CZ290692B6 - Způsob a zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku - Google Patents

Abstract

Za účelem minimalizování doby vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy, když tato hlava přistupuje k části na záznamovém disku, se určí odchýlení, definované jako úhlový rozdíl ve směru obvodu záznamového disku mezi počátečními částmi sousedících bloků na záznamovém disku. Určí se poloha datového bloku na záznamovém disku na základě alespoň určeného odchýlení a rozvrhne se pořadí množiny vstupních žádostí o přístup na disk za účelem minimalizování velikosti pohybu hlavy při přístupu této hlavy k části na záznamovém disku. Na základě výsledku rozvržení hlava přistupuje k záznamovému disku. Zařízení k provádění tohoto způsobu je vytvořeno tak, že disk (5) je opatřen ovladačem (6) SCSI mechaniky spojeným se vstupem tabulky (7) fyzických adres, jejíž výstup je spojen s přidělovačem (1) bloků pro uložení uspořádání dat na disku (5) na základě daného parametru (10) formátu. Přidělovač (1) bloků je spojen přes mapu (3) bloků s jedním vstupem rozvrhovače (2), jehož výstup je spojen se vstupem ovladače (6) SCSI mechaniky. Druhý vstup rozvrhovače (2) je spojen s výstupem vyrovnávací paměti (4) žádostí o přístup pro uložení žádostí (40) o přístup a třetí vstup rozvrhovače (2) je vstupem parametru (20) rozvržení. Ovladač (6) SCSI mechaniky je dále propojen s datovou vyrovnávací pamětí (8) pro uložení obrazových dat (80).ŕ

Description

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká způsobu řízení přístupu k záznamovému disku vyžadujícímu vysokou přenosovou rychlost a přístup k nespojitým místům na tomto disku (přímý přístup) a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Současně se zvýšením rychlosti počítačů, se zvj šuje důležitost diskových paměťových zařízení, umožňující vysokou rychlost a přímý přístup. V posledních letech, zejména v oblasti technologie pro multimédia, která jsou nyní v ohnisku pozornosti, je podstatný přístup s vysokou rychlostí k filmovému a zvukovému záznamu uloženému ve formě digitálních dat na různých místech na disku. Pro ukládání multimediálních dat jako je film a zvuk, je totiž požadována vysoká přenosová rychlost a vlastnost reálného času. Pochopitelně, že se vy soká přenosová rychlost stává nezbytnou při práci s velkým množstvím filmových a zvukových záznamů.

Kromě toho vlastnost reálného času vyžaduje, aby nebyl překročen horní limit času zpracování. Například, pohyb se stává nevěrohodný, dokud není ve filmu postupně zobrazeno 30 snímků za sekundu v konstantních intervalech.

Při neschopnosti udržet vlastnosti disku jsou dále nedostatečná zvuková data, zvuk se hroutí a je generován nepříjemný šum. Tímto způsobem, nejsou-li multimédiální data připravena a použita v příslušných specifických časech, hodnota informace prudce klesá.

V souladu s tím je v paměti pro multimédia důležité, aby byl garantován horní limit, to je, že zpracování může být uskutečněno v tomto čase dokonce i v nejhorším případě. Jinak, i když jsou specifikace uspokojující ve smyslu průměrného výkonu, je možné, že data budou v některých časových periodách příliš zpožděna. Garance maximální hodnoty času zpracování se nazývá vlastnost reálného času a je nezbytnou funkcí v oblasti multimédií.

Primárním cílem při ukládání informací pro počítače je zlepšení průměrného výkonu. Nejhorší hodnota není vždy držena na nízké úrovni, to znamená, že jsou velké rozdíly v paměťovém čase zpracování. Tento bod je v ostrém kontrastu k požadavkům na paměti pro multimédia.

Navíc, v hlavní oblasti využití multimédií, musí být možné provádět postupný přístup k datům ve fyzicky oddělených místech (přímý přístup) s vysokou rychlostí. Například video na vyžádání (VOD) je systém umožňující velkému počtu diváků vyvolat a sledovat programy, které se jim líbí v libovolném čase. Aby bylo toto možné realizovat, je nezbytné zpracovat žádosti od mnoha diváků paralelně a rychle připravit data částí, které diváci právě sledují. Proto se stává nutností sledovat velkou rychlostí zdroje filmů atd., uložené v různých místech na disku.

Dále, v posledních letech jsou videa a filmy editovány nikoli na magnetických páskách a filmech, ale na discích. Pro magnetickou pásku, když je vložena několikavteřinová scéna do místa blízko začátku programu o délce například jedna hodina, je nutné posunout dozadu celý videozáznam za tímto místem vložení jako ochranu proti přepsání a program znovu zaznamenat. Na rozdíl od reprodukce analogových zvukových kazetových záznamů s vysokou rychlostí vyžaduje takový opětovný záznam videoprogramů čas rovný zhruba délce programu, takže účinnost je nízká. U disku, protože je možný přímý přístup, lze umístit vkládanou část na jiné místo na disku, přeskočit do tohoto místa a zpřístupnit vložené video v čase reprodukce a pak se vrátit do původního místa a pokračovat v reprodukci videa. Při použití této metodologie je známa techni

- 1 CZ 290692 B6 ka, kde každá scéna (střih) programu je umístěna na jinou pozici na disku a tyto pozice jsou sledovány s vysokou ry chlostí v čase reprodukce, takže se zdá. jako by byla reprodukována jedna páska. Tímto je umožněno přepínat scény a měnit délky pouze změnou pořadí sledování dat na disku, tudíž je účinnost editace extrémně vysoká. Tento postup se nazývá nelineárního editace. Poznamenejme, že rovněž v tomto případě je zapotřebí sledovat fyzicky oddělená místa na disku s vysokou rychlostí.

Jak je vidět z těchto příkladů, v oblasti aplikace multimédií je extrémně důležitý přístup k datům s vysokou rychlostí zatímco se sledují nesouvislé pozice na disku (to je označeno jako přímý přístup), ale doba pro pohyb hlavy k požadovanému cylindru, která je označena jako doba vystavení hlavy, a doba čekání vyhledávání disku až se na cylindru objeví začátek dat, která je označena jako doba vyhledávání, jsou nutné pro pohyb na nesouvislé pozice. Tyto doby jsou označovány jako konstantní složky přístupu. Čím jsou tyto konstantní složky delší ve srovnání s dobou pro skutečné zpřístupnění dat, tím delší dobu trvá přenos dat z disku a tedy tím nižší je výkon.

Když se předpokládá, že doba vystavení hlavy disku je Ts a doba vyhledávání je Tr, konstantní složky přístupu k disku jsou Ts + Tr. Je-li hlava disku na datech a doba pro skutečné zpřístupnění dat je Tt, účinnost srovnávaná s případem, kdy neexistuje skok hlavy na jinou pozici se sníží, jak ukazuje následující rovnice (1):

Tt/(Tr+Ts+Tt) (1)

V porovnání s případem, kdy jsou data na disku přistupována postupně od začátku do konce, je totiž nutné si uvědomit snížení výkonu v případě, kdy je prováděn přímý přístup a data jsou sledována na oddělených pozicích. V souladu s tím je úkolem multimediálních disků potlačit snížení výkonu v čase přímého přístupu a současně udržet vlastnost reálného času (určit horní limit času zpracování a zaručit, že se vždy bude pracovat v čase rovném nebo kratším než je tento horní limit).

V posledních letech byl veden výzkum týkající se způsobu garantování vlastnosti reálného času v přístupu k diskům. Například v publikaci D. Anderson. Y. Osawa a R. Govindan „A Filé Systém for Continuous Media“, ACM Transactions on Computer Systems, svazek 10, č.4, str.311 - 337, 1992 (dále označeno jako „Anderson 92“) je proveden pokus zlepšit výkon systému optimalizací vztahu mezi velikostí vyrovnávací paměti pro dočasné ukládání dat čtených z disku a množstvím dat, která jsou čtena při jednom přístupu.

