JP4737155B2

JP4737155B2 - ディスク装置

Info

Publication number: JP4737155B2
Application number: JP2007184679A
Authority: JP
Inventors: 充正久保; 豊小林
Original assignee: Teac Corp
Current assignee: Teac Corp
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-07-13
Also published as: CN101345066A; US8036075B2; JP2009020977A; US20090016182A1; CN101345066B

Description

本発明はディスク装置及びこれを有する情報処理システムに関し、特にディスクの回転数制御に関する。

従来より、ディスクの回転数を最適な回転数に制御する技術が提案されている。例えば、下記に示す特許文献１には、キャッシュ使用率を上下２つのしきい値と比較し、その結果に基づいてディスクの回転数を制御することが開示されている。また、コマンド間隔に基づいて回転数を制御することが開示されている。

特許文献２には、キャッシュメモリからホストに転送されているデータの平均転送レートを計測し、平均転送レートをしきい値と比較し、その結果に基づいてディスクの回転数を制御することが開示されている。

特許文献３には、書き込み／読み出しデータの転送速度がしきい値Ｒｔｈを超え、かつしきい値Ｒｔｈを超えた状態の継続時間がしきい値Ｔｔｈ以上継続した場合に、ディスクを回転させるモータの回転速度を上げ、書き込み／読み出しデータの転送速度がしきい値Ｒｔｈを下回り、かつしきい値Ｒｔｈを下回った状態の継続時間がしきい値Ｔｔｈ以上継続した場合に、ディスクを回転させるモータの回転速度を下げることが開示されている。

特許文献４には、転送レートの測定なしに、発行されるコマンドパターンの構成に基づいてオーディオ再生かリッピング（ＣＤやＤＶＤのデータをそのまま、あるいはイメージファイル、あるいは他のファイル形式に変換してパソコンに取り込むこと）かを判別してディスクの回転速度を決定することが開示されている。

特許文献５には、ファイルサイズに基づき回転速度を制御することが開示されている。さらに、特許文献６には、ドライブのアイドル時間（コマンド実行終了時から次のコマンドの実行開始までの時間）に基づいてディスクの回転速度を制御することが開示されている。

特開２００４−３６２７３３号公報特開２００２−８３１６号公報特開２００７−４８３６６号公報特開２００６−１４７１１９号公報特開２０００−１３２９０１号公報特開２００３−２４２７１１号公報

キャッシュメモリの使用率やデータの転送レートに基づいてディスクの回転速度を増減調整することは有効であるが、ディスクの回転速度を増大させる場合と減少させる場合とではモータの駆動負荷が異なるため、この点を考慮に入れて制御する必要がある。また、キャッシュメモリは元来ヒット率を上げてデータの読み出し速度を向上させることが目的であるから、コマンド内容も考慮する必要がある。

本発明の目的は、より的確かつ迅速にディスクの回転数（あるいは回転速度）を制御することにある。

本発明は、ディスクからデータを再生するディスク装置であって、前記ディスクから読み出したデータを一時保持するメモリと、前記メモリに保持されたデータ量に応じて前記ディスクの回転数を増減制御する制御手段であって、前記回転数を増大制御するための判断タイミングを前記回転数を減少制御するための判断タイミングよりも早く設定する制御手段とを有し、前記制御手段は、計測開始から第１所定時間だけ経過したタイミングにおいて前記メモリに保持されたデータ量を、回転数を増大制御するためのしきい値と比較し、その後、前記計測開始から前記第１所定時間よりも長い第２所定時間だけ経過したタイミングにおいて前記メモリに保持されたデータ量を、回転数を減少制御するためのしきい値と比較することを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、前記制御手段は、前記データ量の所定時間内の統計値に応じて前記ディスクの回転数を増減制御し、第１所定時間における前記データ量の統計値が第１しきい値以下の場合に前記回転数を増大制御し、前記第１所定時間よりも長い第２所定時間における前記データ量の統計値が第２しきい値以上の場合に前記回転数を減少制御する。

