(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在トラックと現在セクタから目標トラックと目標セクタにアクチュエータヘッドを移動させる間のディスクドライブにおける電力消費を減少させるための適応形セクタ探索方法であって：
前記アクチュエータヘッドを最大許容速度より低い制限速度（Ｖｌｉｍ）に決定する段階と；
前記現在トラックと前記現在セクタから前記目標トラックと前記目標セクタに前記アクチュエータヘッドを移動させるために前記アクチュエータヘッドを前記制限速度まで加速する加速段階と；
前記アクチュエータヘッドを前記制限速度で飛行させる飛行段階と；
前記目標トラックと前記目標セクタに前記アクチュエータヘッドが停止するように前記アクチュエータヘッドを前記制限速度から減速させる減速段階と；
から成り，
さらに，前記制限速度は，
現在トラックから目標トラックまでの最も速い時間である最小トラック探索時間Ｔｍｉｎ（ＬＴ）及び目標サーボセクタがアクチュエータヘッドの飛行経路である放射状のアークに達するまでの回転時間ＴＨを計算した後，前記最小トラック探索時間Ｔｍｉｎ（ＬＴ）と前記回転時間ＴＨとの差分ΔＴ＝Ｔｍｉｎ（ＬＴ）−ＴＨを算出し，
前記アクチュエータヘッドがデータアクセスタイムを損失することなしに目標トラックに移動できる所定時間を，前記差分ΔＴ＝０のときには前記最小トラック探索時間Ｔｍｉｎ（ＬＴ），前記差分ΔＴ＞０のときには前記最小トラック探索時間Ｔｍｉｎ（ＬＴ）と前記回転時間ＴＨとの和，前記差分ΔＴ＜０のときには前記回転時間ＴＨに決定し，
前記決定された所定時間内に，前記加速段階，前記飛行段階，および前記減速段階が行われるように決定され，
前記制限速度は，次式によって決定されることを特徴とする，適応形セクタ探索方法。
0003796374.tif 000024
ただし，上式において，ｋはボイスコイルモータの慣性，アクチュエータアームのトルク係数およびボイスコイルモータを通じて流れる最大電流の関数であり，ＬＴは現在トラックと目標トラック間の位置差であり，βは約１．１〜１．５の定数であり，Ｔｆは，下式により決定される値である。
0003796374.tif 000025
ただし，上式において，ＴＨは目標サーボセクタがアクチュエータヘッドの飛行経路である放射状のアークに達するまでの回転時間であり，Ｔｒｅｖはディスクドライブプラッタの１回転時間であり，△Ｔ値はΔＴ＝Ｔｍｉｎ（ＬＴ）−ＴＨによって計算され，αは１〜２ｍｓｅｃから選択される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ディスクドライブシステムの電力消費を低減させるための方法に関し，特に，データアクセスタイムを損失せずに電力消費を低減することができるように，読出し／書込みアクチュエータヘッドを制御する適応形セクタ探索方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力消費の低減は，ディスクドライブデータ格納システムに要求される基本事項である。特に，モバイルコンピュータやノート型パソコンのユーザはバッテリ寿命を最も重要なシステム特性の一つと見なしている。従って，電力消費を低減できる方法，あるいはバッテリ電力管理方法は，充填間のバッテリ寿命を延ばすことにおいて重要である。
【０００３】
電力管理設計のうち一つは，一般のディスクドライブデータシステム動作において，読出し／書込み動作が常に行われるのではないという事実に基づいている。これは，要するにディスクドライブには低電力消費，あるいは不動作周期が存在するということを意味しており，これに基づいてバッテリ電力フローを制御するためのファームウェアやソフトウェアを設計することができる。これらの電力管理システムを用いる一般のディスクドライブ，例えばＩＢＭ社のＴｒａｖｅｌｅｒｓｔａｒ  ４ＬＰにおける電力消費内訳は，次の表１の通りであり，０.９４アンペアの電力浪費を伴う。
【０００４】
【表１】
0003796374.tif 000002
【０００５】
前記表１は，ディスクドライブの各モードにおける電力消費を示すものである。初期駆動(スタートアップ)時の電力消費は，主にディスクプラッタを回転させるスピンドルモータの動作に基因する。トラック・セクタのシーク（探索）モードおよび読出し／書込みモードは，正常動作時での電力消費を示す。正常動作時にアクチュエータモータ(いわゆる，ボイスコイルモータ：ＶＣＭ)によって駆動されるアクチュエータは，一または複数の読出し／書込みヘッドを支持している。電流がアクチュエータコイルを通じて流れると，アクチュエータモータは，ディスクプラッタ面上で放射方向に配されているデータトラックにアクチュエータと読出し／書込みヘッドを回転させる。表１に示すように，読出し／書込み動作が行われれば行われるるほど，より多くのシーク動作が行われ，その結果さらに多くの電力が消費されることになる。とは言え，シーク動作が最も多い電力を要求するという意味ではない。
【０００６】
パフォーマンスアイドル，低電力アイドルおよびスリープモードは，電力管理計画によって発生する電力消費を示すものである。前記の例において，電力消費は，電力管理ソフトウェアを備えない従来のディスクドライブシステムに比較して約３１％低減する。典型的な電力管理技術は，米国特許第５４５２２７７号，第５５４４１３８号，第５５２１８９６号などに開示されている。これらの特許では，多数の電力動作モードのうち一つを選択するために，エネルギ使用量と予め設定されたプロファイルを比較する。
【０００７】
消費電力を減少させるための他の方法は，米国特許第５３４５３４７および第５４９３６７０号に開示されており，ここでは，電力消費を減少させるためにスピンドルモータの回転を制御している。
【０００８】
米国特許第５１４０５７１号には，間欠的に動作が中断されるデジタル信号プロセッサ(ＤＳＰ)を用いて電力消費を低減させる技術が開示してある。しかし，ＤＳＰによって消費される電力の量は，アクチュエータモータおよびスピンドルモータを駆動させるために使用される電力に比べて相対的に低い量である。