Pokud jde o konstantní doby přístupu k disku, předpokládá se, za účelem zjednodušení analýzy, že se nejhorší možné hodnoty pro dobu vystavení hlavy a dobu vyhledávání vyskytují při každém přímém přístupu. Doba, kdy se vyhledává z nejvnitřnějšího obvodu k obvodu nejvíc vně, se bere jako doba vystavení hlavy a doba čekání na přesně jedno otočení jako doba vyhledávání. Samozřejmě, při učinění tohoto předpokladu, je odhad nejhorší doby času zpracování extrémně spolehlivý, ale takováto činnost se ve skutečnosti neprovádí pokaždé a odhad nejhorší hodnoty je tedy velmi nízký ve srovnání s výkonem, s kterým může ve skutečnosti disk pracovat a takový odhad má malý význam jako konstrukční data.

V publikaci V. Rangana a H. Vina „Efficient Storage Technique for Digital Continuous Multimedia“, IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, svazek 5, č.4, str.564 - 573, 1993 (díle uváděno jako „Rangan 93“) se dále zkoumá, jak určit délky segmentů a intervaly mezi segmenty tak, aby se dodržela vlastnost reálného času, když se rozstříhá obrazový soubor do množiny segmentů a rozdílné segmenty se uloží na různá místa.

Zde se rovněž předpokládá, že když se skáče mezi segmenty (v době přímého přístupu), uplatní se vždy nejhorší konstantní složky doby přístupu, jak je popsáno v „Anderson 92“, a tedy, že existuje podobný problém.

-2 CZ 290692 B6

Vyskytly se rovněž pokusy udržet nejhorší hodnotu nižší ve srovnání s těmito studiemi, což umožňuje, aby byl rychlý přístup v reálném čase garantován s mnohem vyšším výkonem. Každá z publikací N. Reddy a J. Wyllie, „Disk Scheduling in a Multimedia 1(0 Systém“, ACM multimedia 93, str. 225 - 233, 1993 (dále „Reddy 93“), J.-Gemmel. J. Han a kol. „Delay-Sensitive Multimedia on Disk“, 1EEE Multimedia 1994 (dále Gemmel 94) a M. Chen. D. Kandlur aP. Yu, „Optimalization of the Grouped Sweeping Scheduling (GSS) with Heterogeneous Multimedia Streams“, ACM Multimedia 93. str. 235 - 242, 1993 (dále „Chen 93) se pokouší potlačit konstantní složky použitím algoritmu rozvržení pozice hlavy, označené jako ..SCAN“.

„Rozvržení pozice hlavy“ je způsob pro redukování doby vystavení hlavy pomocí upravování pořadí přístupu, když je zapotřebí přístup k množině pozic na disku. SCAN algoritmus podle obr. 1 je algoritmus, ve kterém je daná množina vstupně/výstupních žádostí (#1, #2, ...) uspořádávána v radiálním směru disku a postupně zpracovávána. Tím je možné zabránit obousměrné činnosti hlavy, která se objeví, je-li zpracování prováděno v pořadí příchodu vstupně/výstupních žádostí (#1, #2, ...) a následkem toho mohou zmenšeny příslušné doby vystavení hlavy. Jako algoritmus rozvržení pozice hlavy je známo mnoho algoritmů. Tyto algoritmy jsou zmíněny podrobně například v publikaci H. Deitela „Operating Systems“, Addison Wesley, str. 360 - 372, 1990.

Všechny publikace, „Reddy 93“, „Gemmel 94“ a,.Chen 93“ jsou odvozeny na předpokladu použití algoritmu SCAN a tedy jsou schopny potlačit dobu vystavení hlavy. V souladu s tím je možné snížit nejhorší hodnotu konstantních složek a garantovat vyšší výkon ve srovnání s Anderson 93 a „Rangan 93.

Jediné, co ale může SCAN algoritmus potlačit, je doba vystavení hlavy. Doposud nebyla učiněna žádná zmínka ohledně snížení doby vyhledávání.

„Reddy 93“ předpokládá, že na disku existuje speciální funkce označená jako přístupový mechanismus s nulovou čekací dobou. Přístupový' mechanismus s nulovou čekací dobou je způsob, ve kterém jsou data postupně čtena dokonce i ze středu dat v časovém okamžiku, kdy hlava dosáhne požadované stopy a přední část dat, která se pod hlavou neobjevila včas je čtena znovu, když se disk jednou otočí a tato Část se vrátí. V souladu s tím mohou být všechna požadovaná data spolehlivě čtena během jedné otáčky disku a proto součet doby vyhledávání a přístupu k datům je maximálně roven době jedné otočky.

Protože ale tento mechanismus používá jen málo současných disků, je možné, že předpoklad v publikaci „Reddy 93“ není realistický.

Na druhé straně, „Gemmel 94“ zavádí způsob odhadnutí konstantních složek tím, že pokaždé přidává maximální hodnotu jako výsledek úvahy, že doba vyhledávání je hodnota, pro kterou řízení a předpověď nejsou možné. To je bezpečné, ale je zde mnoho ztrát, což tvoří problém. Dále „Chen 93“ považuje dobu vyhledávání za bezvýznamný korekční člen, ale to není reálné. Například v současných discích s vysokou rychlostí je cyklus otáčení 8,3 ms, zatímco je-li použit algoritmus SCAN, může být maximální hodnota doby vystavení hlavy potlačena na hodnotu kolem 6 ms a méně a tudíž je doba vyhledávání dominantní. Dále, z pohledu odporu vzduchu a spotřebované elektrické energie motoru a výsledného generovaného tepla je obtížné očekávat nějaká epochální vylepšení v rychlosti otáčení. Snížení doby vyhledávání je největším problémem, který by měl být řešen.

Poukazuje se rovněž na to, že v obvyklém systému souborů pro počítače, je snížení doby vyhledávání důležité. Publikace S. Ng. „Improving Disk Performance Via Latency Reduction“, IEEE Transactions on Computers, svazek 40, č.l, leden 1991, str. 22 - 30, 1991 (dále jen „Ng 91“) zmiňuje způsob snížení průměrné doby vyhledávání v čase čtení způsobem přípravy kopie

-3 CZ 290692 B6 dat posunuté ve fázi ve směru otáčení apod. Nicméně je obtížné aplikovat tento způsob pro multimediální aplikace, které obsahují velké množství dat.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje způsob řízení přístupu hlavy k záznamovému disku a zařízení k jeho provádění podle předkládaného vynálezu. Nově předkládaný způsob tkví v tom, že se za účelem minimalizování doby vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy, když tato 10 hlava přistupuje k části na záznamovém disku, určí odchýlení, které je definováno jako úhlový rozdíl ve směru obvodu záznamového disku mezi počátečními částmi sousedících bloků na záznamovém disku. Dále se určí poloha datového bloku na záznamovém disku na základě alespoň určeného odchýlení, načež se rozvrhne pořadí množiny vstupních žádostí o přístup na disk za účelem minimalizování velikosti pohybu hlavy při přístupu této hlavy k části na 15 záznamovém disku. Na základě výsledku rozvržení hlava přistupuje k záznamovému disku.

Poloha datového bloku na záznamovém disku se s výhodou určí na základě určeného odchýlení a na základě mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku. Pro množinu datových bloků je možné určit 20 kombinační data vzhledem ke každé kombinaci odchýlení a mezery a tato kombinační data se selektivně použijí v souladu s polohou každého datového bloku na záznamovém disku.

Velikost datového bloku lze měnit tak, že mezera je konstantní pro celou oblast od vnější strany k vnitřní straně záznamového disku.

Odchýlení se s výhodou určí v souladu se změnou mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku, na základě rozdílu poloměru záznamové stopy.

