JP2009230772A - データ記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】SATA HDDにおいて、Read Seek動作中に実行される機能について改善し、HDDのパフォーマンス向上を図るとともに消費電力をできる限り抑えること。
【解決手段】HDDがホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、算出したRatio INTのタイミングがデータ転送可能なタイミングになるように、Power Save状態から復帰(Wake UP)する。また、キューに溜まっているData Serviceの実行終了時刻とRatio INTのタイミングを比較し、Data ServiceがRatio INTのタイミングの前に実行可能であれば該Data Serviceを実行する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ホストからのReadコマンドを処理する際のデータ記憶装置の制御に関する。
光ディスク、磁気テープ、半導体メモリなど様々な形態のデータ記憶装置が知られている。その中で、磁気ディスクで構成されるハードディスク装置(Hard Disk Drive:以下HDD)は、最も基本的かつコンピュータシステムには必須なデータ記憶装置の一つである。
HDDを構成する磁気ディスクは同心円状に形成された複数のトラックを有し、各トラックは複数のセクタに分割されている。各セクタにはセクタのアドレス情報とデータが記憶される。磁気ディスクが毎分数千回転もの速度で回転し、アクセスアームがセクタのアドレス情報に基づいて中心方向または外側へ移動し、アクセスアームの先端のヘッドからデータが読み取られる(図12参照)。データは信号として読み出され、信号処理回路によって波形整形や復号処理などの所定の信号処理が施され、ホストに送信される。ホストから書き込みデータなどが転送されてくる場合には、信号処理回路等によってデータが同様に処理され、磁気ディスクに書き込まれる。
HDDとホスト間のデータ転送のためのインタフェースとして、SCSIインタフェースやATAインタフェースなどのプロトコルが一般に使用されている。特にATAインタフェースにおいては、近年、従来採用されていたパラレル転送方式をシリアル転送方式に変更したSerial ATA(以下、SATA)が提案されている。これにより、シンプルなケーブルで高速な転送速度を実現することが可能となっている。
しかしながら、SATAでは、ホストとの間でシリアル通信を維持するため、従来のパラレル転送方式の場合の消費電力に加え、新たな電力が必要となる。そのために、SATAにおいては、パラレル転送方式の場合と同程度の消費電力に抑えるためのPower Save機能が備わっている。そのPower Save機能のうちの一つとして、Device Initiated SATA Power Management(DIPM)がある。DIPMは、常に電力を消費しているInterface 信号を、通信が行われていないときに必要最小限にして電力を抑えるものである。
DIPMの制御方法は、Read Seek内でPower Saveが実施されると、ターゲットセクタがReadできたときにPower Save状態から復帰(Wake up)するというものである。このWake UP(Power Save状態からの復帰)時間がオーバヘッドとなり、ホストへのデータ転送(Data transfer)の開始が遅れてしまう。その結果、特に小セクタサイズのReadコマンドのパフォーマンスが低下してしまう。
このようなReadコマンドのパフォーマンスの低下の例を図13に示す。図13内のRatio INTとは、Read Seekなどの磁気ディスクからのデータ読み出しの準備が完了し、ホストへのデータ転送が開始可能となったタイミングを意味しており、ホスト/ディスクそれぞれの転送レートに関係している。
図13に示すように、Read Seek内でDIPMのPower Saveが行われ、ターゲットセクタがReadできたタイミングでRatio INTとなり、Power Save状態から復帰(Wake up)している。この復帰(Wake UP)時間はデータ転送を行うことはできないため、その分遅延(Delay)が生じてしまっている。このように、従来のDIPM制御方法では、Ratio INTのタイミングでPower Save状態から復帰するため、データ転送開始が遅れ、パフォーマンスが低下し
てしまうという問題があった。
また、HDDのパフォーマンスを向上させる技術としてNative Command Queuing(以下、NCQ)がある。NCQとは、ホストがHDDへ発行する制御コマンドのひとつで、HDDの命令をキューに蓄えていき、HDDの回転やヘッドシーク動作を最小限に抑えるよう命令を並べかえて実行することで、データのアクセス速度を向上させる技術である。
NCQの制御方法は、Read Seek中およびRatio INT前であれば、無条件にNCQコマンドのData Serviceを実行するというものである。図14にNCQによるReadコマンドのパフォーマンスの低下の例を示す。
図14において、Read Seek中およびRatio INT前であるためNCQコマンドのData Service-1〜Data Service-3を実行している。これにより、ターゲットセクタをReadし、データ転送可能であってもData Serviceを継続してしまい、Readコマンドのホストへのデータ転送開始が遅れて(Delay)しまっている。このように、本来HDDのパフォーマンスを向上させるはずの技術が、逆にHDDのパフォーマンスを低下させてしまう問題が発生していた。
特許文献1、特許文献2、特許文献3は、HDDのパフォーマンスの低下を防止しながら消費電力を低減させる方法について開示している。特許文献1および特許文献2は、バスを開放している時間内に実施できる作業を選ぶことでHDDのパフォーマンスを低下させない方法を提案しており、特許文献3はHOST Initiated SATA Power Management(HIPM)におけるHDDのパフォーマンスの低下を防止するパワー・セーブ・モードを提案している。
特開2006−139548号公報 特開2006−139459号公報 特開2006−164012号公報