【０００９】
米国特許第５４１２８０９号には，使用者が性能最適化制御アクセスタイムアルゴリズムおよび電力消費最適化制御アクセスタイムアルゴリズムの中いずれか一つを選択できる技術が開示されている。しかし，このような方法には二つの選択事項が存在することと，電力消費を達成するために，平均アクセスタイムを犠牲にしてしまうという短所がある。
【００１０】
上記従来の電力管理方法は，全体的にディスクドライブの電力消費をやや減少させることができるが，ディスクドライブ電力消費の主要成分，すなわちデータアクセスタイムの損失無しにシーク（探索）動作の電力消費を減少させることはできなかった。
【００１１】
上記全ての電力管理方法において，探索過程は，トラック探索モードにおいて一つのトラックから他のトラックに可能な限り迅速に読出し／書込みヘッドを移動させるようにアクチュエータを制御する，という仮定の下に行われてきた。指定されたトラック上にヘッドが到達すると，サーボシステムは一般に前記トラック内で指定されたセクタを探すためのトラック追従モードに入る。トラック追従モードでは，上記のトラック探索モードより遥かに少ない電力が消費される。これは，トラック探索モードで可能な限り迅速にヘッドを移動させるための最大電流がパワー増幅器とアクチュエータコイルに印加されるからである。このアクチュエータコイルに印加される電流が多くなればなるほど，アクチュエータアームはさらに速く回転し，ヘッドをさらに速く移動させる。
【００１２】
このような観点から省電力設計を考えた場合に，データアクセスタイムを遅延させること無しに，シーク（探索）動作と関連した電力消費を低減させるための方法が要求されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従って，本発明は，上述の関連技術の短所および制約事項から生ずる諸問題を克服するために案出されたものであって，データアクセスタイムを損失すること無しに電力消費を低減させるように，読出し／書込みヘッドを制御することが可能な，新規かつ改良されたディスクドライブシステムの適応形セクタ探索方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明は，ディスクドライブプラッタの１回転時間を示すＴｒｅｖと，現在トラックと目標トラック間の位置差を示すＬＴを入力として提供する段階を含め，その後，変数Ｔｍｉｎ(ＬＴ)と変数ＴＨが決定される。ここで，変数Ｔｍｉｎ(ＬＴ)は，アクチュエータヘッドの移動によって作られる放射状のアークに沿ってアクチュエータヘッドを現在トラックから目標トラックに移動させる最小トラック探索時間を示し，変数ＴＨは，現在サーボセクタから目標サーボセクタが放射方向のアークに達するまでの回転時間を示す。
【００１５】
一方，ΔＴ値はΔＴ＝Ｔｍｉｎ(ＬＴ)−ＴＨによって計算され，次のような三つの結果が得られた。
(１)ΔＴが‘０’であれば，アクチュエータヘッドの移動時間はＴｍｉｎ(ＬＴ)に設定され，
(２)ΔＴが‘０’より大きいと，アクチュエータヘッドの移動時間はＴＨ＋Ｔｒｅｖに設定され，
(３)ΔＴが‘０’より小さいと，アクチュエータヘッドの移動時間はＴＨに設定される。
【００１６】
上記(２)と(３)の結果，従来のディスクドライブに比べて低い速度でアクチュエータヘッドを移動させることによって，電力消費を減少させ，バッテリの寿命を延長させることができる。アクチュエータヘッドの低速移動は，アクチュエータヘッドの最大速度を一時的に減少させることによって達成される。これは，ディスクドライブシステムで電力消費を低減させるてめに役立つ。
【００１７】
前記の目的を達成するために，本発明は，請求項１に記載のように，現在トラックと現在セクタから目標トラックと目標セクタへアクチュエータヘッドを移動させる間のディスクドライブ電力消費を減少させるための適応形セクタ探索方法において，アクチュエータヘッドの最大許容速度より低い制限速度（Vlim）を決定する段階と，現在トラックと現在セクタからアクチュエータヘッドを移動させるためにアクチュエータヘッドを前記制限速度に加速する段階と，アクチュエータヘッドを前記制限速度で飛行させる段階と，目標トラックと目標セクタにアクチュエータヘッドが停止するようアクチュエータヘッドを制限速度から減速させる段階とを含み，さらに，前記制限速度は，現在トラックから目標トラックまでの最も速い時間Tmin(LT)及び目標サーボセクタがアクチュエータヘッドの飛行経路である放射状のアークに達するまでの回転時間ＴＨを計算した後，前記アクチュエータヘッドがデータアクセスタイムを損失すること無しに目標トラックに移動できる所定時間を計算して，前記所定時間内に決定されることを特徴としている。
【００１８】
なお，制限速度は，次式によって決定されることが好ましい。
【００１９】
0003796374.tif 000003
ただし，上式において，ｋはボイスコイルモータの慣性，アクチュエータアームのトルク係数およびボイスコイルモータを通じて流れる最大電流の関数であり，ＬＴは現在トラックと目標トラック間の位置差であり，βは約１.１〜１.５の定数であり，Ｔｆは，下式により決定される値である。
0003796374.tif 000004
ただし，上式において，ＴＨは目標サーボセクタがアクチュエータヘッドの飛行経路である放射状のアークに達するまでの回転時間であり，Ｔｒｅｖはディスクドライブプラッタの１回転時間であり、△T値はΔＴ＝Ｔｍｉｎ(ＬＴ)−ＴＨによって計算され、αは１〜２ｍｓｅｃから選択される。
【００２０】
さらに，βは，約１.１〜１.５の範囲で選択することが好ましい。
