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CN101046975A - 盘驱动器系统及其控制方法 - Google Patents

盘驱动器系统及其控制方法 Download PDF

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CN101046975A
CN101046975A CNA2007100016211A CN200710001621A CN101046975A CN 101046975 A CN101046975 A CN 101046975A CN A2007100016211 A CNA2007100016211 A CN A2007100016211A CN 200710001621 A CN200710001621 A CN 200710001621A CN 101046975 A CN101046975 A CN 101046975A
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杰塞·E.·克莱格
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Abstract

一种硬盘驱动器系统，包括一个或多个旋转的数据存储盘片、驱动控制器、多个致动器组件和对应的各读/写头。致动器组件可独自移动以执行独立的数据寻道。控制器被配置成使多个致动器组件和读/写头的寻道和读/写操作相互交错执行。

Description

盘驱动器系统及其控制方法
技术领域
本发明一般涉及非易失性数据存储器领域。特别是，本发明针对一种具有交错读/写操作的多臂盘驱动器系统及其控制方法。
背景技术
硬盘驱动器被用于需要相对快速、经济的非易失性大容量存储器的许多应用中。例如，硬盘驱动器一般被用于计算机服务器、大型计算机、个人计算机、膝上计算机、数字录像机、音乐和多媒体设备、个人数字助理、数字照相机和蜂窝电话等。自从1956年第一个商用硬盘驱动器投入使用以来，硬盘技术已被大大发展。
现在的硬盘驱动器通常包括绕公共旋转轴或主轴以恒定角速度旋转的多个盘片。现代硬盘驱动器的形状因数或盘片直径一般为3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸、1英寸和0.85英寸。就是说，其它直径的盘片也是可用的。盘片通常由非金属材料(例如玻璃)或铝制成，在两个主表面涂覆磁性记录材料，通常为氧化铁，其形成驱动器的数据存储面。现在的硬盘驱动器通常具有移动相互协调的多个读/写头的单枢臂，一个读/写头用于每一数据存储面。
几种更新近的设计利用每一数据存储面的多个读/写头，并且利用相应的各独立枢臂移动这些多个头。这些设计的一部分设计中，通过将一些或所有读/写头同时用于数据传输，多个头被冗余使用或用于增加给定数据传输(读取或写入)操作的速度。这些设计的其它设计中，每一数据存储面的多个头被控制，使得在任何给定时间最靠近数据位置的读/写头被用于数据传输。用于该面的一个或多个剩余读/写头不参与该数据传输，并且等待要求它们进行动作的随后的数据传输请求。在这些同时读取/同时写入以及最靠近数据的设计增加了各硬盘驱动器的速度的同时，改进平均寻道时间即读/写头被移动到多个读/写请求的希望的数据传输位置所需要的平均时间是非常希望的。
发明内容
一方面，本发明针对响应要求多个相应的各自寻道和多个相应的各自数据传输的多个数据传输请求的盘驱动器系统。盘驱动器系统包括：壳体和可旋转地安装在壳体内的至少一个盘片。该至少一个盘片具有包含多个表面数据存储位置的第一数据存储面。第一读/写头被可移动地安装在壳体内并被配置成对多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置进行读取和写入。第一致动器组件支撑第一读/写头并被配置成移动第一读/写头，使得第一读/写头能够访问多个表面数据存储位置。至少一个第二读/写头可移动地安装在壳体内并被配置成对多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置读取和写入数据。第二致动器组件支撑第二读/写头并被配置成与第一读/写头独立地移动第二读/写头，并且使得第二读/写头能够访问多个表面数据存储位置。控制器可操作地与第一致动器组件和第二致动器组件连接。通过在第一致动器组件和第二致动器组件之间交错多个相应的各自寻道，控制器响应多个数据传输请求。
