專利名稱：數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和處理數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，該數(shù)據(jù)存儲設(shè)備包括以預(yù)先確定的體系結(jié)構(gòu)格式化的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，該體系結(jié)構(gòu)包括多個至少一種格式特征(format feature)，并具有定義在其上的用戶區(qū)和備用區(qū)。本發(fā)明還涉及處理數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的方法，該設(shè)備包括以預(yù)定體系結(jié)構(gòu)格式化的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，該體系結(jié)構(gòu)具有多個格式特征，并具有定義在其上的用戶區(qū)和備用區(qū)，其中在收到主機的數(shù)據(jù)請求時控制器提供至少一個格式特征的數(shù)據(jù)，并旋轉(zhuǎn)介質(zhì)、移動和激勵磁頭以訪問格式特征從而傳輸其上的數(shù)據(jù)。
記錄例如像MPEG編碼視頻這樣的多媒體流的基于硬盤的設(shè)備需要實時文件系統(tǒng)用于把數(shù)據(jù)寫入磁盤和從磁盤讀回數(shù)據(jù)。實時文件系統(tǒng)試圖及時寫入所有文件，但有時并不能成功，例如由于盤的問題。然后通常有兩種選擇晚一些再寫數(shù)據(jù)，或者丟棄一些未寫的數(shù)據(jù)。第一種選擇通常會因為記錄而導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出，這可能會引起大量數(shù)據(jù)丟失。第二種選擇也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。傳統(tǒng)的面向數(shù)據(jù)的操作系統(tǒng)沒有實時需求并且傾向于以最大的數(shù)據(jù)完整性為目標(biāo)，因而會延遲每個命令的完成直到被正確執(zhí)行。
特別地，實時音頻視頻應(yīng)用需要來自硬盤驅(qū)動器可靠的請求服務(wù)時間。由于在服務(wù)時間中會有一些意外的延遲，這個需求并不總能得到滿足。已替換的扇區(qū)(即，分配到磁盤上遠端備用區(qū)的缺陷扇區(qū)的數(shù)據(jù))是造成這種延遲的原因之一。延遲主要來自查找已替換的扇區(qū)和訪問被分配缺陷扇區(qū)的遠端備用區(qū)。這種遠端備用區(qū)通常位于和最初訪問的壞扇區(qū)所在磁道不同的一個或多個磁道。因此，磁道轉(zhuǎn)換以及尋道時間也會造成這種延遲。
在US 6,101,619中提供了一種方案以通過在通常的數(shù)據(jù)訪問之后優(yōu)選地稍后時間訪問已替換的扇區(qū)而減少查找的次數(shù)。在US5,166,936或WO 98/03970中建議對磁道進行低級格式化以構(gòu)造好的數(shù)據(jù)磁道，從而避免對缺陷的進一步訪問。這些策略占用了相當(dāng)大的成本并且只能在空閑時間完成。此外應(yīng)該保護這種事務(wù)系統(tǒng)免受斷電影響。通常像例如US 6,201,655和US 5,822,142中公開的那樣以備用區(qū)域磁道形式提供備用區(qū)作為遠端備用區(qū)。
這些方案仍然需要磁道轉(zhuǎn)換，因此在訪問包含缺陷的、已替換的、或已分配的扇區(qū)的缺陷區(qū)或塊時仍然不能保證請求服務(wù)時間。
為了補償讀/寫頭為訪問順序數(shù)據(jù)而轉(zhuǎn)換磁道所需的時間，可以偏移(skew)每兩個相鄰磁道的對應(yīng)扇區(qū)，即在圓周方向上相互移動每兩個相鄰磁道的對應(yīng)扇區(qū)。這使得磁盤驅(qū)動器的讀/寫頭在磁道轉(zhuǎn)換之后能夠基本上直接到達相鄰磁道的第一個扇區(qū)。下面也可把這樣的第一個扇區(qū)稱為起始扇區(qū)。
依照US 5,568,606向多磁盤棧提供了偏移以便在磁盤上的同步區(qū)中出現(xiàn)訪問過的缺陷時同步多磁盤系統(tǒng)中磁盤的旋轉(zhuǎn)相位。這種方法可以避免多磁盤系統(tǒng)由于出現(xiàn)訪問過的影響需要對一個盤進行額外的旋轉(zhuǎn)而造成的性能損失。
但這種方案仍然無法像上面提到的那樣確保請求服務(wù)時間。
