CN1101035C - 信息存储设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种信息存储设备，随机访问一顺序访问存储介质中的数据项。当顺序访问存储介质加载时，一控制器使顺序访问存储介质的数据项块复制到随机访问存储介质的对应块，其对应关系由表格构成。一数据表格构成顺序访问存储介质中数据项块与随机访问存储介质中数据项块之间的对应关系。当从主计算机接收指令时，该控制器还执行一系列在随机访问存储介质的数据项块的读/写操作。随机访问存储介质的重写数据项块被更新到顺序访问存储介质的对应块。

Description

信息存储设备和方法
                        技术领域
本发明涉及一种信息存储设备，具体地是用于与如硬盘驱动器这样的随机访问记录介质相关的一种磁带记录介质。
                        背景技术
在先提出的数字VTR系统中，一数字化的视频信号根据DCT(离散余弦变换)技术被压缩，该经压缩的视频信号被记录在一磁带的斜向磁道上。每条磁道具有一子码区以存储磁道号。该VTR系统根据所记录数据的磁道号来管理它们。而且，这样的磁带介质记录数字化数据的容量使得这样的介质在记录数字视频信息之外还可记录信息信号。
尽管这样的磁带提供了很大的存储容量，当与其它记录介质相比时，由于磁带实质上是一种顺序访问介质，所以对记录于其上的信息的访问较慢。这就是说，为读取记录在磁带上预定位置的数据，该读取设备必须进行物理性卷带或停止卷带以到达该预定位置。
美国专利US5155835公开了一种多等级、多层次动态映射数据存储系统，即在缓冲内存与磁盘之间、磁盘与更低速存储介质，例如磁带之间建立动态映射表，实现多个处理器高效地访问不同存储介质的方法。但它还没有提出在顺序记录介质上实现信息的随机访问。
                    发明内容
因此，本发明目的之一是提供一种信息存储设备和方法，在其上存储在顺序访问记录介质上的信息能够被随机访问。本发明应用的场合是顺序访问存储装置被频繁读和/或写的情形。
本发明提供一种信息存储设备，用于在来自一主处理器的用以访问存储于已被加载的访问存储装置中的顺序访问存储装置中的数据项的指令下，随机访问所述数据项，其中所述访问装置顺序地访问所述顺序访问存储装置，该信息存储装置包括：随机访问存储装置，用于将所述数据项存储于随机访问存储位置中；读/写装置，用于执行一系列读/写操作以从所述随机访问存储装置读出所述数据项和将所述数据项写到所述随机访问存储装置；成表装置，用于构成一个所述随机访问存储介质中数据项块与存储了相同数据项的所述顺序访问存储介质中数据项块之间的对应关系；和控制装置，可用于当加载所述顺序访问存储介质时，使所述读/写装置将所述顺序访问存储介质中的所述数据项块复制到所述随机访问存储介质中的对应数据项块，其对应关系由所述成表装置构成；用于从所述主计算机接收所述指令，所述指令请求访问所述顺序访问存储装置中的各数据项块，并使所述读/写装置在从所述顺序访问存储装置复制到所述随机访问存储装置的对应数据项块上执行所述系列读/写操作，从而随机访问存储于所述顺序访问存储装置的数据项；用于在所述读/写装置完成所述系列读/写操作之后，更新在所述顺序访问存储介质上的那些被复制到所述随机访问存储介质的对应块已被所述读/写装置重写的各数据块，其中当该顺序访问存储装置从该访问装置弹出时，所述控制装置还更新其对应块已被重写的各对数据块；并且，所述控制装置还使所述读/写装置将由所述成表装置构成的所述对应关系存储到所述顺序访问存储装置，并当所述顺序访问存储装置加载时从所述顺序访问存储装置恢复所述对应关系。
