JP2006503363A - データを検索するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、その検索が性能の低下を招く、好ましくはハードディスクドライブシステムであるメモリ１０２の区分ユニットに記憶されるデータをキャッシュメモリに記憶する方法に関する。この例は、ハードディスクプラッタ２００上のスペアエリア２１０に位置される、スペアセクタ２１５におけるデータである。キャッシュメモリ１０３は、貴重な構成要素である。メモリスペースの必要性は、検索されるファイルに属するデータが記憶されるスペアセクタにデータを記憶するだけで低減される。また、性能の低下に関する他の種類の原因のインパクトは、このようにして、ソフトディフェクト及びファイルのフラグメントにより生じるもののように解決される場合がある。

Description

本発明は、区分ユニットに分割された第一のメモリからホストにより要求されたデータを検索する方法に関する。
また、本発明は、第一のメモリからのデータを検索するための手段、区分ユニットに分割される第一のメモリ、第二のメモリ及び中央処理装置を有する、第一のメモリからホストにより要求されたデータを検索するための装置に関する。
さらに、本発明は、オーディオビジュアル情報を再生するためのシステムに関する。

かかる方法、装置及びシステムは、米国特許出願US-A-2001/0021983号から知られている。この文献は、ハードディスクプラッタ上の欠陥のあるセクタをプラッタ上のスペアエリアに再配置する方法、及びこの方法を実行するための装置を提案している。該特許出願で与えられる方法によれば、スペアエリアは、ディスクプラッタの外側又は内側のいずれかにあるデータエリアの外に位置される。

所定のセクタのグループには欠陥があり、したがってスペアエリアにおけるセクタに再配置される、ディスクプラッタ上のセクタのグループからデータを検索するとき、リーディングヘッドは、セクタのグループが位置されるディスクプラッタ上のエリアからスペアエリアのいずれか１つに切り替える必要がある。かかる特許出願はヘッドの切り替えにより受ける性能の低下を低減するための実施の形態を提案しているが、該セクタのグループからデータを検索するときは、性能の低下が常に存在する。これは、リーディングヘッドは、通常のデータエリアからスペアエリアにおけるセクタへのスイッチ（又は「スウィープ」）を行う必要が常に存在するためである。

これは、従来技術の問題点である。ハードディスクドライブシステムは、オーディオビジュアルアプリケーションのために益々使用され、このアプリケーションは、最適な実時間の性能及びかかるシステムの帯域幅を必要とする。特に、オーディオビジュアル情報の複数のストリームがハードディスクドライブシステム、又はいずれか他の種類のメモリ装置から流れるとき、ストリーミングの間に生じる性能の低下は、バッファのアンダーフローを引き起こす場合がある。再生のためのオーディオビジュアル情報のストリームを検索するとき、これは、スクリーン上のストリームのプレゼンテーションにおけるヒックアップとなる場合がある。これは、欠陥のあるセクタの制限外の再配置により引き起こされる性能の低下となるだけでなく、いわゆる「ソフトディフェクト」となり、そのセクタでは、正しいデータが得られる前に複数回にわたりデータが読み取られなければならない。

さらに、オーディオビジュアル情報のデータファイル又はストリームのいずれかであるファイルがハードディスクプラッタ上のフラグメント（断片）に記憶される場合がある。あるフラグメントから別のフラグメントへの切替えは、性能の低下をも招く場合があり、リーディングヘッドは、ハードディスクプラッタ上のあるエリアから別のエリアに切替えなければならない。このスウィープの間、データは読み出されない。