這就是本發(fā)明進入的地方，本發(fā)明的目標(biāo)是規(guī)定一種包括數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，尤其是包括合適的數(shù)據(jù)存儲盤的磁盤驅(qū)動器，以使即便在訪問包含缺陷扇區(qū)或已替換的扇區(qū)的存儲介質(zhì)區(qū)域時仍然能確保請求服務(wù)時間。本發(fā)明進一步的目標(biāo)是規(guī)定一種處理數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的方法，該設(shè)備包括數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，借助該設(shè)備即使在訪問包含缺陷的或被替換的扇區(qū)的情況下也可以保證請求服務(wù)時間。
涉及設(shè)備的目標(biāo)是由包括一種數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，尤其是包括一種數(shù)據(jù)存儲盤的磁盤驅(qū)動器解決的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)以預(yù)先確定的包括多個至少一種格式特征的格式體系結(jié)構(gòu)所格式化，在格式特征上定義了用戶區(qū)和備用區(qū)，其中依照本發(fā)明該格式體系結(jié)構(gòu)提供多個備用區(qū)陣列，其中每個備用區(qū)陣列被分別分配給該多個至少一種格式特征中的基本上每一個。
有利的是該設(shè)備還可以包括讀/寫頭、旋轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動器以及移動磁頭的伺服裝置。
已經(jīng)了解到即使最初安排給缺陷區(qū)的數(shù)據(jù)被分配或替換或重新映射到不同于最初訪問的缺陷所在磁道的一個或幾個磁道上的遠端備用區(qū)域，仍然可能導(dǎo)致較大的性能損失。因此，主要的思想是基本上在一張盤的每一格式特征中，尤其是基本在每個磁道中，提供至少一個備用區(qū)陣列。這樣做的優(yōu)勢是如果應(yīng)該訪問缺陷，涉及缺陷的數(shù)據(jù)可以被傳送到相同格式特征的備用區(qū)陣列，尤其是相同磁道中的備用區(qū)陣列。因此，就不需要格式特征轉(zhuǎn)換尤其是磁道轉(zhuǎn)換來分配與缺陷相關(guān)的數(shù)據(jù)到遠端備用區(qū)中。
在從屬權(quán)利要求中將描述進一步改進的配置。
可以提供任意數(shù)量的備用扇區(qū)并根據(jù)數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)和它的格式體系結(jié)構(gòu)來選擇任意數(shù)量的備用扇區(qū)?？梢愿鶕?jù)磁盤驅(qū)動器的特定使用選擇數(shù)量。每個磁道應(yīng)該提供至少一個備用扇區(qū)。每個磁道五個備用扇區(qū)似乎是一個合理的數(shù)量。這個數(shù)量最高可到100。應(yīng)該考慮每個格式特征的總扇區(qū)數(shù)和/或數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)和/或一個扇區(qū)的存儲容量來選擇這個數(shù)量。
備用扇區(qū)的數(shù)量可以取決于它們被分配到的格式特征。通常選擇備用扇區(qū)的數(shù)量以使一方面在檢測到缺陷時備用扇區(qū)的數(shù)據(jù)空間足夠大以接收與缺陷相關(guān)的所有數(shù)據(jù)。另一方面?zhèn)溆蒙葏^(qū)的數(shù)據(jù)空間不能選擇過大，因為這將僅增大備用區(qū)，但減少了可用于用戶應(yīng)用的空閑的用戶區(qū)。
在優(yōu)選的進一步改進的配置中格式特征為兩個相鄰的磁道提供偏移。尤其每兩個相鄰磁道的偏移是優(yōu)選的。這種偏移是在圓周方向上代替兩個相鄰磁道的對應(yīng)扇區(qū)的相互移動。優(yōu)利的是相對于內(nèi)磁道的對應(yīng)扇區(qū)在盤片旋轉(zhuǎn)方向上沿圓周移動外磁道的扇區(qū)。尤其優(yōu)選的是移動包括在盤片旋轉(zhuǎn)時磁道轉(zhuǎn)換期間通過的至少最少數(shù)量的扇區(qū)和/或由被分配給一相應(yīng)的磁道的一備用區(qū)陣列包括的多個備用扇區(qū)。這種改進使得在磁道轉(zhuǎn)換之前讀/寫頭能至少越過備用區(qū)一次，尤其是介質(zhì)的每轉(zhuǎn)一次。在適當(dāng)設(shè)置這個偏移時，可以實現(xiàn)在磁道轉(zhuǎn)換后備用區(qū)越過磁頭至少一次，尤其是在磁道轉(zhuǎn)換之后基本上最初。這樣做的優(yōu)勢是不僅開始扇區(qū)在磁道的剛開始就可由讀/寫頭用于讀/寫過程，而且大量的備用扇區(qū)也可以使用。尤其常規(guī)偏移是根據(jù)讀/寫頭從一個磁道轉(zhuǎn)換到相鄰磁道并選定相鄰磁道所需的有效時間設(shè)定的?？梢詳U展并設(shè)置進一步改進的設(shè)備的偏移以考慮備用區(qū)的大小和讀/寫頭從一個磁道轉(zhuǎn)換到相鄰磁道并選定相鄰磁道所需的有效時間。