本発明のディスク装置はパーソナルコンピュータ等のホスト装置に組み込まれあるいはホスト装置とデータ送受可能に接続され、情報処理システムを構成し得る。

本発明によれば、ディスクの回転数を適応的かつ的確に制御できる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ディスク装置として光ディスク装置を例にとり説明する。本実施形態の光ディスク装置はドライブ単体の他、パーソナルコンピュータ等に組み込まれてパーソナルコンピュータからのコマンドを受信してデータを読み出しパーソナルコンピュータに供給する情報処理システムの一部として機能し得る。

＜第１実施形態＞
図１に、光ディスク装置を含む情報処理システムの全体構成図を示す。ＣＤやＤＶＤ、ＨＤ−ＤＶＤ、ＢＤ等の光ディスク１０はスピンドルモータ（ＳＰＭ）１２により回転駆動される。スピンドルモータＳＰＭ１２は、ドライバ１４で駆動され、ドライバ１４はサーボプロセッサ３０により所望の回転速度となるようにサーボ制御される。

光ピックアップ１６は、レーザ光を光ディスク１０に照射するためのレーザダイオード（ＬＤ）や光ディスク１０からの反射光を受光して電気信号に変換するフォトディテクタ（ＰＤ）を含み、光ディスク１０に対向配置される。光ピックアップ１６はスレッドモータ１８により光ディスク１０の半径方向に駆動され、スレッドモータ１８はドライバ２０で駆動される。ドライバ２０は、ドライバ１４と同様にサーボプロセッサ３０によりサーボ制御される。また、光ピックアップ１６のＬＤはドライバ２２により駆動され、ドライバ２２は、オートパワーコントロール回路（ＡＰＣ）２４により、レーザパワーが所望の値となるように駆動電流が制御される。ＡＰＣ２４及びドライバ２２は、システムコントローラ３２からの指令によりＬＤの発光量を制御する。図ではドライバ２２は光ピックアップ１６と別個に設けられているが、ドライバ２２を光ピックアップ１６に搭載してもよい。

光ディスク装置が組み込まれるパーソナルコンピュータ等のホスト１００からリードコマンドが発行され、このリードコマンドに応じて光ディスク１０に記録されたデータを読み出す際には、光ピックアップ１６のＬＤから再生パワーのレーザ光が照射され、その反射光がＰＤで電気信号に変換されて出力される。光ピックアップ１６からの再生信号はＲＦ回路２６に供給される。ＲＦ回路２６は、再生信号からフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号を生成し、サーボプロセッサ３０に供給する。サーボプロセッサ３０は、これらのエラー信号に基づいて光ピックアップ１６をサーボ制御し、光ピックアップ１６をオンフォーカス状態及びオントラック状態に維持する。また、ＲＦ回路２６は、再生信号に含まれるアドレス信号をアドレスデコード回路２８に供給する。アドレスデコード回路２８はアドレス信号から光ディスク１０のアドレスデータを復調し、サーボプロセッサ３０やシステムコントローラ３２に供給する。また、ＲＦ回路２６は、再生ＲＦ信号を２値化回路３４に供給する。２値化回路３４は、再生信号を２値化し、得られた信号をエンコード／デコード回路３６に供給する。エンコード／デコード回路３６では、２値化信号を復調及びエラー訂正して再生データを得、当該再生データをインタフェースＩ／Ｆ４０を介してパーソナルコンピュータなどのホスト１００に出力する。なお、再生データをホスト１００に出力する際には、エンコード／デコード回路３６はバッファメモリ３８に再生データを一旦蓄積した後に出力する。

バッファメモリ３８には、リードコマンドで指定されたデータブロックが蓄積される他、先読みしたデータブロックがキャッシュデータとして蓄積される。これにより、次にシーケンシャルリードコマンドが発行されてこれを実行する場合、光ディスク１０から読み出す必要がなくバッファメモリ３８から読み出せば済むので読み出し速度が高速化する。バッファメモリ３８を用いたキャッシュ方法は以下の通りである。
（１）リードコマンド実行後も先読み動作してバッファメモリ３８内にデータをキャッシュしておく。
（２）リードコマンドによりホスト１００に転送したデータブロックはバッファメモリ３８から破棄する。
（３）リードコマンドが発行された時に、リードコマンドで指定されたデータブロックがバッファメモリ３８内に存在しない場合に、キャッシュデータをクリアしてリードコマンドの実行を開始する。

