CN106874216A

CN106874216A - 加快在不连续页面写入数据的计算机系统及其方法

Info

Publication number: CN106874216A
Application number: CN201510919018.6A
Authority: CN
Inventors: 曹世强; 简廷芳; 张安男
Original assignee: Jie Ding Internaional Inc
Current assignee: Shanghai Chuanyuan Information Technology Co ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: CN106874216B

Abstract

本发明提出一种加快在不连续页面写入数据的计算机系统及其方法，所述方法包含执行多个写入命令，每一写入命令包含一写入数据及一写入地址，写入地址对应于硬盘的一区块的多个第一页面中的一写入页面、根据写入地址判断写入页面是否连续、若写入页面不连续，根据写入地址读取前述区块、将区块中的第一页面的储存数据写入存储器的第二页面、根据写入地址将每一写入数据写入第二页面、及将存储器的第二页面的储存数据写入硬盘的第一页面。

Description

加快在不连续页面写入数据的计算机系统及其方法

技术领域

本发明是关于一种写入数据的计算机系统及其方法，特别是可应用硬盘的加快在不连续页面写入数据的计算机系统及其方法。

背景技术

随着科技进步、电子产业的蓬勃发展，人们对资讯传递的需求量不断增加，为符合人们的需求，当前计算机设备的性能也随的提升，而计算机设备需与相关软件相互配合才能运作，例如操作系统、游戏软件及影音互动软件，而前述软件在运作时需将数据储存在计算机设备的硬盘(hard disk drive)中，因此，硬盘在人们的生活中扮演的举足轻重的角色。

习知的硬盘的物理结构包含读写头、碟片、主马达、副马达、主控芯片与排线等零件；读写头在碟片表面上画出与碟片同心的圆形磁轨，此磁轨可等分为数个弧段，此些弧段为硬盘的磁区，而读写头可存取磁区中的储存数据。在读取或写入时，由主马达带动碟片旋转，并由副马达带动读写头到相对应的碟片位置，此时读写头的磁感线圈感应碟片表面上的磁性，从而得到磁区中的储存数据或可将数据写入磁区中。

然而，由于习知硬盘的读写头在读取相关磁区时必须往复移动，来往于碟片上不同的磁区，所以读写头的往复会有不必要的耗时，特别是在写入碟片上的不连续磁区位置时，读写头在相关磁区之间来回往复移动造成过长的写入时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种加快在不连续页面写入数据的计算机系统及其方法。

在一实施例中，一种加快在不连续页面写入数据的计算机系统，包含硬盘、存储器及处理器。硬盘包含读写头及一磁轨，且磁轨包含至少一区块，每一个区块包含连续的多个第一页面；存储器包含多个第二页面，此些第二页面的写入速度大于硬盘的第一页面中的不连续页面的写入速度；处理器执行多个写入命令，每一写入命令包含一写入数据及一写入地址，写入地址对应于第一页面中的一写入页面，处理器根据各写入地址判断写入页面是否连续，若写入页面不连续，处理器根据写入地址读取对应的区块，以将第一页面的每一储存数据写入第二页面，且处理器根据写入地址将每一写入数据写入第二页面，于每一写入数据写入存储器后，处理器将每一第二页面的储存数据写入第一页面。

在一实施例中，一种加快在不连续页面写入数据的方法适于一硬盘，硬盘包含读写头及磁区，磁区包含至少一区块，每一个区块包含连续的多个第一页面，此些第一页面中的不连续页面的写入速度小于一存储器的多个第二页面的写入速度，前述加快在不连续页面写入数据的方法包含执行多个写入命令，每一写入命令包含一写入数据及一写入地址，写入地址对应于第一页面中的一写入页面；根据写入地址判断写入页面是否连续；若写入页面不连续，根据写入地址读取区块；将区块中的第一页面的储存数据写入存储器的第二页面；根据写入地址将每一写入数据写入第二页面；及将存储器的第二页面的储存数据写入硬盘的第一页面。