偏移可以擴展一到十個扇區(qū)數(shù)量。尤其是格式體系結(jié)構(gòu)關(guān)于備用區(qū)陣列的大小有利地為偏移提供了參數(shù)?？偲茟?yīng)該足夠大以考慮磁頭的調(diào)整時間和備用扇區(qū)的數(shù)量。偏移也應(yīng)該盡可能的小以避免較大的性能損失。
在更優(yōu)選的繼續(xù)改進的配置中所提出的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備包括有控制電路、微處理器和存儲器的控制器。尤其存儲器包括適合對數(shù)據(jù)進行中間存儲的緩沖存儲器。此外該控制器還適合記錄中間存儲。還提供了連接存儲設(shè)備到主機的接口。這種改進使得讀/寫頭能夠在到達格式特征時立即傳輸數(shù)據(jù)，尤其在到達數(shù)據(jù)存儲盤的一個磁道時。這種數(shù)據(jù)可以存儲在緩沖存儲器中，存儲是由控制器記錄的，并且隨后在數(shù)據(jù)傳送完成時緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)存儲被以正確的邏輯順序由接口傳輸?shù)街鳈C。到達時的即時數(shù)據(jù)傳送可能不導(dǎo)致數(shù)據(jù)的邏輯順序。但必須依照控制器的記錄方式對緩沖存儲器進行讀出。有利的是這種改進節(jié)省了旋轉(zhuǎn)等待時間，因為數(shù)據(jù)傳輸可以獨立于數(shù)據(jù)的邏輯順序進行。
本發(fā)明還提供了處理數(shù)據(jù)存儲設(shè)備尤其是上述數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的方法。這種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備包括以預(yù)先確定的有多個格式特征并具有其上定義了用戶區(qū)和備用區(qū)的體系結(jié)構(gòu)格式化的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，其中在收到主機的數(shù)據(jù)請求時控制器提供至少一個格式特征的數(shù)據(jù)，尤其是至少一個磁道和扇區(qū)，并且其中旋轉(zhuǎn)介質(zhì)、移動且激勵磁頭以訪問該格式特征從而傳輸上面的數(shù)據(jù)。上述涉及方法的目標(biāo)是由如下方法解決的，該方法中依照本發(fā)明每個備用區(qū)陣列被分別分配給基本上每個格式特征，這樣在磁道轉(zhuǎn)換之前磁頭至少可以越過備用區(qū)一次。
在從屬方法權(quán)利要求中進一步描述了進一步改進的配置。
特別地，格式特征是從包括下列參數(shù)的參數(shù)組選擇的區(qū)段、柱面、磁道和塊，尤其是磁道。有利的是在磁道轉(zhuǎn)換之后磁頭越過備用區(qū)至少一次，尤其是剛完成磁道轉(zhuǎn)換之后。優(yōu)選地介質(zhì)每次旋轉(zhuǎn)備用區(qū)陣列至少通過磁頭一次。
在優(yōu)選配置中，磁頭一定位到由控制器確定的格式特征(尤其是磁道)上之后就馬上傳輸數(shù)據(jù)。在本發(fā)明進一步的優(yōu)選配置中，數(shù)據(jù)是順序傳輸?shù)牟⑶冶话错樞蛑虚g存儲在緩沖存儲器中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移由控制器記錄下來，隨后數(shù)據(jù)被從緩沖存儲器讀出并以邏輯順序發(fā)送到主機。
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明。附圖中的圖以示意和不必要的比例方式和現(xiàn)有技術(shù)相比展示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。這些圖展示了

圖1現(xiàn)有技術(shù)的硬盤驅(qū)動器；圖2a現(xiàn)有技術(shù)中帶有遠端備用區(qū)的硬盤驅(qū)動器；圖2b現(xiàn)有技術(shù)中有常規(guī)偏移的硬盤驅(qū)動器；圖2c帶有常規(guī)偏移以及讀寫頭在磁道轉(zhuǎn)換期間的預(yù)示動作的硬盤驅(qū)動器；圖3a優(yōu)選實施方案中的扇區(qū)跳躍和滑動方案；圖3b優(yōu)選實施方案中由于生長的缺陷導(dǎo)致的缺陷壞扇區(qū)分配和映射到備用區(qū)的方案；圖4a優(yōu)選實施方案中對是硬盤驅(qū)動器上備用區(qū)陣列的一部分的備用扇區(qū)的非遠端分配；圖4b依照優(yōu)選實施方案考慮每個磁道上的備用區(qū)陣列在硬盤驅(qū)動器上的擴展偏移；圖4c依照優(yōu)選實施方案考慮每個磁道上的備用區(qū)陣列以及讀/寫頭在磁道轉(zhuǎn)換期間的預(yù)示動作在硬盤驅(qū)動器上的擴展偏移；圖5依照進一步的優(yōu)選實施方案使用緩沖存儲器在到達時提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的方案的示例。
