组具有较高纪录频率(NRZ频率)的存储区。例如使用图5A中具有比磁头HD#1更好的特性的磁头HD#4时，就可以使用存储区10-20，其存储区分区结构将不同于图11所示，然而各存储区的建立和边界确定的方法都是相同的。表4所示即是性能较好的磁头使用的一组存储区10-20的分区表。
表4目标存储区尺寸
表5是在表4的基础上，对计算得到的磁道数进行凑整处理后得到的实际使用的磁道数量调整表。
表5磁道数量凑整调整表
表6所示即是存储区10-20的存储区边界的计算结果表6存储区边界的计算结果
将图11和表1，2，3中所示的第一磁头磁盘组合的容量和表4，5，6中所示具有较好性能的第二磁头磁盘组合的容量进行比较，就可以得出较佳性能的磁头磁盘组合大大提高了数据存储的容量。例如对表1中第一磁头磁盘组合的可使用扇区的总数与较佳性能的第二磁头磁盘组合的可利用扇区的总数进行比较，可知第一磁头磁盘组合可利用的扇区数为83,455，而第二磁头磁盘组合的可利用扇区数为121,838。本发明磁盘驱动器的可变分区方法将性能较差的磁头在较低的读写频率下使用，并通过提高较佳性能的磁头的读写频率来弥补由于降低性能较差的磁头的读写频率带来的存储容量的损失，从而改良了总体的记录容量，并具有较大的裕度。
下面将结合动态磁头加载磁盘驱动器25的顶视平面图14、分区流程图13A及本说明书中的等式来对本发明可变分区方法进行进一步说明。磁盘驱动器25包括了一个固定在旋转轴27上的磁盘26，该旋转轴27是由一旋转发动机(图未示)带动的，还包括一用于将磁盘26和旋转轴27固定在一起的磁盘夹28。该旋转轴27的中心与磁盘26的中心点则用C26表示。
磁盘26和相应的旋转电机，旋转控制器及电子组件被安装在腔体29内，磁盘驱动器25的旋转控制器包括有一磁头杆30和一主体部31，该主体部31由一回转枢心32支撑着。该旋转控制器包括有一绕组33，该绕组33可与磁流板及磁铁34相作用以定位读写转换器35在磁盘26表面上的位置。
磁盘驱动器25的旋转控制器采用了动态磁头加载机制，其包括一可放置到凸块39凸面38上的吊杆37，其中该凸块39是供读写转换器动态加载及停放之用的。为了方便结合实施例对本发明可变分区方法进行说明，图14中也标示了角度和距离，例如线40表示从回转枢心32到磁盘26的中心C26的距离，用Dam表示，用线41表示从回转枢心32到读写转换器35中央(图未示)之间的距离，用Dag表示。
图14所示的旋转控制器位于磁盘26的内半径(由于磁盘夹28的原因没有标示)和外半径41之间，为了便于解释，假设旋转控制器位于存储区N的内环边界处，那么线40和线41之间的夹角θN就标示出了磁盘中心C26与磁道N的夹角。由于图14所示之磁盘驱动器是动态磁头加载型的磁盘驱动器，那么磁盘表面外端的可利用外半径(or)就取决于吊杆37开始将读写转换器35吊离磁盘26表面的位置，类似地由位于磁流板组合34下方的内碰撞停止点(图未示)确定了磁盘的可利用内半径(ir)。
在采用流程图12A和12C所示的步骤对磁头的特性进行定义后，再采用图13A中所示的步骤来确定磁头存储区边界。在磁盘驱动器总装流程图12A中，该流程是先对磁盘组合进行测试，以确定磁盘的可用磁道数及测量读写转换器的密度能力，然后再分配数据存储区(模块1207)，另外，很明显对不同的存储区设置不同的读写频率以达到磁盘驱动器的总体性能目标是一种较为理想的方法。流程图13A中展示了分区的各个详细步骤，现结合图13A中的步骤及表1-3中的内容对如何完成磁头HD#1的分区加以描述如图13A所示，首先计算出模块1301所示的参考频率fRef，该频率是在fR基础上针对读写转换器作出调整后读写转换器使用的频率。另外，在执行磁盘分区之前已经在图12A所示的模块1206中对磁头性能进行测量及对其读写频率进行了适当调整。例如图5A所示的磁头HD#1的调整后的操作频率在f1处，它就是参考频率fRef，其大约为24.12Mhz，其值大约为名义频率fR密度的80％，下面的等式(7)是用来计算fRef的fRef＝fr(Density Adjustment) (7)频率比率(Frequency RatioN)的计算是利用目标存储区的NRZ参考频率(表3中各个目标存储区的频率)，通过等式6计算得出来的FrequencyRatioN=Target ZoneFreqNfRef---(6)]]>等式(6)中的fRef为调整后的磁头读写频率，Target Zone FreqN为基于目标存储区分配表的NRZ频率。