本発明の目的は、データ検索の間にメモリの性能の低下を更に低減することにある。
この目的は、本発明に係る方法により達成され、どの区分ユニット（allocation unit）に要求されたデータを記憶するかを決定するステップ、先のステップで決定された少なくとも１つの区分ユニットへの参照（reference）をリストが含むかを判定するため、区分ユニットへの参照のリストをサーチするステップ、最初のステップで決定された少なくとも１つの区分ユニットへの参照がリストに含まれているとき、該少なくとも１つの区分ユニットに記憶されているデータの第一の部分を第二のメモリに記憶するステップ、及び要求されたデータを検索するステップを有する点を特徴としており、該要求されたデータの第一の部分は、第二のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は、第一のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は、該要求されたデータの第一の部分とは相補的な関係にある。完全な量のデータの検索の前に該要求されたデータの所定部分をキャッシュすることで、該要求されたデータの所定部分の検索に固有な問題は、完全な量のデータの検索の間に生じない。所定のデータを検索することを困難にしているハードディスクドライブのディスクプラッタに行われるダメージを考えることができる。たとえば、オーディオビジュアルデータのストリームのケースでのストリーミングモードにおいて、全ての要求されたデータが順次に検索されたとき、問題が生じ、従来技術に従う方法を使用したシステムの実時間性能が損なわれる場合がある。たとえば、データの検索の間に一組の再読出しの試みが行われるとき、バッファアンダーランが生じる場合があり、ユーザにとってブラックスクリーンとなる。この種の問題は、性能の低下のような問題を引き起こすデータ検索が知られている区分ユニットへの参照からリストを構築するとき、本発明に係る方法を使用したときに防止される場合がある。

本発明の実施の形態では、第一のメモリは基準のデータ検索レートを有し、リストは、以下のステップを含む方法を使用することで構築される。第一のメモリからデータが検索される平均検索レートをモニタするステップ、平均検索レートが基準のデータ検索レートを下回ったかを判定するステップ、該平均検索レートが基準のデータ検索レートを下回ったとき、検索が平均検索レートの低下を引き起こしているデータの一部を決定するステップ、検索が平均検索レートの低下を引き起こすデータが記憶されている区分ユニットへの参照をリストに加えるステップ。

区分ユニットへの参照のリストを本発明に係る方法を使用した装置によりセットアップさせることは有利なことである。このように、この実施の形態に係る方法は、装置のバックグランドのタスクとして実行される場合がある。

さらに、本発明に係る方法による区分ユニットへの参照のリストを構築することで、リストが更新される場合がある。このようにして、本発明に係る方法は、第一のメモリの使用の間に成長する区分ユニットの問題に対処する。

本発明の更なる実施の形態では、データは、オーディオビジュアルデータのストリームであり、ファイルは、ホストにより指示されるシーケンスで検索される。
既に説明されたように、本発明に係る方法の使用は、要求されたデータが順次に検索されるストリームであるときに有利である。このストリームの再生は、トリックプレイコマンドによるか、又はプレイコマンドによりホストにより制御される場合がある。

本発明に係る装置は、中央処理装置が、どの区分ユニットに要求されたデータを記憶するかを決定すること、該要求されたデータが記憶される少なくとも１つの区分ユニットへの参照をリストが含むかを判定するため、区分ユニットへの参照のリストをサーチすること、要求されたデータが記憶される少なくとも１つの区分ユニットへの参照がリストに含まれているとき、該少なくとも１つの区分ユニットに記憶されているデータを第二のメモリに記憶すること、及び要求されたデータを検索することを特徴としており、第二のメモリに記憶される該要求されたデータの第一の部分は第二のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は第一のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は、該要求されたデータの第一の部分とは相補的な関係にある。
本発明に係るシステムは、請求項６に定義される装置及び第一のメモリを有している。

本発明の実施の形態は、添付図面により与えられる。
図１は、本発明に係る装置の実施の形態としての装置１００を示している。装置１００は、中央処理装置１０１、ハードディスクドライブシステム１０２、キャッシュメモリ１０３及びビデオプロセッサ１０４を有している。この実施の形態では、装置は、オーディオ−ビジュアルデータを記憶するために適合されている。このオーディオ−ビジュアルデータを表示するため、本装置は、ＴＶセット１２０に接続されている場合がある。

本発明に係る装置の更なる実施の形態では、ハードディスクシステム１０２は、ＤＶＤのような光ディスク又はＤＶＤのような光磁気ディスクを受けるために考えられるディスクドライブにより置き換えられる。

オーディオ−ビジュアルデータの検索では、インタイムでのデータの伝送は、誤りのないデータの伝送よりも重要である。これは、ＴＶセットで表示される映画において雑音がないことは、殆どのケースにおいて、誤りである場合があるデータを適切に検索するための数回のリトライをハードディスクドライブシステム１０２が実行するので、数秒のブラックアウトよりもいらいらさせないためである。さらに、データは、一定かつできるだけ早く、映画の表示におけるヒックアップ（hick-ups）を防止するためにビデオプロセッサ１０４に転送されるべきである。

