CN1716176A - 具有3.5英寸标准型磁盘形状的数据传送装置 - Google Patents

具有3.5英寸标准型磁盘形状的数据传送装置 Download PDF

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Abstract

实现一种数据传送装置(1)，能使计算机性能不依存于硬盘性能，大幅提高全体性能，解决现有硬盘装置无法解决的小规模文件检索性能差的问题，还解决电源关闭时数据消失的问题。具有由DRAM存储器构成的存储器高速缓冲存储器表(4)、标准型2.5英寸硬盘(5)、控制CPU(7)、FPGA6(或ASIC)、磁盘接口(3)和备用电池，外形被单元化成和3.5英寸大小的标准型硬盘相同的形状，经由磁盘接口(3)与外部计算机(2)连接使用，FPGA(6)(或ASIC)根据CPU(7)的控制进行存储器高速缓冲存储器表(4)的存储器管理。

Description

具有3.5英寸标准型磁盘形状的数据传送装置
技术领域
本发明涉及一种能够高效地将外部计算机的数据传送到硬盘，实现有效的计算机环境的装置(在本说明书等中将该装置称为「数据传送装置」(数据传送***)。还根据其第一个字母称为「DTS」)。
背景技术
近几年，在通用计算机服务器中，集中·高速处理的要求越来越高。在现有的通用计算机服务器中，其CPU处理通过在板内部存储器来进行，根据需要经由***总线在硬盘装置、硅盘等外部存储装置中进行数据的要求、存储、处理。
而且，作为上述外部存储装置，目前正在使用硬盘装置、利用半导体存储器的硅盘。在现有的硬盘装置中，在将铝圆盘进行了硅蒸镀的圆盘上设置数据读取用磁盘头，根据需要读写其区段、块的数据。
但是，本发明者开发了一种具有自我学习功能的技术，即，在使用半导体存储器作为存储实际数据的数据存储器的直接存储器连接型服务器计算机中，数据存储器把在已设定的一定的取样时间内通过频度高的数据的地址数据作为固定区域进行识别，在下一个取样时间结束之前的期间内，使该地址数据作为固定区域常驻在数据存储器中，实现高速化(参照专利文献1)。
【专利文献1】特开2002-304325号公报
发明内容
向现有硬盘装置的存取，根据其结构按照磁盘头的查找时间程序来进行，所以极度地花费等待时间，作为结果已成为计算机全体速度下降的原因。这已经成为近年来仅通过计算机全部性能中的CPU性能的提高所无法解决的性能提高的瓶颈。
即，如上所述，在现有的硬盘装置中，根据需要读写数据读取用磁盘头的区段、块的数据，但通过这种方法，小的存取集中时的随动性变差、成为难以使用的计算机。
此外，目前使用半导体存储器的硅盘由于和可以使用的数据的区域所搭载的硅盘为相同的容量，所以无法装载全部的应用程序。此外，DRAM由于是易失性数据器件所以必须始终通电，万一电源不正常具有数据全部消失的危险。
本发明的目的在于解决上述现有的问题，使计算机的性能不依存于硬盘性能，大幅度提高全体性能，解决现有的硬盘装置无法解决的小规模文件检索性能差的问题，而且，还把解决在现有半导体磁盘中存在的电源关闭时数据消失的问题作为课题。
换句话说，本发明的课题为：根据独自的高速缓冲存储器算法和该存储器高速缓冲存储器表所使用的半导体存储器的效果解决在由外部主计算机向硬盘装置进行存取时发生的处理能力下降(特别是小规模数据存取时和随机数据检索的性能下降)，飞跃性地提高检索能力。
为了解决上述课题，本发明提供一种数据传送装置，具有：由DRAM存储器构成的存储器高速缓冲存储器表、标准型2.5英寸硬盘、控制CPU、FPGA或ASIC、磁盘接口和备用电池，其外形已被单元化成和3.5英寸大小的标准型硬盘相同的形状，与上述磁盘接口计算机连接使用，其特征为，上述FPGA或ASIC根据上述CPU的控制进行存储器高速缓冲存储器表的存储器管理。
提供一种数据传送装置，其特征为，上述FPGA或ASIC对由连接的计算机存取的数据的单位时间的存取频度进行取样，根据该取样结果，自动学习并识别该数据的重要性，上述存储器高速缓冲存储器表保存已被识别为存取频度高，重要性高的数据，能够实现由计算机进行的高速且高效的存取。