另一方面，本发明针对一种控制盘驱动器的方法，所述盘驱动器包括具有至少一个存储面的至少一个盘片，盘驱动器还包括与所述至少一个存储面为工作关系的至少两个读/写头。所述方法包括接收要求多个相应的各自寻道和多个相应的各自数据传输的多个数据传输请求。移动所述至少两个读/写头，以便相互交错多个相应的各自寻道。激活所述至少两个读/写头，以便对于至少一个存储面执行多个相应的各自数据传输。
附图说明
为了说明本发明，附图示出目前优选的本发明的形式。然而，应当理解，本发明不限于附图中所示的明确配置和手段，其中：
图1是盖移去后的本发明的盘驱动器系统的平面图；
图2是图1的盘驱动器系统的放大横截面图；
图3是说明图1的盘驱动器系统的寻道和数据传输操作的时序图；
图4是示出图1的盘驱动器系统的控制寻道和数据传输操作的交错方案的流程图。
具体实施方式
现在参照附图图1和图2说明本发明的多枢臂(armature)硬盘驱动器(HDD)系统100，如下面更详细所述，其包括相对于常规单臂及多臂HDD系统减小系统的平均寻道时间的各种特征。HDD系统100可包括壳体102，该壳体102包含一个或多个盘片104，比如图2中特别示出的四个盘片104A-D，它们相对于壳体绕公共主轴108旋转。每一盘片104A-D可具有第一和第二数据存储面112A-B，可以以任何适合的方式设置其数据存储容量。例如，每一数据存储面112A-B可具有包含氧化铁或其它磁性材料的磁性存储面。生产适用于本发明的盘片104A-D的细节是本领域公知的，因此，不必在这里进行详细描述以使本领域的技术人员理解本发明的更广的范围。
HDD系统100还可包括多个致动器组件，例如示出的两个枢臂组件116A-B，每一枢臂组件相互独立地支撑并移动一组读/写头120A-B。在每一组件116A-B上的读/写头120A-B的数目通常对应于数据存储面112A-B的数目。在这方面，应当注意，任何给定的读取或写入请求可涉及满足该请求的一个或多个读/写头120A或读/写头120B的使用。每一枢臂组件116A-B可包括枢臂124A-B和可操作地配置成在数据定位寻道期间移动各枢臂的致动器128A-B。每一致动器128A-B可包括用于移动各枢臂124A-B的例如线性电机、音圈等(未示出)。本领域的技术人员容易理解，虽然枢轴旋转型致动器组件116A-B被示出，但其它类型的致动器组件例如线性运动型致动器组件也可被用于本发明的盘驱动器系统。在Susnjar的美国专利No.6883062中，示出了适用于本发明的多种多个头配置和致动器组件类型，其公开的各种配置和致动器组件类型以参照的方式被包含在这里。
每一枢臂组件116A-B和每一读/写头120A-B的操作可由适合的控制器132来控制，控制器132也可提供HDD系统100和任何设备(未示出)之间的接口，所述任何设备例如为与HDD系统连接的一个或多个计算机服务器、大型计算机、个人计算机、膝上计算机、数字录像机、音乐和多媒体设备、个人数字助理、数字照相机和蜂窝电话等。如本领域的技术人员所理解的，控制器132可以以任何适合的硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。下面将更详细地描述控制器132的功能。
通常，HDD系统100从这样的设备接收一个或多个连续的数据传输请求流，即，或者从盘片104A-D的数据存储面112A-B读取特定数据或者将特定数据写入到数据存储面的请求。伴随写入请求，控制器132通常还接收要被写入到数据存储面112A-B的数据。因此，控制器132可包括所需的协调对数据存储面112A-B的数据写入使得其可响应适当的读取请求被读取的功能。控制器132通常还对应于读取请求输出数据。因此，控制器132也可提供所需的针对相应的各读取请求协调从数据存储面112A-B读取的数据的功能。应当注意，虽然示出控制器132位于壳体102内，但在其它实施例中控制器可位于壳体外。