本发明还提供一种信息存储方法，用于在来自一主处理器的用以访问存储于已被加载的访问存储装置中的顺序访问存储介质中的数据项的指令下，随机访问所述数据项，其中所述访问装置顺序地访问所述顺序访问存储介质，该信息存储方法包括如下步骤：将所述数据项存储在一随机访问存储介质中；执行一系列读/写操作以从所述随机访问存储介质中读出所述数据项和将所述数据项写到所述随机访问存储介质；构成一个所述随机访问存储介质中数据项块与存储了相同数据项的所述顺序访问存储介质中数据块之间的对应关系；当加载所述顺序访问存储介质时，将所述顺序访问存储介质中的所述数据项块复制到其对应关系已构成的所述随机访问存储介质中的对应数据项块；从所述主计算机接收所述指令，所述指令请求访问所述顺序访问存储介质中的各数据项块，并在从所述顺序访问存储介质复制到所述随机访问存储介质的对应数据项块上执行所述系列读/写操作，从而随机访问存储于所述顺序访问存储介质的数据项；在所述系列读/写操作完成之后，更新所述顺序访问存储介质上的那些在其被复制到所述随机访问存储介质的对应块已被由所述读/写操作重写的各数据块；当该顺序访问存储介质从该访问装置弹出时更新其对应块已被重写的所述各数据块；和在加载所述顺序访问存储介质时将所述构成的对应关系存储于所述顺序访问介质和从所述顺序访问介质恢复所述构成的对应关系。
按照本发明，记录在顺序访问存储装置上的信息被加载到随机访问装置内。当一外部设备从信息存储装置中抽取经选择的数据时它首先向存储设备传输一第一数据定位标志，该定位标志指示包含了所选择数据的顺序访问存储装置上的一物理定位。基于此第一数据定位标志，信息存储设备寻找在先存储的第二数据定位标志。该第二数据定位装置指示了其上记录有同样所选择数据的随机访问存储介质上的一定位。该所选择数据随后以随机方式由信息存储介质被读出。这样，本发明提供了一拥有大存储量的记录介质，如磁带，该记录介质能够在磁带连同一随机访问存储介质，如硬盘驱动器(hard disk drive)等一同使用时可被随机访问。
本发明其它目的、优点及特征将从后续的详细说明中很容易地被说明，而且其新颖的特征将在后附的权利要求中被确切地限定。
                        附图简述
下面的详细描述通过举例方式给出并且非试图用以限定本发明为此唯一方式，其内容通过附图将会得到更加明确的理解，附图中：
图1示出了本发明的信息存储设备；
图2A示出了信息存储设备的硬盘驱动器内的数据块设置；
图2B示出了信息存储设备的磁介质内数据块的设置；
图3示出了典型的信息存储设备的分区表存储器的内容；
图4和图5应一起来看，它们给出了本发明的数据访问操作的方块流程图；
图6示出了本发明的磁带弹出过程的方块流程图；
图7示出了本发明的信息存储设备的初始化的方块流程图；及
图8示出了使用本发明的信息存储设备的一视频广播接收系统。
                     具体实施方式
图1示出了根据本发明的一信息存储设备2。硬盘驱动器11用于将数据记录至一相对容量较大的固定磁盘(未示出)。该记录数据由磁盘随机地访问。磁带驱动器(tape drive)12能够起驱动作用。如驱动一数字VTR的盒式带。每个磁道的子码区被分配到一个不同的磁道号并将其记录在子码区内。如前所述，记录于该带上的数据可根据这些磁道号而被管理。简而言之，记录在数字VTR盒带上的数据应被视为被记录在磁带驱动器12上。
在述及图1中的其余部分之前，在此暂时先转至图2A和图2B进行讨论，它们描述了磁带驱动器12和硬盘驱动器11的数据组织。图2B示出了一包含多条斜向磁道的磁带。每条磁道具13.65KB的存储容量，块b1、b2、b3等中的每一个含有1200条这样连续的磁道。图2A示出了记录在硬盘驱动器11上的数据设置。记录在硬盘驱动11上的块B1、B2、B3等中的每一个被设置成与磁带驱动器12的块b1、b2、b3等成一一对应的关系。硬盘驱动器11中的每块存储容量与磁带驱动器12中的每块的存储容量相同，即16MB。因而，假设硬盘驱动器的存储容量是256MB，硬盘驱动器11能够容纳16个这样的块。而且，假设硬盘驱动器11的每一物理分区含有4KB，那么硬盘驱动的每一块包含4096个分区。一个分区指硬盘驱动器11被读出或被写入的最小数据单位。