使用において、ハードディスクドライブシステム１０２におけるディスクプラッタの品質は低下する。これは、ディスク上の最小の区分ユニットである所定のセクタがハードディスクドライブシステム１０２の使用の間に永続的に欠陥のある状態となる場合があることを意味している。かかる欠陥のあるセクタに記憶されることが意図されるデータはスペアセクタに再配置されることが従来技術では知られている。

このことは図２に示されている。図２は、スペアエリア２１０をもつディスクプラッタ２００並びにアーム２０７上のリード／ライトヘッド２０５を示している。ディスクプラッタ２００は、ハードディスクドライブシステム１０２の一部である。ハードディスク２００上で、オーディオ−ビジュアルデータのストリームがエリア２２０に記憶される。エリア２２０は、複数のセクタを有している。また、エリア２２０は、欠陥のあるセクタ２２５を有している。欠陥のあるセクタ２５５は、スペアセクタ２１５に再割り当てされている。この再割り当ては、ハードディスクドライブシステム１０２におけるメモリ（図示せず）で管理される。外側の世界に対して、データは欠陥のあるセクタ２２５になお記憶されているが、物理的に、このデータはスペアセクタ２１５に位置されている。

エリア２２０に記憶されているオーディオ−ビジュアルデータのストリームがディスクプラッタ２００から検索されたとき、第一の矢印２３０により示されている位置で検索が開始する。データがフラグメントになっていないので、第一の矢印２３０と第二の矢印２４０との間のオーディオ−ビジュアルデータのストリームの第一の部分を容易に検索することができる。このことは、データがディスクプラッタ２００の１回転で検索することができることを意味している。ディスクプラッタは、第三の矢印２５０により示される方向で回転する。

しかし、そこに論理的に記憶されているデータを検索するため、ヘッドが欠陥のある領域２２５に到達したとき、アーム２０７は、ディスクプラッタ２００の中央に移動しなければならず、したがってヘッド２０５は、スペアエリア２１５からデータを検索することができる。データがスペアセクタ２１５から検索されているとき、アーム２０７は、オーディオ−ビジュアルデータのストリームの最後の部分を検索するため、第四の矢印２６０により示される位置まで、ヘッド２０５の位置をディスクプラッタ２００の外側に移動しなければならない。

オーディオ−ビジュアルデータのストリームを検索する間のアーム２０７の動きは、アーム２０７を移動する間にデータを検索することができないため、検索速度の観点でかなりの性能の低下を受ける。

性能の低下は、ハードディスクの基準のデータ検索レートよりも低い増加されるアクセス時間及び／又は平均データ検索レートとしてそれ自身示している。

この類の性能の低下は、ストリームに検索におけるヒックアップを生じ、既に説明されたようにバッファのアンダーフローのために表示におけるヒックアップを生じさせる。本発明は、この速度の低下を低減し、ヒックアップを防止する方法を提案する。本発明に係る方法の実施の形態は、図１、図２及び図３を参照して議論される。

与えられる本発明の実施の形態では、マイクロプロセッサ１０１は、ハードディスクドライブシステム１０２から欠陥のあるセクタによるリストを検索する。オーディオ−ビジュアルデータのようなファイルがＴＶセット１２０での表示のために要求されるとき、中央処理装置１０１は、ディスクプラッタ２００からのファイルを検索するため、ハードディスクドライブシステム１０２に指示する。これは、フローチャート３００により示されるプロセスにおける開始ステップ３０２である。その後の処理ステップ３０４では、中央処理装置１０１は、ファイルがディスクプラッタ２００に位置するエリア２２０を決定する。処理ステップ３０６では、ファイルが検索されるべきエリア２２０が欠陥のあるセクタ２２５を有するかを見るため、欠陥のあるセクタによるリストがチェックされる。判定ステップ３０８では、このことが実際のケースであるかが判定される。