计算出来的频率比率的结果列在表3的频率比率一栏中。模块1302中的步骤执行完毕后就可以使用上述等式5的退化等式得出各个目标存储区的内环半径，在模块1303中使用由等式5演变而来的回归等式8就可以求得内半径(ir)的值ir=-b+b2-(4)(a)(c)-FrequencyRatioN2a---(8)]]>使用回归等式(8)得到的计算结果列在表3中的实际半径一栏中。模块1304的下一个步骤是计算每个存储区的外半径(or)，如图11所示，由于各个存储区的外半径都等于下一个存储区的内半径，因此可得到等式9orN＝irN+1(9)在模块1305中计算出来的内半径和外半径由于要考虑到碰撞停止点与动态磁头加载条件的限制，其计算结果可能超出实际可用的内外半径范围，而且允许的内外半径亦可能因为不可用作实际半径而需要进行调整，下面请一并参考模块1305与表3，可知磁盘驱动器存储区的最小可用内径为12.8毫米，最大可用外径为22.77毫米，比较表1和表3，可知只有存储区2-12可以被利用，其范围从存储区2的内半径12.80毫米到存储区12的外半径22.77毫米，算术上可以表示为如果存储区N的半径大于最大半径，那么存储区N的半径将取为最大半径值，如果存储区N的半径小于最小半径，那么存储区N的半径将取为最小半径值。
分区的最后一个步骤是将存储区的半径转化为磁道号，在转换过程中在图14中磁道N的角度θN的计算可以使用下述等式θN=COS-1(Dam2+Dag2-rN22(Dam)(Dag))-θref---(10)]]>当图14中的读写转换器35的缝隙位于要进行参考测量以确定磁头特性的磁道上方时，我们将此时直线40与直线41之间形成的角定义为θref，接下来利用等式11得出经整数处理后的磁道号Track NumberTrack Number(Rounded to int erger value)＝Trackref-(θN)(Rad/Track) (11)等式(11)中的Dam和Dag是图14中所示的距离，θref是上述定义的角度，Trackref是在角θref处的磁道号，Rad/Track代表磁轨间距的弧度。通过上述各等式就可以完成磁头磁盘组合的存储区分区了。通过执行上述的步骤，就可以确定各个存储区的内外半径，例如说，在表1-3中存储区2-12被确定为可以利用的存储区，存储区2容许的内半径为12.80毫米，容许的外半径为13.42毫米。在所有的存储区边界被确定下来后，如模块1307所示，就会将存储区边界的数据及与各个存储区相对应的频率记录在磁盘驱动器中的非易失性记忆体中，这样就为各个磁头磁盘组合提供了一个查找表，例如图7所示的两个磁头磁盘组合的查找表。最后将根据上述信息对磁盘表面进行格式化以产生相应的数据分区结构。
本发明的另一优点是可对各个磁盘的不同可利用的行程进行优化以提高磁盘的记录密度。请参阅图4A，在现有技术中，在磁盘驱动器的设计阶段已经确定了磁道的数量，但如果组装后从外碰撞停止点到内碰撞停止点之间的行程产生了改变，导致少数磁道不能被利用，那么整个磁盘驱动器将会由于不合格而报废。但是如果采用本发明可变分区方法，那么磁盘驱动器的磁头线可先移动到内碰撞停止点并记录下内碰撞停止点的磁道号，再移动到磁盘的外碰撞停止点并记录下外碰撞停止点的磁道号，就可以确定出有多少可供利用的磁道。通过优化行程可以使所有的磁道都得到利用。如果可以利用较长的行程，那么就可以降低磁盘的线记录密度，因此降低磁头的读写频率也可以达到预定的存储容量，而且降低磁头的读写频率还可以减少磁头的误码率。降低读写频率将使所有磁头的特性值沿其LOBER曲线上升，这样就增加了磁头的裕度。如图10所示，磁头性能的分布曲线图的形状保持不变，只是平均值发生变化。其中用实线描画的分布曲线图是较短行程的性能曲线，μ0是其原始的平均性能值，虚线描画的分布曲线图是对行程进行优化后的性能曲线，μs是优化后的平均性能值，其σ值相同，但优化后低于TH值的磁头数量大为减少，因此通过使用上述的可变分区方法及行程优化，即使磁盘中有一两个磁头的性能值低于TH值也可以提高磁盘的记录密度。