初始化时，在任何数据被由信息存储设备2读出之前，已记录于磁带驱动器12上的数据首先被加载至硬盘驱动器11。在此初始化期间，每个数据块的备份，连同每个块的磁带定位，被写入硬盘驱动器12。
总线界面13用以连接CPU1的一条总线和存储设备2。将要被记录或复制的数据通过总线界面13在CPU1与存储设备2间传送。当访问存储设备2时，CPU1指定一个虚拟分区号，该号与其上记录有预期数据的磁带部分相对应。随后CPU1产生一个通过总线13提供的读/写命令。
分区表(TBL)14示出了虚拟分区号与硬盘驱动器11上的物理分区号之间的对应关系。分区表14决定了磁带驱动器12上的哪些数据已被加载到了硬盘驱动器11上，而且它还决定了在硬盘驱动器11上的数据与磁带驱动器12上的数据之间是否相符。
替换算法电路15判断保持在磁带驱动器12中的数据的哪一部分应被加载到硬盘驱动器11，它还决定硬盘驱动器11的哪些数据将要被删除，从而为那些由磁带驱动器12选出的要进行复制的数据腾出空间。
当有必要替换加载在硬盘驱动器11中的数据块时，驱动控制逻辑16命令硬盘驱动器11和磁带驱动器12在它们彼此之间交换数据。CPU 1通过向总线界面13提供一虚拟分区号来访问来自存储设备2的数据。随后总线界面13提供该虚拟分区号至分区表14。分区表14则检查对应于该虚拟分区号的数据块是否已被由磁带驱动器12加载至硬盘驱动器11。为了访问所选的数据，分区表14提供了一个对应于该虚拟分区号的物理分区号。该物理分区号指明了该所选数据块号在硬盘驱动器11上的定位。通过此获得的物理分区硬盘驱动器11被访问，且该部分数据通过总线界面13在硬盘驱动器11和CPU1之间输入/输出。
如果对应于所提供的虚拟分区号的数据块未曾被加载至硬盘驱动器11，替换算法电路15为该数据块在硬盘驱动器11上保留一物理分区号。分区表14接着被更新以存入提供的虚拟分区号与所述新近保留的物理分区号之间的对应关系。然后磁带驱动12运动至与所提供的虚拟分区号相对应的数据块的位置且该块的数据被由磁带驱动12加载到硬盘驱动器11上。通过使用分区表14而得到对应于虚拟分区号的硬盘驱动器11的物理分区号。通过得到的物理分区号，硬盘驱动器11被访问，且数据通过总线界面13在CPU1与硬盘驱动器11之间被输入/输出。
根据上述的本发明实施例，磁带驱动器12中的数据被加载到硬盘驱动器11一次。虚拟分区号从CPU1的一侧被输入。依靠这样一种操作，尽管硬盘驱动器11实际上被访问了，但从CPU1一侧看上去就好象是磁带驱动器12被直接访问。这样我们就实现了如上所述的能被随机访问的大容量存储设备。
图3绘示了可以包含一易失性存储器的分区表14的一个例子。如前所述，分区表14构成了记录在硬盘驱动器11上的数据块与记录在磁带驱动器12的数据块之间的一个对应关系，也构成了硬盘驱动器11的物理分区号与磁带驱动器12的虚拟分区号之间的一个对应关系。重写标志标示出该数据是否已被重写。当该标志被设定为“1”时，说明该数据已被重写。当它被设定为“0”时，说明该数据未曾被重写。
图4与图5绘示了当发生数据访问请求时所执行的处理过程的算法。
将要被访问的数据的虚拟分区号与关于该数据是否已被读出或写入的信息先被检查(步骤ST1)。即相当于检查将被访问的数据是否已被加载到硬盘的过程。
如果该数据存在，对应于该虚拟分区号(VS)的物理分区号(PS)被从分区表14读出(步骤ST2)。接着检查该数据是否将要被读出或写入(步骤ST3)。将要被读出的数据被从硬盘驱动11读出(步骤ST4)。将要被写入的数据被写入硬盘11(步骤ST5)。当该数据曾被写入，则位于分区表14中的与包含已写入数据的数据块对应登记项的重写标志(Rewrite flag)被设置为“1”(步骤ST6)。