エリア２００が欠陥のあるセクタ２２５を含むとき、再配置されたセクタ２１５におけるデータは、処理ステップ３２０において検索され、キャッシュメモリ１０３に記憶される。処理ステップ３２０に続いて、検索されるべきデータがスペアセクタ２１５に位置されるまで、ファイルがハードディスクドライブシステム１０２から検索される。先に説明されたように、データは、欠陥のあるセクタ２２５に論理的に記憶され、スペアセクタ２１５に物理的に記憶される。検索されるべきデータがスペアセクタ２１５に位置されるとき、スペアセクタ２１５から前に検索されたデータは、処理ステップ３２４においてキャッシュメモリ１０３から検索される。続いて、判定ステップ３２６では、ファイルが十分に検索されたかがチェックされる。検索されていないとき、フローチャート３００により示される処理は、ファイルの最後の部分が検索される処理ステップ３２２で継続される。判定ステップ３２６において、完全なファイルが検索されたことが検出されたとき、処理はターミネータ３１２で終了される。

処理ステップ３２４では、再配置されたセクタに記憶されるデータはキャッシュメモリ１０３から検索されるので、アーム２０７は、スペアエリア２１０に移動する必要がなく、ヘッド２０５は、スペアセクタ２１５に位置される必要がない。これにより、ハードディスクドライブシステム１０２及び全体の装置１００のデータ検索速度におけるかなりのゲインとなる。

判定ステップ３０８において、ファイルが記憶されるエリアが欠陥のあるセクタを含まないことが検出されたとき、ハードディスクドライブシステム１０２から一度だけ完全なファイルが検索される。ファイルが完全に検索されたとき、処理はターミネータ３１２で停止される。
フローチャート３００により説明される方法の適切な実行のため、どのセクタが再配置されるか、又はどのセクタが性能の低下を受けるかを知るべきである。

全体のドライブを評価することも可能であるが、これは時間の無駄である。
しかし、このことは、好ましくは図３に示される方法を実行するために考えられる装置がアイドリングモードにあるとき、延長された期間を通して行われる。本発明のこの実施の形態では、完全なドライブがスキャンされ、平均のデータ検索レートが測定される。平均検索レートが製造業者により指定されるようなハードディスクドライブの基準の検索レートを下回るとき、これは記録され、検索が平均検索レートの低下を引き起こすデータが記憶されるセクタのアドレスがリストに記憶される。

第二のソリューションは、全ての要求をモニタすること、期待されるよりも長く要するコマンドを知らせることである。読出し及び／書込みが期待されるよりも長く要するデータを含む疑いのあるエリアを更に調べることができ、全体のディスクをスキャンする必要が低減される。

最適なソリューションは、ハードディスクドライブシステム自身から情報を得ることである。ＨＤＤ内では、再配置されたセクタ上の情報が利用可能であるが、それをどのように抽出するかが問題である。将来的なハードディスクシステムにとって、これは可能な場合があろう。図４は、本発明に係る装置の更なる実施の形態としての装置４００を示している。装置４００は、中央処理装置４０１、ハードディスクドライブシステム４０２及びビデオプロセッサ４０４を含んでいる。装置４００は、ハードディスクシステム４０２からオーディオ−ビジュアルデータのストリームを検索し、ビデオプロセッサ４０４で処理するために考えられる。ビデオプロセッサ４４０は、ハードディスクドライブシステム４０２から受信されたデータをＴＶセット４２０で表示可能な信号に変換する。

ハードディスクドライブシステム４０２は、キャッシュメモリ４０３を含んでいる。本実施の形態ではオーディオ−ビジュアル情報のストリームであるファイルをビデオプロセッサ４０４に送出するのをハードディスクドライブシステム４０２が要求されたとき、ハードディスクドライブシステム４０２は、ハードディスクドライブシステム４０２のディスクプラッタ上のエリアが要求されたファイルが記憶されている場合に欠陥のある、したがって再配置されたセクタを含んでいるかをチェックする。欠陥のあるセクタは、ディスクプラッタ上のスペアエリアにおけるスペアセクタに再配置される。要求されたファイルが記憶されているエリアが再配置されたセクタを含むとき、スペアセクタは、完全なファイルの検索の前に読み出される。
ファイルの検索の間、再配置されたセクタからのデータが検索されるとき、このデータは、対応するスペアセクタから検索されず、キャッシュメモリ４０３かた検索される。

