DE29512593U1

DE29512593U1 - Hybriddatenspeicher

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Publication number: DE29512593U1
Application number: DE29512593U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2005-08-05
Also published as: DE19532147A1

Description

- 1 PF-2.0-DE Ing. Peter Heinz Franck

Hybr iddatenspe icher Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybriddatenspeicher, der durch die Kombination eines nichtflüchtigen Halbleiterspeichers und eines rotierenden, magnetischen oder optischen Plattenspeichers und dessen Steuerungselektronik ensteht und aufgrund dieser Kombination einen Massenspeicher bildet, der die Eigenschaft des hohen Speichervolumen und die Eigenschaft der nichtflüchtigen Speicherung von Daten des Plattenspeichers sowie die Eigenschaft der kurzen Zugriffszeit von Halbleiterspeichern kombiniert, und somit ein betriebssicheres, schnelles und kostengünstiges Speichersystem bildet.

Zur Speicherung von Informationen in elektronischen Datenverarbeitungssystemen werden primär Plattenspeicher eingesetzt, da diese Eigenschaften wie niedrige Herstellungskosten, Haltbarkeit, hohes Speichervolumen sowie die Eigenschaft der dauerhaften, nichtflüchtigen Speicherung vereinen. Plattenspeicher haben jedoch den Nachteil, daß beim Zugriff Wartezeiten im Bereich einiger Millisekunden entstehen, die sich aus der Positionierungswartezeit der Schreib- und Lesemechanik und der Rotationswartezeit ergibt.

Halbleiterspeicher ermöglichen Zugriffszeiten im Bereich von Nanosekunden, sind jedoch zum gegenwärtigen Stand der Technik nicht mit ausreichend hohem Speichervolumen und zu entsprechend niedrigen Herstellungskosten verfügbar, um Plattenspeicher zu ersetzen und werden deshalb nur in

Sonderfällen in Form einer Solid-State-Disk eingesetzt.

Verfahren, wie die temporäre Abbildung von Daten in einem flüchtigen Halbleiterspeicher (Cache-Memory), verbessern zwar das Zugriffsverhalten von Plattenspeichern, erzeugen aber bei Anwendung eines Write-Cache das Problem, daß bei einem durch eine Störung verursachtem unvorhersagbarem Ausfall der Versorgungsspannung Daten des Write-Cache Speichers unwiederbringlich verloren gehen und Datenstrukturen des Plattenspeichers inkonsistent und somit unbrauchbar werden. Um einen konsisten Zustand des Datenbestandes des Plattenspeichers herzustellen muß in bestimmten Zeitintervallen der gesamte Inhalt eines Write-Cache Speichers auf den Plattenspeicher übertragen werden.

Ausgehend von den bekannten Eigenschaften von Halbleiterspeichern und Plattenspeichern, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden und einen Hybriddatenspeicher zur Verfügung zu stellen, der die vorteilhaften Eigenschaften von Plattenspeichern und Halbleiterspeichern vereint und dadurch ein Speichersystem ausbildet, das kostengünstig zu fertigen ist und unter Erhaltung der Zugriffseigenschaften von Halbleiterspeichern das Speichervolumen sowie die Eigenschaft der dauerhafte Speicherung von Plattenspeichern bereitstellt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination eines Plattenspeichers und eines nichtflüchtigen Halbleiterspeichers hat den Vorteil, daß der daraus resultierende Hybriddatenspeicher Eigenschaften aufweist, die mit Plattenspeichern oder nichtflüchtigen

Halbleiterspeichern alleine nicht realisierbar sind.

Bei der Dimensionierung der Größe des nichtfluchtigen Halbleiterspeicher sowie der Bewertung der sich daraus ergebenden Gesamteigenschaften des Hybriddatenspeichers müssen verschiedene variable Faktoren F(x) berücksichtigt werden.

Als Faktor F(I) ist das Verhältnis der Fertigungskosten verschiedener Speichermedien mit der Bezugsgröße von einem Megabyte Speichervolumen zu berücksichtigen, daß zum gegenwärtigen Stand der Technik zwischen Plattenspeichern und nichtflüchtigen Halbleiterspeichern in der Größenordnung von 1:100 liegt.

Als Faktor F(2) ist das Verhältnis zwischen dem Gesamtspeichervolumen eines Plattenspeichers und dem, während des Betriebs zwischen Plattenspeicher und Computersystem bewegten Datenvolumen zu berücksichtigen.

