(57)【要約】【課題】  ディスクの内周及び外周のデータ転送速度を一定にすることを可能する。【解決手段】  本発明は、ディスク上のトラック位置を走査する複数のヘッドと、ディスク全面にわたってヘッドを移動させる回転型の少なくとも1つ以上のアクチュエータと、ヘッドを先端に具備し、アクチュエータにより駆動されるアームと、有するディスクドライブと、ディスクに書き込む入力データを２つ以上に分割するデータ分割手段と、該ディスクから同時に読み出す複数の出力データを１つに合成するデータ合成手段と、を有し、該ディスクの半径のトラックにあるセクタをトラック半径の和が一定になるように、同時に２つ以上のセクタを異なるヘッドで記録再生するよう制御する制御手段と、を有する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のヘッドでディスクを記録再生するディスクストレージ装置であって、
前記ディスク上のトラック位置を走査する複数のヘッドと、
前記ディスク全面にわたって前記ヘッドを移動させる回転型の少なくとも1つ以上のアクチュエータと、
前記ヘッドを先端に具備し、前記アクチュエータにより駆動されるアームと、
を有するディスクドライブと、
前記ディスクに書き込む入力データを２つ以上に分割するデータ分割手段と、該ディスクから同時に読み出す複数の出力データを１つに合成するデータ合成手段と、を有し、該ディスクの半径のトラックにあるセクタをトラック半径の和が一定になるように、同時に２つ以上のセクタを異なるヘッドで記録再生するよう制御する制御手段と、
を有することを特徴とするディスクストレージ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
１つのディスク面か、あるいは異なるディスク面にあるセクタを同時に記録再生する手段を含む
請求項１記載のディスクストレージ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、２つであり、
前記ディスク上のトラック半径の和が一定になるように、２つのアームに具備されたそれぞれのヘッドを移動させる
請求項１記載のディスクストレージ装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、１つであり、
１つのディスク面について、複数ヘッドが角度差を付けて具備され、複数のヘッドが前記アクチュエータに機械的に取り付けられ、トラック位置の半径の和が一定となるように稼動する
請求項１記載のディスクストレージ装置。
【請求項５】
前記セクタのサイズは、
トラックの線速度に比例して設定される
請求項１記載のディスクストレージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクストレージ装置に係り、特に、複数のヘッドで記録再生するディスクストレージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１）ディスクのデータ転送レートの性質
ディスク装置に情報を記録する書き込み時及びディスク装置から情報を再生する読み出し時のデータ転送速度は、ヘッドがディスク上を移動する際の様々な機械的なオーバヘッドやディスクからの信号の読み書きの時間などの多くの要因で決定されるためにそのデータ転送速度を一意的に予測するのは難しい。ただ、近年急速に応用が広がっている高細精度映像のような情報量の大きなデータを読み書きする際にはヘッドの機械的な運動に要する時間よりもディスクからデータを読み書きする時間そのものが大きな割合を占めるために、そのデータ転送性能は近似的にディスクへの読み書き時間で決まることになる。例えば、20Mbpsの高細精度映像１分は1.2Gbitの情報量であるので、1Gbpsのデータ転送レートで読み書きする場合には単純にはデータをディスクから読み書きする時間だけで1.2秒を要することになる。これはヘッドがトラック間を移動したりディスクの回転待ちなどをする数ミリ秒の機械的なオーバヘッドに比べるとはるかに長い時間を要する。
【０００３】
ヘッドが目標セクタに到達して、ディスクに対してデータを読み書きする際のデータ転送レートは、ヘッド走行方向のビット線密度とヘッドディスク相対速度の積で決定される。ハードディスク装置においてはディスク回転速度が一定なので、ヘッドディスク相対速度はトラック半径に比例して決まる。この結果、情報量の大きいデータを記録再生する際には、ディスク上の記録トラック半径に応じてデータ転送速度が変動する性質が生じる。
