高速缓存控制系统技术方案

用于具有可拆卸安装存储元件的数据存储装置的高速缓存控制系统。包括这样的装置，当对高速缓存的访问不能满足读写请求时，该装置用来访问存在存储元件上的数据，还包括一个高速缓存替换机制，用于在高速缓存和存储元件之间传送数据，以维持它们之间的数据一致性。其特征在于，仅当读定请求导致对存储元件的一次访问后存储元件达到其工作速度时，高速缓存替换机制才执行高速缓存存储器和存储元件之间的数据传送。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用在计算机数据存贮装置中的高速缓存控制系统，尤其涉及在具有可拆卸安装存储元件(如磁盘或光盘等)的数据存储装置中减少功率损耗的高速缓存控制系统。电池供电的便携式计算机的普及使降低计算机系统功率损耗的需要变得十分重要。这是因为电池的容量是有限的，希望能最大限度地延长便携式计算机的使用时间，而不必更换电池或为了对电池重新充电把计算机连接到某个主电源上。此外，越来越引起人们重视的环境和生态问题也要求设计一种能量损耗降低的桌面个人计算机。由于这种计算机一般都带有移动部件(例如磁盘或光盘)，因此，从总体上说，这种计算机的数据存储子系统通常是设备功率损耗的主要部件。本专利技术是针对降低在具有可拆卸安装元件(例如磁盘)的数据存储装置中的功率损耗问题的。本专利技术可具体应用于个人计算机和便携式计算机的磁盘存储子系统，但并不局限于此。许多计算机的数据存储系统用固态存储器做为驱动磁盘设备的前端。这些系统使用一种高速的固态存储器做为被存储在相对为较低速度的磁盘存储器中的数据的缓冲区，由此提高存取的速度(与单纯使用相对速度较低的磁盘存储器相比)。例如，在WO92/15933中已公开的这样一个系统。一方面，本专利技术提供了一种用于具有可拆卸安装存储元件和固态高速缓存的数据存储装置中的高速缓存控制系统，在这种数据存储装置中，当数据存取在一个预定的时间周期内没有发生时，其存储元件并没有达到工作速度。高速缓存控制系统响应来自计算机的读写请求，并且包括这样的装置，如果某个读写请求不能通过对高速缓存的访问来满足时，该装置就去访问存在存储元件中的数据。高速缓存控制系统还包括一个高速缓存替换机制，用于在高速缓存和存储元件之间传送数据，以维持它们之间数据的一致性，其特征在于，仅当读写请求已经导致了对存储元件的一次访问之后，存储元件正处于工作速度时，高速缓存替换机制在操作中才能用来执行高速缓存和存储元件之间的数据传送。由于为了维持存在高速缓存和存储元件之间数据的一致性而对磁盘的访问被限制在仅当读写请求不能从高速缓存中得到满足而需要访问存储元件时才发生的，因此功率的损耗就被降低了。由于存储元件必须被加速到工作速度的次数减少了，因此功率损耗也就降低了。因此，在一个实施例中，这样一个控制系统利用了这样一个事实如果在某一时间周期内不出现与之有关的动作，则便携式工作站的磁盘通常是关闭的。当磁盘空闲时发出读/写请求，就需要能量来把磁盘加速到其工作速度。高速缓存被当作一个仓库，使小的独立读/写操作能在不激活磁盘的情况下执行。在本专利技术的装置中，不同于常规的高速缓存，该高速缓存设备不一定要比数据存储器快，如果能在较低的功率消耗下是可访问的，就能满足要求。不同于常规的高速缓存控制系统，根据本专利技术的系统不是针对重叠操作，而是针对有效的批处理操作的。现有技术的高速缓存替换算法倾向于通过后台的高速缓存替换机制使用独立的磁盘启动，以保证单纯通过访问高速缓存来满足读写请求的可能性最大。因为启动磁盘的能量损耗很高。因此，本专利技术的高速缓存替换算法倾向于最小化要求磁盘启动的次数，而不是象以前的技术那样，最小化磁盘访问的请求次数。显然，高速缓存替换机制可用在某一预定的时间，每当该写请求导致对存储元件进行一次访问时，执行从高速缓存到存储元件的数据传送。因此，对那些并不需要顺序的片段系列，可能会形成大型的磁盘访问链，因为在一个被请求的磁盘访问后，由这些访问保存起来的能量分期偿还了磁盘的旋转能量。高速缓存控制系统最好包括这样的装置如果该写请求涉及多于预定的数据量，该装置能访问存储元件上的数据，而不用修改高速缓存中的数据。这样做是更有效的，因为它避免了在显然无法从高速缓存中满足读写请求时还去访问高速缓存。