本発明の課題は、SATA HDDにおいて、Read Seek動作中に実行される機能について改善し、HDDのパフォーマンス向上を図るとともに消費電力をできる限り抑えることにある。
詳しくは、SATA HDDのRead Seek動作中に実行されるDIPMのPower Saveをパフォーマンスを維持しつつ実行可能なHDDを提供することにある。
また、SATA HDDのRead Seek動作中に実行されるNCQコマンドのData Serviceについて、HDDのパフォーマンスを低下させることなく実行するHDDを提案する。
このHDDの特徴は、ホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、算出したRatio INTのタイミングがデータ転送可能なタイミングになるようにPower Save状態から復帰(Wake UP)するところにある。これにより、データ転送が可能となるタイミングでデータ転送を開始できるため、HDDのRead コマンドのパフォーマンスを低下させることがない。
また、このHDDの特徴は、ホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、キューに溜まっているData Serviceの実行終了時刻と算出したRatio INTのタイミングを比較し、Data ServiceがRatio INTのタイミングの前に実行可能であれば該Data Serviceを実行するところにある。これにより、データ転送が可能となるタイミングでデータ転送を開始できるため、NCQコマンドのData Serviceの実行によってHDDのReadコマンドのパフォーマンスを低下させることがない。
従来のDIPMのPower Saveでは、HDDのRead コマンドにおいてデータ転送開始に遅延が発生するというように、パフォーマンスを犠牲にして消費電力を削減する場合があった。しかし、実施例のHDDによれば、ホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、算出したRatio INTのタイミングがデータ転送可能なタイミングになるように、Power Save状態から復帰(Wake UP)するため、パフォーマンスを維持しながら効率よく消費電力を低減することができる。
また、従来のNCQコマンドのData Serviceでは、Read Seek動作中のBusが使用されていない間にData Serviceを行うため、パフォーマンス改善には効果的であったが、使用を誤ると却ってパフォーマンスを低下させてしまう場合があった。実施例のHDDによれば、ホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、キューに溜まっているData Serviceの実行終了時刻とRatio INTのタイミングを比較し、Data ServiceがRatio INTのタイミングの前に実行可能であれば該Data Serviceを実行し、実行不可の場合には実行せずにバスをキープしRatio INTのタイミングで即データ転送を始められるため、HDDのパフォーマンスを低下させることがない。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
尚、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、これから説明する各構成と同等の機能を実現するものであればいずれのものであってもよいことは言うまでもない。
まず、図1に本発明の実施の形態であるHDDのハードウェア構成を示す。
HDD(ハードディスクドライブ)1は、コンピュータやデジタル・カメラなど、データ処理を行う上位機器(ホスト)17からSATA Interface18を介して伝送されたデータを記憶する記憶装置である。
HDD1は、ディスク媒体15と、ディスク媒体15の記録面に対応するRead/Write用の磁気ヘッド14、ヘッドアクチュエータを実際に動かすヴォイスコイルモータ(VCM)12、ディスクを回転させるスピンドルモータ(SPMM)13、を備え、ディスク媒体15へのデータの書き込み及びディスク媒体15のデータ読み出しのために、これらの要素を制御するコントローラとしてサーボ制御部11およびヘッドIC7を備えている。
また、更に、ホスト17とのインタフェースであるSATA Interface18を制御するホストインタフェース(IF)制御部2、ディスク媒体15に書き込むデータやディスク媒体15から読み出されたデータやホストから転送されてきたデータを一時的に保存するバッファメモリ4および該バッファメモリ4を制御するバッファ制御部3、ホスト17から転送されたデータまたはホスト17へ転送されるデータに必要なデータ処理を行うフォーマット制御部5、データの書き込み、読み出しに合わせてデータをライト信号またはリード信号に変換するリード/ライトチャネル6、を備えている。そして、これらのHDD1の各要素は、バス16で相互に接続しており、MPU(Micro Processor Unit)8が、不揮発メモリ(FROM)10に格納された制御用プログラムを、メモリ9を用いて実行することで制御される。尚、メモリ9はMPU8の処理に用いられるとともに、制御用データなども格納されている。
本実施例は、MPU8が制御用プログラムを実行することによって実現されるもので、Readコマンドをホストから受信した際にディスク媒体15からデータを読み出し可能とな
るタイミングにあわせて、HDD1がデータ転送可能となるようにHDD1を動作させることでHDD1のパフォーマンスの低下を防いで消費電力を削減するものである。
図2に、MPU8で実行されるプログラムの構成を示す。
すなわち、MPU8で実行されるプログラムは、タイミング算出手段21、DIPM制御手段22、NCQ制御手段23を備える。
タイミング算出手段21は、ホスト17から、HDD1のディスク媒体15からデータを読み出すためのReadコマンドを受信すると、ディスク媒体15からデータを読み出しデータ転送可能となるRatio INTのタイミング、および、該算出したRatio INTに基づいて、DIPM(Device Initiated SATA Power Management)機能によるPower Saveを行う場合にRatio INTにあわせてデータ転送可能となるようにWake UP(復帰)するタイミング(Wake UP Timing)を算出する。
