DE3304493A1 - Einrichtung zur verwaltung des speicherraumes von magnetplatten - Google Patents

Einrichtung zur verwaltung des speicherraumes von magnetplatten

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DE3304493A1
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DE19833304493
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Anton Dipl.-Ing. 6362 Wöllstadt Kresser
Christoph Dr.-Ing. 7750 Konstanz Steigner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/06Digital input from, or digital output to, record carriers, e.g. RAID, emulated record carriers or networked record carriers
    • G06F3/0601Interfaces specially adapted for storage systems
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
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Description

  • Beschreibung
  • Einrichtung zur Verwaltung des Speicherraumes von Magnetplatten Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verwaltung des Speicherraumes von Magnetplatten der eingangs genannten Art.
  • Einrichtungen zur Steuerung von Magnetplatten verfügen über sehr kleine, nur wenige Byte( 512) umfassende Pufferspeicher. Daneben vermögen deren Steuerwerke nur die Navigation des Schreib-/Lesekopfes auf eine von einem nachgeordneten Rechner vorgegebene Position einzustellen.
  • Die geringe Größe des Pufferspeichers bedingt ein sich nachteilig auswirkendes Überspringen von Sektoren innerhalb einer Plattenspur. Das Fehlen einer dem Plattenmedium angepaßten Intelligenz zur Verwaltung des Speicher#aums läßt sowohl keine Optimierung der Suchkopfbewegungen als auch keine benutzerfreundliche, effektive Ausführung von Suchaufträgen zù.
  • Das Prinzip der assoziativen Speicherung ist seit langem bekannt. Assoziativspeicher haben jedoch bis heute keine weite Nutzung erfahren, da sie entweder wegen ihres hohen Bedarfs an Steckverbindungen zur Weitergabe von Treffersignalen nicht für die Großintegration geeignet waren oder bei einer bausteininternen Trefferauswertungslogik ihre Eigenschaft der modularen Kaskadierbarkeit verlieren.
  • Der Assoziativspeicher, der dieser Erfindung zugrunde liegt, ist durch die US-Patentschriften 4,142,564#, 4,145,737,# 4,149,262 und 4,257,110 bekannt und modular erweiterbar. Dieser bekannte Assoziativspeicher ist ein byteparallel arbeitender Assoziativspeicher, der das zeitgleiche Durchsuchen von jeweils einem Byte aus mehreren, (z.B. t 32) Sätzen erlaubt. Dieser Speicher ist jedoch nicht als Grundeinheit für einen Massenãpeicher, wie er bei Datenbanken erforderlich wäre, geeignet, da die Herstellungskosten für einen derartigen Massenspeicher in keinem vergleichbaren Verhältnis zu anderen Massenspeichermedien stehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionen des byteparallel arbeitenden Assoziativspeichers mit den Funktionen einer byteorientierten Magnetplatte derart anzupassen und zu vereinigen, daß eine intelligente Einrichtung zur Verwaltung des Magnetplattenspeicherraumes entsteht.
  • Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. In vorteilhafter Weise können nun eine oder mehrere Plattenspeicherspurinhalte in den Assoziativspeicher kopiert und dort mit Hifle der Assoziativspeicheroperationen wie Parallelsuchen, Parallelschreiben, paralleles Zwischenspeichern von Suchresultaten und logisches Verknüpfen von vorangegangenen mit gegenwärtigen Suchresultaten, bearbeitet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist es nunmehr möglich, Plattenspuren mit bestimmten Eigenschaften, wie Dateizugehörigkeit, Treffermarkenexistenz, Belegungszustand oder Defektanzeige in kürzesten Suchzeiten zu finden. Werden alle Informationen zum Erzeugen, Öffnen und Schließen von Dateien in einer Dateinummer-Referenzliste auf einer gesonderten Spur der Magnetplatte eingeschrieben, so ist es möglich, den Ort von Dateien auf der Platte mit einem einzigen Suchschritt zu bestimmen. Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 gestattet es, innerhalb der Datenmenge einer Spur nach Daten zu suchen, die durch einen komplexen Suchauftrag, der aus logischen Verknüpfungen (UND, ODER, NEGATION) von Einzelsuchanfragen besteht, ermittelt werden sollen.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Figur ist mit 1 die Magnetplatte mit Plattenlaufwerk, mit 2 das Plattensteuerwerk, mit 3 ein Steuerprozessor, beispielsweise ein Mikroprozessor, mit 4 diesem zugeordnete Lese- und Schreib-/Lesespeicher, mit 5 eine Speichereinheit mit Direktzugriff und mit 6 eine Ein-/Ausgabeeinheit bezeichnet.
  • Gemäß der Erfindung ist diesen Einheiten ein byteparallel arbeitender Assoziativspeicher 7 zugeordnet. Sämtliche Einheiten stehen über einen Systembus 8 untereinander in Verbindung. Der Assoziativspeicher 7 und der Steuerprozessor 3 sind mit dem Plattensteuerwerk 2 so aufeinander abgestimmt, daß sie eine neuartige Einrichtung zur Verwaltung des Plattenspeicherraumes bilden. Damit der Steuerprozessor den Speicherraum mit Hilfe der Assoziativspei cheroperation optimal verwalten kann, werden die Datenblockgrößen vorteilhafterweise derart gewählt, daß die Datenblöcke sich einerseits in hinreichend kurzer Zeit von der Platte in den Assoziativspeicher transferieren lassen und anderersefts genügend groß sind, um die parallelen Assoziativspeicheroperationen wirkungsvoll zur Ausführung kommen zu lassen.
  • Damit Suchvorgänge mit größter Effektivität ausgeführt werden können, ist es vorteilhaft, in einem Datenblock eine Zustandstabelle aller Plattenspuren anzulegen, die sich mit Hilfe des Assoziativspeichers parallel durchsuchen und aktualisieren läßt. Sobald diese Zustandstabelle im Assoziativspeicher zwischengespeichert ist, lassen sich mit einer Anfrage alle Aufenthalts orte von gesuchten Dateien oder von noch belegbaren Speichereinheiten ermitteln. Bei einer Veränderung von Dateinamen oder bei der Neubelegung bzw. Freigabe von Plattenspuren können die betreffenden Spuren durch eine Mehrfachtrefferauswertung bestimmt und durch eine Parallelschreiboperation mit dem jeweils neuen Zustand markiert werden.