光ディスク装置が組み込まれるパーソナルコンピュータ等のホスト１００からライトコマンドが発行され、このライトコマンドに応じて光ディスク１０にデータを記録する際には、ホスト１００からの記録すべきデータはインターフェースＩ／Ｆ４０を介してエンコード／デコード回路３６に供給される。エンコード／デコード回路３６は、記録すべきデータをバッファメモリ３８に格納し、当該記録すべきデータをエンコードして変調データとしてライトストラテジ回路４２に供給する。ライトストラテジ回路４２は、変調データを所定の記録ストラテジに従ってマルチパルス（パルストレーン）に変換し、記録データとしてドライバ２２に供給する。記録ストラテジは記録品質に影響することから、通常はある最適ストラテジに固定される。記録データによりパワー変調されたレーザ光は光ピックアップ１６のＬＤから照射されて光ディスク１０にデータが記録される。データを記録した後、光ピックアップ１６は再生パワーのレーザ光を照射して当該記録データを再生し、ＲＦ回路２６に供給する。ＲＦ回路２６は再生信号を２値化回路３４に供給し、２値化されたデータはエンコード／デコード回路３６に供給される。エンコード／デコード回路３６は、変調データをデコードし、バッファメモリ３８に記憶されている記録データと照合する。照合の結果はシステムコントローラ３２に供給される。システムコントローラ３２は照合の結果に応じて引き続きデータを記録するか、あるいは交替処理を実行するかを決定する。

このような構成において、バッファメモリ３８に蓄積され一時記憶されたキャッシュデータのデータ量に着目し、キャッシュデータのデータ量の大小に応じて光ディスク１０の回転数を制御する。具体的には、システムコントローラ３２はバッファメモリ３８のキャッシュデータの所定時間内の平均データ量を算出し、この平均データ量をしきい値と大小比較することで現在の回転数の適否を判定し制御する。しきい値としては、第１しきい値及び第２しきい値の２つのしきい値を用意し、第１しきい値＜第２しきい値とする。平均データ量と第１しきい値とを大小比較し、平均データ量が第１しきい値以下であれば先読みしたキャッシュデータ量が不足気味である、つまり光ディスク１０の回転数が低速すぎると判定し、スピンドルモータ１２の回転数を増大する制御を行う。また、平均データ量と第２しきい値とを大小比較し、平均データ量が第２しきい値以上であれば先読みしたキャッシュデータが過剰気味である、つまり光ディスク１０の回転数が無駄に高速であると判定し、スピンドルモータ１２の回転数を減少する制御を行う。特に、キャッシュデータ量が多い程ヒット率（読み出すべきデータがバッファメモリ３８に存在する割合）が向上するものの無駄にキャッシュデータ量が多いのは騒音や電力消費の観点から好ましくないので、積極的に回転数を減少する制御を行う。換言すれば、データの平均的な転送速度を落とさずにできるだけ回転数を低下させて騒音や消費電力を低下させる制御を行うものということができる。

但し、光ディスク１０の回転数を増大する場合と減少する場合とでは、スピンドルモータ１２の駆動負荷が異なり、回転数を増大する場合の方が負荷を要し所望の回転数まで増大するのに時間を要する。したがって、平均データ量をしきい値と比較して回転数の増減調整の必要性を判断し実際に回転数が調整されるまでのトータルの時間を略同一として制御性を上げるためには、回転数を増大する制御を行う場合には回転数を減少する制御を行う場合に比べて制御指令をより早いタイミングでスピンドルモータ１２に供給することが必要であり、そのために回転数を増大するか否かの判断である平均データ量と第１しきい値との大小比較処理タイミングを、回転数を減少する否かの判断である平均データ量と第２しきい値との大小比較処理タイミングよりも早めることが必要である。そこで、まず、回転数を増大する必要があるか否かを判断し、その後に回転数を減少する必要があるか否かを判断する。計測開始から第１所定時間の間の平均データ量を算出して第１しきい値と大小比較し、次に、計測開始から第２所定時間（第１所定時間＜第２所定時間）の間の平均データ量を算出して第２しきい値と大小比較する。