综上所述，根据本发明的加快在不连续页面写入数据的方法及计算机系统的一实施例，在将数据写入硬盘中写入页面时，处理器可将不连续的写入页面所在区块中连续的储存数据先写入存储器中的第二页面，并将每一个欲写入硬盘的数据写入第二页面中对应的页面，相较硬盘中的储存数据，第二页面中包含已更新或未更新的储存数据，此时处理器再将第二页面中全数或部分的储存数据写入硬盘的前述区块中，使区块中的页面依其地址可被连续地写入，如此便节省由写入不连续页面造成过长的延迟时间，进而提升硬盘的写入速度。

附图说明

图1为根据本发明的计算机系统的一实施例的功能方块图。

图2为图1的硬盘的一实施例的构件示意图。

图3A为图1的第一页面及第二页面的储存数据示意图(一)。

图3B为图1的第一页面及第二页面的储存数据示意图(二)。

图3C为图1的第一页面及第二页面的储存数据示意图(三)。

图3D为图1的第一页面及第二页面的储存数据示意图(四)。

图4A为图1的第一页面包含不连续的写入页面的第一实施例的示意图。

图4B为图1的第一页面包含不连续的写入页面的第二实施例的示意图。

图4C为图1的第一页面包含不连续的写入页面的第三实施例的示意图。

图4D为图1的第一页面包含连续的写入页面的一实施例的示意图。

图5为根据本发明的加快在不连续页面写入数据的方法的一实施例的流程。

【符号说明】

1 硬盘

11 读写头

12 磁轨

121 区块

121A～121J 第一页面

2 处理器

3 存储器

31A～31J 第二页面

具体实施方式

图1为根据本发明的计算机系统的一实施例的功能方块图，图2为图1的硬盘1的一实施例的构件示意图，请同时参照图1图及图2，计算机系统包含硬盘1、处理器2及存储器3，且处理器2耦接于硬盘1及存储器3。如图2所示，硬盘1包含读写头11及具磁区的磁轨12，读写头11用以在磁轨12上写入或读取数据。磁轨12的磁区包含至少一区块，而每一个区块包含连续的多个页面，以储存数据。如图1所示，以硬盘1的磁区包含一个区块121为例，区块121包含连续的多个第一页面121A～121J，也就是说，第一页面121A～121J所对应的地址为连续，举例来说，以8位元的地址为例，假设第一页面121A对应的地址为0x00，且地址增加量(increment)为0x02，第一页面121A～121J分别对应的地址的16进制表示法为0x00、0x02、0x04、0x06、0x08、0x0a、0x0c、0xe、0x10及0x12。

存储器3用以储存数据，如图1的示例，存储器3包含可储存数据的多个第二页面31A～31J，且第二页面31A～31J的写入速度大于第一页面121A～121J中的不连续页面的写入速度，即，将欲储存数据写入第二页面31A～31J的时间小于前述欲储存数据写入第一页面121A～121J中的不连续页面的时间，因硬盘1的读写头11需来回往复于第一页面121A～121J中的不连续页面之间。在实作上，存储器3可为静态随机存取存储器(staticrandom-access memory；SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic random-accessmemory；DRAM)、或快闪存储器(flash memory)的任何写入速度大于在硬盘1的不连续页面写入数据的储存装置。

处理器2用以执行多个写入命令，此些写入命令可由电性连接于处理器2的前级电路产生，或由处理器2自身产生。每一个写入命令包含写入地址及对应于写入地址的写入数据，而写入地址对应于硬盘1的一区块的页面；基此，以第1图为例，若硬盘1接收来自处理器2的写入地址及写入数据，且写入地址对应于区块121的第一页面121A～121J，写入数据即可被写入第一页面121A～121J中的一写入页面。在实作上，处理器2可藉由软件或固件结合应用程序接口(Application Programming Interface；API)来存取硬盘1，并以主线连接于处理器2与硬盘1之间，使处理器2与硬盘1得以沟通，以进行主线处理(bus transaction)；而处理器2可为中央处理器(CPU)、微控制器(MCU)或以特殊应用IC(Application-Specific IC；ASIC)实现的控制电路。

