DE3886697T2

DE3886697T2 - Datenspeichergerät.

Info

Publication number: DE3886697T2
Application number: DE3886697T
Authority: DE
Inventors: Tarek Makansi; Constantin Michael Melas; Arvid Motibhai Patel; Steven Harold Souther
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2008-10-25
Also published as: JPH077582B2; JPH01137410A; EP0316084B1; CA1317370C; EP0316084A2; US4804959A; DE3886697D1; EP0316084A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenspeichereinrichtungen. Im einzelnen bezieht sie sich auf ein Gerät zur Erhöhung der Datenspeicherkapazität von Plattenspeichereinrichtungen.
Es ist bekannt, daß bei der Magnetplattenaufzeichnung kundenbezogene Informationsdatenbits als Magnetisierungsübergänge entlang einer Spur auf der Platte aufgezeichnet werden. Ist das Datenbit eine "1", dann wird der Magnetisierungsübergang aufgezeichnet (sagen wir von Norden nach Süden). Ist das nächste Datenbit ebenfalls eine "1", wird wieder ein anderer Magnetisierungsübergang aufgezeichnet (diesmal von Süden nach Norden). Wenn andererseits das Datenbit eine "0" ist, wird kein Übergang aufgezeichnet. Eine Anhäufung von Übergängen führt zu Interferenzen zwischen den Symbolen (ISI) und macht die Rückgewinnung von Daten aufgrund der begrenzten Auflösung im Lesekopf schwieriger. Da die maximale Datendichte einer Speichereinrichtung durch die Menge der Interferenzen zwischen den Symbolen, die von ihrem Lese-/Schreibkanal toleriert werden können, begrenzt ist, waren die herkömmlichen Ansätze zur Erhöhung der Speicherkapazität von Speicherplatteneinrichtungen traditionell Versuche, die ISI-Begrenzung zu überwinden. Einer dieser Ansätze ist die Erkennung von Signalen nach dem Prinzip der Teilantwort und der maximalen Wahrscheinlichkeit (partial response maximum likelihood), bei der versucht wird, Die aufgezeichneten Signale in Anwesenheit von Rauschen besser zu erkennen.
Eine andere Möglichkeit, die Anhäufung von Übergängen zu reduzieren, ist die Verwendung eines Codes, bei dem zwischen aufeinanderfolgenden "1"en n "0"en erforderlich sind, so daß hiermit die Anhäufung von Übergängen durch einen Faktor von n+1 reduziert wird; Codes, welche über diese Eigenschaft verfügen, werden lauflängenbegrenzte Codes (run-length-limited = RLL) genannt. Beispiele für solche Codes sind der (2,7)-Code, der zwischen aufeinanderfolgenden "1"en zwei "0"en erfordert, und der (1,7)-Code, der zwischen aufeinanderfolgenden "1"en eine "0" erfordert.
RLL-Codes reduzieren die Anhäufung von Übergängen durch Einführung redundanter "0"en, um das Auftreten von aufeinanderfolgenden "1"en zu verhindern. Daher ist die Anzahl an codierten Bits größer als die Anzahl von kundenbezogenen Bits, wobei die Differenz die Anzahl der redundanten Bits ist. Während RLL-Codes redundante Bits in eine Kette von kundenbezogenen Informationsbits einführen, erhöhen sie jedoch gleichzeitig die effektive Gesamtspeicherkapazität eines Aufzeichnungsgeräts, indem sie durch diese Einführung ermöglichen, daß Übergänge mit einem größeren Abstand aufgezeichnet werden Die Code-Rate ist definiert als das Verhältnis der Anzahl von kundenbezogenen Bits zu der Anzahl von codierten Bits. Der (2,7)-Code hat eine Rate von 1/2 und der (1,7)-Code hat eine Rate von 2/3. Bei heute bekannten magnetischen Aufzeichnungssystemen wird für die gesamte Aufzeichnungsfläche einer Platte ein Code verwendet und außerdem die gleiche An zahl von Bits auf jeder Spur aufgezeichnet. Da jedoch die inneren Spuren kürzer sind, sind die Übergänge auf den inneren Spuren stärker zusammengedrängt als auf den äußeren.
In der Industrie versucht man, die Datenkapazität dadurch zu erhöhen, daß man die Dichte der Übergänge auf der Oberfläche der Platte einheitlicher gestaltet. "Constant density recording comes alive with new chips", Electronic Design, 13. November 1986, Seite 141, ist ein Beispiel für den im Augenblick eingeschlagenen Weg. In dem Artikel wird die Verwendung einer höheren Taktfrequenz für die äußeren Spuren vorgeschlagen, wodurch die Anzahl der dort aufgezeichneten Übergänge und die Gesamtkapazität der Plattenoberfläche erhöht wird. Aufgrund der höheren Taktfrequenz an den äußeren Spuren werden bei einer Umdrehung der Platte mehr Bits aufgezeichnet.