DIPM制御手段22はDIPMのPower Saveの実行や、タイミング算出手段21が算出したタイミングに基づいてホストIF制御部2に制御命令を送信しDIPMのPower Saveを停止してWake UP(復帰)させるなどの制御を行う。
NCQ制御手段23は、タイミング算出手段21が算出したタイミングに基づいて、Read Seek動作中に実行するためにメモリ9にキューイングされたNCQコマンドの実行を制御する。
さて、以下に図1に示したHDD1の動作を制御する図2の制御プログラムについて、実施例1〜実施例3を示して詳細に説明する。
実施例1は、図2のタイミング算出手段21とDIPM制御手段22に注目して説明するものであり、実施例2はタイミング算出手段21とNCQ制御手段23に注目して説明するものであり、実施例3は具体的な動作例を示すものである。
さて、まず実施例1について、図3〜図5を参照して説明する。
まず、HDD1がホスト17からReadコマンドを受信すると、HDD1のMPU8はVCM12やSPMM13、ヘッド14を動作させるための制御プログラムの実行や、制御命令のサーボ制御部11やヘッドIC7への送信を行い、ディスク媒体15からデータ読み出し可能となるようにRead Seek動作を始めるが、ここではその説明は省略する。
HDD1のRead Seek動作が開始すると、タイミング算出手段21は、Disk Read動作におけるデータ転送を開始可能となるタイミング、Ratio INT(図3のRatio INT参照)を算出する。また、DIPMのPower Saveを行った場合に、算出したRatio INTに合わせてSATA Interface18にデータ転送を開始できるようにWake UP(復帰)するタイミング(図3のWake UP Timingを参照)を算出する。
一方、DIPM制御手段22はHDD1がホスト17からReadコマンドを受信すると、SATA
Interface18へのInterface信号を必要最小限とするパワーセーブ状態となるようにホストIF制御部2を制御する。そして、タイミング算出手段21が算出したWake UP Timingに合わせて、SATA Interface18へのInterface信号がデータ転送に必要な状態となるようにホストIF制御部2を制御する。
以下に、タイミング算出手段21が算出するRatio INTおよびWake UP Timingについて説明する。
図3において、ディスク媒体15からデータを読み出す処理時間について説明したものがDisk Read(図3上側)である。Disk Readの処理時間は、Seek Time(t0), Rotation Wa
it(t1), Disk Read(t3)から成る。
図3のSeek Time(t0)は、VCM12やSPMM13などのモータの性能などによって予め決定されているシリンダ移動時間である。このシリンダ移動時間は、HDD1のメモリ9に予め格納されている。
また、Rotation Wait(t1)は、Seek後、ターゲットセクタに到達するまでの回転待ち時間である。図4に基本的な考え方を示す。Rotation Wait(t1)は、Seek 開始時のセクタおよびターゲットセクタのそれぞれの物理位置から求められる移動時間(t2)から、Seek Time(t0)を引いた時間で求められる(図4、Case-1およびCase-2参照)。なお、移動時間(t2) > Seek Time(t0) の場合は単純にRotation Wait (t1) = 移動時間(t2) -Seek Time(t0)でよいが、移動時間(t2) < Seek Time(t0)の場合には、Rotation Wait(t1) = ディスク1回転時間 - (移動時間(t2) - Seek Time(t0))によって計算される。尚、精度が落ちてしまうが、Rotation Wait(t1)として固定値を使用してもよい。この場合は、Seek Time(t0)と同様にHDD1のメモリ9に固定値が予め格納されている。
Disk Read(t3)は、ターゲットセクタが位置するトラックの記録密度から算出される時間である。ディスク媒体の記録密度にはばらつきがあるが、メモリ9にはトラック毎の記録密度を記憶しておくテーブル等が備えられており、該テーブルを参照してターゲットセクタが位置するトラックの記録密度を取得し、読み出し時間Disk Read(t3)を求める。
以上のようにDisk Readの処理時間に関する時間Seek Time(t0), Rotation Time (t1),
Disk Read(t3)が求められる。
更に、Ratio INTは、Disk Readの処理時間からSATA Interfaceのデータ転送時間Data transfer(t5)を引いたもので求められる。データ転送時間は、SATA Interfaceの速度(例えば、SATA=1.5G/3.0G BPS)から求められる。(このSATA Interfaceのスペックもメモリ9に格納されている。)
よって、
Ratio INT= Seek Time(t0)+Rotation Time(t1)+(Disk Read(t3)-Data transfer(t5))
・・・式(1)
となる。
以上のように、タイミング算出手段21は予め与えられた値などからRatio INTを算出する。
次に、算出したRatio INTに基づいてWake UP Timingを求める。
図3に示したDisk Controlのうち図3(1)に示す処理時間のように、従来、データ転送が可能となるRatio INTのタイミングでWake UP(復帰)させていたため、復帰にかかる時間分だけデータ転送時間に遅延(delay)が生じていた。
よって、復帰にかかる時間Wake UP(t4)だけ早い時刻にWake UP Timingを設定すればよい。Wake UP(t4)は、HDDのスペックなどでパワーセーブ状態から復帰するまでの時間で、固定値である。ちなみに、SATA HDDのスペック上では、Partial:10μs以内、Slumber:10ms以内と規格化されているが、パワーセーブの方法によって復帰時間が変わるため、決定されたパワーセーブ方法に対応する復帰時間を使用する。いずれにしてもWake UP(t4)は、シリンダ移動時間等と同様にメモリ9に格納されている値である。