在现有技术中，假设内外碰撞停止点的的位置方差为σ2，那么如果采用先写入所有磁道，再测出内外碰撞停止点的方法，磁盘驱动器造成的平均位置损失是6σ，另一种现有技术是先测出第一个碰撞停止点，然后开始写磁道一直到第二个碰撞停止点被侦测出来，这种方法的平均位置损失为3σ/。
本发明的磁盘驱动器是通过利用存储密度不同的全部磁道来获得一个固定的存储容量的，其平均位置损失是0，如果σ＝0.03(Trks)，其中Trks为磁盘的磁道平均数量，那么与现有技术相比较，这种方法获得的平均密度增量为6.4％，由于本发明可以使用较长的行程，因此可以大大增加磁盘驱动器的容量。
本发明的另一个优点就是磁盘驱动器可以利用一般性能的磁头磁盘组合和驱动组件，甚至一些低于最低性能标准的磁头或存储介质，本发明可以利用性能较佳的磁头的优点去弥补性能较差的磁头所带来的缺陷。由于分区结构及与各个存储区对应的频率是基于性能的要求及磁头磁盘组合的特性而建立的，因此即使在同一系列的驱动器中，各个驱动器的存储区分区结构也是各不相同的。
这种可变分区方法能够更有效的利用各种磁盘组件，由于驱动器内部的各个磁头磁盘组合之间的性能各有不同，因此能够在相同组件的条件下达到更高的合格率。例如说，即使是同一系列中的磁盘是用同一套磁头磁盘组合部件及驱动电子组件制造出来的，但其中的一个驱动器的一个磁盘的上表面的分区结构及其使用的频率范围也可能与同一系列中的另一磁盘完全不同。如图6所示可知，即使是在同一个驱动器中，一个磁盘上表面与下表面的分区结构与频率范围也可能完全不同。由于各个磁盘驱动器部件的性能不可避免地会有一些差别，因此这种技术对磁头磁盘组合的适应性使制造具有较大的柔性。且由于磁盘驱动器的最终目的是提供给用户一个与该系列对应的存储特性，因此并不要求各个磁盘驱动器内部采用同样的存储区分区结构。
权利要求
1.一种磁盘驱动器的可变分区方法，该方法可用于提高磁盘驱动器的数据记录密度，其中该磁盘驱动器包括有第一磁面与第二磁面，该第一磁面是与一第一读写转换器相配合使用的，而该第二磁面则是与一第二读写转换器相配合使用的，其中这些数据是以不同读写频率的数字脉冲记录下来的，该方法包括有下列步骤(a)为工作在第一读写频率下的第一与第二读写转换器选定一个容许的最小错误率；(b)将第一读写转换器放置在第一磁面上，并确定第一读写转换器在第一读写频率下的错误率；(c)将第二读写转换器放置在第二磁面上，并确定第二读写转换器在第一读写频率下的错误率；(d)将步骤(b)与步骤(c)中测得的错误率与容许的最小错误率进行比较，如果其中一个读写转换器的错误率低于容许的最小错误率，而另一个读写转换器的错误率高于容许的最小错误率，就将低于容许最小错误率的读写转换器的工作频率降低，使该读写转换器的错误率至少能达到容许的最小错误率，同时升高另一个读写转换器的工作频率。
2.如权利要求1所述的磁盘驱动器的可变分区方法，其特征在于该磁盘驱动器包括有N个可供存储的磁道，其中步骤(b)及步骤(c)是在N/2号磁道上进行测量的。
3.如权利要求1所述的磁盘驱动器的可变分区方法，其特征在于该方法还包括下列步骤(e)确定第一与第二读写转换器在第一读写频率下的平均错误率；其中步骤(d)的第一与第二读写转换器将使用对应于平均错误率的工作频率。
全文摘要
一种磁盘驱动器的可变分区方法，该方法是应用于一个使用多个磁盘表面进行存储的磁存储系统，该系统中的各个存储区是根据各磁头与相应磁盘片表面之间的读写工作特性进行分区的。且由于各个存储区是根据各磁头的不同工作特性进行独立分区，而不是全部磁盘上的存储区都根据一个预期的磁头工作特性进行分区，因此一个磁盘上的存储区边界与另一个磁盘上的存储区边界不一定在同一直线上。这种分区方法改良应用了磁盘上可供利用的行程，从而提高了磁盘的存储密度。
文档编号G11B5/02GK1956059SQ20061010109
公开日2007年5月2日 申请日期2002年9月25日 优先权日2002年9月25日
发明者布鲁斯·伊莫, 布赖恩·威尔逊, 内尔森 申请人:深圳易拓科技有限公司