圖1展示了硬盤驅(qū)動器1的結(jié)構(gòu)，它包括數(shù)據(jù)存儲盤2、讀/寫頭3、繞著主軸4旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)存儲盤2的驅(qū)動器(未顯示)、繞著軸5旋轉(zhuǎn)磁頭3從而把磁頭3移動到盤片2上的預(yù)定位置以傳送那里的數(shù)據(jù)的伺服裝置(未顯示)。磁頭3由讀寫電路控制，伺服電路是磁盤驅(qū)動器的控制器6的一部分?？刂破?還包括格式器電路，它在收到數(shù)據(jù)請求時把這種請求轉(zhuǎn)換成盤2的格式特征的對應(yīng)編號。這種數(shù)據(jù)請求可以由接口和接口電路自主機7接收。此外控制器6包括微處理器、ROM和RAM，例如緩沖存儲器。
盤2根據(jù)格式體系結(jié)構(gòu)包含自區(qū)域9、10、11的組選擇的類型的多個格式特征，區(qū)域9、10、11每個都包括多個磁道8。每個磁道被分成多個塊12、13和14。優(yōu)選的所有塊12、13和14都有相同大小的數(shù)據(jù)容量。因為每個磁道的塊數(shù)可以隨磁道或區(qū)域而變化，有些塊可能由伺服楔(servo wedge)15分開。伺服楔可以是環(huán)繞盤的徑向均勻分開的區(qū)域，就像輪子上的輻條。如果磁盤驅(qū)動器1應(yīng)該為多個盤2而包含多個磁頭3，那么位于相同半徑的盤片2的磁道8和其它盤片的對應(yīng)磁道8被稱作柱面。這種情況下每個磁道指定相應(yīng)的柱面。此外在傳統(tǒng)驅(qū)動器中在盤片2上提供遠端備用區(qū)16為盤2的內(nèi)圓周上的一個或多個磁道。
遠端備用區(qū)16的數(shù)量、大小和分配可以根據(jù)制造商和產(chǎn)品系列對于不同的硬盤驅(qū)動器而有所不同。例如在如圖2a所示的地址空間中可以有多個均勻分開的遠端備用區(qū)16。另外在內(nèi)徑上也可以只有一個遠端備用區(qū)16，在圖1所示的用戶可尋址區(qū)域之外。
每個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備尤其是磁盤驅(qū)動器可以根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和處理有最大服務(wù)時間。驅(qū)動器的最大服務(wù)時間是數(shù)據(jù)傳送的總時間，最大訪問時間可以用公式T＝AX+B計算。參數(shù)A是以每扇區(qū)時間表示的單個扇區(qū)的傳送時間。參數(shù)X是要傳送的扇區(qū)的數(shù)量，參數(shù)B是最大訪問時間，它是尋道時間和旋轉(zhuǎn)等待時間之和。旋轉(zhuǎn)等待時間可以特別是，但不僅是，讀/寫頭必須轉(zhuǎn)換到下一磁道的結(jié)果。有利的是在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中后者被限制為一次完整的旋轉(zhuǎn)。
有些情況傳統(tǒng)驅(qū)動器不能在該最大服務(wù)時間內(nèi)完成請求。這種情況例如由于糾錯碼錯誤、由于沖擊以及振動而引起的伺服錯誤以及硬錯誤而引起的重試。硬錯誤是由介質(zhì)缺陷引起的，通常由驅(qū)動器的缺陷管理來處理。當(dāng)糾錯碼錯誤無法用幾次重試來校正時，它可能是由介質(zhì)缺陷引起的。為了驗證該錯誤是由介質(zhì)缺陷引起的，驅(qū)動器在每個缺陷扇區(qū)上執(zhí)行介質(zhì)測試。介質(zhì)測試包括讀/寫驗證，其中可疑的扇區(qū)會被進行若干次讀寫。如果其中有任何一次失敗，那么該扇區(qū)就是生長的缺陷，并且通常會被分配到遠端備用扇區(qū)。在該域出現(xiàn)的缺陷以下稱為生長的缺陷。
圖2a展示了帶有磁頭3和多個包含兩個遠端備用區(qū)16的磁道8的數(shù)據(jù)存儲盤的示意圖。
圖2b示意性地展示了在盤片2的旋轉(zhuǎn)19方向的圓周方向上沿著角18與內(nèi)磁道8b相鄰的外磁道8a的常規(guī)磁道偏移。20a和20b分別是磁道8a和8b的對應(yīng)起始扇區(qū)。如圖2b中所示在硬盤驅(qū)動器中可以采用磁道偏移以使當(dāng)驅(qū)動器必須轉(zhuǎn)換到下一磁道以訪問順序數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)等待時間最小。這由圖2c中磁頭3的動作21所示。通常偏移應(yīng)該足夠大以確保磁頭3有足夠的時間穩(wěn)定在下一磁道8b上。
磁道偏移提供了圓周方向上相鄰磁道中的對應(yīng)扇區(qū)間彼此相對的相互移動。由于磁道偏移，例如磁道的對應(yīng)扇區(qū)并沒有位于沿直線的徑向，而是沿著如圖1所示的曲線17.