よって、
Wake UP Timing = Ratio INT - Wake UP(t4) ・・・式(2)
を求めることができる。
以上のように、タイミング算出手段21でRatio INTおよびWake UP Timingが算出され
、DIPM制御手段22はWake UP TimingタイミングでSATA Interface18を介してデータ転送可能となるように、必要最小限だったインタフェース信号を復旧させるようにホストIF制御部2を制御する。
実施例1の動作例を図3(2)に示す。実施例1の動作では、Ratio INTのタイミングでデータ転送(Data transfer)が可能となっているため、遅延(delay)は発生せず、Read コマンドのパフォーマンスを維持したまま、効率よく消費電力を削減することが可能であることがわかる。
図5に、実施例1の場合のHDD1の動作フローを示す。
まず、S51でReadコマンドを受信すると、S52でRead Seekを開始する。S53で、常に電力を消費しているInterface信号を、通信が行われていないときには必要最小限にするという、DIPMのPower Saveが開始される。S54で、タイミング算出手段21がRatio INTをおよびWake UP Timingを算出する。その後、DIPM制御手段22は、S55でWake UP Timingか否かを判断し、Wake UP Timingでなければ(N)そのままPower Saveを維持する。Wake UP Timingとなれば(Y)、S56で、Interface信号を通信が行われる状態に復帰させるようにホストIF制御部2を制御する。これにより、HDD1は、S57でディスク媒体15から読み出したデータのデータ転送を開始し、S58でReadコマンドの処理を終了することができる。
次に、実施例2について図6、図7を参照して説明する。
実施例2は、Read Seek 動作中に実行されるNCQコマンドのData Serviceを開始するときに、実行中のReadコマンドのデータ転送の開始が遅延しないように、Data Serviceの実行がRatio INTの以前に終了するか否かを判断する。そしてRatio INTの以前に終了する場合には該Data Serviceを実行し、以前に終了しない場合には該Data Serviceを実行しない、という制御を行うものである。これについて図6を参照して説明する。
従来は、図6(1)の処理時間で示すように、HDD1がReadコマンド受信後Read Seek中にキューにたまっているNCQコマンドのData Serviceを順次実行していた。図6(1)では、Data Service-1〜Data Service-3までを実行してしまっているため、データ転送が可能になったタイミングRatio INTになってもData Service-3の実行が終了していないため、データ転送を開始することができず、HDD1のパフォーマンスが低下してしまっている。
よって、Read Seek中にNCQコマンドのData Serviceを実行する際に、該Data Serviceの実行終了時刻がデータ転送開始可能となるタイミングであるRatio INTより以前かどうかを判断して、Ratio INTより以前にData Serviceが終了するのであればそのデータサービスを実行するように制御すれば、HDD1のパフォーマンスを維持することができる。このような制御を行うNCQ制御手段23の動作について説明する。
NCQ制御手段23は、各Data Serviceにかかる時間(Data Service(t))をもとめる。Data
Service(t)は、Data transfer(t5)と同様、SATA Interfaceの速度(例えば、SATA=1.5G/3.0G BPS)を用いて算出される。すなわち、
Data Service(t) = SATA Interfaceの速度 + α
、で求められる。“+α”はData Serviceまでに必要なコントロール時間である。Data Serviceの時間(Data Service(t))は、それぞれのData Serviceによって異なるが、これについてもメモリ9それぞれのData Serviceに対応する必要なコントロール時間がテーブル等で保存されており、これを用いてそれぞれのData Serviceの時間が算出される。
NCQ制御手段23は、HDD1でReadコマンドが受信されると、実施例1と同様にタイ
ミング算出手段21が算出したRatio INTとData Serviceの終了時刻を比較し、Data Serviceの終了時刻がRatio INTのタイミングよりも以前であるならばそのData Serviceを実行するという制御を行う。また、他のData Serviceが発見されると、再度Ratio INTのタイミングと新なたなData Serviceの終了時刻とを比較し実行可能かを判断する。
つまり、NCQ制御手段23は、
Ratio INT ≧ Data Service 終了時刻 ・・・式(3)の場合には、そのData Serviceを実行する。
Ratio INT < Data Service 終了時刻 ・・・式(4)の場合には、そのData Serviceを実行せず、実行可能な対象コマンドを探し続ける。
という処理を行う。Ratio INTとData Serviceの終了時刻を比較し、実行可能であればData Serviceを実行するという動作は、複数回実行可能で、Ratio INT到達までにData Serviceを何回でも実行することが可能である。そして、Data Serviceが実行できる時間がなくなったときに、Ratio INTを待って、Read コマンドのデータ転送を開始する。
図6(2)は、実施例2の処理時間例を示すものである。実施例2の動作では、Data Serviceを実行する前に、実行するData Serviceの終了時刻がRatio INTの前か後かを判断するため、Data Service-1およびData Service-2は実行可能であるが、その後Data Service-3は実行せず、そのままバスをキープ(Bus Keep)し、Ratio INTを待つ。そのため、Readコマンドのデータ転送可能になるタイミングにあわせてデータ転送を開始することが可能で、遅延が生じることなくReadコマンドのデータ転送を行うことができることがわかる。