  • Neben den Zuständen der Plattenspuren lassen sich auch alle Informationen zum Erzeugen, Öffnen und Schließen von Dateien in einer Dateinamenreferenz-Liste verwalten. Genau wie die Spurzustandstabelle kann diese Liste in den Assoziativspeicher kopiert werden. Mit der Parallelsuch- und Schreibfähigkeit des Assoziativspeichers können dann sowohl die Dateinamen entschlüsselt und modifiziert werden als auch die Struktur information (die in einem Data-Dictionary abgelegt sind) über die jeweilige Datei lokalisiert werden.
  • Die parallele Arbeitsweise des Assoziativspeichers ist jedoch nicht nur zur Verwaltung von Strukturdaten (Dateinamen, Spurzustand) von Vorteil, sondern auch zum Auffinden von Benutzerdaten durch Vorgabe eines oder mehrerer Namenattribute aus dem Inhalt einer Benutzerdatei. Zu diesem Zweck werden alle zu einer bestimmten Ralation (bzw. Datei) gehörenden Plattenspuren durch eine Parallelsuche ermittelt und blockweise in den Assoziativspeicher kopiert.
  • Liegt eine Suchanfrage vor, die sich nur auf ein Suchattribut gründet, so werden alle Sätze der Datei, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Suchattribut existiert, durch eine Parallelschreiboperation markiert und alle Spuren, in denen die Suche erfolgreich war, in einer globalen Spurennummerliste, also einer Liste, die alle Informationen, die zur Auswahl einer Spur auf der Magnetplatte notwendig sind, vermerkt. Nach Abschluß der Suche stehen die Suchergebnisse sowohl in einem Markierungsbyte innerhalb der jeweilig gefundenen Sätze als auch ill der globalen Spurennummerliste. Von dort können dann die als gefunden markierten Daten für eine Ausgabe bereitgestellt werden.
  • Bei einer komplexen Suchanfrage können die Suchattribute mit den Logikfunktionen UND, ODER, NEGATION miteinander verknüpft werden, um Vereinigungs-, Schnitt- oder Komplementär-Mengen von Suchantworten bilden zu können. Diese Operationen können in dem jeweilig kopierten Datenblock innerhalb des Assoziativspeichers ausgeführt werden.
  • Hierfür wird das jeweilige, aufgrund eines Suchattributs gefundene Suchergebnis in Form eines Trefferbits im Assoziativspeicher zwischengespeichert, um dann mit den Trefferbits aus nachfolgenden Suchvorgängen gemäß der vorgegebenen Logikfunktionen speicherintern verknüpft zu werden.
  • Das auf diese Weise entstehende Verknüpfungsergebnis wird dann zur Markierung des komplexen Suchergebnisses verwendet. Alle so markierten Datenblöcke können auf der Platte zurückkopiert werden und stehen somit in leicht auffindbarer Form für die Datenausgabe bereit.
  • Zur Vermeidung von sequentiellen byteweisen Suchvorgängen innerhalb eines Satzes ist es zweckmäßig, bei der Erzeugung einer Datei eine Satz-Struktur-Tabelle anzulegen, in der für jedes Attribut innerhalb eines Records eine relative Adresse existiert, die zur Bezeichnung des ersten Attribut-Bytes innerhalb eines Satzes dient. Durch die Maßnahme wird gesichert, daß jeder Suchschritt an dem richtigen Ort beginnt, was die Suchzeit erheblich vermindert; Wie bereits vorher angegeben, stellt die parallele Markierung von gefundeneg Datensätzen eine wichtige Voraussetzung zur Ausgabe und Weiterverarbeitung von Suchergebnissen dar. Sowohl bei der Ausgabe von Suchergebnissen als auch bei einer sukzessiven Suche mit mehreren Attributen ist das Zwischenspeichern der Suchergebnisse innerhalb eines Datensatzes und der Spurtabelle auf der Magnetplatte erforderlich; denn nur auf diese Weise können nachfolgende Ausgabe oder Suchschritte von einer deutlich gekennzeichneten bzw. ausgewählten und damit gegenüber der Gesamtdatei verminderten Satzmenge ausgehen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Ausprägung der assoziativspeichergesteuerten Magnetplattenverwaltung als autonome Datenbankmaschine, die als in sich geschlossenes Back-End-Gerät an jeden Host-Rechner angeschlossen werden kann. Da die Verwaltung der Daten unabhängig von der Hardware und dem Betriebssystem des Host-Rechners abwickelbar ist, wird der Host-Rechner hinsichtlich der Rechenarbeit und des Speicherplatzbedarfs weitestgehend entlastet.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in der inhaltsbezogenen, zeitparallel wirkenden Suchanfrage ohne Suchschlüssel bezüglich der Informationen in großen Datenbeständen. Damit wird der Aufbau von einfachen Dateistrukturen möglich, auf die zugleich komplexe Suchanfragen mit mehreren Suchargumenten möglich sind. Aufgrund dieser Eigenschaften ist das Verändern von Datensätzen und Datentypen ohne Reorganisation der Datei möglich. Daneben wird der Aufbau von relationalen Datenbanken, bei denen bekanntlich die Daten untereinander in einer Beziehung stehen, die in Form von Tabellen definiert ist, unterstützt. Hierbei ist ein über mehrere Relationen übergreifender Zugriff möglich.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Datensicherheit der gespeicherten Daten, da die Kommunikation mit dem Host-Rechner nur mit Hilfe von wenigen, genau definierten Kommandos erfolgt.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Portabilität von Datenbeständen, da die Datenbestände nicht von der Informationsstruktur des Host-Rechners abhängen.
  • Vorteilhafte Anwendungen der Erfindung bestehen beim Einsatz der assoziativspeichergesteuerten Magnetplattenverwaltung als Speichersystem für Textverarbeitungsanlagen und Mustererkennungsgeräte, als Datenbankstation in einer verteilten Datenbank oder als File-Server in lokalen Rechnernetzwerken.