Eine derartige Veränderung der Frequenz wirft jedoch beim Entwurf des Kanals, wenn dieser einen Frequenzbereich abdecken soll, einige technische Probleme auf. Außerdem sind synchrone DASD-Architekturen für variable Bitraten weniger gut zugänglich als nicht synchrone Architekturen. In anderen Versuchen wurden die äußeren Spuren im Vergleich zu den inneren enger zusammengelegt oder die Umdrehungsgeschwindigkeit einer Platte wurde als eine Funktion der Vergrößerung der Spurradien erhöht, so daß man eine konstante Übergangsrate über die gesamte Plattenfläche aufzeichnen konnte. In WO-A- 8703129 wird eine Magnetplatte offenbart, bei der die Anzahl von Datenbytes einer Zone pro Spur binär zu einer geringeren oder höheren Anzahl von Datenbytes pro Spur, die einer benachbarten Zone zugeordnet werden, in Bezug gebracht wird; das heißt, weniger Datenbytes pro Spur in der Zone zum inneren Radius und mehr Datenbytes pro Spur in der Zone zum äußeren Radius der Platte. Für den Fachmann ist jedoch klar, daß diese Ansätze aufgrund der damit zusammenhängenden Komplizierung der Mechanik und der Implementierung ineffizient sind.
Aufgabe dieser Erfindung ist die Erhöhung der Plattenspeicherkapazität durch Nutzung von Spurlängenunterschieden zwischen den äußeren und den inneren Spuren. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, eine solche Erhöhung der Kapazität mit nur geringen Auswirkungen auf die Konstruktion, wie zum Beispiel durch Verwendung nur einer einzigen Taktfrequenz, und auf die Herstellung der Platteneinrichtung zu erreichen.
Mit dieser in dem im Anhang enthaltenen Anspruch 1 definierten Erfindung wird eine Einheitlichkeit der Übergangsdichte über die gesamte Plattenfläche erreicht, indem man dieselbe Taktfrequenz beibehält, jedoch den verwendeten Code verändert. In den äußeren Spuren werden Codes mit höherer Rate als in den inneren Spuren verwendet. Das heißt, der in den äußeren Spuren verwendete Code benötigt weniger "0"en zwischen den "1"en. Die Verwendung von Codes mit höherer Rate in den äußeren Spuren soll eine Angleichung der Übergangsdichten zwischen den äußeren und den inneren Spuren bewirken. Da die Codes mit der höheren Rate mehr kundenbezogene Bits pro Übergang codieren, enthalten die äußeren Spuren außerdem mehr kundenbezogene Information als die inneren Spuren. Das Ergebnis ist eine Zunahme der Flächenkapazität der Platte und eine einheitlichere Übergangsdichte auf der gesamten Fläche.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Datenspeichereinheit zur Verfügung gestellt, in der die binäre Information auf konzentrischen Spuren einer Platte aufgezeichnet wird und in der die Spuren der Platte in eine Vielzahl von Bändern gruppiert wurden, und die folgendes umfaßt: eine Vielzahl von Codierern, von denen jeder einem der Spurbänder zugeordnet ist; eine Vielzahl von Decodierern, von denen jeder einem der Spurbänder und einem der Codierer zugeordnet ist; eine Schreib-Treiberschaltung und ein Mittel zur Auswahl des Ausgangs eines Codierers entsprechend einem Kopfpositionssignal und zum Weiterleiten des ausgewählten Ausgangs an die Schreib-Treiberschaltung und den diesem Codierer zugeordneten Decodierer; dadurch gekennzeichnet, daß binäre Daten in einem für jedes getrennte Band unterschiedlichen lauflängenbegrenzten (RLL) Code codiert werden; und daß RLL-Codes mit höherer Rate, die den äußeren Bändern zugeordnet sind, und RLL-Codes mit niedrigerer Rate, die den inneren Bändern zugeordnet sind, dieselbe Taktfrequenz aufweisen.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden; es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Plattensubsystems, welches die vorliegende Erfindung ausgestaltet; und
Fig. 2 eine entsprechend dieser Erfindung in Aufzeichnungsbänder aufgeteilte Plattenoberfläche.