このように、実施例2によれば、Readコマンドのパフォーマンスの低下を防ぐとともに、効率よくNCQコマンドのData Serviceを実行することが可能である。
図7に、実施例2の場合のHDD1の動作フローを示す。
まず、S70でReadコマンドを受信すると、S71でRead Seekを開始する。S72でタイミング算出手段21がRatio INTを算出する。S73でNCQ制御手段23がキューにNCQコマンドのData Serviceがあるかどうか判断する。Data Serviceがある場合(Y)、S74に進み、S74でData Serviceを実行可能であるか否か判断する。つまり、上述の式(3)、式(4)で実行可能かを判断し、実行可能の場合(Y)にはS75でData Serviceを実行し、S76でData Serviceが終了するとS73に戻る。S74で、Data Serviceの実行が不可能であると判断された場合(N)にはS77に進む。S77では、Ratio INTであるかどうかを判断し、Ratio INTではない場合(N)には、そのままバスキープ(Bus Keep)の状態となる。Ratio INTとなると(Y)、S78に進み、ディスク媒体15から読み出したデータの転送を開始し、S79でRead コマンドの処理が終了する。
次に、実施例3について図8、図9を参照して説明する。実施例3はDIPM制御手段22とNCQ制御手段23の両方を含んだ構成である。
従来より、Read Seek動作中に実行するNCQコマンドのData ServiceとDIPM制御は同一タイミングで実行され、NCQコマンドを保持しているとき、つまりキューにNCQコマンドがたまっているとき、DIPM制御は実施しないという制御がなされている。しかし、Read Seek動作中にNCQコマンドのData Serviceが実行された後、実行可能なData Serviceが存在しない場合、十分な時間があればDIPMのPower Saveを実行し、消費電力を削減することが考えられる。そこで、上記実施例1および実施例2を組み合わせ、NCQコマンドのData Serviceの実行とDIPMのPower Saveの実行の両方を併用し、性能の向上および消費電力の削減に努める。
実施例3は、まずRead Seek動作中、NCQコマンドのData Serviceを開始し、その後、Read Seek動作中にData Serviceをこれ以上実行できなくなった際に、Power Saveする時間があればPower Saveを行う、というものである。
具体的には、次のようになる。
まず、タイミング算出手段21は、実施例1および実施例2と同様にRatio INTおよびWake UP Timingを算出する。一方で、NCQ制御手段23は、実施例2と同様にキューにたまっているNCQコマンドの Data Serviceについて、実行するのにかかる時間Data Service(t)を求める。そして、
Ratio INT ≧ Data Service 終了時刻 ・・・式(5)の場合には、そのData Serviceを実行させ、
Ratio INT < Data Service 終了時刻 ・・・式(6)の場合には、そのData Serviceを実行しない、
という処理を行う。
更に、式(6)の場合(Data Serviceを実行させない)、DIPM制御手段22がRatio INTまでにPower Save(t6)とWake UP(t4)の時間を確保できるかどうかを判断する。尚Power Save(t6)はPower Saveを行うために必要なコントロール時間のことで、予め規定されている値であり、メモリ9に格納されている。
DIPM制御手段22は、
Ratio INT ≧ Power Save(t6) + Wake UP(t4) ・・・式(7)の場合には、Power Saveを実行させ、
Ratio INT < Power Save(t6) + Wake UP(t4) ・・・式(8)の場合には、Power Saveを諦め、Ratio INTまでBus Keepし、Read コマンドのデータ転送(Data transfer)を開始する、
という処理を行う。
尚、式(7)でPower Saveを実行した場合には、実施例1のようにタイミング算出手段21で算出されたWake UP TimingでWake UP(復帰)する。
図8に実施例3の動作例を示す。
まず、図8(1)の示す処理時間についてであるが、Seek動作中にNCQコマンドのData Service-1およびData Service-2を実行し、その後Bus KeepをしてRatio INTを待ちデータ転送(Data Transfer)を開始している。よって、データ転送に遅延は生じていないが、Bus
Keepをするため消費電力が削減されない。
次に、図8(2)の示す処理時間についてであるが、これは本実施例の処理時間を図8(1)に比較して示すものである。Read Seek動作中にNCQコマンドのData Service-1およびData Service-2を実行し、その後Power Saveする時間があるためPower Saveを実行し、その後Ratio INTのタイミングですぐにデータ転送が可能になるようにWake UP(復帰) している。これにより遅延を生ずることなくデータ転送を行っている。よって、HDD1のパフォーマンスを低下させることなく、消費電力の削減が可能である。
また図8(3)の示す処理時間についてであるが、NCQコマンドのData Serviceの実行とDIPMによるPower Saveを単純に実行した場合の従来例である。NCQコマンドのData Service-1、Data Service-2を実行した後、Power Saveのコントロールに必要な時間を考慮せず、Power Saveをした後、Ratio INTのタイミングでWake UP(復帰)しているためにデータ転送開始までに遅延(Delay)が発生してしまっている。