本発明のこの実施の形態では、ハードディスクドライブシステム４０２は、完全なファイルがディスクプラッタに記憶されているかを知るべきである。これは、ハードディスクドライブシステム４０２が装置４００のファイルシステムに関する情報を必要とすることを意味している。

記載される実施の形態では、スペアエリアにおけるデータがキャッシュされる。しかし、更なる実施の形態では、他の理由のために多くの回数読み出すことを要するデータがキャッシュされる場合もあろう。この例は、図５に与えられている。図５は、ディスクプラッタ及び読出し／書込みヘッド５０４をもつアーム５０２を示しており、このディスクプラッタ上には、オーディオ−ビジュアルデータのストリームがフラグメントに記憶されている。このフラグメント的な記憶は、ストリームがマージされたときか、又はディスクプラッタ５００に利用可能なスペースがほんの僅かであるときに生じる場合がある。オーディオ−ビジュアルデータのストリームは、第一のエリア５１０、第二のエリア５２０及び第三のエリア５３０に記憶される。

データのストリーミングは、データを検索するように、読出し／書込みヘッド５０４をもつアーム５０２が第一の矢印５１２により示される位置から第二のエリア５２０にスキップするのを必要とする。第二のエリア５２０からのデータが検索されたとき、アーム及び読出し／書込みヘッド５０４は、第一のエリア５１０からデータを再び検索するように、第一の矢印５１２により示される位置に再びスキップする必要がある。

これは、読出し／書込みヘッド５０４が第二の矢印５１４により示された位置に到達するまで続く。この位置に到達したとき、読出し／書込みヘッド５０４をもつアーム５０２は、第三のエリア５３０にスキップする必要がある。第三のエリア５３０からのデータが検索されたとき、アーム５０２は、第一のエリア５１０からのストリームの最後のデータを検索するため、第二の矢印５１４により示される位置にスキップする必要がある。

アーム５０２及び読出し／書込みヘッド５０４のスピップは、かなりの量の時間を消費する。オーディオ−ビジュアル情報のストリームの検索の前に、第二のエリア５２０及び第三のエリア５３０に記憶されているデータがキャッシュされ、要求されたストリームの検索は、従来の方式よりも速く行われる。

本発明の更なる実施の形態では、第二のエリア５２０の第一の部分に記憶されているデータ及び第三のエリア５３０の第一の部分におけるデータのみが、オーディオ−ビジュアルデータの完全なストリームの検索の前にキャッシュされる。このように、アーム５０２の切替えにより生じるハードディスクドライブシステムによる情報検索におけるギャップは、キャッシュメモリからデータを検索することで満たされる。これにより、先の実施の形態に比較してキャッシュにおけるメモリスペースのための必要性が低減される。

また、ファイルをストリーミングする前にキャッシングについてソフトディフェクトのような他の性能の低下が考慮される場合がある。ソフトディフェクトは、ディスクプラッタの品質が低下する位置であって、数回のリトライの後にデータを読み出すことができる位置で生じる。このように、ソフトディフェクトは、性能の低下を生じる。

勿論、スペアセクタの検索及びキャッシングは、完全なストリームの検索の間に読出し／書込みヘッドをもつアームの掃引として時間を消費する。しかし、現在のディスクプラッタは、かなり良好な品質を有し、非常に早く品質が低下せず、たった数セクタがスペアエリアにおけるスペアセクタに再配置される必要がある。したがって、始動時に、スペアセクタに記憶されているデータをキャッシュするために数百ミリ秒を要する。大部分のユーザは、オーディオ−ビジュアルデータの表示の間にヒックアップに対して、始動時に幾らかの遅延を好む。

先に記載された実施の形態は、本発明のより広い範囲の本発明について例示するものであって、限定するものではない。たとえば、当業者であれば、本発明に係る方法は、光磁気ディスク、ＣＤ，ＳＡＣＤ，ＤＶＤ及びBluetooth Ray等の光ディスクのような他の種類のメモリに適用される場合があることを理解するであろう。