此外在圖2c中引用附圖標(biāo)記22描繪了讀/寫操作和23尋道操作。為了避免順序數(shù)據(jù)發(fā)送中的尋道操作，防止把缺陷扇區(qū)重新分配到遠端備用區(qū)是有利的。
通常只在制造期間跳過缺陷扇區(qū)。
在如圖3a所示的優(yōu)選實施方案中，在數(shù)據(jù)存儲設(shè)備使用期間發(fā)生的缺陷扇區(qū)3(已知為生長的缺陷)，可以由下一個即刻的備用扇區(qū)代替以便保持邏輯數(shù)據(jù)序列的順序性。這項技術(shù)消除了尋找到另一磁道以訪問分配到遠端備用區(qū)中的扇區(qū)的替代的需要。在優(yōu)選實施方案中，如果缺陷(已知為生長的損壞)發(fā)生在硬盤驅(qū)動器的應(yīng)用期間，就在應(yīng)用即在該域期間應(yīng)用跳過和滑動機制。這在廣泛且無限的范圍中都可以應(yīng)用，因為可以為多個至少一種格式特征中的基本上每一個，尤其是磁道，提供一個備用區(qū)。通常在應(yīng)用期間發(fā)生的缺陷，如果找到的話，會被分配到另一磁道上的遠端備用區(qū)。
在圖3b所描繪的情況下，物理扇區(qū)PBA 3被分配到相同磁道上的備用區(qū)陣列中的替代扇區(qū)S2.因此這種備用區(qū)陣列不是遠端備用區(qū)。邏輯地址LBA 3被映射到相同磁道上的備用區(qū)陣列中的替代扇區(qū)S2.把物理扇區(qū)PBA 3轉(zhuǎn)換成該域中滑過的扇區(qū)，如圖3a所示。這在該域中不僅實現(xiàn)了邏輯到物理地址映射中的移動而且實現(xiàn)了對應(yīng)扇區(qū)內(nèi)容的移動。在圖3b的例子中這意味著邏輯塊地址LBA 3將被映射在物理塊地址PBA 4上，LBA 4將被映射到PBA 5，LBA 5將被映射到PBA 6，等等。
同時在進一步的改進中，位于相同磁道上的替代扇區(qū)S2的PBA 3的內(nèi)容可被從S2移動到PBA 4，PBA 4則必須移到PBA 5，等等。這種域中的滑動應(yīng)該繼續(xù)進行到達一個空扇區(qū)為止，即到達相同磁道的備用區(qū)的一備用扇區(qū)為止。否則，就會出現(xiàn)邏輯到物理映射的不連續(xù)，因為這是例如一個扇區(qū)被分配到位于另一磁道上的一個遠端替代扇區(qū)的情況。
通常缺陷扇區(qū)的分配過程導(dǎo)致磁盤驅(qū)動器服務(wù)時間的額外延遲。當(dāng)驅(qū)動器1遇到缺陷扇區(qū)并決定將它分配到遠端備用區(qū)16時，磁頭3被從用戶區(qū)中有缺陷扇區(qū)的磁道8移到在遠端備用區(qū)16中分配的備用扇區(qū)的磁道8。當(dāng)正確的備用扇區(qū)被旋轉(zhuǎn)到讀/寫頭-3之下時，數(shù)據(jù)就被寫入該備用扇區(qū)。隨后，如果驅(qū)動器必須恢復(fù)讀或?qū)?，就移動磁頭返回到發(fā)現(xiàn)缺陷扇區(qū)的原始磁道8。這個過程消耗了額外的時間，因為要查找并訪問遠端備用區(qū)16中分配的扇區(qū)磁頭3必須移動到遠端備用區(qū)16中的一備用扇區(qū)以在該備用扇區(qū)上進行讀或?qū)?，磁頭3還必須再回到磁道8以恢復(fù)讀或?qū)?。因此，在實時音頻視頻應(yīng)用中，傳統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)方法以及傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備在出錯時無法確保最大服務(wù)時間。另外還必須考慮把錯誤的或不完整的數(shù)據(jù)傳遞給主機7并報告錯誤。當(dāng)訪問帶有一個或多個錯誤扇區(qū)的數(shù)據(jù)池時，驅(qū)動器還將無法在最大服務(wù)時間內(nèi)完成請求。
圖4a中展示的實施方案在每個磁道31上都提供了備用扇區(qū)30以防止到遠端備用扇區(qū)的尋道動作。這樣做確保了最大服務(wù)時間，即使是在訪問缺陷扇區(qū)的情況下。當(dāng)所請求的數(shù)據(jù)位于一個磁道上并在磁道邊界內(nèi)時，可以在盤片的一次旋轉(zhuǎn)中將它們?nèi)總魉?，即使它包含再分配的扇區(qū)，只要再分配扇區(qū)的個數(shù)不超過磁道31上備用扇區(qū)30的數(shù)量。在最大服務(wù)時間內(nèi)可以傳送多個完整的磁道，即使每個磁道依照優(yōu)選實施方案在其備用區(qū)中包含有限數(shù)量的再分配扇區(qū)。
在進一步的優(yōu)選實施方案中改善了磁道偏移。例如當(dāng)所請求的數(shù)據(jù)池跨越了磁道邊界、并且不是多個完整的磁道、并且不和物理磁道對齊、并且在最后一個磁道上包含替換的扇區(qū)時，傳統(tǒng)方法無法在最大服務(wù)時間內(nèi)傳送整個數(shù)據(jù)池。尤其在想要傳輸位于連續(xù)磁道上的兩個連續(xù)扇區(qū)時，例如，磁道n的最后一個扇區(qū)和磁道n+1的第一個扇區(qū)，如圖4b，假設(shè)磁道n+1的第一個扇區(qū)是壞的并且被分配到了位于該磁道末尾的一個備用扇區(qū)，在最壞情況下必須等待一次完整的旋轉(zhuǎn)才能訪問磁道n上的扇區(qū)。在磁頭被切換到下一個磁道之后必須等待另一個完整的旋轉(zhuǎn)以訪問替換的扇區(qū)。這種情況下服務(wù)時間超過了最大服務(wù)時間幾乎一個完整的旋轉(zhuǎn)時間，更準(zhǔn)確地說，超出了一個完整的旋轉(zhuǎn)時間減去一個扇區(qū)的傳送時間。