在本专利技术的一种有益的形式中，高速缓存控制系统包括识别同每个扇区关联的一个扇区集的装置，其中的高速缓存替换机制在读写请求已经产生了正从存储元件中读出的扇区时，能把与该扇区关联的扇区集合的所有元素从存储元件中传送到高速缓存中。因此，适当维持相关扇区的集合，就能利用访问的空间局部性把那些在任何给定时间内最有可能被访问的扇区保持在高速缓存中。这样做能方便有效地保持相关的扇区集合即在任一特定的时间，识别那些在先前某一预定的时间间隔内已经被访问的扇区；当读写请求已经产生了正从存储元件中被读出的扇区时，对与该扇区相关的集合进行更新，并把在先前预定时间间隔中已被访问的那些扇区加到该扇区集合中。更新机制最好还能用来判定在该相关集合中的每个扇区是否在先前预定的时间周期中已经被访问过，并且在判定在先前预定时间周期内没有被访问的扇区这样的机会发生的预定次数后，从该相关集合中去掉那些已经被访问过的扇区。在一个实施例中，至少对于这些扇区的一个子集，该系统包括判定并存储一个标识的装置，该标识表明每个扇区被送入高速缓存时是否在最近的场合中被访问，并且当读写请求已经产生从存储元件中读出的扇区，仅当该扇区被送入高速缓存时在最近的场合中被访问时，高速缓存替换机制用来把该扇区从存储元件中传送到高速缓存。这使得系统能识别那些一旦被送入高速缓存就不再被引用的扇区。如果重复地观察到这种模式，这些扇区将不被送入高速缓存，以便更好地利用高速缓存的空间。本专利技术也提供了包含这样的高速缓存控制系统、光盘或磁盘驱动器和非易失固态高速缓存的数据存储装置。有利地，该数据存储装置是个人或便携计算机中所用的盘存储子系统的形式。以这种形式，可将该数据存储装置设计为保留盘子系统的外部接口，并在系统级不需要特殊的支持，这样，使该子系统能直接取代常规硬盘驱动器。从另一方面来看，本专利技术提供了一种操作数据存储装置的方法，该装置具有一个可拆卸安装的存储元件和固态高速缓存，在这种数据存储装置中，当数据访问在某个预定的时间周期内不发生时，存储元件并没有达到其工作速度，该方法包括响应不能通过访问高速缓存来满足的读写请求而访问存储元件上的数据，还包括在高速缓存和存储元件之间传送数据，以维持它们之间的数据一致性，该方法的特征在于仅当在读写请求已经导致对存储元件的一次访问而存储元件以工作速度运转时，才能执行高速缓存和存储元件之间的数据传送。现在只通过例子并参考附图来描述本专利技术的一个实施例，其中附图说明图1是说明数据存储装置的一个示意图；图2a和2b说明存放在高速缓存控制机制中的数据结构；图3是一个流程图，说明当一个扇区从磁盘被传送到高速缓存时所执行的步骤图4是一个流程图，说明在读操作期间数据存储装置的操作过程；图5也是一个流程图，说明写操作期间数据存储装置的操作过程；图6给出了对数据存储装置操作时间的功率损耗图。参考图1的数据处理系统，该系统包括一台计算机100，由SC-SI(小型计算机系统接口)10连接到数据存储装置110。熟悉这种技术的人很容易理解这类接口以及实现这种接口所需的硬件和软件的操作过程，因此将不在此进一步描述。它满足了现在所要说明的目的的需要，即响应来自计算机的读写请求的数据存储装置能借助该接口存取数据。数据存储装置110包括磁盘存储设备104(在本例子中具有120兆的容量)；带有非易失性固态高速缓存106的高速缓存系统102(在本例中为2兆)以及高速缓存控制或管理逻辑108。高速缓存控制系统108包括一个适当的微处理器，该微处理器中带有相本文档来自技高网...

【技术保护点】
高速缓存控制系统，用于带有可拆卸安装存储元件和固态高速缓存存储器的数据存储装置，在这类数据存储装置中，当数据访问在某个预定的时间周期内不发生时，存储元件并不处于工作速度，高速缓存控制系统响应来自计算机的读写请求，并且包括一个装置，当读写请求不能通过对高速缓存的访问来满足时，该装置用来访问存在存储元件上的数据，高速缓存控制系统还包括一个高速缓存替换机制，用于在高速缓存和存储元件之间传送数据，以维持它们之间数据的一致性，高速缓存控制系统的特征在于，高速缓存替换机制在操作中用来执行高速缓存和存储元件之间的数据传送，仅当在某个读写请求已经导致对存储元件的一次访问后，存储元件才处于工作速度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥德科恩，埃利泽尔德克尔，迈克尔罗德，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]