なお、所定時間における平均データ量ではなく、所定時間における合計データ量をしきい値と比較して回転数を制御することもできる。

図２に、本実施形態における回転数制御のフローチャートを示す。所定時間における合計データ量をしきい値と比較する場合である。まず、システムコントローラ３２は、バッファメモリ３８に蓄積された合計キャッシュブロック数Ｓを所定時間間隔毎に繰り返し算出する（Ｓ１０１）。そして、割込処理により、タイマによる計測開始から一定時間Ｔ１だけ経過したか否かを判定する（Ｓ１０２）。一定時間Ｔ１だけ経過した場合、つまり一定時間Ｔ１における合計キャッシュブロック数Ｓを算出すると、合計キャッシュブロック数Ｓを第１しきい値Ｘ１と大小比較する（Ｓ１０３）。第１しきい値Ｘ１は、回転数を増大させる必要があるか否かを判定するためのしきい値である。そして、Ｓ≦Ｘ１の場合には、システムコントローラ３２はサーボプロセッサ３０に制御指令を送信してサーボプロセッサ３０によりドライバ１４を介してスピンドルモータ１２の回転数を増大する（Ｓ１０４）。一方、Ｓ＞Ｘ１の場合には、次に計測開始から一定時間Ｔ２が経過したか否かを判定する（Ｓ１０５）。ここで、Ｔ１＜Ｔ２である。一定時間Ｔ２が経過した場合には、一定時間Ｔ２における合計キャッシュブロック数Ｓをしきい値Ｘ２と大小比較する（Ｓ１０６）。第２しきい値Ｘ２は、回転数を減少させる必要があるか否かを判定するためのしきい値であり、Ｘ１＜Ｘ２である。そして、Ｓ≧Ｘ２の場合には、システムコントローラ３２はサーボプロセッサ３０に制御指令を送信してサーボプロセッサ３０によりドライバ１４を介してスピンドルモータ１２の回転数を減少する（Ｓ１０７）。一方、Ｓ＜Ｘ２の場合には、回転数を増大あるいは減少させることなく現在の回転数を維持する（Ｓ１０８）。回転数を調整した後、タイマをリセットして（Ｓ１０９）、再びＳ１０１以降の処理を繰り返す。Ｓ１０２あるいはＳ１０５でＮＯと判定された場合はＳ１０１の処理を維持する。Ｓ１０５で一定時間Ｔ２が経過していない場合にはＳ１０１でブロック数Ｓが継続して算出されるから、通常、一定時間Ｔ１におけるブロック数Ｓと一定時間Ｔ２におけるブロック数Ｓは異なることに留意されたい。

図２の処理において、Ｓ１０４で回転数を増大する場合、あるいはＳ１０７で回転数を減少する場合、回転数を１段階ずつ順次増減させてもよい。回転数を急激に増大あるいは減少させるとデータの再生（ディスクからの読み出し）のためのＰＬＬ回路のロックレンジを外れたり、ディスクの外乱による影響でサーボが外れたりしてデータの再生が途切れる可能性があるからである。例えば、回転数が４倍速、６倍速、８倍速、１０倍速に可変できる場合であって現在の回転数が６倍速のとき、回転数を増大する際にはまず６倍速から８倍速に増大し、次に８倍速から１０倍速に増大する。すなわち、データの再生が途切れない範囲内で回転数を増減する。また、図２の処理では、合計キャッシュブロック数Ｓと第１しきい値Ｘ１とを大小比較し、Ｓ≦Ｘ１であれば直ちに回転数を増大しているが、さらにコマンド内容に応じて回転数を増大するか否かを判定してもよい。例えば、コマンド内容がランダムアクセスのようにシーク命令の場合、バッファメモリ３８にキャッシュデータを保持していても意味がないので破棄することになるが、この破棄により合計キャッシュブロック数Ｓは小さくなり、結果としてＳ≦Ｘ１となり得る。しかしながら、この場合に回転数を増大してしまうのは好ましくないため、たとえＳ≦Ｘ１であってもコマンド内容がシーク命令であれば回転数の増大制御を行わない。