如果在磁道轉(zhuǎn)換之后首先訪問備用扇區(qū)就能解決這個性能問題。如圖4b以及圖4c中讀/寫頭3的運動41所示，通過依照優(yōu)選實施方案把傳統(tǒng)磁道偏移18擴展到擴展的磁道偏移48就能解決這個問題。調(diào)整這種擴展以使在磁道轉(zhuǎn)換41之后總能首先訪問備用扇區(qū)40b，并且總能在磁道轉(zhuǎn)換41之前訪問備用扇區(qū)40a。如讀/寫頭3的運動41所示，總是在磁道轉(zhuǎn)換41之前訪問備用扇區(qū)40a以便在所請求的數(shù)據(jù)池從磁道n的中間開始時保證最大服務(wù)時間。而且也是在磁道轉(zhuǎn)換41之后訪問備用扇區(qū)40b，優(yōu)選地是在磁道轉(zhuǎn)換41之后首先訪問扇區(qū)40b，以在所請求的數(shù)據(jù)池在磁道n+1的中間結(jié)束時確保最大服務(wù)時間。通常在盤片2的每次旋轉(zhuǎn)至少訪問圖4a、4b、4c中的備用扇區(qū)30、40a、40b一次。由此，即使在必須訪問被替換的扇區(qū)時也確保了最大服務(wù)時間。只要缺陷扇區(qū)的數(shù)量不超過在每個磁道31上分配的備用扇區(qū)30的數(shù)量，這種方案就是成功的。因此，備用扇區(qū)的數(shù)量可以根據(jù)需要適當(dāng)設(shè)置。
進一步繼續(xù)改進的實施方案通過應(yīng)用如圖5中所示的“到達時讀寫”策略而避免了服務(wù)時間中額外的延遲。這種策略也稱作“到達時傳送”或“零等待讀”或“亂序讀”策略。這種改進的實施方案允許依照優(yōu)選實施方案的驅(qū)動器1在讀/寫頭3定位到正確的所請求的磁道上之后立即開始讀和寫。如果在到達時所請求的數(shù)據(jù)的最后部分正在磁頭3下通過，就先把這部分數(shù)據(jù)讀入驅(qū)動器的緩沖器，例如RAM或ROM。這在圖5中由52指示關(guān)于沿著磁道位置50的扇區(qū)S1到Sm。當(dāng)盤片2在磁頭3下旋轉(zhuǎn)時，在盤片2進一步旋轉(zhuǎn)51在磁頭3下時從各個磁道的開始扇區(qū)開始的扇區(qū)S0到S1-1中的數(shù)據(jù)的剩余部分被讀到驅(qū)動器緩沖器中。這由圖5中的53所示。當(dāng)所請求的數(shù)據(jù)被存儲在驅(qū)動器的緩沖器中時，所請求的數(shù)據(jù)被從驅(qū)動器的緩沖器傳送到主機，優(yōu)選的按順序傳送。
與所述“到達時讀”策略相似的是“到達時寫”策略。不必以正確的順序把數(shù)據(jù)寫入盤片2。一旦數(shù)據(jù)位于驅(qū)動器的緩沖器中，例如ROM或RAM，就可以把數(shù)據(jù)的最后部分首先寫入盤片2，然后再寫入數(shù)據(jù)的剩余部分。
“到達時讀和寫”策略，即“到達時傳送”策略，減少了磁盤訪問的旋轉(zhuǎn)等待時間。在處理數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方法中訪問需要有尋道。傳統(tǒng)的讀策略中，一旦磁頭3定位在了正確的磁道上，驅(qū)動器要等到所請求數(shù)據(jù)池的起始扇區(qū)在磁頭3下通過。這導(dǎo)致了潛在的性能損失。
因此，隨著優(yōu)選實施方案的改進，“到達時讀和寫”策略的優(yōu)勢是最大服務(wù)時間小于傳統(tǒng)的最大服務(wù)時間。
尤其在傳送長度S1到Sm短于一條磁道并且沒有跨越磁道邊界時實現(xiàn)這一點。這種情況下“到達時傳送”策略的最大服務(wù)時間特別地是尋道時間加上一次盤片旋轉(zhuǎn)。這由參數(shù)B指定，它是尋道時間和旋轉(zhuǎn)等待時間之和的最大訪問時間。數(shù)據(jù)傳輸可以和數(shù)據(jù)訪問并行提供。
與傳統(tǒng)策略相比最大服務(wù)時間可以描述為公式AX+B，即傳輸時間加上尋道時間加上最多一次盤片旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)請求塊跨越了磁道邊界或者不是多個完整的磁道或者沒有和物理磁道對齊并且在最后一個磁道上包含被替換的扇區(qū)時，可以通過擴展磁道偏移48以使在磁道轉(zhuǎn)換之后總首先訪問并總在磁道轉(zhuǎn)換之前訪問這些備用扇區(qū)40a、40b而解決這種問題。這樣只要缺陷扇區(qū)的數(shù)量不超過每個磁道31上分配的備用扇區(qū)30、40a、40b的數(shù)量就能確保訪問再分配的扇區(qū)時的最大服務(wù)時間。