提供一种数据传送装置，其特征是，上述FPGA或ASIC的结构为：将连接的计算机所存取的数据写入到上述存储器高速缓冲存储器表中，同时将该数据转移写入到上述2.5英寸硬盘中或在写入到上述存储器高速缓冲存储器表之后没有在规定时间再次写入的情况下，将该数据转移写入到2.5英寸硬盘中。
上述FPGA或ASIC的结构是与专用的数据传送装置的存储器管理软件模块相结合，能够判断来自连接的计算机的存取信息是来自于哪一个的，由此拒绝来自没有存取权限的计算机的存取。
根据具有以上结构的涉及本发明的数据传送装置，产生如下的效果。
(1)预先将频度高的数据作为该数据的硬盘高速缓冲存储器区域常驻在通用硬盘中，即，经由对该使用中的数据大小、频度以及实际时间的使用性进行自动学习的高速缓冲存储器程序，事前将必要的数据常驻在该存储器高速缓冲存储器表内，通过以上，高速CPU能够将外部存储装置的存取频度高的数据作为其处理所必须的数据区域始终有效地放置在内部存储器中的高速缓冲存储器区域的存储器内。
因此，使计算机性能不依存于硬盘性能，可以大幅提高全体性能，通过专用的半导体高速缓冲存储器单元可以解决现有硬盘装置无法解决的小规模的文件检索性能差的问题。
(2)因为可根据作为高速缓冲存储器软件驱动器功能的数据写入能力，使数据安全地保存到2.5英寸硬盘，在使用时能使数据自由地输入输出，所以还可以解决在现有的半导体磁盘中电源关闭时数据消失的问题。
(3)来自连接的外部计算机的数据大小可将后备保存用2.5英寸硬盘的容量大小视作可以使用的区域(由连接的外部计算机看来，可以将2.5英寸硬盘的容量(例如，40GB)作为其连接的磁盘来使用。)，所以能够维持高的价格性能比。
(4)如上所述，根据本发明，可根据独自的高速缓冲存储器算法和在该高速缓冲存储器部中使用的半导体存储器的效果来解决由外部主计算机在硬盘装置中进行存取时发生的处理能力的下降，(特别是小规模数据存取时和随机数据检索的性能下降)，可以飞跃性地提高检索能力。
附图说明
图1是本发明的数据传送装置的实施例全体结构的说明图。
图2是本发明的数据传送装置的适用例全体结构的说明图。
图3是本发明的存储器高速缓冲存储器表动作模式的说明图。
图4是本发明的数据传送装置的用户锁定的说明图。
图5是本发明的数据传送装置的取样表的说明图。
具体实施方式
以下根据实施例并参照附图，对用于施本发明的数据传送装置的最佳方式进行说明。
【实施例】
本发明的数据传送装置是可以高效地将外部计算机(例如，通用计算机，主计算机等)的数据传送到硬盘中，实现有效的计算机环境的装置。此外，在本说明书等中，将连接本发明的数据传送装置1的计算机称为「外部计算机」。
图1是本发明的数据传送装置1的实施例全体结构的说明图。本发明的数据传送装置1经由接口3与外部计算机2连接，这里，外形已被单元化成和3.5英寸大小的标准型硬盘相同的形状。
而且，本发明的数据传送装置1具有：由DRAM存储器构成的存储器高速缓冲存储器表4(在本发明中，具有作为具备自我学习型功能的半导体存储器的功能)、标准型2.5英寸硬盘5、FPGA6(也可以是「ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)」，但在本实施例中用「FPGA」进行说明。)、控制CPU7、数据总线8和标准的磁盘接口3(例如，Serial ATA/ParallelATA/SCSI/FC)，此外还具有备用电池(未图示)。如上所述，FPGA(或ASIC)可以包含控制CPU。
存储器高速缓冲存储器表和2.5英寸硬盘相互经由FPGA、数据总线及标准的磁盘接口(Serial ATA/Parallel ATA/SCSI/FC)连接。
另一方面，FPGA6的结构为：经由数据总线和标准的磁盘接口(SerialATA/Parallel ATA/SCSI/FC)能够与外部计算机2连接。即，本发明是具有3.5英寸大小的标准型硬盘的外形，具备存储器高速缓冲存储器表4的数据传送装置1，与外部计算机2连接使用。