Pořadí množiny žádostí o přístup k disku je možné měnit tak, že žádosti jsou uspořádány v pořadí počínaje od té, která je nejblíže hlavě, když se hlava pohybuje od současné polohy směrem k vnitřnímu nebo vnějšímu obvodu záznamového disku. Poloha datového bloku na záznamovém disku se pak určí na základě odchýlení a mezery, takže rozdíl mezi zpožděním Td(L) a dobou Ts(L) vystavení hlavy blízko průměrné vzdálenosti La vystavení je malý ve 35 srovnání s cyklem otáčení, kde

Td(L) = (L. Bc.Gs + 0g + 2 ηιΠ)/ω, a

La = Lt/(N-l), kde

L je vzdálenost vystavení v jednotkách počtu cylindrů;

Bc je počet datových bloků existujících v jednom cylindru;

Os je odchýlení v radiánech;

0g je mezera v radiánech;

ω je rychlost otáčení (radián/sec) disku;

Lt je maximální hodnota vzdálenosti mezi přístupovými pozicemi dvou konců, když se uspořádávají žádosti o přístup v pořadí v jednotkách počtu cylindrů;

N je počet přístupů, které mají být současně zpracovány; a m je vybráno tak, aby bylo nejmenší uvnitř oblasti, kde Td(L) překračuje dobu Ts(L) vystavení hlavy při vzdálenosti L vystavení hlavy.

-4CZ 290692 B6

Pořadí množiny žádostí o přístup k disku lze v dalším provedení měnit tak, že žádosti jsou uspořádány v pořadí, v jakém se objevují, když se hlava pohybuje od současné pozice směrem k jednomu z vnitřního a vnějšího obvodu záznamového disku. Poloha datového bloku na záznamovém disku se pak určí na základě odchýlení a mezery tak, že zpoždění Td(L) je vždy větší než doba Ts(L) vystavení hlavy a rozdíl mezi zpožděním Td(L) a dobou Ts(L) vystavení hlavy je malý ve srovnání s cyklem otáčení, kde

Td(L) = (L.BcOs + 0g) /ω, kde

L je vzdálenost vystavení hlavy v jednotkách počtu cylindrů;

Bc je počet bloků existujících v jednom cylindru;

0s je odchýlení v radiánech;

0g je mezera v radiánech; a ω je rychlost otáčení (radián/sec) disku.

Ve výhodném provedení se záznamový disk rozdělí na první oblasti, použité při pohybu hlavy od vnitřního k vnějšímu obvodu a druhé oblasti, použité při pohybu hlavy od vnějšího k vnitřnímu obvodu. Poloha datového bloku na záznamovém disku se určí na základě optimálního odchýlení a mezery v příslušných oblastech na základě směru pohybu hlavy a odděleně se přistupuje pouze k prvním a druhým oblastem v souladu se směrem pohybu hlavy.

Je výhodné když se takto upravený záznamový disk pomocí prvních oblastí a druhých oblastí rozdělí na množinu alespoň dvou částí v radiálním směru a jak první, tak druhé oblasti se přidělí tak, aby byly rozptýleny od nejvnitřnějšího obvodu k obvodu nejvíce vně na disku.

V předkládaném vynálezu je také řešen způsob pro řízení přístupu hlavy k disku, jehož podstatou je že se určí poloha datového bloku na disku za účelem minimalizace doby vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy pokaždé, když hlava přistupuje k disku. Rozvrhne se pořadí množiny žádostí o přístup k disku za účelem minimalizace velikosti pohybu hlavy, když hlava přistupuje k disku a hlava přistupuje k disku na základě výsledku rozvržení.

Výhodné je, když se určí odchýlení tak, že se doba vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy minimalizuje v čase přístupu hlavy k disku, kde toto odchýlení je definováno jako úhlový rozdíl v obvodovém směru mezi počátečními částmi sousedících bloků na disku. Poloha datového bloku na disku se pak určí na základě určeného odchýlení.

Poloha datového bloku na disku se s výhodou určí na základě odchýlení a mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku.

Podstatou zařízení k provádění způsobů pro řízení přístupu hlavy k záznamovému disku respektive k disku je, že disk je opatřen ovladačem SCSI mechaniky, který je spojen se vstupem tabulky fyzických adres. Výstup této tabulky fyzických adres je spojen s přidělovačem bloků pro uložení uspořádání dat na disku na základě daného parametru formátu. Tento přidělovač bloků je dále spojen přes mapu bloků s jedním vstupem rozvrhovače, jehož výstup je spojen se vstupem ovladače SCSI mechaniky. Druhý vstup rozvrhovače je spojen s výstupem vyrovnávací paměti žádostí o přístup pro uložení žádostí o přístup. Třetí vstup rozvrhovače je vstupem parametru rozvržení. Ovladač SCSI mechaniky je dále propojen s datovou vyrovnávací pamětí pro uložení obrazových dat.

- 5 CZ 290692 B6

Předmětem předkládaného vynálezu je tedy způsob a zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku umožňující realizovat přímý přístup s vysokou rychlostí zatímco se udržuje vlastnost reálného času potlačením jak doby vystavení hlavy, tak doby vyhledávání. Takový způsob řízení přístupu k záznamovému disku a zařízení pro jeho provádění jsou upřednostňována jako paměť pro multimediální data, po kterých se zvyšuje poptávka.

Ve způsobu řízení přístupu k záznamovému disku podle předkládaného vynálezu a v zařízení pro jeho provádění jsou při úpravě datových bloků tyto bloky upraveny přesunutím v obvodovém směru (dané odchýlení) a tím je umožněno řízení tak, aby počátek požadovaných dat neminul polohu hlavy během operace vy stavení hlavy. Proto není třeba čekat dokud se počátek požadovaných dat znovu nevrátí, jak doba vystavení hlavy, tak doba vyhledávání jsou potlačeny na nízkou úroveň a přímý přístup může být realizován při vysoké rychlosti při současném zajištění vlastnosti reálného času.

Dále je při způsobu pro řízení přístupu k záznamovému disku podle předkládaného vynálezu a zařízení pro jeho provádění, odchýlení měněno mezi oblastmi použitými, když se hlava pohybuje od vnějšího k vnitřnímu obvodu a oblastmi použitými, když se hlava pohybuje od vnitřního k vnějšímu obvodu, čímž je dáno optimální odchýlení bez ohledu na směr pohybu hlavy.

Přehled obrázků na výkresech

Tyto a další předměty a vlastnosti předkládaného vynálezu budou lépe vyplývat z následujícího popisu výhodného provedení ve vztahu k přiloženým výkresům, kde:

Obr. 1 je schéma pro vysvětlení stavu techniky;

Obr. 2 je blokové schéma konfigurace zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle prvního provedení předkládaného vynálezu;

Obr. 3 je vývojový diagram pro vysvětlení zpracování v přidělovači bloků, uvedeného v obr. 2;

Na obr. 4 je vývojový diagram pro objasnění zpracování v rozvrhovači podle obr. 2;

Obr. 5 je graf znázorňující vztah mezi dobou vystavení hlavy a vzdáleností vystavení v mechanice;

Obr. 6 je diagram pro vysvětlení způsobu uspořádání bloků na disku pomocí přidělovače bloků;

Na obr. 7 je schéma pro vysvětlení obsahu mapy bloků;

Obr. 8 je pohled k objasnění obsahu zpracování v kroku S3 uvedeném na obr. 3;

Na obr. 9 je graf pro vysvětlení obsahu zpracování v kroku S3 uvedeném na obr. 3;

Na obr. 10 je graf pro vysvětlení konstantních složek doby přístupu v případě, kdy je uvažována jak doba vystavení hlavy, tak doba vyhledávání;

Obrázky 11 A, 11B allC jsou pohledy pro objasnění jednoho příkladu rozdělení přístupů k disku;

Obr. 12 je graf pro vysvětlení konstantních složek v konvenčním algoritmu SCAN;

-6CZ 290692 B6

Na obr. 13 je graf pro vysvětlení vztahu mezi vzdáleností vystavení L vystavení hlavy a zpožděním v případě použití vzestupné konvexní funkce tvořící obálku pilovité funkce;

Obr. 14 vysvětluje zpracování v přidělovači bloků zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle druhého uspořádání předkládaného vynálezu;

Na obr. 15 je vývojový diagram pro objasnění zpracování v přidělovači bloků v zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku uvedenému na obr. 14; a na obr. 16 je diagram pro vysvětlení obsahu mapy bloků v zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku uvedenému na obr. 13.