さらに，制限速度は，より正確に，アクチュエータヘッドの加速段階，アクチュエータヘッドの飛行段階，およびアクチュエータヘッドの減速段階が前記所定時間に終了するように決定されることが好ましい。また，前記所定時間は，前記アクチュエータヘッドが目標セクタのヒッティングが行われない場合に目標セクタに到達するアクチュエータ移動時間最大量として設定されることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下，本発明にかかる好適な実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお，以下の説明および図面においては，実質的に同一の機能および構成を有する構成要素および部分については，可能な限り同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
そして，以下において，本発明の好適な実施形態が示されるが，本発明はかかる例に限定されるものではなく，当業者であれば，特許請求の範囲に記載した技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。さらに，関連する周知技術については，適宜説明を省略するものとする。
【００２３】
まず，本発明の実施の一形態は，ディスクドライブシステムにおいて，データアクセスタイムを損失すること無しに，電力消費を減少させるために読出し／書込みヘッドアクチュエータを制御する方法に関するものである。
従来の電力消費方法において，トラック決定モードは，データアクセスタイムの最小化を図るために，初期トラックから目標トラックにアクチュエータヘッドを移動させる時間を最小化するための時間最適制御(Time Optimal Control：ＴＯＣ)，または近似時間最適制御(Proximate Time Optimal Control：ＰＴＯＣ)として設計される。
【００２４】
しかし，アクチュエータヘッドを目標トラックまで最大速度で速く移動させる場合にはより多くの電流を要求し，結果として低速でアクチュエータヘッドを移動させる場合に比べてより多くの電力が消費されるばかりでなく，結果的に時間面からも長時間が必要とされた。
【００２５】
ノーマル探索動作は，ロング動作またはショート動作に応じて，加速，減速および飛行(coast)のうち，二つまたは三つのモードを含んでいる。この理由は，探索ヘッドが最大速度Ｖｍａｘで移動することができるからである。短距離探索動作では，ヘッドは決して最大速度に至ることができないため，ただ加速モードおよび減速モードだけが必要である。しかし，長距離探索動作では，ヘッドは最大速度に達し，減速するまでの一定時間にわたり等速で飛行する。
【００２６】
ここで，図１は，短距離探索動作時の読出し／書込みヘッドの移動速度変化を示すグラフであり，図２は長距離探索動作時の読出し／書込みヘッドの移動速度変化を示すグラフである。
【００２７】
図１に示すように，短距離探索動作は，加速モードおよび減速モードの２モードを有する。加速モード中にヘッドは時間ｔｓまで加速され，その後の減速モードではｔｓから最終探索時間ｔｆまで減速する。ｔｓ時点で，ヘッド速度が最大速度Ｖｍａｘを越えない限り短距離探索動作を維持する。
【００２８】
図１は，カーブＳ１とＳ２で示した二つの短距離探索動作の例を示すものである。Ｓ１は，時間ｔｓ１まで読出し／書込みヘッドが加速される探索動作を示しており，ｔｓ１での速度はＶ１である。そして，目的地まで減速して時間ｔｆ１に目的地に到着し，ここまでの時間が第１探索時間である。Ｓ２は，時間ｔｓ２まで読出し／書込みヘッドが加速される探索動作を示しており，ｔｓ２で読出し／書込みヘッドの速度はＶｍａｘである。そして目的地まで減速して第２探索時間であるｔｆ２時間に目的地に達する。従って，短距離探索動作の全体探索時間は，ｔｆ２より大きくなり得ない。もし，全体探索時間がｔｆ２より大きい場合は，飛行モード(あるいは等速モード)が要求され，このような探索動作は長距離探索動作になる。
【００２９】
図２は，カーブＳ３で示した長距離探索動作の例を示すものである。図２に示すように，長距離探索動作は，加速モード，飛行モード(あるいは，等速モード)および減速モードの３モードを有する。加速モードの間，ヘッドは時間ｔｌ１まで加速され，時間ｔｌ１から時間ｔｌ２までの飛行モードの間に等速で飛行する。そして，時間ｔｌ２から最終探索時間であるｔｆ３までの減速モードでヘッドは減速される。長距離探索動作でヘッドは最大速度Ｖｍａｘで飛行するよう制限されているために等速の飛行モードが要求される。仮に，最終探索時間ｔｆ３が，Ｖｍａｘまで加速するために必要な時間(ｔｌ１)にＶｍａｘから減速するために必要な時間(ｔｆ３−ｔｌ２)を加算した値より大きい場合に，飛行段階は残余時間(ｔｌ２−ｔｌ１)として設定される。
【００３０】
このような特性は，他の動作モード中に読出し／書込みヘッドの位置を表現することによって判定することができる。図３は，三つの相異なる始点Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３に対する速度とヘッド位置の関係を示すグラフである。各々の場合において，Ｘ軸上の原点は指定された終着点(すなわち，要求された読出し／書込み位置)を示している。図３に示すように，探索ヘッドは，始点Ｘ１から速度Ｖ１に至るまで加速され，Ｖ１の速度を有する地点(Ｘａ)で探索ヘッドは目標セクタに至るまで減速する。これは飛行段階がないために短距離動作になる。
【００３１】
一方，探索ヘッドは，始点Ｘ２から速度Ｖｍａｘに達するまで加速し，この時Ｖｍａｘの速度を有する地点はＸｂとなる。Ｘｂ地点で探索ヘッドは目標セクタに達するまで減速する。これも飛行段階がないために短距離探索動作である。
【００３２】
しかし，始点が目標セクタからＸ２より遠くなる場合は，飛行モード(coasting mode)で最大速度の制限が要求される。図３に示すように，探索ヘッドは，始点Ｘ３で最大速度Ｖｍａｘに達する地点Ｘｃまで加速し，探索ヘッドは最大速度Ｖｍａｘに達した後Ｘｂ地点に達するまで等速で飛行する。そして，Ｘｂ地点で探索ヘッドは目標セクタに達するまで減速する。これは飛行モードが要求されるために長距離探索動作になる。