これに対し、図8(4)に示す処理時間では、NCQコマンドのData Service-1、Data Service-2を実行した後、Power Saveのコントロールに必要な時間を考慮するため、Power Saveを実行せず、そのままバスキープ(Bus Keep)を行い、Ratio INTのタイミングでデータ転送が可能となっている。この場合には、消費電力の削減には貢献できないが、Ratio INTのタイミングでデータ転送を開始できるため、HDD1のパフォーマンスを低下するのを防ぐことができる。
図9に、実施例3の図8に対応するHDD1の動作フローを示す。
まず、S90でReadコマンドを受信すると、S91でRead Seekを開始する。S92で、タイミング算出手段21がRatio INTおよびWake UP Timingを算出し、S93でNCQ制御手段23がキューにNCQコマンドのData Serviceがあるかどうか判断する。Data Serviceがある場合(Y)、S94に進みData Serviceを実行可能であるか否か判断する。詳細は実施例2のS74と同様である。実行可能の場合(Y)にはS95でData Serviceを実行し、S96でData Serviceが終了するとS93に戻る。S94で、Data Serviceの実行が不可能であると判断された場合(N)にはS97に進む。S97では、DIPM制御手段21が、DIPMのPower Saveのコントロールに必要な時間をRatio INTのタイミングまでに取れるか否かを判断する。つまり、式(7)および式(8)の条件式に基づいて判断する。S97で、DIPMのPower Saveが可能であると判断された場合(Y)にはS98に進み、S97で可能でないと判断された場合(N)にはS99に進む。S99では、Ratio INTであるかどうかを判断し、Ratio INTではない場合(N)には、そのままバスキープ(Bus Keep)の状態となる。Ratio INTとなると(Y)S102に進み、ディスク媒体15から読み出したデータの転送を開始し、S103でRead コマンドの処理が終了する。
S97で、DIPMのPower Saveが可能であると判断され(Y)、S98に進んだ場合には、S98でDIPMのPower Saveが実行される。その後、S100で、Wake UP Timingか否かが判断される。これは、実施例1のS55と同様の処理である。S100でWake UP Timingではないと判断された場合(N)そのままPower Save状態を維持し、S100でWake UP Timingであると判断された場合(Y)、S101に進みWake UP(復帰)する。その後HDD1は、S102でディスク媒体15から読み出したデータのデータ転送を開始し、S103でReadコマンドの処理を終了することができる。
更に、DIPM制御手段22とNCQ制御手段23を備える実施例3のHDD1の構成において、別の動作例について以下に述べる。図8に示した動作例は、ホスト17からRead コマンドをHDD1が受信した際にキューにNCQコマンドがたまっていた場合であったが、Readコマンドを受信した際にはNCQコマンドがキューにたまっておらず、DIPMによるPower Saveを実行後NCQコマンドを受信した場合の動作例を図10および図11に示す。
まず、図10(1)に示す処理時間についてであるが、従来Read Seek中のDisk ControlにおけるPower Save状態のときにNCQコマンドを受信すると、無条件に受信したNCQコマンドを実行していた。これにより、Data ServiceがRatio INTを跨ぐ形となり、実施するべきデータ転送(Data Transfer)の開始が遅れてしまい、HDD1のパフォーマンスが低下してしまうことがあった。
図10(2)および図10(3)は実施例3によって、このような場合にパフォーマンスを改善できることを示したものである。
図10(2)は、HDD1がReadコマンドを受信した際にはNCQコマンドのData ServiceがキューにはなかったためPower Saveを実行し、途中でNCQコマンドのData Serviceを受信した場合を示すもので、該受信したNCQコマンドのData Serviceの実行がRatio INTの前に終了するため、そのData Serviceを実行した例を示したものである。
図10(3)は、図10(2)と同様に、HDD1がReadコマンドを受信した際にはNCQコマンドのData Serviceがキューにはなく、途中でNCQコマンドのData Serviceを受信した場合で、該受信したNCQコマンドのData Serviceの実行がRatio INTの前に終了しないため、そのData Serviceの実行しなかった例を示すものである。更に、図10(3)では、Data Serviceを実行する時間はなかったが、Power Saveをする時間はあったため(Ratio INT ≧ Power Save(t6) + Wake UP(t4))に、Power Saveを実行している。また、Power Saveを実行した後、Ratio INTのタイミングでデータ転送可能となるようにWake UP(復帰)している。
このように、Read コマンド受信直後、NCQコマンドのData Serviceがキューに存在せずPower Saveを実行し、Power Save中にNCQコマンドを受信した場合に、該NCQコマンドを実行する時間がRatio INTまでに取ることができればそのコマンドを実行することが可能となり、HDD1のパフォーマンスを向上させることができる。
また、図10(4)は、従来例で、HDD1がReadコマンドを受信した際にはNCQコマンドのData ServiceがキューにはなかったためPower Saveを実行し、途中でNCQコマンドのData Serviceを受信した場合で、NCQコマンドのData Serviceを実行する時間がなかったためにPower Saveをしたが、Wake UP(復帰)するまでに時間がかかり遅延(Delay)が発生してしまった場合を示している。
図10(5)は、このような場合にもHDDのパフォーマンスを改善できることを示したものである。
図10(5)では、NCQコマンド受信の際、Power SaveしWake UP(復帰)するタイミングがRatio INTのタイミングに間に合うか否かが判断され、間に合わないと判断されたためそのままバスキープ(Bus Keep)してRatio INTのタイミングを待っている。これにより、ディスク媒体からデータを読み出しデータ転送が開始可能となったタイミングで遅延なくデータ転送を行っている。