【０００４】
ディスクの線記録密度はヘッドとディスクの磁気的な性質でほぼ決まるために、ディスク上の総記録情報量（面記録密度とディスク表面積の積）を最大化しようとすると、線記録密度はディスクトラック半径によらずほぼ一定になる。この結果、トラック周長の長い外周部にはトラック当たりのデータ量は多く、内周部ではトラック長さが短い分単一トラックに記録できるデータ量は少ない。すなわち、トラック当たりの記録情報量はトラックの長さに線記録密度を乗じたものになり、トラック半径に比例して変化するヘッドディスク相対速度のため、データ転送速度自体もディスク内周部トラックほど半径に比例して減少してしまう。
【０００５】
外周も内周も１周にかかる時間は同じなので、それぞれのトラックでのデータ転送速度はヘッドディスク相対速度に比例して外周では速く、内周では低速になる。トラックにはサーボ情報やアドレス情報などのオーバヘッドがあるから必ずしも単純ではないが、近似的にはトラックの半径ｒ［ｍ］のときそのデータ転送速度bpsはディスク回転数rpmと線記録密度bpi[bit/inch]に対して下式のように表され、ディスク回転数も線密度も定数であるから転送速度はトラック半径に近似的に比例する。ここで、bpiは１インチ(0.0254m)当たりのビット数であり、rpmは１分間の回転数である。
【０００６】
【数１】
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２）データ転送速度の制約
映像信号は一定の速度で伝送しなければ動画映像が停止するためにそのデータ転送速度が変動することは望ましくない。特に、長時間にわたってディスクから読み出すデータ転送速度が低下すると再生データバッファが空になり映像が止まる恐れがあるために、低速時において必要な映像信号の帯域（すなわち、転送速度）を満たすことが必要になる。また、ディスクに映像信号を記録する際にはディスクに書き込むデータ転送速度が長時間にわたって低下するとディスク装置のバッファが溢れてしまって入力映像データを失うことになり、同様に高速転送レートの映像を記録することができなくなる。これは通常のコンピュータ用のデータとは異なる要求であり、高細精度の映像信号においては元々大きな帯域が必要であるのに、ディスク装置側では最も低速になる内周側でそのデータ転送性能を保証しなくてはならない困難さがあった。
【０００７】
なお、過去のディスク装置においては、トラックの内外周の線速度差を問わずに一定の記録クロック周波数でデータを記録していた。このためにデータ転送速度はトラック半径によらず一定であった。しかし、一定の記録周波数のために最も線速度が低くそのために線記録密度が最も高くなる最内周において線記録密度が制限され、一方で外周部ではそのヘッドディスクの性能によって実現できるものに比べてはるかに低い線記録密度となっていた。このために、ディスク装置の容量を最大化するために記録周波数を外周側で大きくして外周部の線記録密度を向上させるように改良した経緯がある。すなわち、過去のディスク装置における内外周トラックで転送レートが一定の性質は最も転送レートが小さくなる内周側に装置全体の性能を平準化したに過ぎないので、将来に再びこの方式が用いられることはない。
【０００８】
現在、複数のアクチュエータとヘッドを備えるハードディスク装置がある（例えば、非特許文献１参照）。当該装置は、複数のアクチュエータとヘッドがランダムアクセスして、小さなデータを独立に記録再生するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Jinchuan Zheng, Guoxiao Guo, Member, IEEE, and Youyi Wang, Senior Member, IEEE, "Feedforward Decoupling Control Design for dual-Actuator System in Hard Disk Drives". IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, VOL., 40, NO. 4, JULY 2004.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の通常のディスク装置では、トラック半径は最内周と最外周では概ね１：２ほどの差があり、したがってディスク装置に記録あるいは再生する際のデータ転送速度はトラック半径に応じて２倍ほどの変動要因を持つのは構造的に避けられない。この結果、最も転送速度の低いほうの性能で制約されていた。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、データ転送速度を一定にすることが可能なディスクストレージ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明は、複数のヘッドでディスクを記録再生するディスクストレージ装置であって、