Příklady provedení vynálezu

Dále bude vysvětlen způsob řízení přístupu hlavy k záznamovému disku v souladu s provedeními předkládaného vynálezu a zařízení k provádění tohoto způsobu.

První příklad provedení

Obr. 2 je blokové schéma uspořádání zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle uvedeného provedení.

Zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle tohoto uspořádání je realizováno činností software například v počítači. Každý blok uvedený na obr. 2 představuje hlavní programový modul nebo hlavní datovou strukturu.

Přidělovač 1 bloků, tedy prostředek pro uspořádání, určuje jak jsou data uspořádána na disku 5 na základě daného parametru 10 formátu. Disk 5 může být například magnetický disk, magnetooptický disk (MO) neboje použit pevný disk (HDD).

Parametr 10 formátu zahrnuje velikost prvního datového bloku, průměrnou vzdálenost La pohybu hlavy, když je prováděno rozvržení SCAN, funkci doby vystavení hlavy Ts(L) mechaniky, která je použita a fyzický formát disku 5.

Průměrná vzdálenost La pohybu hlavy je dána následující rovnicí (8) z celkového počtu cylindrů Lt disku a počtu N přístupů zpracovaných jedním snímáním.

La = Lt/(N-l) (8).

Doba Ts(L) vystavení hlavy mechaniky je funkcí vzdálenosti L vystavení hlavy (počet cylindrů). Hodnota je určena mechanickými charakteristikami použité mechaniky disku. Tento příklad je uveden na obr. 5. Kolik žádostí o přístup je společně zpracováno v jednom snímání, je určeno podstatou aplikace používající tento disk, požadovaným výkonem, velikostí vyrovnávací paměti, která může použita, atd. Čím větší počet N žádostí o přístup je společně snímán, tím více se zlepšuje výkon přímého přístupu k disku, aleje zde vedlejší účinek, že doba odezvy se zvyšuje se zvětšováním požadované vyrovnávací paměti.

Tyto parametry 10 formátu jsou určeny základní jednotkou (CPU), která není znázorněna, která má řídicí program spravující celý systém a tyto parametry 10 formátu jsou poskytnuty přidělovači 1 bloků. V příkladu, v němž je předkládané provedení použito pro nelineární editace, byly dány přidělovači 1 bloků hodnoty N = 10 a La = 300. Dále velikost prvního datového bloku odpovídá jednomu listu obrazových dat a je kolem 700 kB (kilobyte) v případě formátu CCIR

-7CZ 290692 B6

601 použitého v vysílacích stanicích atd. Tato numerická hodnota může byt samozřejmě volně nastavena v souladu se záměrem a různými požadovanými specifikacemi.

Přidělovač 1 bloků určuje, ve které pozici na disku 5 má být každý blok umístěn na základě daného parametru 10 formátu. V tomto příkladě se jeden blok rovná jednomu snímku obrazu, ale samozřejmě základní koncept je podobný i při získání dat dělením MPEG nebo jiným obrazem zkomprimovaným do vhodné délky nebo i při audio datech.

Disk 5 může být přístupný pro každou oblast normálně nazývanou „sektor“. Jeden sektor má obvykle velikost od zhruba 512 B (byte) do zhruba 4 kB. Oblast ve tvaru prstence, ve které jsou tyto sektory uspořádány v kruhu, je označena jako „stopa“. Válcovitá oblast obsahující skupinu stejných stop složené množiny magnetických médií je označena jako „cylindr“.

Jeden blok obrazových nebo zvukových dat je obvykle větší než jeden sektor, proto přidělovač 1 bloků přiděluje každému bloku množinu sektorů. Obr. 6 ukazuje jednoduchý příklad případu, kdy existuje jedno magnetické médium. Část označená na obr. 6 čárkovaně, to je celý obvod stopy, 1 a sektory od „0“ do „6“ stopy „2“ odpovídají jednomu bloku. V tomto příkladě, protože je zde pouze jedno médium, „stopa“ a „cylindr“ mají stejný význam, ale v případě diskové mechaniky, ve které je množina magnetických médií, jsou-li použity kompletně všechny části téhož cylindru, jsou bloky umístěny tak, aby použily sousední cylindry.

Přidělení sektorů je provedeno pro všechny bloky. Výsledek je zapsán do mapy 3 bloků, načež úloha přidělovače 1 bloků končí. Přidělovač 1 bloků stanovuje polohu sektoru sadou čísla cylindru, čísla média (který list média) a čísla sektoru. V mechanice podle specifikace SCSI (ANSI Smáli Computer Systém Interface), která se stala v posledních letech nejpopulámější, jsou přidělena sektorům v mechanice pořadová čísla (lokální čísla sektorů, nazývaná v SCSI „logické adresy bloků“, ale zde označená jako logická čísla sektorů tak, aby se předešlo záměně s bloky obrazových a zvukových dat) a jsou použita pro přístup k datům. Z tohoto důvodu je vztah mezi logickými čísly sektorů určenými mechanikou a fyzickými adresami, to je čísly cylindrů, čísly médií a čísly sektorů, předběžně uložen do tabulky 7 fyzických adres. Přidělovač 1 bloků převádí požadovanou fyzickou adresu na logické číslo sektoru určené pomocí SCSI ve vztahu k tabulce 7 fyzických adres a vloží ho do mapy 3 bloků.

Obr. 7 ukazuje příklad mapy bloků, informace odpovídající bloku „0“ odpovídá čárkované části z obr. 6.

Na druhé straně rozvrhovač 2 pracuje následujícím způsobem. Nejprve CPU pro spravování celého systému určí parametr 20 rozvržení a poskytne tento parametr 20 rozvržení rozvrhovači 2. Parametr 20 rozvržení zahrnuje konstantu N indikující kolik žádostí o přístup je současně zpracováváno jedním snímáním.

Když dá operátor instrukci k začátku reprodukce obrazu filmu zaznamenaného na disku 5, nezobrazený CPU mající vhodný řídicí program vydá pro každý obraz žádosti o přístup k blokům, ve kterých jsou uloženy obrazy tvořící film. Tyto žádosti 40 o přístup jsou uloženy do vyrovnávací paměti 4 žádosti o přístup. Rozvrhovač 2 postupně vybírá N žádostí 40 o přístup uložených ve vyrovnávací paměti 4 žádostí o přístup ze žádostí o přístup, které přišly dříve, najde pozice dat odpovídající těmto žádostem na disku 5 vzhledem k mapě 3 bloků, změní pořadí žádostí o přístup tak, že se velikost pohybu hlavy minimalizuje a generuje instrukci pro přístup k disku 5. Instrukce pro přístup je provedena tak, aby odpovídala externímu rozhraní mechaniky disku a proto je převedena do SCSI protokolu pomocí ovladače 6 SCSI mechaniky a pak je přivedena na disk 5. Data čtená z disku 5 jsou uložena dočasně v datové vyrovnávací paměti 8 a dále jsou přivedena na obrazové rozhraní zařízení.

Když dá operátor instrukci k zaznamenání dat reprezentujících obrazy filmu, nezobrazený CPU, mající vhodný řídicí program, vydá pro každý obraz žádosti o přístupu k bloku, ve kterém jsou tylo obrazy tvořící film uloženy. Tyto žádosti 40 o přístup jsou uloženy ve vyrovnávací paměti 4 žádostí o přístup. V témže čase jsou obrazová data 80 tvořící film přenesena z obrazového rozhraní (není uvedeno) do datové vyrovnávací paměti 8 a taková obrazová data 80 jsou dočasně uložena v této datové vyrovnávací paměti 8. Rozvrhovač 2 postupně vybírá N žádostí 40 o přístup uložených ve vyrovnávací paměti 4 žádostí o přístup ze žádostí o přístup, které přišly dříve. Dále rozvrhovač 2 najde na disku 5 polohu dat odpovídající těmto žádostem ve vztahu k mapě 3 bloků. Navíc rozvrhovač 2 mění pořadí žádostí o přístup tak, aby velikost pohybu hlavy byla minimalizovaná a generuje instrukci pro přístup disku 5. Instrukce pro přístup je provedena tak, aby odpovídala externímu rozhraní mechaniky disku a proto je převedena do SCSI protokolu pomocí ovladače 6 SCSI mechaniky a pak je přivedena na disk 5.