【００３３】
本発明の実施の一形態によれば，ディスクドライブシステムにおいて，探索動作周期の間に最大速度Ｖｍａｘより小さい制限速度Ｖｌｉｍに一時的に減速させることによって電力消費を減少させている。この場合，ヘッドは低速で移動するが，データアクセスタイムの損失はない。
【００３４】
読出し／書込み探索ヘッドの一般の動作は次のようである。
【００３５】
まず，ディスクドライブモータ動作状態における正常状態方程式は次の数式１および２で示される。
【００３６】
【数２】
0003796374.tif 000005
【００３７】
上記式２の両辺にアクチュエータコイル電流Ｉをかけると，モータの電力消費方程式は下記の数式３で示される。
【００３８】
【数３】
0003796374.tif 000006
【００３９】
電力消費を減少させるための主要な方法は，アクチュエータコイルに入力される電流の量を減少させることである。ディスクドライブ応用技術において，入力電流を減少させることは，出力トルクＴと旋回速度ωを減少させることを意味する。しかし，入力電流の量の減少は，アクチュエータアームの移動経過時間によって制約を受ける。なぜなら，ディスクドライブシステムにおいては，データは可能な限り速く読出しまたは書込みされる必要があるからである。
【００４０】
以下の一連の数式は，アクチュエータアームの動力学に関連したものであり，セクタ探索制御を通じて，アクチュエータコイルに入力される電流の量と全体消費電力Ｐｍを減少させるための分析を行うためのものである。
【００４１】
【数４】
0003796374.tif 000007
【００４２】
モータの動作は下記の式５によって行われる。
【００４３】
【数５】
0003796374.tif 000008
【００４４】
上記式４と５を結合すると，下記の式６が得られる。
【００４５】
【数６】
0003796374.tif 000009
【００４６】
一方，動力学方程式は下記の式７で示され，上記式６および７を結合すると式８が得られる。
【００４７】
【数７】
0003796374.tif 000010
【００４８】
トラック探索長さである旋回移動距離θが１回の探索間隔の間一定であると仮定すると，上記式８は式９で示される。
【００４９】
【数８】
0003796374.tif 000011
【００５０】
また式３，式４と式５とを結合させることによって下記の式１０と式１１に基づいた平均機械的電力消費が得られる。
【００５１】
【数９】
0003796374.tif 000012
【００５２】
そして，式１０と式１１および式３を結合すると次の式１２が得られる。
【００５３】
【数１０】
0003796374.tif 000013
【００５４】
もし，一定した旋回移動距離θを増加させるためにアクチュエータ移動時間を二倍(２τ)にし，逆起電力によって発生する電流変化を無視すると，式９は次の式１３となる。
【００５５】
【数１１】
0003796374.tif 000014
【００５６】
従って，ｔ＝０から２τの間の平均機械的電力消費は式１４と式１５によって得られる。
【００５７】
【数１２】
0003796374.tif 000015
【００５８】
ここで旋回速度は‘０’からτまでの時間の間＋ｄω／ｄｔの加速度で線形的に増加すると仮定したため，τ周期中の平均電力に注目すべきである。
式１２と式１５とを比較してみれば，機械的電力消費は約８７.５％減少し，電流は約７５％減少する。従って，全体電力消費は少なくとも７５％減少する。仮に，アクチュエータ移動時間が‘ｎ’倍増加したと仮定すれば，次の式１６，式１７，式１８が得られる。
【００５９】
【数１３】
0003796374.tif 000016
【００６０】
以下，図４を参照しながら本発明の実施の一形態による動作を説明する。
図４は，本発明の実施の一形態による臨界セクタ位置を含むセクタとトラックのレイアウトを示すディスクドライブプラッタ面１０の概略図である。ディスクドライブ格納システムにおいて，データは磁気プレートまたはプラッタ１０に／から２次元形態で書込み／読出しされる。図４で，各々のデータセクタＤは，プラッタ１０においてセクタ番号Ｓとトラック番号Ｔに基づいて規定される。
【００６１】
スピンドルモータ２０は，中心軸周辺のプラッタ１０を回転させ，アクチュエータ３０はプラッタ１０の外周と内周との間で放射方向に移動する。スピンドルモータ２０とアクチュエータ３０は個別に制御され，プラッタ１０を一定のＲＰＭ(revolution per minute)で回転させるスピンドル速度制御とアクチュエータの制御との間には何等関連性がない。
【００６２】
最上の場合に，アクチュエータ３０と読出し／書込みヘッド３５は読出しまたは書込みされるべき目標セクタが通過する直前に，目標トラック上に到着するようプラッタ１０上を滑空すべきであり，この場合のトラック追従時間は最小となる。従って，アクチュエータ移動情報と目標セクタ情報は同時に分析される必要がある。もし，目標セクタが通過した直後に読出し／書込みヘッドが以前指定されたトラック番号に到着した場合には，読出し／書込みヘッドは目標セクタにデータを書込みまたは読出しするために，ディスクプラッタが１回転する間，現在のトラック位置で待機すべきである。
【００６３】
上述のデータアクセス方法は，「最大速度でアクチュエータを移動させる場合に最も速く目標トラックに到着し，この場合データアクセス時間は減少するはずである」という仮定に基づいている。しかし，かかる仮定は必ずしも正しい結果として表れるものではない。
【００６４】