前記ディスク上のトラック位置を走査する複数のヘッドと、
前記ディスク全面にわたって前記ヘッドを移動させる回転型の少なくとも1つ以上のアクチュエータと、
前記ヘッドを先端に具備し、前記アクチュエータにより駆動されるアームと、
を有するディスクドライブと、
前記ディスクに書き込む入力データを２つ以上に分割するデータ分割手段と、該ディスクから同時に読み出す複数の出力データを１つに合成するデータ合成手段と、を有し、該ディスクの半径のトラックにあるセクタをトラック半径の和が一定になるように、同時に２つ以上のセクタを異なるヘッドで記録再生するよう制御する制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように、本発明は、複数のヘッドの位置するトラック半径の和が一定になるようにヘッドを移動させ、かつ、内周トラックと外周トラックのセクタサイズが線速度（トラック半径）に比例させることで、加算したデータ転送速度を一定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ディスク装置のヘッドをトラックに位置決めする機構を示す図である。
【図２】転送レートの分布である。
【図３】本発明の第1の実施の形態におけるディスクストレージ装置の構成図である。
【図４】本発明の第1の実施の形態におけるデータ分割部の構成図である。
【図５】本発明の第1の実施の形態におけるデータ合成部の構成図である。
【図６】本発明の第1の実施の形態におけるディスクドライブの構成図（その１）である。
【図７】本発明の第1の実施の形態における内周と外周のトラックの並列読み出しを示す図である。
【図８】本発明の第1の実施の形態におけるディスクドライブの構成図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
［第1の実施の形態］
図１に、ディスク装置のヘッドを位置決めする機構を示す。
【００１７】
現在のディスク装置においては、ヘッドはアームと呼ばれる支持部分の先端に取り付けられており、ディスク面上の目標トラックにヘッドをアクセスさせるのには電磁力を用いるVCM(ボイスコイルモータ)と呼ばれる回転型のアクチュエータがアームの根元にあって、アームを駆動している。他方、極めて高いヘッド位置決め精度が必要なため、磁気ヘッド部分に微細な位置制御をする小型の微動アクチュエータをヘッド近傍に埋め込んで２段階制御を行うこともある。
【００１８】
本発明の説明において、アクチュエータと称するのは専ら前者のディスク全面にわたってヘッドを移動させる回転型のアクチュエータを指すものとする。後者の微動型のアクチュエータは本発明においても従来と同様の機能を果たすために用いることが可能である。
【００１９】
通常のディスク装置のアクセスは、単一のヘッドが半径の異なるトラック位置を走査するためにその転送レートは最外周での最高速から最内周の最低速まで変化する。図２には、異なる半径のトラックにあるセクタにアクセスを行った場合のデータ転送レートの分布を示している。上述のように線速度に比例してデータ転送速度が決まるためにトラック半径に比例する分布となる。外周部ほど周長に比例してセクタ数が多くなるためにランダムにセクタアクセスが発生するとトラック半径に比例して外周部高速側のトラックほど読み書きする確率が高くなる。このため、トラック半径に対して転送レートもアクセス頻度も比例して増加して、データ転送レートの期待値は内周半径と外周半径の和の半分のトラック位置より若干外周側での値になる。ただし、映像転送時には最低速で制約されるために内周で生じる最低速データ転送速度で律速されることになる。
【００２０】
図３は、本発明の第1の実施の形態におけるディスクストレージ装置の構成を示す。
【００２１】
同図に示すディスクストレージ装置は、ディスクドライブ１００とディスク制御部２００から構成される。
【００２２】
ディスク１１０は、記録トラックの半径に比例した大きさのセクタを持つ。セクタのサイズ設定については後述する。
【００２３】