Dále bude podrobně vysvětlena funkce přidělovače 1 bloků.

Když jsou jako parametry 10 formátu na obr. 2 dány velikost jednoho bloku, průměrná vzdálenost La pohybu hlavy při provádění rozvržení SCAN, funkce Ts(L) doby vystavení hlavy použité mechaniky, fyzický formát disku 5 (počet cylindrů, počet sektorů v jedné stopě a počet médií tvořících cylindr), přidělovač 1 bloků určuje polohu každého bloku na disku 5 v krocích SI až S5 zobrazených na obr. 3.

V kroku SI je vypočteno kolik bloků obrazu existuje v jednom cylindru (Bc). Celkový počet sektorů v jednom cy lindru se získá násobením počtu sektorů ve stopě počtem médií. Když se toto vydělí počtem sektorů nutných pro uložení jednoho blokuje nalezeno Bc.

V kroku S2 je nalezena mezera Qg. Tato mezera je úhlový rozdíl mezi počátečním sektorem a konečným sektorem bloku. Jako příklad, v případě bloku označeného na obr. 6 čárkovaně, je počátek v sektoru „0“ stopy „1“ a konec je v sektoru „6“ stopy „2“ a tedy mezera Qg je 5/12 obvodu, to je 5Π/6 radiánu.

Odchýlení 0s je nalezeno v kroku S3 na základě výše uvedených dat. Zde znamená odchýlení Qs úhlový rozdíl ve směru po obvodu mezi hlavami sousedících bloků. Nejprve se použitím polohy hlavy po skončení čtení určitého bloku jako počátečního bodu pro čas Td(L). za který dosáhne hlava stejný úhel ve směru obvodu na pozici, ze které se hlava začala pohybovat o L cylindrů, získá následující rovnice (9):

Td(L) = (L.Bc. Qs + 0g + 2.Γη.Π)/ω (9), kde

L je vzdálenost vystavení hlavy v jednotkách počtu cylindrů;

Bc je počet bloků existujících v jednom cylindru;

Qs je odchýlení v radiánech;

Qg je mezera v radiánech;

ω je rychlost otáčení (radián/sec) disku; a m je libovolné celé číslo, při kterém je Td(L) je kladné.

Obr. 8 vysvětluje význam rovnice (9) na disku.

Na obr. 8 se předpokládá, že přístup k bloku „0“ právě skončil. Přepokládá se, že hlava je umístěna ve směru úhlu 70 při pohledu ze středu. Nyní, je-li opět požadován přístup k témuž

-9CZ 290692 B6 bloku ,.0“, je zapotřebí počkat dokud se disk neotáčí přesně o velikost mezery 6g, čímž je způsobeno zpoždění Qg/ω.

Dále pro hlavu bloku „n“ je nutné počkat dokud se disk neotočí přesně o úhel součtu mezery 6g bloku ,.0“ a n počtu bloků s hodnotou odchýlení (nQs). To znamená hodnotu nQs/ω v čase. Protože se disk otáčí, počátek dat dosáhne polohy, ve které je hlava umístěna v čase, který se získá přičtením celého násobku cyklu otáčení k času, získanému tímto způsobem. Když se hlava pohybuje o n bloků, odpovídá to pohybu o n/Bc cylindrů z hlediska počtu cylindrů, proto se při nakreslení grafů, kde se vynáší počet cylindrů na první souřadnici (x-ovou) a zpoždění do dosažení počátku na druhou souřadnici (y-ovou), získá obr. 9. Čím větší je odchýlení, tím větší je sklon skupiny čar. Je nutno poznamenat, že se ve výše uvedené teorii předpokládá, že poloha (úhel) hlavy v obvodovém směru při pohledu od středu byla konstantní bez ohledu na vzdálenost od tohoto středu. Ve skutečnosti existuje případ, kdy poloha není přesně konstantní v závislosti na mechanismu hlavy, ale vliv této skutečnosti je dostatečně malý a proto nemusí být brán v úvahu.

Jak ukazuje obr. 9, doba, kdy se počátek bloku dostane pod hlavu v každém cylindru se získá pomocí rovnice (9). Protože se ale hlava musí v tomto čase pohybovat na požadovaný cylindr, je zpožděním čas, který uběhne dokud se poprvé po operaci vystavení hlavy neobjeví počátek bloku. Toto jsou konstantní složky Td(L). které uvažují jak vystavení hlavy, tak dobu vyhledávání. Obr. 10 ukazuje příklad těchto složek a rovnice (1) ukazuje jejich definici. Skutečné konstantní složky (zpoždění) jsou označeny na obr. 10 silnou čarou.

Je nutno poznamenat, že funkce doby vystavení hlavy je označena tečkovanou čarou. Na obrázku značí Trot jeden cyklus otáčení.

V kroku S3-1 je nalezen vzorec přímky m = 0 v rovnici 3 a obr. 9, to je vzorec udaný následující rovnicí (10):

Td(L) = (L.Bc. 0s + 0g)/ro (10).

Následující kroky S3-2, S3-3 a S3-4 jsou kroky pro výběr odchýlení Os tak, aby tato přímka byla vždy vyšší (větší) než funkce Ts(L) doby vystavení hlavy a byla v podstatě ve styku s touto funkcí doby vystavení hlavy. Přímka m - 0 z obr. 10 se získá použitím Os vybraného tímto způsobem.

Kroky S4 aS5 určují polohu každého bloku na disku v celé oblasti disku použitím odchýlení a mezery, získanými výše uvedeným způsobem.

V kroku S4 je nejprve inicializován ukazatel fyzické adresy na (0/0/0).

Další krok S5 je smyčka opakující se pro všechny bloky. Ve smyčce se nejprve v kroku S5-1 získá logické číslo sektoru z fyzické adresy podle tabulky fyzických adres. V kroku S5-2 jsou takovéto informace a fyzická adresa zapsány do mapy 3 bloků. Obsah mapy 3 bloků je uveden na obr. 7.

Pokud je uvedené zpracování ukončeno, ukazatel fyzické adresy se pohybuje dopředu v přípravě pro zpracování dalšího bloku. Ukazatel Ppa fyzické adresy je aktualizován v kroku S5-3. V kroku S5-4 se pro všechny bloky rozhoduje, zda bylo uskutečněno zpracování v krocích S5-1 až S5-3. Pokud ne, provede se zpracování v krocích S5-1 až S5-3 realizováno pro ty bloky, pro které dosud nebylo realizováno.

- 10 CZ 290692 B6

Uspořádání N-tého bloku na disku tedy je:

(1) zpětně od přiděleného bloku a (2) v oblasti, ve které je definován jako počátek sektor, mající úhlový rozdíl od počátku 0-tého bloku nejblíže N9s.

Dále bude vysvětlen případ nejhorších konstantních složek ve způsobu řízení přístupu k záznamovému disku podle předkládaného provedení.

Všeobecně je žádost 40 o přístup generována vzhledem ke všem pozicím na disku. Pozice zpracované jedním snímáním mají nerovnoměrné rozdělení jak ukazuje obr. 11A nebo 11B a jsou opačně rozděleny rovnoměrně jak ukazuje obr. 11C. V tomto příkladě se hlava pohybuje mezi šesti žádostmi 40 o přístup a tím je generováno pět přímých přístupů a doprovázející konstantní složky. Celková suma konstantních složek vzhledem k těmto pěti přístupům je nejhorší v případě, kdy jsou všechny přístupy rozloženy rovnoměrně, kdy funkce konstantních složek vykazuje konvexní stoupající tvar (obr. 1 IC). Je-li v rozložení nerovnoměrnost, je celkový součet konstantních složek menší. Jinak řečeno, jsou-li opakovaně generovány konstantní složky v průměrné vzdálenosti La pohybu hlavy, celkový součet konstantních pevných složek nejhorší (největší).