Als Faktor F(3) ist das Verhältnis zwischen dem vom Speichermedium gelesenen und zum Speichermedium geschrieben Datenvolumen zu berücksichtigen.

Als Faktor F(4) ist zu berücksichtigen, das sich Daten prinzipiell in Anwendungsdaten und Steuerdaten unterteilen und deren Mengenverhältnis sowie deren logische und physikalische Organisation auf einem Plattenspeicher wesentlich von der Art und Konstruktion des den Plattenspeicher nutzenden Computersystems, dessen Steuerprogramm (Betriebssystem) sowie den verschiedenen Anwendungsprogrammen abhängig ist.

Die Dimensionierung des Speichervolumens des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers und den daraus resultierenden

Leistungsdaten des Hybridspeichers kann nicht nach einem mathematischen Modell erstellt werden, da die Faktoren F(2), F(3) und F(4) extremen Schwankungen unterliegen. Vielmehr kann bei der Dimensionierung auf Erfahrungswerte, Analysen bestehender Systeme mit Plattenspeichern, Analysen bei Systemen mit Schattenspeichern zurückgegriffen werden. Daraus läßt sich Abschätzen, daß bei Einsatz eines Hybridspeicher mit einem Verhältnis zwischen Halbleiterspeichervolumen und Plattenspeichervolumen in der Größenordnung von 1:1000 bereits bis zu 90% aller Positioniervorgänge der Schreib/Lese Mechanik des Plattenspeichers vermeiden lassen.

Die Herstellungskosten eines Hybridspeichers bei einer Dimensionierung von 1:1000 liegen zum gegenwärtigen Stand der Technik um zirka 10% höher als die Kosten für herkömliche Plattenspeicher, wodurch aber erreicht wird, daß bis zu 90% aller Positioniervorgänge der Schreib/Lese Mechanik vermieden und zusätzlich die Betriebssicherheit erhöht wird, da ein Datenverlust bei einen Spannungsausfall sicher vermieden wird.

Ein weiterer, für die Betriebssicherheit wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein möglicher Fehlerfall während des Schreibens eines Datenblockes auf den Plattenspeicher, zum Beispiel durch Stromausfall oder Beschädigung der Plattenoberfläche nicht zu einem totalen Systemfehler führen muß, sondern die, sich noch im Halbleiterspeicher befindlichen Daten, zu einem späteren Zeitpunkt an eine andere, fehlerfreie Position des Plattenspeichers geschrieben werden können.

Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Sie ohne Modifikationen an bestehenden Computersystemen oder Programmen an allen Computersystemen anwendbar ist.

Die Realisierung des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers erfolgt je nach Stand der Halbleitertechnik durch einen geeigneten Schreib-/Lese Halbleiterspeicher der entweder ohne zusätzliche Spannungsversorgung oder durch Zusatz eines Akkumulators, Kondensators oder einer Batterie Informationen dauerhaft speichert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß durch eine Steueranweisung an den Hybriddatenspeicher gezielt die im Halbleiterspeicher vorhandenen Daten auf den Plattenspeicher übertragen werden und der Halbleiterspeicher deaktiviert wird, um im Falle von Service- oder Reparaturarbeiten, oder kontrollierten Systembeendigungen einen Datenverlust der Daten im Halbleiterspeicher sicher zu vermeiden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das den Hybridspeicher steuernde Kontrollprogramm dahingehend konzipiert ist, entsprechen der jeweiligen Position der Schreib/Lesemechanik neu geschriebene Daten vom Halbleiterspeicher auf den Plattenspeicher auszulagern, um somit die Positionierungsvorgänge zu minimieren und die Verfügbarkeit von freiem Halbleiterspeicher zu maximieren.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß Bereiche im Halbleiterspeicher erst freigegeben werden, wenn sichergestellt ist, daß die Daten zuverlässig und dauerhaft auf dem Plattenspeicher geschreiben sind.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der nichtflüchtige Halbleiterspeicher zusätzlich auf der Platine der Steuerelektronik integriert wird, oder die Verbindung zwischen Halbleiterspeichermodul und Plattensteuerelektronik durch eine Steck- oder Kabelverbindung realisiert ist.