Fig. 1 stellt eine allgemeine Implementierung der vorliegenden Erfindung dar. Im Blockdiagramm der Fig. 1 ist ein Plattenspeichersubsystem zu sehen, welches einen Platten-Controller 1 umfaßt, der Schreib-/Lesebefehle von einer Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) empfängt und ausführt, einen Schreibtreiber 2 zum Schreiben von Daten in den Plattenstapel 3, und einen Detektor 4 zum Lesen der gespeicherten Daten von dem Plattenstapel 3. Die Einzelheiten bezüglich des Betriebs des Controllers 1, des Schreibtreibers 2 und des Detektors 4 sind in Fachkreisen hinlänglich bekannt und bedürfen daher an dieser Stelle keiner näheren Beschreibung.
Die Taktsignale für alle Einheiten werden von einem (nicht dargestellten) einzelnen Taktsignalgenerator erzeugt. Für alle Aufzeichnungsspuren wird dieselbe Taktfrequenz verwendet.
In dem Plattenspeichersubsystem ist eine Vielzahl von RLL-Codieren 7a, 7b, ..., 7n enthalten, mit ihren jeweiligen RLL- Decodieren 9a, 9b, ..., 9n. Jeder Codierer hat eine andere Code-Rate, die allgemein als das Verhältnis zwischen der Anzahl der Eingangsdatenbits und der Anzahl der daraus erzeugten codierten Bits zu verstehen ist (zum Beispiel ist die Code-Rate 1:2 für den (2,7)-Code, 2:3 für den (1,7)-Code und 8:9 für den (0,3) -Code).
Anhand eines Beispiels soll jetzt der Betrieb des Plattenspeichersubsystems mit einem (1,7)-RLL-Codierer und einem (2,7)-RLL-Codierer beschrieben werden. (Ein Beispiel für einen (1,7)-RLL-Codierer findet sich in der U.S.-Patentschrift Nr. 3,689,899 und ein Beispiel für einen (2,7)-RLL- Codierer findet sich in der U.S.-Patentschrift Nr. 4,413,251).
Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist die Aufzeichnungsfläche jeder Platte in ein inneres Aufzeichnungsband Bi, welches von der Spur mit dem Radius R1 bis zu einer Spuw mit dem Radius R2 reicht, und ein äußeres Aufzeichnungsband B0 , welches von der Spur mit dem Radius R2 zu der Spur mit dem Radius R3 verläuft, aufgeteilt. Die auf Bi aufzuzeicninenden Daten werden unter dem (2,7)-Code codiert, während auf B0 aufzuzeichnende Daten unter dem (1,7)-Code codiert werden. Obwohl die Aufzeichnungsfläche auf viele unterschiedliche Arten unterteilt werden kann, ist die Aufteilung jedoch immer so vorzunehmen, daß die Speicherkapazität unter Zugrundelegung des RLL-Codesatzes immer maximiert wird.
In jedem Plattenlese-/-schreibbefehl ist eine Spuradresse enthalten, aus der der Controller 1 ein Kopfpositionssignal 5 erzeugt, um über die Kopf-Servorsteuerung 6 den Aufzeichnungs-/Abtastkopf des Plattenstapels 3 in die radiale Position zu führen, in der die entsprechende Operation des Plattenbefehls ausgeführt werden soll.
Bei der Ausführung einer Schreiboperation werden die zu speichernden Daten sowohl vom (1,7)- als auch vom (2,7)-Codierer empfangen. Von der Codierer-Auswahl 8 wird jedoch nur der Ausgang eines Codierers ausgewählt, der dann zum Schreibtreiber 2 zum Schreiben in den Plattenstapel 3 durchgeschaltet wird. Diese Auswahl erfolgt durch Vergleichen der entsprechenden Kopfposition 5 der Operation mi den werten R1, R2 und R3. Daraus ergibt sich, daß im inneren Band Bi gespeicherte Daten unter dem (2,7)-RIL-Code codiert werden, während im äußeren Band B0 gespeicherte Daten unter dem (1,7)-RLL- Code codiert werden, der eine höhere Code-Rate als der (2,7)- Code aufweist.
Entsprechend wird bei Ausführung einer Leseoperation das Signal vom Detektor 4 von dem (1,7)-Decodierer und dem (2,7)-Decodierer empfangen. Jedoch wird nur der Ausgang von einem dieser Decodierer von der Decodierer-Auswahl 10 ausgewählt und zum Controller 1 durchgeschaltet. Die Auswahl basiert außerdem auf dem Vergleich zwischen der entsprechenden Kopfposition mit R1, R2 und R3.
Falls gewünscht, kann die Aufzeichnunsplatte auch in mehr als zwei konzentrische Aufzeichnungsbänder aufgeteilt werden, wobei jedes betreffende Band eine höhere lauflängenbegrenzte Code-Rate als jedes entsprechende benachbarte innere Band aufweist. Zum Beispiel kann die Aufzeichnungsfläche in ein am weitesten innenliegendes erstes Band unterteilt werden, in dem Daten unter einem (2,7)-RLL-Code codiert werden, einem zweiten, außen am ersten Band angeordneten Band, in dem Daten unter einem (1,7)-RLL-Code codiert werden, und einem am weitesten außen liegenden dritten Band, in dem Daten unter einem (0,3)-RLL-Code codiert werden. Wenn gewünscht, können auch andere RLL-Codes oder andere Kombinationen von RLL-Codes verwendet werden.

