CN1455330A - 硬性介质与随机存储器混合式驱动器 - Google Patents

硬性介质与随机存储器混合式驱动器 Download PDF

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Abstract

一种结合硬性介质(如磁盘驱动器，DVD，CD光盘)既便宜又容量大的特点和RAM高访问速度的方法，能够提高计算机引导速度以及应用程序执行速度。最常使用的数据将会永久复制在一个大容量自带电源RAM内。其他数据会存在硬性介质。将设计一控制单元来管理RAM存储器接口与硬性介质驱动器、计算机存储装置接口。

Description

硬性介质与随机存储器混合式驱动器
技术领域
此项发明是关于提高计算机系统存储装置性能。
背景技术
自计算机发明以来，CPU和RAM的速度已经大大提高。但永久存储器提高缓慢，因为受到磁性介质以及光学介质的物理影响。硬性介质驱动器的访问速度在0.004秒至0.1秒间，远远比中央处理器(CPU)和RAM的几个毫微秒的速度慢。硬性介质驱动器已经成为计算机系统的瓶颈。使瓶颈问题更严重的是越来越多的操作系统以及应用软件需要越来越大的硬性介质空间。装载操作系统和应用软件需要几分钟的时间。已经有一些技术，比如高级硬性介质缓冲。但只有访问硬性介质内大块数据时才能从硬性介质缓冲中得益。缓冲并不能减少初次寻址时间。其他软件技术，如RAM驱动器，使用软件来仿效驱动器，只能临时存储数据，因为在计算机断电时RAM驱动器将被卸载。纯RAM存储装置能大大提高存取速度，但容量有限，成本高，并且因电池故障而较不安全。尽管硬性介质驱动器能存储数千兆的字节，但很小一部分的数据会经常被使用，如工作文件、E-MAIL系统，办公软件以及互联网浏览器等。
发明内容
因此，提供RAM和硬性介质混合式存储器成为本发明的首要目标。这将充份利用RAM的快速访问速度，以及硬性介质驱动器高信赖，廉价而容量大的特点。
本发明的混合存储装置包括一个或多个RAM单元、一个控制器、一个电源以及一个或多个硬性介质驱动器。控制器管理计算机系统、RAM以及硬性介质驱动器间的数据流。硬性介质驱动器只有在计算机要求使用的数据块不在RAM单元内或者在预定期间更新硬性介质内数据块时才被访问。本发明将大大减少硬性介质驱动器数据搜索的次数以延长硬性介质驱动器的寿命。
当计算机系统关机时，已改变的数据将在硬性介质驱动器断电前存于硬性介质驱动器，即使这些数据块还存在于用独立于计算机系统的电源的RAM中。这确保此混合存储装置最低限度地消耗电力。一旦发生电源故障，RAM可以在计算机系统开机后从硬性介质驱动器恢复数据。
附图说明
图1是本发明权利要求1用于计算机的结构图。
图2是传统计算机系统的结构图
图3是本发明具体配备的结构图。
图4是本发明权利要求14用于计算机的结构图。
图5是RAM数据块访问机构图。
具体实施方式
在图3中所示，为混合式驱动器106。混合式驱动器由一电源105，控制器101以及多重存RAM单元103组成。
电源105是直流电源，为一个可充电池，或一个AC-DC转换器。它向控制器101，外挂硬性介质驱动器102和RAM单元103提供不间断电源。
控制器101是一个可编程处理器，它连接外挂硬性介质驱动器102，计算机系统外设总线和RAM103。控制器101在计算机与RAM单元，以及RAM器103和硬性介质驱动器102之间传输数据。控制器101仿效并完全兼容标准硬性介质驱动器，如IDE硬性介质驱动器，SCSI硬性介质驱动器或USB硬性介质驱动器。计算机系统就象连接一个标准的硬性介质驱动器一样连接这个设备。
控制器101保存一个RAM数据块读取表；最近读取的数据块被指定一个序列号。控制器101存储RAM里最近读取过的数据块，如果RAM里已装满数据块，则删除不常读取的数据块。在RAM里保留一块特殊的地方为计算机系统引导时使用，这样计算机的引导就会加快。如果数据块的内容被计算机系统修改过，控制器101就在RAM数据块读取取里放上修改标记。有修改标记的数据块在一个预定期间里被复制到硬性介质驱动器的数据块里，而不是在每次内容改变的时候复制。这会减少硬性介质驱动器读取的频率并有效地使RAM单元103里的数据块与硬性介质驱动器102里的数据块同步。当计算机系统断电时，控制器101将所有带有修改过标记的数据块在硬性介质驱动器还未断电之前复制到硬性介质驱动器。当计算机系统引导后，控制器101检查RAM单元里数据的完整性。如果RAM里的数据在断电或RAM单元增加或删除时被破坏，控制器101就将数据从硬性介质驱动器复制到RAM单元。
控制器101能与任何标准外部接口相连，如IDE接口，SCSI接口，USB接口以及火线。
RAM单元103可以是任何一种标准的随机读取内存，如动态随机RAM(DRAM)，静态随机RAM(SRAM)，同步动态随机RAM(SDRAM)，RAMBUS RAM(RDRAM)或双数据速度RAM(DDR-RAM)。
在RAM单元里，有一块区域为目录保留，用来映射RAM地址201到硬性介质驱动器地址202。每次数据块被访问时目录中条目被赋予序列号203。最近访问地数据块被赋予最大数值。当RAM需要用于最近新访问地数据块时，最少访问的数据块将从RAM中移除。为了提高引导能力，最小序列号地部分数据块将保留在RAM单元内。当计算机系统重新引导时，序列号将重新赋值。
当数据块内容被计算机系统更改时，在目录中对应的条目将赋予更改标记204。控制器101将定期把RAM单元和硬性介质驱动器保持同步。在更改存于硬性介质驱动器后，更改标记204将重新设定。
本发明权利要求14的混合存储器基本上接近于上面所述的第一配备，除了硬性介质驱动器融于同一个装置中。
本发明将提高计算机的速度，它减少那些经常被使用的数据访问硬性介质驱动器的时间，如操作系统文件、应用程序文件、以及使用者数据文件。本发明RAM的访问速度范围从8毫微秒到70毫微秒，因使用的RAM的种类而异。速度是硬性介质驱动器访问速度(4到9微秒)的上千倍。速度为移动式硬性介质如IOMEGA ZIP盘(29微妙)的上万倍。速度为CD-ROM访问速度(200到500微妙)的十万倍。
本发明不单能成倍地提高个人计算机的操作速度。它更有益于存取数据频繁的伺服器，如数据库伺服器(Database Server)，文件伺服器(File Server)，万维网伺服器(Web Server)，数据仓库伺服器(Data Warehouse Server)和网路磁碟机储存设备(NAS)
利用本发明可以使简化一些软件开发。有些软件为了提高运行速度，将一些常用的资料缓冲在主内存内以减少硬盘的访问次数。这种功能增加了软件开发的复杂性，占用主处理器的时间。运行在配备了本混合式驱动器的计算机系统上的软件不需要考虑数据缓冲的问题。外设混合式驱动器的速度和主内存的速度基本一样。
大部份计算机系统的主内存限制在两到四块内存模组和1到2兆位。本混合式驱动器能接受八块以上内存模组，大大扩展了内存的使用。而且本混合式驱动器使用标准内存模组，用户可以按需要增加廉价的模组。
本发明并没取代传统的硬性介质驱动存储器，它与硬性介质驱动器结合使用。它以加入高速RAM到接口中来加强并改善硬性介质驱动器的性能。也减少了硬性介质驱动器的访问次数，延长了驱动器寿命，提高了硬性介质驱动器的可靠性。
本发明可用于现有的计算机系统中，只需稍微改变硬件接口并且无需更改软件。不象其他方法，需要更改目标操作系统的缓冲管理软件。本混合式驱动器可用于任何的操作系统(如WINDOWS，LINUX)及任何的程序中。
本发明因存储的冗余以及电池后备原理而非常可靠。RAM单元可增加并不会损坏数据。电池也能更改，并且不会消除所存数据。