此外，每個磁道上的備用扇區(qū)30、40a、40b的描述過的策略和擴展的磁道偏移40的組合可以和圖5的“到達時讀和寫”策略結(jié)合在一起建立非常有效的池以確保最大服務(wù)時間。
尤其每個磁道上分配的備用區(qū)30、40a、40b的數(shù)量，因為每個磁道31上備用區(qū)陣列中的備用扇區(qū)取決于每個磁道上扇區(qū)的數(shù)量、驅(qū)動器的生長的缺限統(tǒng)計以及能夠犧牲多少驅(qū)動器容量。當(dāng)前的硬盤驅(qū)動器在每個磁道上平均有五百個扇區(qū)。在每個磁道上放置五個備用扇區(qū)意味著1％的容量下降。這種輕微的降低是可以接受的，并且可以擴展到2％或3％。此外，由于備用扇區(qū)及擴展的偏移時間導(dǎo)致的每磁道扇區(qū)數(shù)的下降導(dǎo)致驅(qū)動器的數(shù)據(jù)吞吐率的輕微下降。但驅(qū)動器所支持的數(shù)據(jù)速率的這種下降明顯小于2％，因而最小數(shù)據(jù)傳送時間會有輕微的增加。
例如可以每分鐘5400轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)硬盤驅(qū)動器，每磁道500扇區(qū)，以及對應(yīng)11，2ms的旋轉(zhuǎn)時間提供3ms的磁道偏移，17，19MB/s的支持數(shù)據(jù)傳送率。支持的數(shù)據(jù)傳送率由如下公式確定數(shù)據(jù)傳送率＝每磁道扇區(qū)/(旋轉(zhuǎn)時間+偏移)優(yōu)選地每磁道上五個備用扇區(qū)是合適的，以使磁道偏移可以擴展112μs，它對應(yīng)于五個扇區(qū)的旋轉(zhuǎn)時間。因而擴展的磁道偏移可以是3，112ms，每磁道扇區(qū)數(shù)是495。對應(yīng)的支持數(shù)據(jù)傳輸率是16，89MB/s，它對應(yīng)于驅(qū)動器支持的數(shù)據(jù)傳送率1，77％的下降。
考慮到提出分配策略確保即使必須由驅(qū)動器訪問被替換的扇區(qū)以執(zhí)行請求時的最大請求服務(wù)時間，這種下降的數(shù)據(jù)傳輸率和地址容量是可以忽略的犧牲。它打開了把對可疑扇區(qū)的介質(zhì)測試從替換過程分開、或者使被替換的扇區(qū)進入滑過的扇區(qū)的可能性，例如由于同一磁道上的備用用盡必須把一個扇區(qū)替換到另一磁道上的一個備用扇區(qū)時。
盡管已經(jīng)展示和描述了被看作本發(fā)明優(yōu)選實施方案的實施方案，但應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明精神的前提下在形式或細節(jié)上都可以進行不同的更改和變化。因此對優(yōu)選實施方案的描述并非為了把本發(fā)明限制為這里所展示的確定的形式和細節(jié)或者小于這里所公開的以及隨后要求權(quán)利的本發(fā)明的全部的任何事物。
本發(fā)明可以總結(jié)如下實時音視頻應(yīng)用需要來自硬盤驅(qū)動器的確保的請求服務(wù)時間。由于服務(wù)時間中一些非預(yù)期的延遲這個需求并不總能得到滿足。這種延遲的原因之一是對有缺陷的扇區(qū)或壞扇區(qū)的替換。通過在每個磁道上設(shè)置備用扇區(qū)擴展磁道偏移并結(jié)合“到達時讀寫”策略能夠防止由于扇區(qū)替換造成的服務(wù)時間中的額外延遲。
權(quán)利要求
1.包括數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(2)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(1)，尤其是包括數(shù)據(jù)存儲盤(2)的磁盤驅(qū)動器(1)，以預(yù)先確定的格式體系結(jié)構(gòu)格式化，該格式體系結(jié)構(gòu)包括多個至少一種格式特征(8、9、10、11、12、13、14)，并具有定義在其上的用戶區(qū)和備用區(qū)，其特征在于格式體系結(jié)構(gòu)提供多個備用區(qū)陣列(30、40a、40b)，其中每個備用區(qū)陣列(30、40a、40b)被分別分配到該多個該至少一種格式特征(8、9、10、11、12、13、14)中的基本上每個格式特征。
2.權(quán)利要求1中所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其特征在于多個磁道(8)中的基本上每一個都包括至少一個備用區(qū)陣列(30、40a、40b)。
3.權(quán)利要求1或2中所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中備用區(qū)陣列(30、40a、40b)包括最少一個并且多達一百個備用扇區(qū)，特別地每一磁道多達十個備用扇區(qū)，有利地五個備用扇區(qū)。