ディスクドライブに／からデータを書込み／読出しするシーケンスは統計上ランダムアクセスであり，目標セクタに対する読出し／書込みヘッドの初期位置に依存する。従って，読出し／書込みヘッド３５が目標トラックに最大速度で移動したとしても，それは読出し／書込みヘッド３５が目標セクタを直ぐに探せるということを意味するのではない。最小トラック探索時間アルゴリズムを用いる従来のサーボ方法で，目標トラックに到達した読出し／書込みヘッド３５がそのまま目標セクタにヒットする確立は１／Ｎである（ここで，Ｎはプラッタ面に備えられるセクタの数を示す。）。言い換えれば，プラッタ１０が７０個のセクタを有する場合，読出し／書込みヘッド３５が目標トラックに到達した時に目標セクタをヒットする可能性は１／７０である。従って，ヘッド３５が目標セクタに到達する前の若干のトラック追従時間の間に従来の電力減少方法が要求されるのである。
【００６５】
以下の説明では，最小セクタ探索時間に対応するセクタを臨界セクタと定義するものとする。本明細書においては，潜伏(レイテンシ)あるいはトラック追従時間を最適化するための新規な概念を用いるが，それは目標サーボセクタをヒットする前のトラック追従時間と最も速いトラック探索方法によるセクタ探索時間を考慮した全体的なアクチュエータ移動時間である。
【００６６】
上述の理論的な数式を用いて，現在セクタと目標セクタの相対位置を考えると，最速のトラック探索速度でアクチュエータアームを移動させなくてもセクタ探索時間を最適化できるサーボシステムが設計できる。
【００６７】
従来の探索方法と本実施の形態にかかる方法においては，読出し／書込みヘッド経路(すなわち，現在トラックから目標トラックまでの移動)は変わらない。しかし，アクチュエータ読出し／書込みヘッド３５を目標セクタ，特に目標トラックに移動させるためにかかる時間は異なっている。従って，電力管理のためのセクタ探索方法は，それ以上時間最適制御(ＴＯＣ)や近似時間最適制御(ＰＴＯＣ)プロセスより構成されない。本発明は，固定されたアクチュエータアーム移動時間を有するエネルギ効率的最小−最適制御(ＭＯＥＣ：Minimum-Optimal Energy Control)より行われるセクタ探索動作方法に関する。その上，本発明はデータアクセスタイムの損失のない方法を用いる。
【００６８】
前記固定されたアクチュエータアーム移動時間は広い範囲を有するが，次のような４つの入力に依存している。(１)スピンドルのＲＰＭ，(２)初期セクタと目標セクタの相対位置，(３)目標トラックと初期トラック間の距離差，(４)一般のＴＯＣあるいはＰＴＯＣアクチュエータ移動時間。
【００６９】
前記固定したアクチュエータアーム移動時間は，前記システムが目標トラックに到達すると同時に目標データセクタをヒットする可能性が１／ＮであるＰＴＯＣあるいはＴＯＣシステムとして動作する時に最も短い。
【００７０】
最上の場合において，前記アクチュエータアームは前記目標トラックに達すると同時に，前記読出し／書込みヘッドが臨界セクタにヒットすると，前記ヘッドは直ちに目標セクタにデータを書き込んだり，目標セクタからデータを読出し始める。しかし，大部分の場合，目標セクタに達する時ヒットする一番目のセクタは望む臨界セクタでない。従って，前記システムは目標セクタを待機するためにトラック追従モードに進入する必要がある。このような待機期間(waiting period)を通常潜伏期と呼び，最も短い潜伏期は下記の数式１９によって得られる。
【００７１】
【数１４】
0003796374.tif 000017
【００７２】
最も長い潜伏期(すなわち，プラッタ１０の１回転)は次式２０によって得られる。
【００７３】
【数１５】
0003796374.tif 000018
【００７４】
例えば，ＩＢＭ社のＴｒａｖｅｌｓｔａｒは４０００ＲＰＭで動作し，７０個のセクタを有し，平均探索時間は１３ｍｓである。前記数式１９と２０によれば，最も短い潜伏期は０.２１４ｍｓとなり，最も長い潜伏期は１５ｍｓとなる。
【００７５】
従って，最も短い全体アクセス時間は１３.２１４msである。なぜなら，目標トラックに達するまで所要される平均アクチュエータ移動時間は１３ｍｓであり，目標サーボセクタは１セクタ(すなわち０.２１４ｍｓ)離れているからである。一方，最も長い全体アクセス時間は２８ｍｓであり，その理由は，目標トラックに達する時まで所要される平均アクチュエータ移動時間が１３ｍｓであり，目標サーボセクタをミッシング(missing)した直後に目標セクタにヒットするまで１回転(１５ｍｓ)待機しなければならないからである。
【００７６】
以下，本実施の形態によるセクタ探索制御方法によって，どの程度電力消費が減少されるかを評価するためにフルストローク長さの１／３に相当する探索時間を平均探索時間と規定した単純例を仮定してみる。
【００７７】
まず，図４に示すように，読出し／書込みヘッド３５の飛行により形成される経路をアークＺと規定すれば，アークＺはフルストローク長さになる。トラック探索プロセスは，システム設計の速度制限によってパワー増幅器を常に飽和させるのではないために近似接近を用いる。例えば，フルストロークトラック探索の場合，全体時間の半分を速度制限とする。このような周期の間微弱な電流だけが摩擦，バイアス力などを克服するために印加される。その結果，フルストローク探索の場合は，１／３フルストローク探索の場合とほぼ同じ量の電力を消費する。探索長さが１／３フルストロークより大きい時の電力出力を調べてみれば，最大速度制限のために電力消費は１／３フルストローク長さ探索とほぼ同一である。
【００７８】
前記の分析は，ディスクドライブで既に公知された統計学的な結果と一致する。すなわち，可能な限り全てのトラック探索長さのうち，１／３フルストローク長さが平均長さであり，また，その長さでの電力消費が最大となる。
【００７９】
７０個のセクタを有し，４０００ＲＰＭで一定に回転するＩＢＭ社のＴｒａｖｅｌｓｔａｒ  ４ＬＰを用いた例において，スピンドルを用いてプラッタを一定のＲＰＭで回転させるために読出し／書込みヘッドが任意のセクタとヒットする可能性は同一であると予測できる。従って，下式２１が得られる。
【００８０】
【数１６】
0003796374.tif 000019
【００８１】