以上のように、NCQコマンド受信後に、Data Serviceまたは、Power Saveが実行可能かどうかを判断してそれぞれの制御を実行することで、Read Seek動作中にホストからのRead コマンドに対応したデータ転送開始を遅延することなくことが可能である。
このように実施例3の構成のHDD1は、パフォーマンスを維持しながら、最適に消費電力の削減を行うことが可能である。
図11に、図10に対応するHDD1の動作フローを示す。
まず、S110でRead コマンドをホストから受信する。S111でRead Seekを開始する。S112でタイミング算出手段21がRatio INTおよびWake UP Timingを算出する。S113でData Serviceが有るかどうか判断し、Data Serviceがある場合(Y)には、S114に進む。S114では、Data Serviceが実行可能かどうか判断する。詳細は実施例2のS74と同様である。実行可能の場合(Y)、S115に進みData Serviceを実行し、S116でData Serviceを終了してS113に戻る。
S114で、Data Serviceが可能でない場合(N)には、S117に進む。S117では、図9のS97と同様にDIPM制御手段21が、DIPMのPower Saveのコントロールに必要な時間をRatio INTのタイミングまでに取れるか否かを判断する。必要な時間をとれず、実行可能でない場合(N)、S118に進む。S118はRatio INTのタイミングかどうかを判断し、そうでなければ(N)そのままバスキープし、S118でRatio INTのタイミングであると判断された場合(Y)、S127に進む。
S117で、DIPMのPower Saveが実行可能である場合(Y)、S119でPower Save状態となる。Power Saveの状態の間にNCQコマンドが受信されるとS120でData Serviceがあると判断され(Y)、S121に進む。S121では、Data Serviceが実行可能かどうか判断され、実行可能な場合(Y)、S122に進みWake UP(復帰)して、S123でData Serviceを実行する。そして、S124でData Serviceを終了し、S113に戻る。
S120でData Serviceがないと判断された場合(N)、S125に進み、Wake UP Timingかどうか判断される。Wake UP Timingでなければ(N)、そのままPower Saveの状態を維持し、S120に戻る。S125でWake UP Timingであると判断されると(Y)、S126に進みWake UP(復帰)し、S127で読み出されたデータの転送を開始し、S128でReadコマンドを終了する。
以上のように、DIPM制御手段22とNCQ制御手段23を備える実施例3のHDD1は、様々な場合に対応可能で、HDD1のパフォーマンスを低下させずに可能な限り消費電力を削減できる、と言える。
従来のDIPMのPower Saveでは、HDDのRead コマンドにおいてデータ転送開始に遅延が発生するというように、パフォーマンスを犠牲にして消費電力を削減する場合があった。しかし、実施例のHDDによれば、ホストからHDDがReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、算出したRatio INTのタイミングがデータ転送可能なタイミングになるように、Power Save状態から復帰(Wake UP)するため、パフォーマンスを維持しながら効率よく消費電力を低減することができる。
また、従来のNCQコマンドのData Serviceでは、Read Seek動作中のBusが使用されていない間にData Serviceを行うため、パフォーマンス改善には効果的であったが、使用を誤ると却ってパフォーマンスを低下させてしまう場合があった。上述した本実施例のHDDによれば、ホストからReadコマンドを受信した時点で、Ratio INTのタイミングを算出し、キューに溜まっているData Serviceの実行終了時刻とRatio INTのタイミングを比較し、Data ServiceがRatio INTのタイミングの前に実行可能であれば該Data Serviceを実行し、実行不可の場合には実行せずにバスをキープしRatio INTのタイミングで即データ転送を始められるため、HDDのパフォーマンスを低下させることがない。
特にノートパソコンなどに用いられるHDDは、消費電力とパフォーマンスが重要な要素である。従来の技術では、パフォーマンスを犠牲にして消費電力を低減するような傾向にあった。本実施の形態によれば、パフォーマンスを低下させることなく、消費電力を低減させることが可能で、非常に有効であると言える。
以上の実施例1〜3を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) ホストから転送されてきたデータを記憶するデータ記憶装置であって、
前記データ記憶装置の記憶するデータを読み出すためのReadコマンドを前記ホストから受信すると、該データ記憶装置のディスク媒体からデータを読み出す準備を完了しデータ転送可能となるタイミングを算出するタイミング算出手段と、
前記算出されたタイミングに合わせて、前記ディスク媒体から読み出されたデータを前記ホストに転送可能となるように、前記データ記憶装置を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とするデータ記憶装置。
(付記2) 前記制御手段は、前記算出されたタイミングに合わせて、データ転送が不可能なパワーセーブ状態にある前記ホストへのインタフェースを、データ転送可能な状態に復帰させる第1の制御手段を含むことを特徴とする付記1記載のデータ記憶装置。
(付記3) 前記制御手段は、前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている
間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行する第2の制御手段を含むことを特徴とする付記1記載のデータ記憶装置。
(付記4) 前記制御手段は、