4.前述權(quán)利要求的任一個中所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其特征是格式體系結(jié)構(gòu)為相互移動的兩個相鄰磁道提供偏移(18、48)代替圓周方向(19)上的兩個相鄰磁道(n，n+1)的對應(yīng)扇區(qū)。
5.權(quán)利要求4中所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其特征是外磁道(n)的扇區(qū)被相對于內(nèi)磁道(n+1)的對應(yīng)扇區(qū)沿著盤片的旋轉(zhuǎn)方向圓周移動，其中尤其該移動包括在盤片旋轉(zhuǎn)(19)時在磁道轉(zhuǎn)換期間通過的至少最小數(shù)量的扇區(qū)和/或由指定給相應(yīng)磁道的備用區(qū)陣列包括的多個備用扇區(qū)(40a、40b)。
6.權(quán)利要求4或5中所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其特征是偏移被擴展一到十個扇區(qū)。
7.權(quán)利要求4到6之一所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其特征是格式體系結(jié)構(gòu)提供參數(shù)以關(guān)聯(lián)備用區(qū)陣列(30、40a、40b)的大小設(shè)置偏移(48)。
8.前述權(quán)利要求之一所要求的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(1)，其特征是提供具有控制電路、微處理器和存儲器的控制器(6)，其中緩沖存儲器(RAM、ROM)適于對數(shù)據(jù)的中間存儲，控制器(6)適于記錄中間存儲，其中還提供了連接存儲設(shè)備到主機(7)的接口。
9.處理數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(1)的方法，尤其是依照權(quán)利要求1的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備(1)，包括以預(yù)先確定的體系結(jié)構(gòu)格式化的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(2)，該體系結(jié)構(gòu)具有多個格式特征，并具有定義在其上的用戶區(qū)和備用區(qū)，其中在收到主機的數(shù)據(jù)請求時控制器(6)提供至少一個格式特征的數(shù)據(jù)，尤其是至少一磁道和一扇區(qū)，并且其中旋轉(zhuǎn)(19)介質(zhì)(2)、移動并激勵磁頭(3)以訪問格式特征從而傳送那里的數(shù)據(jù)，其特征是格式體系結(jié)構(gòu)提供多個備用區(qū)陣列(30、40a、40b)，其中備用區(qū)陣列(30、40a、40b)中的每一個被分別指定給格式特征中的基本上每個，使得磁道轉(zhuǎn)換(41)之前磁頭(3)通過備用區(qū)(30、40a、40b)至少一次。
10.權(quán)利要求9中所要求的方法，其特征是格式特征是從包括區(qū)域(9、10、11)、柱面(8)、磁道(8)和塊(12、13、14)的組中選擇的。
11.權(quán)利要求9或10中所要求的方法，其特征是在磁道轉(zhuǎn)換(41)之后磁頭(3)通過備用區(qū)陣列(30、40a、40b)至少一次，特別是磁道轉(zhuǎn)換(41)后基本上首先通過備用區(qū)陣列。
12.權(quán)利要求9到11之一所要求的方法，其特征是介質(zhì)(2)的每轉(zhuǎn)磁頭(3)通過備用區(qū)陣列(30、40a、40b)至少一次。
13.權(quán)利要求9到12之一所要求的方法，其特征是磁頭(3)一定位到由控制器(6)確定的格式特征，尤其是磁道(8)，上就傳送數(shù)據(jù)。
14.權(quán)利要求13中所要求的方法，其特征是數(shù)據(jù)被順序傳送并按順序中間存儲在緩沖存儲器(RAM、ROM)中，并且數(shù)據(jù)傳送由控制器(6)記錄，隨后數(shù)據(jù)從緩沖存儲器(RAM、ROM)讀出并以邏輯順序發(fā)送到主機(7)。
全文摘要
實時音視頻應(yīng)用需要硬盤驅(qū)動器有確保的請求服務(wù)時間。由于服務(wù)時間中一些非預(yù)期的延遲，這種要求并不總是能夠得到滿足。這種延遲的原因之一是有缺陷或損壞的扇區(qū)的替換。通過在每個磁道上設(shè)置備用扇區(qū)并結(jié)合“到達時讀寫”策略擴展磁道偏移，能夠防止由于扇區(qū)替換而造成的服務(wù)時間中額外的延遲。
文檔編號G11B20/10GK1615523SQ02827482
公開日2005年5月11日 申請日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者N·拉姆伯特, O·梅舒特, R·J·M·維南德斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司