Eine zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß

der Funktionszustand einer eventuell vorhandenen Spannungsquelle zur Pufferung des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers geprüft und im Fehlerfall ein Warnsignal oder eine Statusmeldung erzeugt und der Halbleiterspeicher deaktivieret wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des beigefügten Blockschaltbildes weiter erläutert. Dabei zeigt:

Fig.l Blockschaltbild eines HybridSpeichers

Wie Fig.l zu entnehmen, besteht die Konstruktion des Hybriddatenspeichers aus dem grundsätzlichen Aufbauf durch die Plattensteuerelektronik PSE die Platten Schreib/Lese Elektronik PSLE und den Plattenspeicher PS. Die Plattensteuerelektronik PSE wird im wesentlichen durch einen Mikro-Controller und dem entsprechenden Mikro-Controller Steuerprogramm gebildet. Die Verbindung zwischen dem Hybriddatenspeicher und dem, den Hybriddatenspeicher anwendenden Computersystems, erfolgt über den Systembus SB. Der Systembus SB kann entsprechen dem Stand der Technik als ISA, EISA, VLB, PCI, SCSI, Nu-Bus, MicroChannel oder entsprechend sonstiger Busspezifiaktionen der Computerhersteller ausgeführt sein.

Die Daten- und Control-Busverbindung zwischen Steuerelektronik und Schreib/Leseelektronik des Plattenspeicher erfolgt über die Buse DCB (Disk Control Bus) und DDB (Disk Data Bus).

An die Steuerungselektronik ist über die Bussysteme HCB (Hybrid-RAM Control Bus) und HDB (Hybrid-RAM Data Bus) der als nichtflüchtiger Halbleiterspeicher ausgeführte Bufferspeicher HRAM angeschlossen.

An die HRAM Spannungsversorgungselektronik HSV ist ein Akkumulator HA oder eine Batterie HB angeschlossen, wodurch die Versorgungsspannung für die dauerhafte Erhaltung der Daten in HRAM über die Versorgungsleitung HVL an HRAM sichergestellt wird. Die HRAM Spannungsversorgungselektronik kann im Fehlerfall zusätzlich über die Leitung HSW (HRAM-Spannungs Warnung) ein Warnsignal an die Plattensteuerungselektronik weiterleiten, um entsprechende Fehlerbehandlungsmaßnahmen durchzuführen.

Die den Mikrocontroller steuernden Programme müssen zur Unterstützung von HRAM um Programmeelemente erweitert werden, die die über den Systembus ankommenden Daten entsprechend an HRAM oder direkt an PS weiterleiten und durch Wahl entsprechender Algorithmen ein optimiertes Leistungsverhalten ermöglichen.

Claims

- 8 PF-2.0-DE Ing. Peter Heinz Franck Hybriddatenspeicher Schutzansprüche

1. Hybriddatenspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kombination eines magnetischen oder optischen rotierenden Plattenspeichers und einem nichtflüchtigem lese- und schreibbarem Halbleiterspeicher die Eigenschaften eines großen Speichervolumens, kurzen Zugriffszeiten, kostengünstiger Herstellung sowie hohe Betriebssicherheit und Datenintegrität ausgebildet werden.

2. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtflüchtige Halbleiterspeicher HRAM in der Steuerelektronik eines Plattenspeichers integriert oder über eine Steck- oder Kabelverbindung verbündet ist.

3. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dateninhalt des nichtflüchtigen Halbleiterspeichers HRAM durch einen Steuerbefehl auf den Plattenspeicher übertragen wird.

4. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtflüchtige Halbleiterspeicher HRAM aktiviert/deaktiviert werden kann.

5. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtflüchtige Halbleiterspeicher HRAM mit unterschiedlichen Speichervolumen implementiert ist.

6. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines funktionellen Fehlers bei der Funktion des nichtflüchtige Halbleiterspeicher HRAM oder der Pufferspannungsversorgung HSV ein Warnsignal erzeugt wird.

7. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemschnittstelle SB entsprechend der verschiedenen Standards wie ISA, EISA, VLB, PCI, Nu-Bus, MicroChannel, SCSI oder sonstiger Computersystem spezifischer Schnittstellen ausgeführt ist.

8. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plattensteuerelektronik eine Vorrichtung enthält, die es ermöglicht einen herkömmlichen Plattenspeicher nachträglich durch hinzufügen des HRAM Halbleiterspeichers als Hybridspeicher auszubilden.

9. Hybriddatenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestehende Plattensteuerelektronik eines herkömmlichen Plattenspeichers ersetzt oder durch einen HRAM Halbleiterspeicher ergänzt wird, und dadurch einen Hybridspeicher ausbildet.