前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行する第2の制御手段と、
前記NCQコマンドのData Serviceが実行されていない場合でかつ前記算出されたタイミングに基づいて前記ホストへのインタフェースをパワーセーブ状態にする時間があると判断される場合には該インタフェースをパワーセーブ状態にし、該インタフェースがデータの転送が不可能なパワーセーブ状態にある場合には、前記算出されたタイミングに合わせてデータ転送可能な状態に復帰させる第1の制御手段と、
を含むことを特徴とする付記1記載のデータ記憶装置。
(付記5) ホストから転送されてきたデータを記憶するデータ記憶装置の制御方法であって、
前記データ記憶装置の記憶するデータを読み出すためのReadコマンドを前記ホストから受信すると、該データ記憶装置のディスク媒体からデータを読み出す準備を完了しデータ転送可能となるタイミングを算出し、
前記算出されたタイミングに合わせて、前記ディスク媒体から読み出されたデータを前記ホストに転送可能となるように、前記データ記憶装置を制御する、
ことを特徴とする制御方法。
(付記6) 前記データ記憶装置を制御するにおいて、
前記算出されたタイミングに合わせて、データ転送が不可能なパワーセーブ状態にある前記ホストへのインタフェースを、データ転送可能な状態に復帰させることを特徴とする付記5記載の制御方法。
(付記7) 前記データ記憶装置を制御するにおいて、
前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行することを特徴とする付記5記載の制御方法。
(付記8) 前記データ記憶装置を制御するにおいて、
前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行し、
前記NCQコマンドのData Serviceが実行されていない場合でかつ前記算出されたタイミングに基づいて前記ホストへのインタフェースをパワーセーブ状態にする時間があると判断される場合には該インタフェースをパワーセーブ状態にし、該インタフェースがデータの転送が不可能なパワーセーブ状態にある場合には、前記算出されたタイミングに合わせてデータ転送可能な状態に復帰させる、
ことを特徴とする付記5記載の制御方法。
本実施の形態のHDDのハードウェア構成を示す図である。 本実施の形態においてMPUで実行されるプログラムの構成を示す図である。 実施例1のHDDの動作を処理時間で示した図である。 Seek Time(t0), Rotation wait(t1), 移動時間(t2)を説明する図である。 実施例1のHDDの動作フローを示す図である。 実施例2のHDDの動作を処理時間で示した図である。 実施例2のHDDの動作フローを示す図である。 実施例3のHDDの動作例を示す図である。 図8に対応する動作フローを示す図である。 実施例3のHDDの動作例を示す図である。 図10に対応する動作フローを示す図である。 HDDの内部構造を示す図である。 Read コマンドのパフォーマンスが低下してしまう例を示す図である。 NCQによるReadコマンドのパフォーマンスの低下の例を示す図である。
符号の説明
1 HDD
2 ホストIF制御部
3 バッファ制御部
4 バッファメモリ
5 フォーマット制御部
6 リード/ライトチャネル
7 ヘッドIC
8 MPU
9 メモリ
10 不揮発メモリ
11 サーボ制御部
12 VCM
13 SPMM
14 磁気ヘッド
15 ディスク媒体
16 バス
17 ホスト
18 SATA Interface
21 タイミング算出手段
22 DIPM制御手段
23 NCQ制御手段

Claims (5)

  1. ホストから転送されてきたデータを記憶するデータ記憶装置であって、
    前記データ記憶装置の記憶するデータを読み出すためのReadコマンドを前記ホストから受信すると、該データ記憶装置のディスク媒体からデータを読み出す準備を完了しデータ転送可能となるタイミングを算出するタイミング算出手段と、
    前記算出されたタイミングに合わせて、前記ディスク媒体から読み出されたデータを前記ホストに転送可能となるように、前記データ記憶装置を制御する制御手段と、
    を含むことを特徴とするデータ記憶装置。
  2. 前記制御手段は、前記算出されたタイミングに合わせて、データ転送が不可能なパワーセーブ状態にある前記ホストへのインタフェースを、データ転送可能な状態に復帰させる第1の制御手段を含むことを特徴とする請求項1記載のデータ記憶装置。
  3. 前記制御手段は、前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行する第2の制御手段を含むことを特徴とする請求項1記載のデータ記憶装置。
  4. 前記制御手段は、
    前記ディスク媒体からデータを読み出す準備を行っている間に実行可能な、複数のNCQコマンドのData Serviceについて、それぞれのData Serviceの実行終了時刻が前記算出されたタイミング以前である場合にのみ該Data Serviceを実行する第2の制御手段と、
    前記NCQコマンドのData Serviceが実行されていない場合でかつ前記算出されたタイミングに基づいて前記ホストへのインタフェースをパワーセーブ状態にする時間があると判断される場合には該インタフェースをパワーセーブ状態にし、該インタフェースがデータの転送が不可能なパワーセーブ状態にある場合には、前記算出されたタイミングに合わせてデータ転送可能な状態に復帰させる第3の制御手段と、
    を含むことを特徴とする請求項1記載のデータ記憶装置。
  5. ホストから転送されてきたデータを記憶するデータ記憶装置の制御方法であって、
    前記データ記憶装置の記憶するデータを読み出すためのReadコマンドを前記ホストから受信すると、該データ記憶装置のディスク媒体からデータを読み出す準備を完了しデータ転送可能となるタイミングを算出し、
    前記算出されたタイミングに合わせて、前記ディスク媒体から読み出されたデータを前記ホストに転送可能となるように、前記データ記憶装置を制御する、
    ことを特徴とする制御方法。
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