如上所述，HDD系统100的一个重要特征是其能够减小响应一组数据传输请求所需的平均寻道时间。这可以通过响应各种输入的数据传输请求相互交错通过HDD系统100执行的数据传输操作，例如寻道-写入或寻道-读取操作来实现。该交错功能可由控制器132提供。例如，图3的时序图200示出了一个适用于图1和图2的HDD系统100的交错方案。参照图3同时参照图1和图2，图3的时序图200示出对应于一组例证设置的八个时间顺序数据传输请求212A-H的枢臂部件116A和读/写头120A的数据传输操作组204A-D以及枢臂部件116B和读/写头120B的数据传输操作组208A-D。每一数据操作组包括寻道216和数据传输220A-H，即取决于对应的数据传输请求212A-H的性质的读取或写入。
由时序图200示出的交错方案基于与接收的数据传输请求212A-H以相同的时间顺序执行多个数据传输操作组204A-D和208A-D的数据传输220A-H的原则。这可通过将延迟(stall)周期224添加到每一数据传输操作组204A-D和208A-D来实现，其中在数据传输操作组204A-D和208A-D中，在前一数据传输请求212A-H的数据传输220A-H被完成之前已完成该组的寻道216。每一延迟周期224的长度可以是前一数据传输220A-H结束所需的时间加上控制器132或其它电路准备好处理另一数据传输所需的任何时间的长度。当然，如果在对紧随其后的请求完成寻道之前已完成对特定数据传输请求212A-B的寻道216和对应的数据传输220A-H，则延迟周期不是必须的。
保存数据传输220A-H的时间顺序，如在图3中所示的交错方案中所进行的，通常可简化控制器132的功能，因为控制器不负责跟踪和将无序数据传输(尤其是读取)与时间顺序有序数据传输请求212A-H相关。也就是说，在本发明的可选实施例中，数据请求操作的交错不一定导致这样的有序数据传输。例如，在一个可选实施例(未示出)中，数据传输一完成，就可进行执行下一寻道。如果对应的控制器被配置成一次仅处理一个数据传输，则可添加延迟周期以防止数据总线冲突。另一方面，如果控制器被配置成同时处理等于读/写头数目的多个数据传输，则不需要这样的延迟周期。在这些可选交错方案的任一个中，控制器或其它电路需要包括将读取数据传输(尤其是多个读取)与对应的各数据读取请求相关的功能。这将增加控制器或其它电路的复杂性。
参照图4同时参照图1-3，图4示出用于在图1和2的HDD系统100内执行图3的时序图200所示的交错方案的流程图300。在步骤305，控制器132接收数据传输请求。在步骤310，控制器132确定枢臂组件116A和/或对应的读/写头120A是否正忙于处理在先的数据传输请求。如果否，则在步骤315控制器132激活枢臂组件116A，以便将适当的读/写头120A定位在适当的位置，以执行到或来自对应的数据存储面112A-B的请求的数据传输。步骤315可被称作寻道步骤。在寻道步骤315之后，在步骤320，控制器132确定另一枢臂组件116B和/或对应的读/写头120B是否正忙于在先的请求。如果其正忙于在先的请求，则交错方案进入延迟循环325，延迟循环325持续执行直到另一枢臂组件116B和/或相应的读/写头120B执行完在先的请求为止。注意，在图3中未示出延迟循环325的效果。然而，参照图3，通过将与数据传输请求212D关联的寻道216延伸超过与请求212E关联的数据传输220E，可看出延迟循环325的效果。在这种情况下，通过在寻道216和请求212E的数据传输220E之间插入延迟周期224，延迟循环325不允许数据传输请求212E的数据传输220E发生直到请求212D的数据传输220D后。
另一方面，如果在步骤320另一枢臂组件116B和/或读/写头120B未忙于在先的数据传输请求，则交错方案可进到步骤330，在步骤330，控制器132使得来自或到相应的各数据存储面112A-B的数据传输能够针对当前请求发生。一旦已完成数据传输，则交错技术可循环回到步骤305，在步骤305，通过控制器132接收另一数据传输请求。