同様に、本発明は、その検索が性能の低下を招く、好ましくはハードディスクドライブシステムであるメモリ１０２の区分ユニットに記憶されているデータをキャッシュメモリに記憶する方法に関する。この例は、ハードディスクプラッタ２００上のスペアエリア２１０に位置される、スペアセクタ２１５におけるデータである。キャッシュメモリ１０３は、貴重な構成要素である。メモリスペースの必要性は、検索されるファイルに属しているデータが記憶されるスペアセクタにデータを記憶することのみで低減される場合がある。また、性能の低下の原因である他の種類のインパクトは、ソフトディフェクト及びファイルのフラグメントにより生じるように、このようにして解決される場合がある。

本発明に係るシステムの実施の形態を示す図である。 スペアエリアに再配置される欠陥のあるセクタをもつディスクプラッタを示す図である。 本発明に係る方法の実施の形態を表しているフローチャートである。 本発明に係るシステムの更なる実施の形態を示す図である。 フラグメントに記憶されるファイルをもつディスクプラッタを示す図である。

Claims (9)

1. 区分ユニットに分割された第一のメモリからホストにより要求されたデータを検索する方法であって、
   どの区分ユニットに要求されたデータが記憶されるかを決定するステップと、
   該決定ステップで決定された少なくとも１つの区分ユニットへの参照をリストが含んでいるかを判定するため、区分ユニットへの参照のリストをサーチするステップと、
   該決定ステップで決定された少なくとも１つの区分ユニットへの参照が該リストに含まれているとき、該少なくとも１つの区分ユニットに記憶されているデータの第一の部分を第二のメモリに記憶するステップと、
   該要求されたデータを検索するステップとを有し、
   該要求されたデータの第一の部分は該第二のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は該第一のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は該要求されたデータの第一の部分とは相補的である、
   ことを特徴とする方法。
2. 該第一のメモリは基準となるデータ検索レートを有し、該リストは、
   該第一のメモリからデータが検索される平均検索レートをモニタするステップと、
   該平均検索レートが該基準となるデータ検索レートを下回るかを判定するステップと、
   該平均検索レートが該基準となるデータ検索レートを下回るとき、その検索が該平均検索レートの低下を引き起こすデータの一部を決定するステップと、
   その検索が該平均検索レートの低下を引き起こすデータが記憶されている区分ユニットへの参照を該リストに加えるステップと、
   を含む方法を使用して構築される、
   請求項１記載の方法。
3. 該リストは再割当てされた区分ユニットへの参照を含む、
   請求項１記載の方法。
4. 該要求されたデータは該第一のメモリにおけるフラグメントに記憶され、該リストはそれぞれのフラグメントの予め決定された数の区分ユニットへの参照を含む、
   請求項１記載の方法。
5. 該リストは１回の読出し動作でデータを検索することができない区分ユニットへの参照を含む、
   請求項１記載の方法。
6. 該データはオーディオ−ビジュアルデータのストリームであり、該ファイルはホストにより指示された順序で検索される、
   請求項１記載の方法。
7. 第一のメモリからホストにより要求されたデータを検索するための装置であって、
   区分ユニットに分割される該第一のメモリからデータを受信するための手段と、
   第二のメモリと、
   中央処理装置とを有し、
   該中央処理装置は、
   どの区分ユニットに要求されたデータが記憶されるかを決定し、
   該要求されたデータが記憶される少なくとも１つの区分ユニットへの参照をリストが含んでいるかを判定するため、区分ユニットへの参照からなるリストを調べ、
   該要求されたデータが記憶される少なくとも１つの区分ユニットが該リストに含まれ、該少なくとも１つの区分ユニットに記憶されているデータを第二のメモリに記憶し、
   該要求されたデータを検索するために構成され、
   該第二のメモリに記憶される該要求されたデータの第一の部分は該第二のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は該第一のメモリから検索され、該要求されたデータの第二の部分は、該要求されたデータの第一の部分と相補的である、
   ことを特徴とする装置。
8. 該第一のメモリはハードディスクドライブであり、第二のメモリは固体メモリである、
   請求項６記載の装置。
9. 請求項６に記載の装置及び該第一のメモリを有する、オーディオ−ビジュアル情報を再生するためのシステム。
   

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