Claims

1. Datenspeichergerät, in dem binäre Informationen auf konzentrischen Spuren einer Platte aufgezeichnet werden, und in der die Spuren auf der Platte in eine Vielzahl von Bändern gruppiert werden, welches folgendes aufweist:

eine Vielzahl von Codierern, wovon jeder einem Spurband zugeordnet ist;

eine Vielzahl von Decodierern, wovon jeder einem Spurband und einem Codierer zugeordnet ist;

eine Schreib-Treiberschaltung und ein Mittel zur Auswahl des Ausgangs von einem der Codierer entsprechend einem Kopfpositionssignal und zur Weiterleitung des ausgewählten Ausgangs zur Schreib-Treiberschaltung und den diesem Codierer zugeordneten Decodierer;

dadurch gekennzeichnet, daß binäre Daten für jedes getrennte Band in einem unterschiedlichen lauflängenbegrenzten (RLL)-Code codiert werden; und

daß RLL-Codes mit höherer Rate, die den äußeren Bändern zugeordnet sind, und RLL-Codes mit niedrigerer Rate, die den inneren Bändern zugeordnet sind, dieselbe Taktfrequenz aufweisen.

2. Datenspeichergerät gemäß Anspruch 1, folgendes enthaltend:

einen Detektor (4) zum Einspeisen von Signalen, die von einer Platte gelesen werden, in die Vielzahl von Decodierer (9) und

Mittel (10) zum Auswählen des Ausgangs eines Decodierers entsprechend dem Kopfpositionssignal und zum Weiterleinten des ausgewählten Ausgangs zum Steuersystem des Datenspeichergeräts (1).