本発明の好ましい実施例において，最上の場合にトラック追従時間はトラック探索時間より大きいと考えられる。式２１に示すように，電力消費は約６５％以上減少される。例えば，ＩＢＭ社のＴｒａｖｅｌｓｔａｒ  ４ＬＰにおいて探索電力消費は表１の２.３Ｗに比べて０.７９Ｗになる。電力消費減少量は下式２２によって得られる。
【００８２】
【数１７】
0003796374.tif 000020
【００８３】
式２２は任意のセクタ探索過程に用いられ，Ｔｓｅｅｋｉｎｇは現在トラックの現在セクタから目標セクタの位置したトラックまでのトラック探索時間である。上に述べた６５％電力減少は理論的な結論である。アクチュエータ力学，電流に影響するＥＭＦ，摩擦および最大移動速度制限を考慮すると，実探索動作で電力消費の５０％減少が期待できる。
【００８４】
従来のトラック探索方法において，目標トラック番号と現在トラック番号間の差は，ドライブアクチュエータアームに入力として用いられてきた。本発明では現在セクタ番号と目標セクタ番号を知る必要がある。ディスクプラッタに楔形構造で記録されたサーボセクタパターンはセクタ間の関係を提供する。従って，前記サーボシステムでは目標トラック番号を受信する際に目標セクタ番号も受信する必要がある。
【００８５】
現在セクタ番号とスピンドルＲＰＭを知ると，目標セクタをヒットするためにアクチュエータアームを移動させるための正確な時間ソリューション(just-in time solution)が計算される。このような正確な時間ソリューションは，アクチュエータアームが動き始めた時からアクチュエータ読出し／書込みヘッドが目標サーボセクタをヒットする時までの時間として定義される。そして，正確な時間ソリューションはトラック探索時間と目標セクタとヒットする以前のトラック追従時間との和と同一である。言い換えれば，正確な時間ソリューションとしては，目標セクタのミッシングあるいは臨界セクタ位置と関連してスピンドル１回転より小さい場合に，目標セクタのヒッティング無しに目標セクタに達するまでのアクチュエータ移動時間最大量を用いる。
【００８６】
経験と理論によれば，任意のトラックから他のトラックまでのＰＴＯＣあるいはＴＯＣのために設計されたアクチュエータアーム探索時間の反復性は，一般に任意の公差内に存在するものとされている。ＰＴＯＣあるいはＴＯＣデータの収集は，図５に示すようなトラック長さ関数のような曲線に近似化し得るが，アクチュエータの読出し／書込みヘッドの飛行する経路と速度に対して各トラック上の臨界セクタの相対位置を示す第２臨界セクタデータの収集が行われた後，任意のトラック上に存在する目標セクタ位置が臨界セクタを通過したか，あるいは臨界セクタを通過するかを決定することができる。
【００８７】
図４の実施形態において，臨界セクタＣＳは７０個のセクタからなるプラッタで，位置Ｂから逆回転方向にカウンティングした場合，６０番目のセクタと規定する。ＩＢＭ社のＴｒａｖｅｌｓｔａｒ  ４ＬＰの例で，読出し／書込みヘッド３５は臨界セクタＣＳが１３ｍｓ経過後位置Ｂに達する時に位置Ａから位置Ｂまでの移動を終える。しかし，もし，各トラック上の臨界セクタの相対位置がアクチュエータ３０の読出し／書込みヘッド３５の飛行によって形成される経路と速度変化の結果のように変化すると，交叉セクタは臨界セクタとして選択されることが判る。
【００８８】
従って，臨界セクタは可能な限り最も短い探索時間を表す。全てのトラックに対して，回転方向に沿って臨界セクタＣＳの真前を通過するセクタは読出し／書込みヘッド３５によってヒットされる前に１回転する必要があるため，最も長い全体アクセスタイムを有する。逆に，全てのトラックに対して，回転方向に沿って前記臨界セクタＣＳの真後ろに位置したセクタは読出し／書込みヘッド３５によって直ちにヒットされるわけであり，最も短い全体アクセスタイムを有する。
【００８９】
トラック番号，セクタ番号および相対位置を知ると，公差範囲内でセクタ探索時間を決定することができる。このような情報はアクチュエータの固定移動時間中に電力消費を最小化することに基づいた図６のセクタ探索制御処理流れ図と共に用いられる。前記固定された移動時間は目標セクタ位置と臨界セクタ位置を考慮した最も速いトラック探索時間に依存する。
【００９０】
本発明にかかるディスクドライブ電力消費を減少させるための方法は，磁気ディスクドライブあるいは光ディスクドライブに用いることができる。本発明は別の形態で，応用ハードウェア，ファームウェア，あるいはソフトウェアで具現できる。最適の条件で，アクチュエータヘッドは目標セクタがアクチュエータヘッドの下を通過する直前に目標トラックに達する。従って，アクチュエータヘッドは目標トラックに達すると同時に目標サーボセクタに達することが可能である。
【００９１】
図６を参照すれば，本実施の形態にかかる処理流れは，入力としてＬＴ(現在トラックと目標トラック間の位置差)とＴｒｅｖ(ディスクプラッタの１回転所要時間)を用いる。
【００９２】
段階２００において，変数Ｔｍｉｎ(ＬＴ)とＴＨが決定される。この時Ｔｍｉｎ(ＬＴ)は最小トラック探索時間であり，従来のディスクドライブアクチュエータ移動システムの場合と同様に計算される。Ｔｍｉｎ(ＬＴ)は，図４でＡ地点とＢ地点間の放射アークＺに沿って現在トラックから目標トラックまでヘッドを移動させるために必要な時間の最小量である。すなわち，Ｔｍｉｎ(ＬＴ)は現在トラックから目標トラックまでの最も速い時間である。
【００９３】
図1〜図３に示した探索動作において，変数Ｔｍｉｎ(ＬＴ)は，短距離探索動作であるか，あるいは長距離探索動作であるかによって次の式２３(短距離探索動作)と式２４(長距離探索動作)で決定される。
【００９４】
【数１８】
0003796374.tif 000021
【００９５】
ＴＨは目標サーボセクタと現在サーボセクタとの間のセクタ数に基づき，アクチュエータヘッド３５が飛行する放射方向への経路Ｚへ目標サーボセクタを前進させるために要求される時間である。従って，ＴＨはディスクプラッタの部分回転時間であり，ディスクドライブスピンドルモータ２０によって決定されるディスクプラッタ１０の回転速度に依存する。