ディスク制御部２００は、ディスク１１０に書き込む入力データを２つ以上に分割するデータ分割部２１０、及び、ディスク１１０から同時に読み出す複数の出力データを一つに合わせるデータ合成部２２０を有し、異なる半径のセクタを異なる複数のヘッドで記録再生する。
【００２４】
図４に、データ分割部２１０の構成を、図５にデータ合成部２２０の構成を示す。
【００２５】
図６に、本発明の第1の実施の形態におけるディスクドライブの構成（その1）を示す。
【００２６】
本発明は、同図に模式的に示すように、r1とr2の２つの半径の異なるトラックのセクタを複数ヘッド１０，２０で同時に並列的に読み出す。このように、ヘッド１０，２０のデータを出力する際のデータ転送レートは、上式（１）を２つのトラックの和として計算することで、
【００２７】
【数２】
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である。今、r1が最内周riの時にr2は最外周roであり、r1が1トラック分最内周から外周側にあるトラックにある時は、r2は最外周から1トラック内側に置くものとする。すなわち、隣接トラック間での半径差をΔとすると、片側トラックr1がnトラック外周側になったとすると半径がΔnだけ増加し、もう片方のトラックはnトラック内周側になるのでΔnだけ半径が減少するため、以下の関係が常に成り立つように上記のr1とr2のトラック半径を決めることができる。このときは
【００２８】
【数３】
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と半径の和がトラック位置によらないで一定になる。これはトラック半径によらずデータ転送レートを一定にできることに相当する。トラックを並列化して記録再生する際にはトラック位置に依存せず至る所で均一な転送レートが実現可能である。
【００２９】
この結果、上記の従来の単独トラックでの最内周での最低速転送レートに比べて合計転送レートは大きく増加し、ディスクの内外周の半径比が2でro=2*riの場合には利用可能な転送レートを従来の3倍にすることが可能である。
【００３０】
ただし、トラック周長が内外周で異なることにより別の問題が生じるのでそれを同時に解決することが必要である。内周と外周の2つのトラックを並列して読み出す際には外周部分にはトラック当たりのデータ量が多いためにトラック当たりのセクタが多い。このため、概念的に図７に示すように、並列に内外周のセクタを連続的に読み出す場合にはまず内周側のトラックにあるセクタをすべて読み書きしてしまい、外周側トラックにあるセクタが余ってしまう状況が発生する。この場合は、外周のトラックの一部のセクタは内周側に並列化するためのセクタがなくなるので望ましくない。この問題はトラックの転送レートに比例してセクタサイズを設定することで容易に回避できる。この際に、例えば、両トラックセクタ配分を制御して、その和を512バイトなどのOSが扱いやすい大きさになるようにするのが便利である。例えば、2つのトラック半径がr1とr2であった場合には、内周r1のセクタ容量とr2のセクタ容量は線速度に比例するようにすれば良いから図４に示すように、データ分割部２１０において、合計のセクタ容量を例えば4096バイトとしたい場合は、r1とr2のトラックのセクタサイズを下式（4c）〜(4d)で決まるc1とc2にすると良い。
【００３１】
【数４】
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また、上記のように決定されたセクタサイズの各セクタからのデータを、データ合成部２２０において、図５のように合成して出力する。なお、予め計算した結果の対応表を備えることで、分割・合成の際に計算しなくともよい。
【００３２】
ここで、トラックを並列化して記録再生する方法は一つとは限らない。以下に2通りの方法を挙げそれぞれを説明する。
【００３３】
（１）図６のように、1台のディスク装置中に2つ以上の複数の回転アクチュエータ１２，２２を備えて、同一ディスク上を走査する複数のヘッドがほぼ同時に読み書きを行う。なお、時間的にわずかにずらした方が、機械的には安定したシークが可能となる。この場合、ディスク制御部２００において、トラック位置は各アクチュエータ１２，２２が転送レートを一定にするトラック半径の和が一定となるように制御する。
【００３４】