Td(L) z obr. 10 je pilovitou funkcí. Jestliže je Td(L) nahrazeno funkcí, mající konvexní stoupající tvar, která tvoří seshora její obálku, výše zmíněná teorie v podstatě platí. Příklad takové funkce je uveden na obr. 12. To znamená, nejhorší konstantní složka najeden přístup je hodnota získaná čtením hodnoty Td(L) v místě, kde vzdálenost je La v grafu z obr. 10 (Tmax na obrázku). Jak bylo uvedeno dříve, jedná se o aproximaci, ale jako v příkladu z obr. 10, funkce Td(L) a funkce tvořící její horní obálku se obvykle navzájem shodují blízko La a je tedy možné předpokládat, že nenastává žádná chyba. Dále, aproximace je na bezpečné straně (strana, na které jsou konstantní složky odhadovány jako větší než jsou), čímž nevzniká riziko, že bude nejhorší hodnota odhadnuta jako menší než původní hodnota.

V kroku S3 uvedeném na obr. 3 bylo odchýlení vybráno tak, že jedna ze skupiny přímek doby vyhledávání daných rovnicí (9) je umístěna do polohy vyšší než je funkce Ts(L) doby vystavení hlavy, ale co možná k ní nejblíže. Tímto způsobem může být Td(L) blízko vzdálenosti La malá a v důsledku toho lze nejhorší konstantní složku Tmax zmenšit.

Obr. 12 ukazuje konstantní složky v konvenčním algoritmu SCAN. V konvenčním algoritmu SCAN je také celkový součet konstantních složek nejhorší, když jsou přístupy rozděleny rovnoměrně. Na rozdíl od předkládaného provedení zde ale není brána v úvahu doba vyhledávání, a proto je třeba uvažovat, že v nejhorším případě je dokonce po skončení vystavovací operace generována doba vyhledávání v délce jedné otočky. Proto se nejhorší konstantní složkou stává hodnota získaná přičtením cyklu Trot jednoho otočení k době Ts(La) vystavení hlavy při La. Jak vyplývá z porovnání obr. 12 a obr. 10, je to hodnota značně větší než hodnota podle způsobu v souladu s předkládaným uspořádáním. V našich pokusech bylo potvrzeno, že nejhorší konstantní složky byly téměř poloviční v předkládaném uspořádání ve srovnání s těmi, které byly dosaženy v konvenčním algoritmu SCAN.

Jak bylo vysvětleno výše, zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle předkládaného provedení umožňuje pomocí vhodného odchýlení a mezery snížit konstantní složky Td(L) v průměrné vzdálenosti La pohybu hlavy na nejnižší úroveň a tím může být dosaženo malé doby vyhledávání. Ve vývojovém diagramu uvedeném na obr. 3 má velikost bloku pevnou hodnotu, ale podle potřeby může být velikost bloku vybrána uvnitř určitého rozsahu. V tomto případě mohou být jak mezera 6g, tak odchýlení Qg, změněny a tím může být poloha přímky jemně řízena tak, že přibližuje dobu vystavení blízko La.

- 11 CZ 290692 B6

Výše uvedeným způsobem se značně zlepší konstantní složky doprovázející pohyb mezi bloky. Kde je blok velký a zabírá množinu stop nebo množinu cylindrů, musí být rovněž vzat v úvahu čas, potřebný pro změnu stop a pohyb k sousednímu cylindru. Doby potřebné pro změnu stop a pohyb k sousednímu cylindru jsou také konstantní a tedy při zadání odchýlení mezi stopami nebo cylindry tak, že poté, co tyto doby uplynou, data přicházejí právě pod hlavu, je možné zabránit generaci dlouhé doby vyhledávání v bloku současně se změno u stop a pohybem mezi cylindry. Za tímto účelem má přidělovač 1 bloků další sadu odchýlení a mezer pro přístup v bloku při nejvyšší rychlosti, jinou než již vysvětlené odchýlení a mezera pro pohyb mezi bloky.

V krocích S4 a S5 na obr. 3 je dostatečné uspořádat bloky s použitím druhého zmíněného odchýlení a mezery při sestavování jednoho bloku na disku. Je možné položit pokaždé druhou zmíněnou mezeru rovnou nule a rovnou použít odchýlení pro absorbování změny stop a času pohybu mezi cylindry.

Dále bude vysvětlena funkce rozvrhovače 2.

Obr. 4 ukazuje vývojový diagram činnosti rozvrhovače 2. V kroku S11 se hlava disku pohybuje nejprve k cylindru „#0“. Pak rutina zpracování pokračuje do kroku S12, ve kterém je provedeno skutečné rozvržení.

V kroku S12 je čten počet N žádostí o přístup a v kroku S12-1 jsou z vyrovnávací paměti žádostí o přístup vyvolány tyto žádosti v pořadí od časově předešlé (starší). V jedné žádosti o přístup jsou popsána čísla bloků, které mají být zpřístupněny a počáteční adresa datové vyrovnávací paměti, použité pro přenos dat. Počet N je konstanta předem daná z jiného řídicího programu (není uvedeno).

V kroku S12-2 je proveden odkaz na mapu 3 bloků pro každou zN žádostí o přístup a jsou potvrzeny fyzické adresy bloků, ke kterým má být přístup (čísla cylindrů, čísla médií a čísla sektorů). Následně v kroku S12-3 je těchto N žádostí o přístup znovu uspořádáno v pořadí od nejmenšího čísla cylindru nahoru. Tímto se realizuje rozvržení algoritmu SCAN. V kroku S12-4 jsou tyto znovu uspořádané žádosti o přístup poslány na disk přes ovladač zařízení v pořadí od nejmenší ho čísla cylindru nahoru a jsou provedeny aktuální přístupy a přenosy dat. Když jsou vydány přístupové instrukce pro jeden blok, je v kroku S12-5 očekáván konec přenosu a pak je vydána další přístupová instrukce. N-násobným opakováním (S12-6) je zpracování N žádostí o přístup ukončeno. V kroku S12-7 je řídicímu programu oznámeno, že zpracování N žádostí o přístup je ukončeno a posloupnost zpracování týkajícího se N žádostí o přístup je ukončena.

V kroku S12-8 je nakonec určeno, zda je ve vyrovnávací paměti 4 žádostí o přístup uloženo N žádostí o přístup. Pokud ano, rozvrhovač 2 se vrací do kroku S12-1, vybere dalších N žádostí o přístup a pokračuje ve zpracování. Není-li ve vyrovnávací paměti 4 žádostí o přístup N žádostí o přístup, je zpracování v tomto kroku zastaveno.

Poznamenejme, že například přidělovač 1 bloků uspořádá bloky a změní velikosti bloků tak, že mezera je konstantní v celé oblasti od vnější strany k vnitřní straně disku 5, čímž může být vlastnost reálného času přístupu dále zlepšena.

Druhý příklad provedení

Rozvrhovač 2 z prvního uspořádání popsaného výše se pohyboval směrem nahoru k přístupové poloze nejvíc vně při počátku dalšího snímání. Když se totiž uskutečnil poslední přístup v krocích S12-4 a S12-5, obr. 4, uskutečnila hlava nejvnitřnější přístup mezi N přístupy. Při prvním přístupu smyčky pro zpracování N přístupů se způsobí pohyb k vnějšímu cylindru majícímu nejmenší číslo cylindru. Pokud jde o tento pohyb, jsou v nejhorším případě generovány operace

- 12 CZ 290692 B6 vystavení hlavy největší délky od nejvnitřnějšího obvodu k obvodu nejvíce vně a doba vyhledávání o délce jedné otáčky. Protože se vyskytují pro každých N přístupů a protože během této doby nelze uskutečnit přístup k datům, je třeba toto připočíst k celkové sumě konstantních složek celého snímání. Výkon je samozřejmě o tuto velikost snížen.

Je samozřejmě možné přistupovat k disku dokonce i během pohybu od vnitřního k vnějšímu obvodu, ale protože směr pohybu hlavy je obrácen, je první údaj v rovnici (15), to je znaménko údaje o odchýlení, obráceno. Proto optimální odchýlení a mezera v případě pohybu od vnějšího směrem k vnitřnímu obvodu nejsou vždy vhodné parametry' pro pohyb v opačném směru. To se stává příčinou redukce výkonu, když se hlava pohy buje v opačném směru.