【００９６】
ＴＨの値は，目標サーボセクタと現在サーボセクタの可能な限りの組合せに対して予めルックアップテーブルに格納することができる。また，ＴＨは，予め決定された番号を目標サーボセクタと現在サーボセクタ間の差に乗算することによって決定することもできる。もし，スピンドルモータ２０の回転速度が一定であれば，前記差は与えられた地点を通過する単一セクタの回転速度と同一の定数を乗算すればよい。この場合，前記定数はプラッタ面のセクタ数をディスクドライブのＲＰＭで割ることによって決定される。前記計算を行う前に論理アドレスを物理アドレスに解読する必要がある。
【００９７】
段階２１０において，ΔＴの値は下式２５によって計算され，ΔＴ＝０，ΔＴ＞０，またはΔＴ＜０と決定される。
【００９８】
【数１９】
0003796374.tif 000022
【００９９】
しかし，実際の条件で定数αは‘０’の近似値として用いられる。ΔＴの絶対値がαより小さいとΔＴ≒０と，ΔＴがαより大きいとΔＴ≧０と，ΔＴ＜−αであれば，ΔＴ≦０と考慮すべきである。ここで，前記αとしては，１〜２ｍｓｅｃのような極小さい値を選択するのが望ましい。
【０１００】
ここで，段階２２０でΔＴが０であれば，すなわちＴｍｉｎ(ＬＴ)＝ＴＨであれば，アクチュエータヘッドは目標トラックに達し，同時に目標セクタはアクチュエータヘッドを通過する。このような場合には，段階２２５において，アクチュエータヘッド移動時間は，従来通り，Ｔｍｉｎ(ＬＴ)に設定される。前述したようにその発生可能性は１／Ｎである。これに対して，段階２３０で，ΔＴが０より大きいと(すなわち，Ｔｍｉｎ(ＬＴ)＞ＴＨ)判断された場合には，駆動アクチュエータヘッドは目標セクタが通過した後に目標トラックに達する。このような場合には，段階２３５において，でアクチュエータヘッド移動時間をＴＨ＋Ｔｒｅｖに設定し遅らせる。特に，目標セクタが現在トラックの近くにあれば，アクチュエータヘッドが目標トラックに達する以前にアークＺを通過する。従って，ヘッドは目標サーボセクタに達するまで目標セクタ上で待機しなければならない。最大エネルギを用いてヘッドを現在トラックから目標トラックに移動させた後に，追加回転の間待機するよりは，むしろ節電モードでアクチュエータヘッドの移動速度をＴＨ＋Ｔｒｅｖに遅らせるのが望ましい。この方式で，アクチュエータヘッドは，目標サーボセクタが部分回転ＴＨと完全回転Ｔｒｅｖ後にアークＺに達すると同時に目標トラックに達する。
【０１０１】
これに対して，段階２４０において，ΔＴが‘０’以下であると判断されると，すなわちＴｍｉｎ(ＬＴ)＜ＴＨであれば，駆動アクチュエータヘッドは目標セクタが通過する以前に目標トラックに達する。この場合，アクチュエータヘッド移動時間をＴＨに設定し遅らせる。特に，目標サーボセクタが現在セクタの近くにない場合には，目標セクタは，目標トラックにヘッドが達した後にアークＺを通過することになる。従って，ヘッドは目標セクタがアークＺに達する時まで目標トラックで待機しなければならない。最大エネルギを用いてヘッドを現在トラックから目標トラックに移動させて目標セクタがアークＺに達する時まで待機するよりは，むしろ節電モードでアクチュエータヘッドの移動時間をＴＨと低く設定することが良い。かかる方式によれば，目標サーボセクタがアークＺに達すると同時にアクチュエータヘッドもまた目標トラックに到達することになる。
【０１０２】
上述した最後の２方式とも，データアクセスタイムを損失すること無しに電力を節約できる。上述した最後の２方式におけるアクチュエータヘッド移動時間は，目標サーボセクタがヘッドを通過する時まで目標トラックを追従しながら待機しなければならない時間より短くなる。トラック追従時間を短縮することによってアクチュエータヘッドが目標トラックに達する時間にアクチュエータヘッドが目標サーボセクタに達するのを保障することができ，データアクセスタイムを損失すること無しに電力消費は最適化される。
【０１０３】
探索時間でトラック追従時間を減少させる一方法は，加速および減速中にアクチュエータヘッドの速度軌跡を変化させることである。しかし，残念ながらかかる方法は複雑な計算を必要とし，複雑な回路構成およびプログラミングを要求する。
【０１０４】
探索時間を減少させるためのもう一つの方法は，探索動作の周期の間新たな制限速度Ｖｌｉｍで読出し／書込みヘッドを飛行させることによって最大速度Ｖｍａｘを一時的に減少させることである。読出し／書込みヘッドが十分に飛行するよう最大速度を低くすることによって，ヘッドは目標セクタに達する時までより長い時間の間飛行するが，結果的に電力消費は減少される。
【０１０５】
図７および図８は探索動作において最大速度を制限した場合の効果を示すグラフである。図７は長距離探索動作が時間長さ面においてどのくらい延長されたかを示し，図８は短距離探索動作がどのように長距離探索動作に変化するかを示している。
【０１０６】
図７において，カーブＳＡに示すように，長距離探索動作は最大読出し／書込みヘッド速度としてＶｍａｘを用いて行われる。このような長距離探索動作で，読出し／書込みヘッドはｔＡ１まで加速した後，ｔＡ２時間まで等速で飛行する。そして，ｔＡ２時間からｔＡｆまで減速する。しかし，読出し／書込みヘッドの最大速度をＶｌｉｍに減少した場合には，長距離探索動作のパラメータはＳＢカーブに示したパラメータに変化する。新たな長距離探索動作で，読出し／書込みヘッドはｔＢ１まで加速した後，ｔＢ２時間まで等速で飛行した後，ｔＢ２時間からｔＢｆまで減速する。制限速度Ｖｌｉｍは最大速度Ｖｍａｘより小さいため，ヘッドは直ぐ最大速度に達し，時間ｔＢ１は時間ｔＡ１より短い値を有する。また，読出し／書込みヘッドは，より低い速度Ｖｌｉｍで動作するために，停止までの減速に要求される時間(ｔＢｆ−ｔＢ２)は，最大速度Ｖｍａｘで停止するまでの減速に要求される時間(ｔＡｆ−ｔＡ２)より短い。