如果在步骤ST1中将被访问的数据未曾被加载至硬盘11，则有必要从磁带驱动器12向硬盘驱动器11新加载包含有将被访问的分区的数据块。由于能被加载至硬盘驱动器11上的数据块数目是固定的，当分区表14中所有的登记项都被占据时，硬盘驱动器11上的数据块之一将被删除而将要被访问的数据将被加载到该被删除数据块的位置。
在这种情况下，在分区表14中众多登记项中，替换算法电路15选择一最不经常使用的数据块来替换被删除的数据块(步骤ST7)。接着检查重写标志在该数据块是否曾被设置(步骤ST8)。如果重写标志已被设置过，该块中数据返回并被写入磁带(步骤ST9)。
然后，该数据块被加载至保留的定位点(步骤ST10)并且分区表被更新(步骤ST11)。分区表的内容被复制到硬盘上以防电源关断(步骤ST12)。此后，处理流程进行到步骤ST2。
图6示出了磁带由磁带驱动弹出时的一种算法。先检查在分区表中是否存在一登记项(步骤ST21)。如果“是”，该登记项被选出(步骤ST22)。接着检查重写标志是否已被设置为“1”(步骤ST23)。如果该重写标志已被设置成“1”，该块中数据返回并被写至磁带上(步骤ST24)，同时该登记项被删除。如上所述，在分区表14的数据块的登记项之中，所有其重写标志已被设置为“1”的数据块返回并被写至磁带上。当所有这些数据块返回并被写到磁带上后，该表的内容就被存储到硬盘驱动器中(步骤ST26)中，此后，磁带被弹出(步骤ST27)。
图7示出了当电源开通时的算法。当电源开通时，表中的内容被由硬盘驱动器读出至分区表14(步骤ST31)。
图8示出了包含本发明的存储装置的数字视频系统。卫星抛面天线21接收按照MPEG压缩技术压缩的数字视频信号。接收的视频信号通过调谐器22调谐并通过解扰器23解扰。当使用者希望记录下收到的视频信号的话，开关24提供视频信号给存储设备2。为了再现存储的视频信号以供观看，存储设备2提供视频信号给解码器26，该解码器向电视监视器(未示出)提供经解码的视频信号。当使用者只想收看当时的播出节目而不将其录制时，开关24直接将解扰后的视频信号提供给解码器26。
尽管本发明通过优选实施例被详述示出如上，但是可以明显地看出在不脱离本发明的精神和范围前提下，由本领域的普通技术人员可作出多种变化和改进。例如可采用象磁光盘驱动器等任何其它存储设备来代替硬盘驱动11，只要该设备能被随机访问且具有相对大的容量。后附的权利要求应该认为是覆盖了本文所述的实施例及其等同物。

Claims (12)

1.一种信息存储设备，用于在来自一主处理器的用以访问存储于已被加载的访问存储装置中的顺序访问存储装置中的数据项的指令下，随机访问所述数据项，其中所述访问装置顺序地访问所述顺序访问存储装置，该信息存储装置包括：
随机访问存储装置，用于将所述数据项存储于随机访问存储位置中；
读/写装置，用于执行一系列读/写操作以从所述随机访问存储装置读出所述数据项和将所述数据项写到所述随机访问存储装置；
成表装置，用于构成一个所述随机访问存储介质中数据项块与存储了相同数据项的所述顺序访问存储介质中数据项块之间的对应关系；和
控制装置，可用于当加载所述顺序访问存储介质时，使所述读/写装置将所述顺序访问存储介质中的所述数据项块复制到所述随机访问存储介质中的对应数据项块，其对应关系由所述成表装置构成；用于从所述主计算机接收所述指令，所述指令请求访问所述顺序访问存储装置中的各数据项块，并使所述读/写装置在从所述顺序访问存储装置复制到所述随机访问存储装置的对应数据项块上执行所述系列读/写操作，从而随机访问存储于所述顺序访问存储装置的数据项；用于在所述读/写装置完成所述系列读/写操作之后，更新在所述顺序访问存储介质上的那些被复制到所述随机访问存储介质的对应块已被所述读/写装置重写的各数据块，