Zařízení pro řízení přístupu k záznamovému médiu v souladu s druhým uspořádáním předkládaného vynálezu, které bude dále blíže popsáno, řeší tento problém a předkládá způsob provádění přenosu s vysokou ry chlostí i když se hlava vrací z vnitřního k vnějšímu obvodu. Nejprve přidělovač 1 bloků rozdělí cylindry' na cy lindry 50. označené čárkovaně, použité když je snímání uskutečněno od vnější k vnitřní straně a cy lindry 51 použité, když je snímání prováděno od vnitřní strany k vnější, jak ukazuje obr. 14. Na obr. 14, jsou cylindry 50 označené písmeny F použity pro snímání z vnitřní strany k vnější straně a cylindry 51, označené písmeny B jsou použity v případě, že se snímání provádí od vnitřní strany k vnější. Na obr. 14 jsou cylindry rozděleny do skupin po dvou cy lindrech, ale počet cylindrů ve skupině není omezen a cylindry mohou být rozděleny do vhodných skupin.

Tímtéž způsobem jako u zařízení pro řízení přístupu k záznamovému disku podle prvního uspořádání popsaného dříve, je zpracování kroku S4 a S5 uvedené na obr. 3 po nalezení odchýlení a mezery v souladu s krokem SI z obr. 3 změněno, jak je uvedeno v obr. 15.

Krok S31 na obr. 15 inicializuje přidělení ukazatele fyzické adresy tímtéž způsobem jako v prvním uspořádání.

Následně jsou v kroku S32 příslušné bloky přiděleny na disk. Krok S32 je smyčka, která se pro všechny bloky opakuje. V kroku S32-1 se rozhoduje zda celý blok patří k oblastem F nebo B na základě fyzické adresy bloku během zpracování.

Krok S32-2 je větvení na základě výsledku tohoto rozhodnutí. Jestliže celý blok náleží k oblastem F, provedou se kroky S32-3 až S32-7. Mezi nimi je krok S32-3 tentýž jako krok S5-1 v obr. 3 a je krokem pro prozkoumání odpovídajícího logického čísla sektoru za použití tabulky fyzických adres, zatímco krok S32-4 uskutečňuje operaci zapisování do mapy 3 bloků tímtéž způsobem jako krok S5-2 v obr. 3.

V porovnání s mapou 3 bloků prvního uspořádání uvedenou na obr. 7, v mapě 3 bloků v předkládaném provedení, je přidán příznak, indikující zda tento blok existuje v oblastech F nebo v oblastech B. Tuto situaci znázorňuje obr. 16. Krok S32-5 je krokem zapsání F v této části.

Když blok zcela nenáleží k oblastem F ve větvení v kroku S32-2, není uskutečněno přidělení této fyzické adresy a je vyhledána fyzická adresa, která je zcela uvnitř oblastí F. V kroku S32-6 je z odchýlení a mezery nalezena další fyzická adresa a dále se zkoumá, ke kterým oblastem patří. Krok S32-7 určuje zda byl či nebyl čten vnitřní obvod. Pokud ne, rutina zpracování skočí do kroku S32-1, po kterém se v kroku S32-2 znovu rozhoduje. Takto jsou opakovány opětné pokusy, během kterých se získá fyzická adresa, pro níž celý blok náleží k oblastem F a tato adresa je přidělena bloku.

Například, na obr. 16, v případě systému uspořádání podle prvního provedení, byl další blok č.5 umístěn na fyzickou adresu (1/5/8), ale druhá polovina bloku přesahuje do cylindru č.2. Tento cylindr č.2 je oblast B, proto tyto oblasti nejsou přiděleny a následně je nalezena další adresa,

- 13 CZ 290692 B6 která může být přidělena. Ukazatel fy zické adresy je postupně posouván dopředu a bloku č.5 je přidělena fyzická adresa (4/2/0). Jako v prvním provedení, při způsobu pro přidělení bloků bez přeskoků středu, tak v tomto uspořádání při způsobu pro přidělení bloků zatímco se střed přeskakuje, musí byt konstantní vztah mezi vzdáleností (počet cylindrů) radiálního směru a velikostí odchýlení, proto je použita metoda přidělení, popsaná výše. To je důvod proč využití nezačíná ze začátku (4/0/0) cylindru č.4. Výše uvedené zpracování se opakuje, dokud fyzická adresa nedosáhne nejvnitřnější obvod.

Kroky S33 až S36 provádějí podobné zpracování ve vztahu k oblastem B. Začátek oblastí B je cylindr č.2, jak ukazuje obr. 14. proto ukazatel fyzické adresy je v kroku S33 inicializován na tuto adresu.

Následně je v kroku S34 obráceno znaménko odchýlení. K oblastem B je přistupováno od vnitřního obvodu směrem k vnějšímu obvodu, proto je velikost pohybu cylindru záporná. Proto, když se v souladu s tímto obrátí i znaménko odchýlení, získá se optimální odchýlení pro pohyb hlavy z vnitřní strany k vnější.

Krok $35 je krokem skutečného zápisu dat do mapy bloků. Tato část je podobná krokům S32-1 až S32-6. Poznamenejme však, že se od kroků S32-1 až S32-7 liší v těchto směrech:

(1) Data jsou zapisována do mapy bloků pouze, když je celý blok v oblastech B. Jinak je další pokus proveden s novou fyzickou adresou.

(2) B je zapsáno do mapy bloků.

Konečně, v kroku S36 je určeno, zda všechny z bloků, které mají být zpracovány, byly zpracovány. Pokud ne, zpracování se navrací do kroku S31. Pokud byly zpracovány všechny bloky, které mají být zpracovány, je zpracování v tomto kroku zastaveno.

Obr. 16 znázorňuje příklad případu, kdy je celkově přiděleno k oblastem B 5012 bloků. V tom okamžiku začíná číslo bloku oblastí B od 5013 a přidělení bloků se opakuje dokud hlava opět nedosáhne nejvnitřnější obvod.

Protože přidělovači 1 bloků je dána konfigurace, jak bylo výše popsáno, rozvrhovač 2 vybírá z vyrovnávací paměti žádostí o přistup pro rozvrhování pouze žádosti o přístup k oblastem F když se hlava pohybuje ve směru od vnějšího obvodu k vnitřnímu a vybírá z vyrovnávací paměti žádostí o přístup pro rozvrhování pouze žádosti o přístup k oblastem B když je toto ukončeno a hlava se pohybuje od vnitřního k vnějšímu obvodu. Takto, bez ohledu na směr pohybu hlavy, může být doba vyhledávání vždy potlačena na minimální úroveň. V prvním provedení je zpoždění způsobené návratem hlavy, která dosáhla vnitřní obvod, k vnějšímu obvodu. V tomto druhém provedení žádné takové zpoždění neexistuje, takže se výkon disku zlepší.

U prvního provedení bylo zmíněno, že když byl jeden blok větší a byl rozložen přes množinu stop a sektorů, byla účinnost dobrá jestliže bylo dáno jiné odchýlení, které bere v úvahu tyto časy. V předkládaném druhém provedení je možné použití podobné techniky. Když se v tomto druhém provedení hlava pohybuje od vnitřního obvodu směrem k vnějšímu obvodu, pohybuje se tato hlava postupně od vnitřního cylindru k vnějšímu rovněž v přístupech uvnitř bloku, a proto odchýlení pro získání doby potřebné pro pohyb cylindru může být dáno v opačném směru ke směru pohybu od vnějšího k vnitřnímu obvodu.

Poznamenejme, že, jak ukazuje obr. 14, vytvořením cylindrů 50 a cylindrů 51 tak, že se rozprostírají od nejvnitřnějšího k nejvnějšnějšímu obvodu na disku, lze dále zlepšit výkon přístupu k disku.

- 14CZ 290692 B6

Jak bylo výše uvedeno, v souladu se způsobem řízení přístupu k záznamovému disku podle předloženého vynálezu a se zařízením kjeho provádění, konstantní složky záznamového disku, to je součet doby vystavení hlavy a doby vyhledávání, mohou být redukovány a navíc jejich maximální hodnota může být zaručena jako nízká.