Claims (8)

  1. Patentansprüche Einrichtung zur Verwaltung des Speicherraumes von Magnetplatten mit einem Plattenlaufwerk, einem Plattensteuerwerk und einem Mikroprozessor mit direkten Speicherzugriffs- und Ein/-Ausgabeeinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein byteparallel arbeitender Assoziativspeicher (7) vorgesehen ist, in dem die gesamte in einer Plattenspur enthaltene Plattenzustandsinformation zur Zugriffsoptimierung und/oder die Daten aller Dateien zur inhaltsbezogenen Suche und Modifikation von der Magnetplatte übertragbar und bearbeitbar sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Assoziativspeicher (7) derart organisiert ist, na alle Informationen zum Erzeugen, Öffnen und Schließen voll Dateien in einer Dateinamen-Referenzliste auf einer gesonderten Spur der Magnetplatte einschreibar sind.
  3. 3. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Assoziativspeicher derart organisiert ist, daß ein aus mehreren Einzelaufträgen zusammengesetzter Suchauftrag gleichzeitig für alle von der Magnetplatte in den Assoziativspeicher übertragenen Daten (Dateien und Referenzdaten) ausführbar ist.
  4. 4. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle, vermittels eines Suchauftrags gefundenen Datensätze durch eine Parallelschreiboperation markierbar sind.
  5. 5. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als autonome Datenbankmaschine ausgebildet ist.
  6. 6. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Speichersystem für Textverarbeitungsanlagen.
  7. 7. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für Mustererkennungsgeräte.
  8. 8. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in Datenbankstationen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0456690A1 (de) * 1989-01-31 1991-11-21 Storage Technology Corp Pufferspeicher für schreib-/lesekopf.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0456690A1 (de) * 1989-01-31 1991-11-21 Storage Technology Corp Pufferspeicher für schreib-/lesekopf.
EP0456690A4 (en) * 1989-01-31 1992-09-23 Storage Technology Corporation Read/write head buffer

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