外部计算机2若是具有硬盘接口的计算机，则能够使用本发明的装置。一般地，通过SCSI连接或IDE连接，能够使用本发明的数据传送装置1。
FPGA6与控制CPU7相连接，但该CPU7通过在临近设置的内部存储器9中存储的OS及驱动软件进行FPGA6的控制，可以使FPGA6作为如以下说明的多个模块发挥功能。
在本发明中，使用专用硬件逻辑设计的FPGA6构筑存储器控制部、外部通信部、和总线控制部，发挥作为管理存储器高速缓冲存储器表4的动作的存储器管理模块、控制总线上的数据传送的总线控制模块、和外部通信模块的功能。此外，在本发明中，通过使用搭载了数据传送装置1中的存储器高速缓冲存储器表4的存储器管理模块功能的高速缓冲存储器算法软件，实现现有硬盘数十倍至数百倍的数据检索能力。
在数据写入时，来自外部计算机的数据经由接口3、数据总线8进行发送，通过CPU7以及FPGA6的控制写入到存储器高速缓冲存储器表4中，同时经由数据总线8发送并写入到2.5英寸硬盘5中。
此外，如下面所述，在向存储器高速缓冲存储器表4及2.5英寸硬盘5的数据写入中，存在「写入直通备份(write though/back)」和「写入备份(write back)」两种模式，可以根据使用用途进行选择。
而且，在数据检索时，来自外部计算机2的数据检索指令经由接口3、数据总线8、FPGA6发送给CPU7。CPU7控制FPGA6，从2.5英寸硬盘5中取出数据，经由数据总线8、接口3将数据发送到外部计算机2。这时，FPGA6对发送到外部计算机2的数据进行高速缓冲存储保存在存储器高速缓冲存储器表4中。
如此，在数据写入及数据检索等存取时，在存储器高速缓冲存储器表4中写入(进行了高速缓冲存储)的数据通过由CPU7控制的FPGA6，根据后面所述的本发明独自的数据存储算法，除了向存储器高速缓冲存储器表4的写入，还对标准型2.5英寸硬盘5进行数据的保管、维持，始终保护数据。
而且，FPGA6对由外部计算机2存取的数据的大小、单位时间数据的存取频度(用于数据的保存和取出的存取的频度)进行取样。根据该取样得到的单位时间对数据进行存取的频度，自动学习并识别该数据的重要性。
这样，在本发明中，被认为存取频度高，重要性高的数据始终保存在存储器高速缓冲存储器表4中并进行确保，能够实现由外部计算机2进行高速且高效的存取。因此，通过与本装置连接的外部计算机2能够实现最佳的存取环境。
在本发明中使用的控制软件是在Linux OS环境下执行动作的多个专用软件模块群。通过同时执行这些软件模块群，如上所述，能够实时把握来自外部计算机2的数据检索存取。
使用这些软件模块群，对单位时间的数据存取频度进行取样，从该取样数据中找出从***全体来看能够总体大幅地提高检索传送性能的最佳值(仅提取存取频度高的数据，安放在工作表中，提高高速缓冲存储器比特率的期待的值)，对于来自外部计算机2的下一个数据检索要求，高速地提取数据。通过这样，存储器高速缓冲存储器表4作为自我学习型的高速缓冲存储器表4被构成。
如此，在本发明的数据传送装置1中，在特定时间对来自连接的外部计算机2发生的数据的存取频度进行取样，通过仅将存取频度高的数据始终保存在本发明的高速缓冲存储器内并进行确保，虽然来自CPU的检索处理指令较多，但在存储器高速缓冲存储器表4进行再次检索的可能性升高。其结果，直接向硬盘的存取频度相对变少，变得可以应对高速的数据检索。作为其结果，例如，即使对作为32位CPU的执行地址空间的，超过4GB的数据检索处理，也不必要直接向硬盘存取，可以维持高的事务处理能力。
因此，可以构成一种计算机***，该计算机***即使在IO集中型的使用形态下(在计算机处理过程中，在计算中不设立主要点，数据的输入输出、写入更新处理为大的使用形态。特别举例多路通信的数据更新等。)也少有产生计算机性能下降的情况，所以与使用的数据类型以及运算型、IO集中型、数据检索型无关，能够使用于广泛的用途。