在处理器2执行多个写入命令时，由于硬盘1的读写头11将数据写入磁轨12的不连续页面所需的时间大于写入连续页面所需的时间，处理器2先根据写入地址判断写入页面为连续或不连续，若写入页面为连续，处理器2将写入数据直接写入硬盘1中以执行写入命令；反之，若写入页面为不连续，处理器2可选择以加速模式执行写入命令，以节省因写入硬盘的不连续页面造成的延迟时间。

在加速模式中，处理器2根据写入地址读取写入页面所在的区块中的页面，以区块121为例，处理器2将区块121的全部第一页面121A～121J的储存数据读出并写入存储器3的第二页面31A～31J中；并且，处理器2根据写入地址一一将写入数据写入存储器3的第二页面31A～31J中的对应页面。例如，将欲写入第一页面121A的写入数据，写入第二页面31A中；将欲写入第一页面121E的写入数据，写入第二页面31E中。于全部写入数据均被写入存储器3之后，处理器2再将第二页面31A～31J的储存数据写入硬盘1的第一页面121A～121J中。于是，硬盘1的第一页面121A～121J中，便存在已更新写入的所有写入数据。然而，因第一页面121A～121J是连续的，因此在最后将第二页面31A～31J的储存数据一次写入硬盘1的第一页面121A～121J时，读写头11无需来回往复移动，因此相对于先前技术可减少写入时间。

在本实施例中，第一页面121A～121J与第二页面31A～31J之间具有一对一映射关系，处理器2根据前述一对一映射关系将第一页面121A～121J的储存数据读出，并写入第二页面31A～31J。并且，于写入数据写入存储器3之后，处理器2再根据前述一对一映射关系将第二页面31A～31J的储存数据写回第一页面121A～121J。在此，图1是以第二页面31A～31J连续为例，但本发明不以此为限。

在一实施例中，第二页面31A～31J可为不连续，也就是说，对应于第二页面31A～31J的地址可为不连续。在此情形下，处理器2根据前述一对一映射关系将连续的第一页面121A～121J的储存数据读出并写入不连续的第二页面31A～31J，并且，于写入数据均写入存储器3之后，处理器2再根据前述一对一映射关系将不连续的第二页面31A～31J的储存数据读出并写入连续的第一页面121A～121J。换言之，只要处理器2可以取得第一页面121A～121J与第二页面31A～31J之间的一对一映射关系(如通过查表方式)，第二页面31A～31J也可以分散在存储器3的多个区域而其地址不为连续。

图3A至图3D为图1的第一页面121A～121J及第二页面31A～31J的储存数据在处理器2以加速模式执行写入命令时的数据更新过程的示意图，将以六笔写入数据为例说明。如图3A所示，在未执行任何动作的前，第一页面121A～121J包含储存数据，而第二页面31A～31J不具有如第一页面121A～121J的储存数据。如图3B所示，在加速模式中，处理器2将第一页面121A～121J的储存数据一对一对应写入第二页面31A～31J中，使第二页面31A～31J的储存数据与第一页面121A～121J的储存数据相同。接着，如图3C所示，处理器2将六笔写入数据“4”、“1”、“3”、“13”、“4”及“2”分别写入对应于六个写入地址的第二页面31A、31C、31D、31H、31I及31J而覆盖原数据。最后，如图3D所示，处理器2将第二页面31A～31J的储存数据一对一对应写入第一页面121A～121J，第一页面121A、121C、121D、121H、121I及121J中的储存数据分别被更新为“4”、“1”、“3”、“13”、“4”及“2”，而其他第一页面121B、121E、121F、121G则维持存有原本的储存数据。