図３に、この場合の処理フローチャートを示す。図２の場合と同様に一定時間Ｔ１における合計キャッシュブロック数Ｓを算出し（Ｓ２０１、Ｓ２０２）、第１しきい値Ｘ１と大小比較する（Ｓ２０３）。そして、Ｓ≦Ｘ１の場合に、次にコマンド内容がシーク命令であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。コマンド内容がシーク命令である場合には、回転数が不適当であるためではなくシーク命令の実行に伴ってキャッシュデータを破棄したためであると判断し、回転数の増大制御は行わない。一方、シーク命令でない場合には図２と同様に回転数を増大する（Ｓ２０５）。Ｓ２０６〜Ｓ２１０の処理は図２のＳ１０５〜Ｓ１０９と同様である。

また、図２の処理において、合計キャッシュブロック数Ｓと第２しきい値Ｘ２とを大小比較し、Ｓ≧Ｘ２であれば回転数を減少しているが、さらにコマンド内容に応じて回転数の減少制御を変えることもできる。例えば、前回のコマンドがシーケンシャルリードコマンドである場合、次のコマンドもシーケンシャルコマンドである可能性が高く、キャッシュデータがヒットする可能性が高い。そこで、回転数を一気に減少するのではなく、１段階ずつ徐々に減少していくことが好ましい。逆に、コマンド内容がシーケンシャルコマンドでない場合であってランダムアクセスのようにシーク命令のときは、回転数の減少制御を行わず現在の回転数を維持する。また、コマンドが所定時間発行されていない場合は、一気に最低回転数まで減少する。コマンドの発行間隔はシステムコントローラ３２で計測する。

図４に、この場合の処理フローチャートを示す。図２の処理と同様に、一定時間Ｔ１における合計キャッシュブロック数Ｓを算出し（Ｓ３０１、Ｓ３０２）、Ｓと第１しきい値Ｘ１とを大小比較する（Ｓ３０３）。Ｓ≦Ｘ１であれば回転数を増大し（Ｓ３０４）、Ｓ＞Ｘ１であれば一定時間Ｔ２における合計キャッシュブロック数Ｓを算出して第２しきい値Ｘ２と大小比較する（Ｓ３０５、Ｓ３０６）。そして、Ｓ≧Ｘ２の場合には、さらにコマンド内容がシーケンシャルコマンドであるか否かを判定し、シーケンシャルコマンドであるか否かに応じて回転数の減少態様を変化させる（Ｓ３０７）。コマンド内容がシーケンシャルコマンドであるか否かは、前回のコマンド内容に基づき判定し、前回のコマンド内容がシーケンシャルコマンドである場合には次のコマンド内容もシーケンシャルコマンドであると推定して回転数を１段階だけ減少する。シーケンシャルコマンドである場合に回転数の減少制御を行わないことも可能である。一方、コマンド内容がシーク命令である場合には、回転数の減少制御を行わない。また、コマンドが前回のコマンドから所定時間発行されていない場合には、回転数を最低回転数まで一気に減少する。Ｓ３０８、Ｓ３０９の処理は図２のＳ１０８、Ｓ１０９の処理と同様である。

このように、バッファメモリ３８あるいはキャッシュメモリに一時記憶されたキャッシュデータ量の大小に応じて回転数を増減制御する際に、回転数を増大する必要があるか否かを時間的に先行して判定することで、回転数を増大する際に要する時間遅延分を補償することができる。また、単にデータ量の大小に応じて回転数を増減調整するのではなく、さらにコマンド内容に応じて増減調整することで、より的確な回転数制御を行うことができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、回転数を増大する必要があるか否かを時間的に先行して判定しているが、回転数を増減制御する必要があるか否かをほぼ同時に判定するとともに、判定結果とコマンド内容とに基づいて増減制御の内容を決定してもよい。例えば、一定時間Ｔ１における合計キャッシュブロック数Ｓを算出して第１しきい値Ｘ１及び第２しきい値Ｘ２とそれぞれ大小比較し、Ｓ≦Ｘ１でありしかもシーク命令でない場合に回転数を増大制御し、Ｓ≧Ｘ２でありしかもシーク命令でない場合に回転数を減少制御する等である。この場合、一定時間Ｔ１におけるキャッシュブロック数の平均値を算出して第１しきい値、第２しきい値とそれぞれ大小比較してもよく、所定時間間隔でキャッシュブロック数をサンプリングしてサンプリング値が第１しきい値以下となる時間が一定時間以上でありしかもシーク命令でない場合に回転数を増大制御し、サンプリング値が第２しきい値以上となる時間が一定時間以上でありしかもシーク命令でない場合に回転数を減少制御してもよい。一定時間以上継続したか否かを判定する場合、ブロック数の平均値でも合計値でもよい。回転数を増減制御する場合、回転数を１段階ずつ順次増減させてもよく、コマンドが所定時間発行されていない場合に、一気に最低回転数まで減少制御してもよい。要するに、バッファメモリ３８あるいはキャッシュメモリに一時記憶されたキャッシュデータ量の相対的な大小関係とコマンド内容とを組み合わせて回転数を増減することで、より的確な回転数に調整できる。