（２）図８のように、1台のディスク装置に1つの回転アクチュエータに対して機械的に連結された複数のヘッド（同図では、ヘッドＡ，Ｂ）を適切な角度差を設けて取り付け、予め両ヘッドＡ，Ｂの間隔が内周と外周になるように設定して回転アクチュエータ３０により可動させる。単一の回転型アクチュエータ３０に2つのヘッドＡ，Ｂを機械的に連結して取り付けて制御するので、現行のディスク装置に対しての変更は最小となる。また、複数のヘッドを機械的に調整して取り付ければ常にトラック半径の和が一定になるようにできる。この場合、ヘッドが2つの場合には、両者の角度差をφ、ディスク中心からの移動角度をθとすると、それぞれのヘッド位置でのトラック半径は、長さRのアームがその先端のヘッドがディスク中心を通るように配置されているとすると、
【００３５】
【数５】
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となる。このときのr1+r2は厳密には一定ではないが、例えば、φ=30度であればθが0度から30度までの間での一定量からのずれ誤差は1%未満である。これは実用上差支えのない誤差の範囲である。
【００３６】
［第２の実施の形態］
上記の第1の実施の形態では、１つのディスクを対象としていたが、本実施の形態では、２つ以上のN個のディスク１１０１〜１１０nがあり、各ディスク面には、図６または図７に示すようなそれぞれ２つ以上の(複数）のヘッドを有し、かつ２つ以上のディスク面においてそれぞれ独立に式（4a）〜（4ｄ）の分割比でデータを書き込む例について説明する。
【００３７】
例えば、図３のデータ分割部２１０とデータ合成部２２０がカスケード接続し、親となるデータ分割部が、複数のN個の子となるデータ分割部に対してデータを分割し、それぞれの子となるN個のデータ分割部はそれぞれ（4a）〜（4ｄ）の分割比（ヘッドの数が２よりも大きい場合は各ヘッド位置のセクタ半径の逆比）でデータを分割し、それぞれに対応するN個のディスクドライブにデータを書込み、子となるN個のデータ合成部はN個のディスクドライブから式（4a）〜（4ｄ）の合成比（ヘッドの数が２よりも大きい場合は各ヘッド位置のセクタ半径の逆比）でデータを読み込み、子となるN個のデータ合成部からのデータを親となるデータ合成部が合成する。
【００３８】
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、２つ以上のN個のディスク１１０１〜１１０nがあり、各ディスク面に単一のヘッドを有し、かつそれぞれのヘッドの記録再生するセクタのトラック半径の和が一定であり、かつ複数のディスク面で式（4a）〜（4ｄ）の分割比でデータを書き込む例を示す。
【００３９】
例えば、N=2の場合は、図３のデータ分割部２１０から式（4a）〜（4ｄ）の分割比（N>2の場合はセクタの半径の逆数の比）でデータを分割し、それぞれ複数のN個のディスクドライブにデータを書込み、N個のディスクドライブからのデータをデータ合成部２２０は式（4a）〜（4ｄ）の合成比（N>2の場合は、セクタ半径の逆の比）でデータを合成する。
【００４０】
ここで、ディスクドライブ毎に転送レートが異なる場合はその比率に応じて変形した式（4a）〜（4ｄ）を用いることが望ましい。式（4a）〜（4ｄ）の変形では、例えばディスクドライブ毎に異なる転送レートが等しくなる係数を乗じればよい。
【００４１】
なお、本実施の形態は、一般的な構成のディスクドライブを数台用いても、特殊な構成のディスクドライブを用いる上記の第１の実施の形態、または、第２の実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００４２】
非特許文献１には、複数のアクチュエータとヘッドがランダムアクセスにより、小さなデータをそれぞれ独立に記録再生する装置が示されているが、本発明が記録再生するデータは、小さな独立したデータではなく、単一のデータを複数のアクチュエータとヘッド、または、単一のアクチュエータに具備される複数のヘッドにより一定速度で高速に記録再生するものである。
【００４３】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，２０  ヘッド
１１，２１  アーム
１２，２２  アクチュエータ
３０  回転アクチュエータ
１００  ディスクドライブ
１１０  ディスク
２００  ディスク制御部
２１０  データ分割部
２２０  データ合成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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