如果在步骤310控制器132已确定枢臂组件116A和/或读/写头120A忙于在先的数据传输请求，则控制器在步骤335可确定枢臂组件116B和/或读/写头120B是否忙于在先的请求。如果其忙于在先的请求，则交错方案可进入等待循环340，该等待循环340持续直到一个或两个枢臂组件116A-B和对应的各读/写头120A-B不再忙于在先的请求为止。如果在步骤335控制器132确定枢臂组件116B和读/写头120B为不忙(并且在步骤310确定枢臂组件116A和读/写头120A为忙)，则在步骤345控制器132激活枢臂组件116B，以便将读/写头120B定位在适当的位置，以执行到或来自对应的数据存储面112A-B的请求的数据传输。步骤345可被称作寻道步骤。在寻道步骤345之后，在步骤350，控制器132确定另一枢臂组件116A和/或对应的读/写头120A是否正忙于在先的请求。如果其正忙于在先的请求，则交错方案进入延迟循环355，该延迟循环355持续执行直到另一枢臂组件116A和/或对应的读/写头120A执行完在先的请求为止。在图3中两次示出了延迟循环355的效果，一次与数据传输请求212B有关，一次与数据传输请求212F有关。
另一方面，如果在步骤350另一枢臂组件116A和/或读/写头120A未忙于在先的数据传输请求，则交错方案可进到步骤360，在步骤360，控制器132使得来自或到相应的各数据存储面112A-B的数据传输能够针对当前请求发生。一旦已完成数据传输，则交错技术可循环回到步骤305，在步骤305，通过控制器132接收另一数据传输请求。
本领域的技术人员很容易理解，图4的流程图300所示的交错方案仅是示例性的，各种可选的交错方案也是可以的，并且根据对本公开的理解可易于被实现。
尽管就其例证实施例已描述并示出了本发明，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行上述的和各种其它的修改、省略和添加。

Claims (20)

1、一种响应多个数据传输请求的盘驱动器系统，所述多个数据传输请求要求多个相应的各自寻道和多个相应的各自数据传输，所述盘驱动器系统包括：
(a)壳体；
(b)可旋转地安装在所述壳体内的至少一个盘片，所述至少一个盘片具有包含多个表面数据存储位置的第一数据存储面；
(c)第一读/写头，可移动地安装在所述壳体内并被配置成对所述多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置读取和写入数据；
(d)第一致动器组件，支撑所述第一读/写头并被配置成移动所述第一读/写头，使得所述第一读/写头能够访问所述多个表面数据存储位置；
(e)至少一个第二读/写头，可移动地安装在所述壳体内并被配置成对所述多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置读取和写入数据；
(f)第二致动器组件，支撑所述第二读/写头并被配置成与所述第一读/写头独立地移动所述第二读/写头，并且使得所述第二读/写头能够访问所述多个表面数据存储位置；以及
(g)控制器，可操作地与所述第一致动器组件和所述第二致动器组件连接，所述控制器通过在所述第一致动器组件和所述第二致动器组件之间交错多个相应的各自寻道来响应多个数据传输请求。
2、根据权利要求1的盘驱动器系统，其中，所述控制器按时间顺序接收多个数据传输请求，所述控制器被配置成控制所述第一和第二致动器组件，以便通过在所述第一和第二致动器组件之间交替多个相应的各自寻道，按所述时间顺序执行所述多个相应的各自寻道。
3、根据权利要求1的盘驱动器系统，其中，所述控制器按时间顺序接收多个数据传输请求，所述控制器被配置成控制所述第一和第二读/写头，以便通过在所述第一和第二读/写头之间顺序地交替多个相应的各自数据传输，按所述时间顺序执行所述多个相应的各自数据传输。
4、根据权利要求3的盘驱动器系统，其中，所述控制器被配置成控制所述第一和第二致动器组件，以便通过在所述第一和第二致动器组件之间顺序地交替多个相应的各自寻道，按所述时间顺序执行所述多个相应的各自寻道。
5、根据权利要求4的盘驱动器系统，其中，所述控制器被可操作地配置成根据需要延迟多个相应的各自数据传输中的相应的各自数据传输，以保持多个相应的各自数据传输的所述时间顺序。
6、根据权利要求1的盘驱动器系统，其中，所述至少一个盘片包括第一和第二数据存储面，并且在所述第一和第二数据存储面上包含所述多个表面数据存储位置，盘驱动器系统还包括由所述第一致动器组件支撑的第一对读/写头和由所述第二致动器组件支撑的第二对读/写头，所述第一和第二对读/写头中的每一对包含可对所述第一数据存储面操作的读/写头和可对所述第二数据存储面操作的读/写头。