Dále v souladu se způsobem řízení přístupu k záznamovému disku podle předloženého vynálezu a se zařízením kjeho provádění, zadáním odchýlení odpovídajícího směru pohybu hlavy pro každou oblast je možné redukovat konstantní složky bez ohledu na směr pohybu této hlavy.

Je nutné si uvědomit, že v průběhu periody, během které hlava přistupuje k disku, nebo po ní, je určeno rozvržení pro další přístupový pohyb hlavy. Když tento další přístup začne, přesune se hlava do počáteční polohy, která je definována určeným rozvržením pro takovýto další přístupový pohyb hlavy. V případě prvního přístupového pohybu hlavy po zapnutí zařízení z obr. 2, se hlava přesune na počáteční pozici definovanou prvním určeným rozvržením po zapnutí.

Průmyslová využitelnost

Zatímco předkládaný vynález byl popsán ve vztahu k výhodným provedením, není vynález těmito provedeními omezen a zahrnuje všechny modifikace zřejmé odborníkům v dané oblasti. Takový způsob řízení přístupu k záznamovému disku a zařízení pro jeho provádění jsou velmi dobře použitelná jako paměť pro multimediální data, po kterých se zvyšuje poptávka.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (13)

1. Zatímco předkládaný vynález byl popsán ve vztahu k výhodným provedením, není vynález těmito provedeními omezen a zahrnuje všechny modifikace zřejmé odborníkům v dané oblasti. Takový způsob řízení přístupu k záznamovému disku a zařízení pro jeho provádění jsou velmi dobře použitelná jako paměť pro multimediální data, po kterých se zvyšuje poptávka.

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řízení přístupu hlavy k záznamovému disku, vyznačující se tím, že se za účelem minimalizování doby vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy, když tato hlava přistupuje k části na záznamovém disku, určí odchýlení, které je definováno jako úhlový rozdíl ve směru obvodu záznamového disku mezi počátečními částmi sousedících bloků na záznamovém disku, určí se poloha datového bloku na záznamovém disku na základě alespoň určeného odchýlení, rozvrhne se pořadí množiny vstupních žádostí o přístup na disk za účelem minimalizování velikosti pohybu hlavy při přístupu této hlavy k části na záznamovém disku a na základě výsledku rozvržení hlava přistupuje k záznamovému disku.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m , že poloha datového bloku na záznamovém disku se určí na základě určeného odchýlení a na základě mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se pro množinu datových bloků určí kombinační data vzhledem ke každé kombinaci odchýlení a mezery a tato kombinační data se selektivně použijí v souladu s polohou každého datového bloku na záznamovém disku.
4. 4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že velikost datového bloku se mění tak, že mezera je konstantní pro celou oblast od vnější strany k vnitřní straně záznamového disku.
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m , že odchýlení se určí v souladu se změnou mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku, na základě rozdílu poloměru záznamové stopy.

   - 15 CZ 290692 B6
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pořadí množiny žádostí o přístup k disku se mění tak, že žádosti jsou uspořádány v pořadí počínaje od té, která je nejblíže hlavě, když se hlava pohybuje od současné polohy směrem k vnitřnímu nebo vnějšímu obvodu záznamového disku a poloha datového bloku na záznamovém disku se určí na základě odchýlení a mezery, takže rozdíl mezi zpožděním Td(L) a dobou Ts(L) vystavení hlavy blízko průměrné vzdálenosti La vystavení je malý ve srovnání s cyklem otáčení, kde

   Td(L) = (L.Bc. 0s + 0g+2mn)/w, a

   La = Lt/(N-l), kde

   L je vzdálenost vystavení v jednotkách počtu cylindrů;

   Bc je počet datových bloků existujících v jednom cylindru;

   0s je odchýlení v radiánech;

   0g je mezera v radiánech;

   ω je rychlost otáčení (radián/sec) disku;

   Lt je maximální hodnota vzdálenosti mezi přístupovými pozicemi dvou konců, když se uspořádávají žádosti o přístup v pořadí v jednotkách počtu cylindrů;

   N je počet přístupů, které mají být současně zpracovány;

   a m je vybráno tak, aby bylo nejmenší uvnitř oblasti, kde Td(L) překračuje dobu Ts(L) vystavení hlavy při vzdálenosti L vystavení hlavy.
7. 7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pořadí množiny žádostí o přístup k disku se mění tak, že žádosti jsou uspořádány v pořadí, v jakém se objevují, když se hlava pohybuje od současné pozice směrem k jednomu z vnitřního a vnějšího obvodu záznamového disku a poloha datového bloku na záznamovém disku se určí na základě odchýlení a mezery tak, že zpoždění Td(L) je vždy větší než doba Ts(L) vystavení hlavy a rozdíl mezi zpožděním Td(L) a dobou Ts(L) vystavení hlavy je malý ve srovnání s cyklem otáčení, kde

   Td(L) = (L.Bc. 0s + 0g) /ω, kde

   L je vzdálenost vystavení hlavy v jednotkách počtu cylindrů;

   Bc je počet bloků existujících v jednom cylindru;

   0s je odchýlení v radiánech;

   0g je mezera v radiánech; a ω je rychlost otáčení (radián/sec) disku.
8. 8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že záznamový disk se rozdělí na první oblasti, použité při pohybu hlavy od vnitřního k vnějšímu obvodu a druhé oblasti, použité při pohybu hlavy od vnějšího k vnitřnímu obvodu, poloha datového bloku na záznamovém disku se určí na základě optimálního odchýlení a mezery v příslušných oblastech na základě směru pohybu hlavy a odděleně se přistupuje pouze k prvním a druhým oblastem v souladu se směrem pohybu hlavy.

   - 16CZ 290692 B6
9. 9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že záznamový disk se pomocí prvních oblastí a druhých oblastí rozdělí na množinu alespoň dvou částí v radiálním směru a jak první, tak druhé oblasti se přidělí tak, aby byly rozptýleny od nejvnitřnějšího obvodu k obvodu nejvíce vně na disku.
10. 10. Způsob pro řízení přístupu hlavy kdisku, vyznačující se t í m , že se určí poloha datového bloku na disku za účelem minimalizace doby vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy pokaždé, když hlava přistupuje k disku, rozvrhne se pořadí množin} žádostí o přístup k disku za účelem minimalizace velikosti pohybu hlavy, když hlava přistupuje k disku a hlava přistupuje k disku na základě výsledku rozvržení.
11. 11. Způsob podle nároku 10, vyznačující se t í m , že se určí odchýlení tak, že se doba vyhledávání při průměrné vzdálenosti pohybu hlavy minimalizuje v čase přístupu hlav} k disku, kde toto odchýlení je definováno jako úhlový rozdíl v obvodovém směru mezi počátečními částmi sousedících bloků na disku a poloha datového bloku na disku se určí na základě určeného odchýlení.
12. 12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že poloha datového bloku na disku se určí na základě odchýlení a mezery, která je definována jako úhlový rozdíl mezi počátečním a koncovým sektorem téhož datového bloku na záznamovém disku.
13. 13. Zařízení pro řízení přístupu hlavy k záznamovému disku podle nároků 1 až 9 nebo k disku podle nároků 10 až 12, vyznačující se t í m , že disk (5) je opatřen ovladačem (6) SCSI mechaniky, který je spojen se vstupem tabulky (7) fyzických adres, jejíž výstup je spojen s přidělovačem (1) bloků pro uložení uspořádání dat na disku (5) na základě daného parametru (10) formátu, tento přidělovač (1) bloků je dále spojen přes mapu (3) bloků sjedním vstupem rozvrhovače (2), jehož výstup je spojen se vstupem ovladače (6) SCSI mechaniky, kde druhý vstup rozvrhovače (2) je spojen s výstupem vyrovnávací paměti (4) žádostí o přístup pro uložení žádostí (40) o přístup a třetí vstup rozvrhovače (2) je vstupem parametru (20) rozvržení, přičemž ovladač (6) SCSI mechaniky je dále propojen s datovou vyrovnávací pamětí (8) pro uložení obrazových dat (80).