在本实施例中，处理器2在判断写入页面是否连续时，处理器2判断写入地址对应的写入页面的任二者之间是否包含任一其他第一页面。若判断结果为是，处理器2则判断写入页面为不连续。图4A至图4D为图1的第一页面121A～121J包含不连续的写入页面及连续的写入页面的四个实施例的示意图。以写入页面对应至区块121为例，其中灰色的第一页面表示写入页面，如图4A所示，两写入页面之间包含其他非欲写入数据的第一页面121B、121D、121F、121H。如图4B所示，两写入页面(对应第一页面121D、121F；对应第一页面121H、121J)之间包含其他非欲写入数据的第一页面121E、121I。如图4C所示，两写入页面(对应第一页面121D、121F)之间包含第一页面121E。如图4D所示，对应至第一页面121C的写入页面与对应至第一页面121G的写入页面之间未包含任何页面。基此，由图4A至图4D的示例可以得知，只要两个写入页面之间包含任一其他第一页面即表示写入页面为不连续。

再者，在处理器2判断写入页面是否连续之前，处理器2先根据写入地址来判断写入页面的数量是否大于或等于欲写入区块中的页面的数量的二分之一。以图1为例，假设写入页面位于区块121，则处理器2判断位于区块121中的写入页面的数量是否大于或等于第一页面121A～121J的数量的二分之一(即五)，若位于区块121中的写入页面的数量大于或等于五，处理器2始判断写入地址之间是否连续。反之，若位于区块121中的写入页面的数量小于五，不论写入页面为连续或不连续，处理器2将写入数据直接写入第一页面121A～121J中的写入页面。以处理器2欲执行五个写入命令为例，假设其中的三个写入命令的写入页面位于区块121，因写入页面的数量小于五，此时处理器2会直接逐个将欲写入数据写入前述的三个写入页面，而不判断三个写入页面是否连续。再者，假设前述的五个写入命令的写入页面均位于区块121，因写入页面的数量等于五，此时处理器2再进一步判断五个写入页面是否连续。

在一实施例中，写入页面位于第一页面121A～121J中的两第一页面的范围间，以写入页面位于区块121为例，当处理器2判断写入页面的数量大于或等于五且写入页面不连续时，处理器2读取两第一页面的范围间的储存数据，并根据前述一对一映射关系将两第一页面的范围间的储存数据写入第二页面中的多个对应页面，也就是说，处理器2可根据写入地址动态地将区块121中部分的第一页面中的储存数据写入存储器3。

举例来说，以写入地址对应于第一页面121B、121D、121E、121G、121I为例，在此情形下，写入页面位于第一页面121B与第一页面121I的范围间，处理器2将第一页面121B～121I的储存数据读出，并根据前述一对一映射关系将第一页面121B～121I的储存数据写入第二页面31A～31J中对应的页面，例如第二页面31B～31I，或是分散在存储器3的多个区域而其地址不为连续。

接着，处理器2根据写入地址一一将写入数据写入存储器3的第二页面31B～31I中的对应页面，例如，将欲写入第一页面121B的写入数据写入第二页面31B中，将欲写入第一页面121D的写入数据写入第二页面31D中。于全部写入数据均被写入存储器3之后，处理器2再根据前述一对一映射关系将第二页面31A～31J中对应于两第一页面121B、121I的范围间的储存数据写回第一页面121A～121J中两第一页面121B、121I的范围间，即处理器2将第二页面31B～31I的储存数据写回第一页面121B～121I，例如将第二页面31B的储存数据写入第一页面121B。于是，硬盘1的第一页面121B～121I中便存在已更新写入的所有写入数据。然而，因第一页面121B～121I是连续的，因此在最后将第二页面31B～31I的储存数据一次写入硬盘1的第一页面121B～121I时，读写头11无需来回往复移动，因此相对于先前技术可减少写入时间。