7、根据权利要求1的盘驱动器系统，还包括多个盘片，每个盘片包括第一和第二数据存储面，所述多个表面数据存储位置被包含在所述多个盘片的所述第一和第二数据存储面上，盘驱动器系统还包括由所述第一致动器组件支撑的第一组读/写头和由所述第二致动器组件支撑的第二组读/写头，所述第一和第二组读/写头中的每一组具有可对所述多个盘片的所述第一和第二存储面中的相应一个存储面操作的读/写头。
8、根据权利要求1的盘驱动器系统，其中，所述第一和第二致动器组件中的每一个包括旋转枢臂。
9、一种控制盘驱动器的方法，所述盘驱动器包括具有至少一个存储面的至少一个盘片，盘驱动器还包括与所述至少一个存储面为工作关系的至少两个读/写头，所述方法包括：
(a)接收要求多个相应的各自寻道和多个相应的各自数据传输的多个数据传输请求；
(b)移动所述至少两个读/写头，以便相互交错所述多个相应的各自寻道；并且
(c)激活所述至少两个读/写头，以便对于所述至少一个存储面执行所述多个相应的各自数据传输。
10、根据权利要求9的方法，其中，步骤(c)包括激活所述至少两个读/写头，以便交错所述多个相应的各自数据传输。
11、根据权利要求9的方法，其中，步骤(a)包括按时间顺序接收所述多个数据传输请求并且步骤(b)包括移动所述至少两个读/写头，使得所述多个相应的各自寻道按所述时间顺序被启动。
12、根据权利要求11的方法，其中，步骤(b)包括以交替方式移动所述至少两个读/写头。
13、根据权利要求12的方法，其中，步骤(c)包括激活所述至少两个读/写头，以便按所述时间顺序执行所述多个相应的各自数据传输。
14、根据权利要求13的方法，其中，步骤(c)包括以交替方式激活所述至少两个读/写头。
15、根据权利要求9的方法，其中，步骤(a)包括按时间顺序接收所述多个数据传输请求并且步骤(c)包括激活所述至少两个读/写头，以便按所述时间顺序执行所述多个相应的各自数据传输。
16、根据权利要求15的方法，其中，步骤(c)包括以交替方式激活所述至少两个读/写头。
17、一种响应多个时间顺序数据传输请求的盘驱动器系统，所述多个时间顺序数据传输请求要求多个相应的各自寻道和多个相应的各自数据传输，所述盘驱动器系统包括：
(a)壳体；
(b)可旋转地安装在所述壳体内的至少一个盘片，所述至少一个盘片具有包含多个表面数据存储位置的第一数据存储面；
(c)第一读/写头，可移动地安装在所述壳体内并被配置成对所述多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置读取和写入数据；
(d)第一致动器组件，支撑所述第一读/写头并被配置成移动所述第一读/写头，使得所述第一读/写头能够访问所述多个表面数据存储位置；
(e)至少一个第二读/写头，可移动地安装在所述壳体内并被配置成对所述多个表面数据存储位置中的表面数据存储位置读取和写入数据；
(f)第二致动器组件，支撑所述第二读/写头并被配置成与所述第一读/写头独立地移动所述第二读/写头，并且使得所述第二读/写头能够访问所述多个表面数据存储位置；以及
(g)控制器，可操作地与所述第一致动器组件和所述第二致动器组件连接，通过在所述第一致动器组件和所述第二致动器组件之间交替多个相应的各自寻道、通过按时间顺序执行所述多个相应的各自寻道，所述控制器响应多个数据传输请求。
18、根据权利要求17的盘驱动器系统，其中，通过按时间顺序执行所述多个相应的各自寻道并且通过在所述第一和第二读/写头之间顺序地交替多个相应的各自数据传输，所述控制器还响应多个时间顺序数据传输请求。
19、根据权利要求18的盘驱动器系统，其中，所述控制器可操作地被配置成根据需要延迟多个相应的各自数据传输中的相应的各自数据传输，以保持多个相应的各自数据传输的所述时间顺序。
20、根据权利要求17的盘驱动器系统，还包括多个盘片，每一盘片包括第一和第二数据存储面，所述多个表面数据存储位置被包含在所述多个盘片的所述第一和第二数据存储面上，盘驱动器系统还包括由所述第一致动器组件支撑的第一组读/写头和由所述第二致动器组件支撑的第二组读/写头，所述第一和第二组读/写头中的每一组具有可对所述多个盘片的所述第一和第二存储面中的相应一个存储面操作的读/写头。
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