其中当该顺序访问存储装置从该访问装置弹出时，所述控制装置还更新其对应块已被重写的各对数据块；并且，所述控制装置还使所述读/写装置将由所述成表装置构成的所述对应关系存储到所述顺序访问存储装置，并当所述顺序访问存储装置加载时从所述顺序访问存储装置恢复所述对应关系。
2.如权利要求1所述的设备，其中被复制到所述随机访问存储装置的所述顺序访问存储装置的所述数据项块包括存储于所述顺序访问存储装置的全部的所述数据项块组的一部分，和其中当所述随机访问存储装置的的存储量满时所述控制装置还删除所述随机访问存储装置的一个数据项块。
3.如权利要求2所述的设备，其中所删除的数据项块是最少的访问数据块。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述数据项包括视频数据项。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述顺序访问存储装置是一磁带介质，并且所述随机访问存储装置是一硬磁盘介质。
6.如权利要求1所述的设备，其中来自所述主计算机的用以访问所述顺序访问存储装置的所述数据项块的所述指令是所述顺序访问存储装置的一虚拟地址，并且所述成表装置的所述对应关系是所述随机访问存储装置的一物理地址。
7.一种信息存储方法，用于在来自一主处理器的用以访问存储于已被加载的访问存储装置中的顺序访问存储介质中的数据项的指令下，随机访问所述数据项，其中所述访问装置顺序地访问所述顺序访问存储介质，该信息存储方法包括如下步骤：
将所述数据项存储在一随机访问存储介质中；
执行一系列读/写操作以从所述随机访问存储介质中读出所述数据项和将所述数据项写到所述随机访问存储介质；
构成一个所述随机访问存储介质中数据项块与存储了相同数据项的所述顺序访问存储介质中数据块之间的对应关系；
当加载所述顺序访问存储介质时，将所述顺序访问存储介质中的所述数据项块复制到其对应关系已构成的所述随机访问存储介质中的对应数据项块；
从所述主计算机接收所述指令，所述指令请求访问所述顺序访问存储介质中的各数据项块，并在从所述顺序访问存储介质复制到所述随机访问存储介质的对应数据项块上执行所述系列读/写操作，从而随机访问存储于所述顺序访问存储介质的数据项；
在所述系列读/写操作完成之后，更新所述顺序访问存储介质上的那些在其被复制到所述随机访问存储介质的对应块已被由所述读/写操作重写的各数据块；
当该顺序访问存储介质从该访问装置弹出时更新其对应块已被重写的所述各数据块；和
在加载所述顺序访问存储介质时将所述构成的对应关系存储于所述顺序访问介质和从所述顺序访问介质恢复所述构成的对应关系。
8.如权利要求7所述的方法，其中被复制到所述随机访问存储介质的所述顺序访问存储介质上的所述数据项块包括存储于所述顺序访问存储介质上的全部所述数据项块组的一部分，所述方法进一步包括当所述随机访问存储介质的存储容量满时删除所述随机访问存储介质上的一数据项块的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其中被删除的数据块项是最少的访问数据块。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述数据项包括视频数据项。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述顺序访问存储介质是一磁带介质，和所述随机访问存储介质是一硬磁盘介质。
12.如权利要求7所述的方法，其中来自所述主计算机的用以访问所述顺序访问存储介质的所述数据项块的所述指令是所述顺序访问存储介质的一虚拟地址，并且所述对应关系是所述随机访问存储介质的一物理地址。
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