图5为根据本发明的加快在不连续页面写入数据的方法的一实施例的流程图，请同时参照图1及图5，以写入命令包含的写入页面对应至区块121为例，处理器2执行多个写入命令，处理器2计数写入页面的数量(步骤S11)，且处理器2判断写入页面的数量是否大于或等于第一页面121A～121J的数量的二分之一(步骤S12)以决定是否执行步骤S14，若判断结果为否，处理器2根据写入地址将写入数据写入第一页面121A～121J中的写入页面(步骤S13)，即处理器2不执行加速模式，若判断结果为是，处理器2根据写入命令的写入地址判断写入页面是否连续(步骤S14)。在执行步骤S14之后，若写入页面连续(即，判断结果为是)，处理器2执行步骤S13，即处理器2不执行加速模式，若写入页面不连续(即，判断结果为否)，处理器2根据写入地址读取区块121的第一页面121A～121J(步骤S15)，以将第一页面121A～121J的储存数据写入存储器3的第二页面31A～31J(步骤S16)，于执行步骤S16之后，处理器2根据写入地址将每一写入数据写入第二页面31A～31J中(步骤S17)，最后，处理器2再将第二页面31A～31J的储存数据写入第一页面121A～121J中(步骤S18)。

在步骤S14中，处理器2判断写入地址对应的写入页面的任二者之间是否包含任一其他第一页面，若判断结果为是，则处理器2判断写入页面不连续，并执行步骤S15。

在一些实施态样中，存储器3的第二页面31A～31J与第二页面31A～31J之间具有一对一映射关系，且第二页面31A～31J为不连续，基此，在步骤S16中，处理器2根据前述一对一映射关系将第一页面121A～121J的储存数据写入不连续的第二页面31A～31J；在步骤S18中，处理器2亦根据相同的一对一映射关系将不连续的第二页面31A～31J写入第一页面121A～121J。

在一实施例中，若写入页面的数量大于或等于五，且写入页面位于第一页面121A～121J中的两第一页面121B、121I的范围间，于步骤S15中，处理器2读取两第一页面121B、121I的范围间(即，第一页面121B～121I)的储存数据；于步骤S16中，处理器2根据前述一对一映射关系将两第一页面121B、121I的范围间的储存数据写入第二页面31A～31J中的连续或不连续的页面中，例如第二页面31B～31I；于步骤S18中，处理器2根据前述一对一映射关系将第二页面31A～31J中对应于两第一页面121B、121I的范围间的储存数据写入两第一页面121B～121I的范围间而覆盖原数据。

虽然本发明已以实施例揭露如上然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种加快在不连续页面写入数据的计算机系统，包含：

一硬盘，包含读写头及一磁轨，该磁轨包含至少一区块，该至少一区块包含连续的多个第一页面；

一存储器，包含多个第二页面，该些第二页面的写入速度大于该些第一页面中的不连续页面的写入速度；及

一处理器，用以执行多个写入命令，每一该写入命令包含一写入数据及一写入地址，该写入地址对应于该些第一页面中的一写入页面，该处理器根据该些写入地址判断该些写入页面是否连续，若该些写入页面不连续，该处理器根据该些写入地址读取该些第一页面，以将该些第一页面的储存数据写入该些第二页面，且该处理器根据该些写入地址将每一该写入数据写入该些第二页面，于每一该写入数据写入至该存储器后，该处理器将该些第二页面的储存数据写入该些第一页面。

2.如权利要求1所述的加快在不连续页面写入数据的计算机系统，其中该处理器于判断该些写入页面是否连续之前，该处理器根据该些写入地址计数该些写入页面的数量，且该处理器比较该些写入页面的数量与该区块的该些第一页面的数量，当该些写入页面的数量大于或等于该些第一页面的数量的二分之一，该处理器始判断该些写入页面是否连续。