然后，对控制本发明存储器高速缓冲存储器表4的高速缓冲存储器动作的高速缓冲存储器算法进行说明。本发明的高速缓冲存储器算法有「写入直通备份(write though/back)」和「写入备份(write back)」两种模式，能够根据使用的用途进行选择。
如图3(a)所示，「写入直通备份模式」是同时处理向存储器高速缓冲存储器表4(图3(a)中的「DTS高速缓冲存储器表4」)的写入和向2.5英寸硬盘5的数据漏写的模式。
如图3(b)所示，「写入备份模式」是进行向存储器高速缓冲存储器表4(图3(b)中的「DTS高速缓冲存储器表4」)的写入，但在该写入之后如果在0.01秒的时间内(称其为「漏写时间」)没有来自连接的计算机的下一次写入要求，那么进行向2.5英寸硬盘5的数据漏写的模式。该漏写时间标准是0.01秒，但也可以在最大100分钟的范围内进行设定。
如上所述，本发明的数据传送装置1是将存储器高速缓冲存储器表4和2.5英寸硬盘5单元化成3.5英寸硬盘大小的标准型磁盘形状的装置，但上述本发明的功能全部由专用硬件(具体地，FPGA6)来实现。
此处，参照图5对向本发明数据传送装置1的存储器高速缓冲存储器表4的存储高速缓冲存储器(用于高速缓冲存储器的写入)有关的算法进行说明。数据传送装置1的存储高速缓冲存储器的算法，如以下程序。
(1)设定取样时间(例如，1分钟)。该取样时间通常是1分钟，但可以变更。
(2)在特定的行列曲线图上图示通过数据传送装置1检索到的块地址，检测单位时间存取的数据的块地址值、存取的频度(次数)(参照图5上面的曲线图)。
(3)根据该数据制作自我学习高速缓冲存储器使用表(参照图5下面的曲线图)。
(4)依次在3个取样区间(周期)A、B、C执行该周期(由(2)和(3)构成的周期)，根据在前两个取样区间(图5的情况是取样区间A、B)得到的存取频度实时更新、维持使用表4(图5的情况是C的下面曲线)。
(5)该每次数据被存储在具有后备存储功能的2.5英寸硬盘5中。此时的数据写入通过后台处理进行。
(6)使用频度低的数据在下次取样时间完全被漏写，但即使是频度高的数据，在写入备份模式时，在0.01秒以上没有来自连接本装置的计算机的写入要求的情况下，通过后台处理向2.5英寸硬盘5进行漏写。
在写入直通备份模式下，如上所述因为同时处理向存储器高速缓冲存储器表4的写入和向2.5英寸硬盘5的数据漏写，所以经常进行向2.5英寸硬盘5的数据漏写，保护数据(参照图4(a))。
此外，在写入直通(wirte though)模式下，取样的结果为是随时将存取频度少的数据从存储器高速缓冲存储器表4中删除，但为了进行向2.5英寸硬盘5的数据漏写，对数据进行保护(参照图4(b))。
(7)设定方法
以上那样的存储器高速缓冲存储器表4的动作通过存储器管理模块软件来进行，基本的高速缓冲存储器参数在工厂出货时已设定并装入。
(适用例)
使用图2(a)、(b)对本发明数据传送装置1(在图2中记为「DTS」)的适用例进行说明。图2(a)是作为外部计算机2与通常的通用计算机10相连接的适用例。该连接既可以是在通用计算机10中内置数据传送装置1，也可以是外部连接。
连接的通用计算机10可以具有硬盘接口(图中的「Disk I/O」。一般地，可以通过SCSI连接或IDE连接来连接本发明的数据传送装置1，能够利用作为其特征的存储器高速缓冲存储器表4的功能。
图2(b)是作为外部计算机2将多个数据传送装置1与主计算机11相连接的适用例。在该适用例中特征在于，结构(硬件RAID结构)为：在与主计算机11之间设置RAID控制器12，可以并列地进行数据写入。如该适用例那样，本发明也可以容易地组合进已有的存储***，例如RAID装置(Redundant Array of Inexpensive Disk：分割数据，对多个时期磁盘装置并列地进行数据写入的装置。)、JBOD装置(Just Bunch of Disks：多个磁盘单元集合体)。
在本发明中，通过将自我学习型存储器高速缓冲存储器表4与2.5英寸硬盘5一起单元化成通用的3.5英寸硬盘大小的标准型磁盘形状的结构，如上述适用例那样，可以与通用计算机10、主计算机11等的外部计算机能连接，若总结由此产生的使用方面的优点，如下面所述。