なお、回転数を増減制御する必要があるか否かの判定タイミングを問わず、所定時間内のブロック数の合計値を第１しきい値及び第２しきい値と比較して増減制御することも可能である。すなわち、所定時間内のブロック数の合計値を算出し、この合計値を第１しきい値及び第２しきい値と比較する。合計値が第１しきい値以下であれば増大制御し、第２しきい値以上であれば減少制御する。この場合にも、さらにコマンド内容に応じて増減制御してもよく、コマンド内容がランダムアクセスのようなシーク命令の場合には回転数を維持し、コマンドが一定時間発行されない場合に回転数を最低の回転数まで一気に減少してもよい。回転数を増減する場合にも、データ再生が途切れない範囲内で増減制御するのが好ましい。

実施形態の構成ブロック図である。実施形態のフローチャートである。実施形態の他のフローチャートである。実施形態のさらに他のフローチャートである。

符号の説明

１０光ディスク、３２システムコントローラ、３８バッファメモリ、１００ホスト。

Claims

ディスクからデータを再生するディスク装置であって、
前記ディスクから読み出したデータを一時保持するメモリと、
前記メモリに保持されたデータ量に応じて前記ディスクの回転数を増減制御する制御手段であって、前記回転数を増大制御するための判断タイミングを前記回転数を減少制御するための判断タイミングよりも早く設定する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、計測開始から第１所定時間だけ経過したタイミングにおいて前記メモリに保持されたデータ量を、回転数を増大制御するためのしきい値と比較し、その後、前記計測開始から前記第１所定時間よりも長い第２所定時間だけ経過したタイミングにおいて前記メモリに保持されたデータ量を、回転数を減少制御するためのしきい値と比較することを特徴とするディスク装置。
請求項１記載の装置において、
前記制御手段は、前記データ量の所定時間内の統計値に応じて前記ディスクの回転数を増減制御し、前記第１所定時間における前記データ量の統計値が第１しきい値以下の場合に前記回転数を増大制御し、前記第２所定時間における前記データ量の統計値が第２しきい値以上の場合に前記回転数を減少制御することを特徴とするディスク装置。
請求項２記載の装置において、
前記制御手段は、さらにコマンド内容に応じて前記回転数を増減制御することを特徴とするディスク装置。
請求項３記載の装置において、
前記制御手段は、前記コマンドの内容がシーケンシャルリード命令である場合にデータの再生が途切れない範囲内で回転数を増減制御することを特徴とするディスク装置。
請求項３記載の装置において、
前記制御手段は、前記データ量の統計値が前記第１しきい値以下であっても前記コマンド内容がシーク命令である場合には回転数の増大制御を非実行とすることを特徴とするディスク装置。
請求項３記載の装置において、
前記制御手段は、前記データ量の統計値が前記第２しきい値以上であっても前記コマンド内容がシーケンシャルリード命令である場合には回転数の減少制御を非実行とし、あるいは複数段階のうちの１段階分だけ減少制御することを特徴とするディスク装置。
請求項３記載の装置において、
前記制御手段は、前記第２しきい値以上であってもコマンドが一定時間発行されていない場合には最低回転数まで減少制御することを特徴とするディスク装置。