3.如权利要求1所述的加快在不连续页面写入数据的计算机系统，其中该些第二页面为不连续，且该些第二页面与该些第一页面之间包含一一对一映射关系，该处理器根据该一对一映射关系将该些第一页面自该硬盘写入该些不连续的第二页面，于该些写入数据写入该存储器后，该处理器根据该一对一映射关系将该些不连续的第二页面写入该些第一页面。

4.如权利要求1所述的加快在不连续页面写入数据的计算机系统，其中该处理器判断该些写入地址对应的该些写入页面的任二者之间是否包含任一其他该第一页面，若是，则判断该些写入页面不连续。

5.如权利要求1所述的加快在不连续页面写入数据的计算机系统，其中该些第二页面与该些第一页面之间包含一一对一映射关系，该些写入页面位于该些第一页面中的两第一页面的范围间，当该些写入页面的数量大于或等于该些第一页面的数量的二分之一且该些写入页面不连续时，该处理器读取该两第一页面的范围间的储存数据，并根据该一对一映射关系将该两第一页面的范围间的储存数据写入该些第二页面，于处理器将每一该写入数据写入至该存储器后，该处理器根据该一对一映射关系将该些第二页面中对应于该两第一页面的范围间的储存数据写入该些第一页面中该两第一页面的范围间。

6.一种加快在不连续页面写入数据的方法，适于一硬盘，该硬盘包含读写头及一磁区，该磁区包含至少一区块，该至少一区块包含连续的多个第一页面，该些第一页面中的不连续页面的写入速度小于一存储器的多个第二页面的写入速度，该加快在不连续页面写入数据的方法包含：

执行多个写入命令，每一该写入命令包含一写入数据及一写入地址，该写入地址对应于该些第一页面中的一写入页面；

根据该些写入地址判断该些写入页面是否连续；

若该些写入页面不连续，根据该些写入地址读取该些第一页面；

将该些第一页面的储存数据写入该些第二页面；

根据该些写入地址将每一该写入数据写入该些第二页面；及

将该些第二页面的储存数据写入该些第一页面。

7.如权利要求6所述的加快在不连续页面写入数据的方法，其中，于判断该些写入页面是否连续的步骤前，该加快在不连续页面写入数据的方法更包含：

计数该些写入页面的数量；及

判断该些写入页面的数量是否大于或等于该些第一页面的数量的二分之一以决定是否执行判断该些写入页面是否连续的步骤。

8.如权利要求6所述的加快在不连续页面写入数据的方法，其中，于根据该些写入地址判断该些写入页面是否连续的步骤中，判断该些写入地址对应的该些写入页面的任二者之间是否包含任一其他该第一页面，若是，则判断该些写入页面不连续。

9.如权利要求6所述的加快在不连续页面写入数据的方法，其中该些第二页面为不连续，且该些第二页面与该些第一页面之间包含一一对一映射关系，于将该些第一页面的储存数据写入该些第二页面的步骤中，根据该一对一映射关系将该些第一页面的储存数据写入该些不连续的第二页面；于将该些第二页面的储存数据写入该些第一页面的步骤中，根据该一对一映射关系将该些不连续的第二页面写入该些第一页面。

10.如权利要求6所述的加快在不连续页面写入数据的方法，其中该些第二页面与该些第一页面之间包含一一对一映射关系，该些写入页面位于该些第一页面中的两第一页面的范围间，若该些写入页面的数量大于或等于该些第一页面的数量的二分之一，于根据该些写入地址读取该些第一页面的步骤中，读取该两第一页面的范围间的储存数据；于将该些第一页面的储存数据写入该些第二页面的步骤中，根据该一对一映射关系将该两第一页面的范围间的储存数据写入该些第二页面；于将该些第二页面的储存数据写入该些第一页面的步骤中，根据该一对一映射关系将该些第二页面中对应于该两第一页面的范围间的储存数据写入该些第一页面中该两第一页面的范围间。