【０１０７】
しかし，探索動作の間の全体飛行距離は一定でなければならないため，ＳＡ，ＳＢ曲線の面積は一致する必要がある。従って，図７で斜線を引いた領域は同一の面積を有する必要がある。これは，ＳＢカーブの下の面積を増加させるために，ＳＢカーブの等速飛行時間(ｔＢ２−ｔＢ１)がＳＡカーブの等速飛行時間(ｔＡ２−ｔＡ１)よりも長くなる必要があるということを意味する。
【０１０８】
図８に示すように，最大読出し／書込みヘッド速度としてＶｍａｘを用いる場合，ＳＣカーブのように短距離探索動作が行われる。このような短距離探索動作で読出し／書込みヘッドはｔＣ１時間まで加速した後，ｔＣｆ時間まで減速する。しかし，ヘッドの最大速度がＶｌｉｍに減少されると，ＳＤカーブのパラメータを有する長距離探索動作に変化する。この新たな長距離探索動作においては，ヘッドはｔＣｆまで加速した後にｔＤ２まで等速で飛行した後，ｔＤｆまで減速する。ＶｌｉｍはＶｍａｘより小さいため，読出し／書込みヘッドは直ぐ最大速度に達し，最大速度到達時間までの時間ｔＤ１はｔＣ１より短い値を有する。また，読出し／書込みヘッドはＶｌｉｍの低い速度で動作するために，停止時までの減速に要求される時間(ｔＤｆ−ｔＤ２)は，Ｖｍａｘで停止時までの減速に要求される時間(ｔＣｆ−ｔＣ１)より短縮される。
【０１０９】
しかし，このような探索動作中に全体飛行距離は一定であるため，ＳＣカーブとＳＤカーブの面積は一致すべきである。従って，図８の斜線を引いた部分は同一の面積を有する必要がある。これはＳＤカーブのように長距離探索動作が等速飛行時間(ｔＤ２−ｔＤ１)を要求するに対し，ＳＣカーブのように短距離探索動作はそのような段階を要求しないということを意味する。
【０１１０】
制限速度Ｖｌｉｍは，図６のアルゴリズムによって計算された探索時間を提供するために選択される。従来のハードディスクドライブでの探索時間は与えられた探索長さに対して一定であるために探索長さのみによって決定される。本発明の実施の形態においては，探索長さと所望の探索時間は，制限速度Ｖｌｉｍを決定するための変数として使用され，制限速度は下式２６によって決定される。
【０１１１】
【数２０】
0003796374.tif 000023
【０１１２】
絶対値ΔＴがαより小さい(すなわち，ΔＴ≒０)位置では何の方程式も不要である。この環境下では，アクチュエータヘッド移動時間は一般のＴｍｉｎ(ＬＴ)に設定され，制限速度Ｖｌｉｍを計算する必要がない。実質的には実用的なすべての目的に対して，Ｖｌｉｍ＝Ｖｍａｘである。
【０１１３】
式２６において，ＶｌｉｍはＶｍａｘより小さい必要がある。そして式２６において，βはシステムの物理的特性を説明するための調整因子として用いられ，実験によって決定される。
【０１１４】
以上のように，本実施の形態によれば，アクチュエータヘッドは大部分の場合速度が低くなるため，ディスクドライブ全体の電力消費は減少し，電流は増加された移動時間の第２電力に反比例するため，バッテリ寿命を延長することができる。
【０１１５】
以上，本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されるものではない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，アクチュエータヘッドは大部分の場合速度が低くなるため，ディスクドライブの全体電力消費は減少され，また，電流は増加された移動時間の第２電力に反比例するため，バッテリの寿命が延びる。
【０１１７】
また，本発明は，ディスクドライブにおいて駆動電流の高周波成分によって発生する音響ノイズを減少させるという長所を有する。すなわち，電流が高いほど探索時間は短いが，より多くの高周波ノイズが発生するが，本発明のように探索時間を増加させることにより，音響ノイズレベルを減少させることが可能となる。
【０１１８】
また，本発明によれば，アクチュエータアームの移動速度を低減させることによってシステムの信頼性と寿命を増大させることができる。なぜなら，読出し／書込みヘッドの移動速度が速いほどディスクドライブの移動部分はより速く損傷されるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】短距離探索動作時における読出し／書込みヘッドの移動速度変化を示すグラフである。
【図２】長距離探索動作時における読出し／書込みヘッドの移動速度変化を示すグラフである。
【図３】分離された各々の三つの出発地点において探索動作を行う場合のヘッド位置と速度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例による臨界セクタ位置を含め，セクタとトラックのレイアウトを示すディスクドライブプラッタ面の概略図である。
【図５】トラック長さの関数としてのＴＯＣまたはＰＴＯＣデータのグラフである。
【図６】本発明の実施の一形態にかかるセクタ探索制御処理流れ図である。
【図７】探索動作において，最大速度を制限した場合の効果を示すグラフである。
【図８】探索動作において，最大速度を制限した場合の効果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０      プラッタ
２０      スピンドルモータ
３０      アクチュエータ／ＶＣＭ
３５      読出し／書込みヘッド
ＣＳ      臨界セクタ
Ｚ        ヘッドの移動軌跡（アーク）
【図１】
0003796374.tif 000026
【図２】
0003796374.tif 000027
【図３】
0003796374.tif 000028
【図４】
0003796374.tif 000029
【図５】
0003796374.tif 000030
【図６】
0003796374.tif 000031
【図７】
0003796374.tif 000032
【図８】
0003796374.tif 000033