(a)为在已有的通用计算机中高速检索型内置磁盘装置，容易进行组装。
(b)不依存于连接的计算机的OS和应有软件。
(c)由于能安装在通常的磁盘盒中，能够在使用中能取出，维修容易。
(d)在前段准备其他的RAID控制器，可以是硬件RAID结构。
(e)容易装入已有的存储***(RAID装置、JBOD装置)。
本发明的数据传送装置1具有高度扩展性、保密性，对这点进行说明。本发明的适用例的一个例子如在图2中已说明的那样，但本发明的数据传送装置1由于采用标准型3.5英寸硬盘形状，所以可以在广泛使用一般的硬盘的计算机中替换使用。
因此，本发明的数据传送装置1除了上述适用例以外，还可以以各种各样的式样应用。此外，用户根据需要同时使用多个数据传送装置1，由此可以确保必要的容量，扩展性极高，并且可以始终追随计算机市场的升级。
关于保密性，如下所述。在存取件数多的文件服务器结构中，在始终连接的硬盘装置中读写数据。此时，可以将存取权给予某个特定的用户，并对其他的用户加以存取限制。
例如，如图4所示，在适用本发明的数据传送装置1(在图4中记为「DTS」)的文件服务器中，在冒充用户(非法使用他人的ID的人)经由iSCSI等从外部进行存取时，因为通过iSCSI能够直接存取硬盘内部数据，所以在外部入侵者想要进行盗取时，存在保密不严格的问题。但是，在本发明中，管理者通过设定拒绝来自第3者的存取，例如，即使是iSCSI基址的存取要求，在没有存取权的情况下，可以对该用户进行存取否定，在事前防止数据泄漏。
在现有的计算机中，决定用户的存取权限不得不依赖于通过专用软件加以监视·保密的方法。但是，在本发明中，较大的优点是该存取权限的管理·控制是在存储实际数据的磁盘上进行，因此，对于物理的磁盘被盗也将确保安全。
以上，根据实施例对本发明的数据传送装置的最佳实施方式进行了说明，但本发明不限定于这样的实施例，当然，在权利要求范围记载的技术事项的范围内有各式各样的实施例。
本发明由于是上述的结构，所以可以与通用计算机、主计算机、代理服务器等各种服务器计算机相连接，用于家庭、工作。

Claims (4)

1.一种数据传送装置，具有由DRAM存储器构成的存储器高速缓冲存储器表、标准型2.5英寸硬盘、控制CPU、FPGA或ASIC、磁盘接口、和备用电池，外形被单元化成和3.5英寸大小的标准型硬盘相同的形状，与上述磁盘接口计算机连接使用，其特征在于，
上述FPGA或ASIC，根据上述CPU的控制，进行存储器高速缓冲存储器表的存储器管理。
2.根据权利要求1所述的数据传送装置，其特征在于，
上述FPGA或ASIC和专用的数据传送装置的存储器管理软件模块相结合，对由连接的计算机存取的数据的单位时间的存取频度进行取样，根据该取样的结果，自我学习并识别该数据的重要性，
上述存储器高速缓冲存储器表保存被识别为存取频度高，重要性高的数据，能够使计算机进行高速且高效的存取。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的数据传送装置，其特征在于，
上述FPGA或ASIC的结构为：与专用的数据传送装置的存储器管理软件模块相结合，把由连接的计算机存取的数据写入到上述存储器高速缓冲存储器表中，同时将该数据转移写入到上述2.5英寸硬盘中，或者在写入到上述存储器高速缓冲存储器表之后没有在规定时间内再次写入时，将该数据转移写入到上述2.5英寸硬盘中。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的数据传送装置，其特征在于，
上述FPGA或ASIC的结构为：和专用的数据传送装置的存储器管理软件模块相结合，能够判断来自连接的计算机的存取信息是来自哪个计算机的，因此能够拒绝来自没有存取权限的计算机的存取。
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