Claims (14)

1.计算机系统硬性介质与RAM混合式驱动器，所述驱动器包括：
RAM单元装置存储数字数据，所述RAM单元装置包括但不限于动态随机法访问记忆电路，静态随机访问记忆电路；
及与所述RAM单元为所述控制器提供不间断电力的电源，以保持RAM单元数据以及当计算机系统掉电时将RAM单元内数据传送到硬性介质驱动器；
及与驱动控制器，管理计算机系统，硬性介质驱动器以及RAM单元的数据传送；
在RAM单元保存最常使用的数据块的拷贝以提高访问速度，控制单元定期将数据与硬性介质引导器内拷贝保持同步。
2.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述RAM单元与外挂硬性介质驱动器有相同或不同容量；
3.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制单元与计算机系统内IDE标准接口相兼容，并连接与计算机系统内IDE标准接口：
4.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制单元与计算机系统内SCSI接口相兼容，并连接与计算机系统内SCSI接口；
5.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制单元与计算机系统内USB接口相兼容，并连接与计算机系统内USB接口；
6.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制单元与计算机系统内火线(Fire Wire-IEEE1394)接口相兼容，并连接与计算机系统内火线(Fire Wire-IEEE1394)接口；
7.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述电源包括可充电电池；
8.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述电源包括不可充电电池；
9.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制器在计算机系统访问的数据块不在RAM单元内的情况下将数据从硬性介质驱动器拷贝至所述RAM单元；
10.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制器在计算机系统改变数据块内容时定期更新硬性介质驱动器内数据；
11.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制器在计算机系统关机时更那些改数据块内容时，将硬性介质驱动器内数据更新；
12.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制器在RAM数据块地址以及硬性介质驱动器数据块地址间保持一交叉运用目录，以及一访问连贯数目和一更改标记，若所述RAM单元容量小于硬性介质驱动器容量，并且RAM单元已经装满数据时，不常使用数据块将从RAM单元移除；
13.根据权利要求1中所述混合式驱动器，所述控制单元与一个或多个硬性介质驱动器连接；
14.混合存储器包括：
存储数字数据的RAM组件，所述RAM单元包括但不限于动态随机访问记忆电路和静态随机访问记忆电路；
一个或多个硬性介质驱动器，能在断电时也能永久保存数据，包括但不限于磁盘驱动器、光盘驱动器和磁带机；
及与所述RAM单元为混合RAM提供不间断电力的电源，以保持RAM单元数据以及当计算机系统掉电导致此掉电时将RAM单元内数据传送至硬性介质驱动器；
一控制单元，管理计算机系统、硬性介质驱动器和RAM单元间的数据传输；
最常使用数据块在RAM单元内保留拷贝以提高访问速度，控制单元定期将数据与硬性介质驱动器内拷贝保持同步。
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