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Beschreibung
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Einrichtung zur Verwaltung des Speicherraumes von Magnetplatten Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verwaltung des Speicherraumes von Magnetplatten
der eingangs genannten Art.
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Einrichtungen zur Steuerung von Magnetplatten verfügen über sehr kleine,
nur wenige Byte( 512) umfassende Pufferspeicher. Daneben vermögen deren Steuerwerke
nur die Navigation des Schreib-/Lesekopfes auf eine von einem nachgeordneten Rechner
vorgegebene Position einzustellen.
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Die geringe Größe des Pufferspeichers bedingt ein sich nachteilig
auswirkendes Überspringen von Sektoren innerhalb einer Plattenspur. Das Fehlen einer
dem Plattenmedium
angepaßten Intelligenz zur Verwaltung des Speicher#aums
läßt sowohl keine Optimierung der Suchkopfbewegungen als auch keine benutzerfreundliche,
effektive Ausführung von Suchaufträgen zù.
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Das Prinzip der assoziativen Speicherung ist seit langem bekannt.
Assoziativspeicher haben jedoch bis heute keine weite Nutzung erfahren, da sie entweder
wegen ihres hohen Bedarfs an Steckverbindungen zur Weitergabe von Treffersignalen
nicht für die Großintegration geeignet waren oder bei einer bausteininternen Trefferauswertungslogik
ihre Eigenschaft der modularen Kaskadierbarkeit verlieren.
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Der Assoziativspeicher, der dieser Erfindung zugrunde liegt, ist durch
die US-Patentschriften 4,142,564#, 4,145,737,# 4,149,262 und 4,257,110 bekannt und
modular erweiterbar. Dieser bekannte Assoziativspeicher ist ein byteparallel arbeitender
Assoziativspeicher, der das zeitgleiche Durchsuchen von jeweils einem Byte aus mehreren,
(z.B. t 32) Sätzen erlaubt. Dieser Speicher ist jedoch nicht als Grundeinheit für
einen Massenãpeicher, wie er bei Datenbanken erforderlich wäre, geeignet, da die
Herstellungskosten für einen derartigen Massenspeicher in keinem vergleichbaren
Verhältnis zu anderen Massenspeichermedien stehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionen des byteparallel
arbeitenden Assoziativspeichers mit den Funktionen einer byteorientierten Magnetplatte
derart anzupassen und zu vereinigen, daß eine intelligente Einrichtung zur Verwaltung
des Magnetplattenspeicherraumes entsteht.
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Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
In vorteilhafter Weise können nun eine oder mehrere Plattenspeicherspurinhalte in
den Assoziativspeicher kopiert und dort mit Hifle der Assoziativspeicheroperationen
wie Parallelsuchen, Parallelschreiben, paralleles Zwischenspeichern von Suchresultaten
und logisches Verknüpfen von vorangegangenen mit gegenwärtigen Suchresultaten, bearbeitet
werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist es nunmehr möglich,
Plattenspuren mit bestimmten Eigenschaften, wie Dateizugehörigkeit, Treffermarkenexistenz,
Belegungszustand oder Defektanzeige in kürzesten Suchzeiten zu finden. Werden alle
Informationen zum Erzeugen, Öffnen und Schließen von Dateien in einer Dateinummer-Referenzliste
auf einer gesonderten Spur der Magnetplatte eingeschrieben, so ist es möglich, den
Ort von Dateien auf der Platte mit einem einzigen Suchschritt zu bestimmen. Die
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 gestattet es, innerhalb der Datenmenge
einer Spur nach Daten zu suchen, die durch einen komplexen Suchauftrag, der aus
logischen Verknüpfungen (UND, ODER, NEGATION) von Einzelsuchanfragen besteht, ermittelt
werden sollen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Figur ist mit 1 die Magnetplatte mit
Plattenlaufwerk, mit 2 das Plattensteuerwerk, mit 3 ein Steuerprozessor, beispielsweise
ein Mikroprozessor, mit 4 diesem zugeordnete
Lese- und Schreib-/Lesespeicher,
mit 5 eine Speichereinheit mit Direktzugriff und mit 6 eine Ein-/Ausgabeeinheit
bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung ist diesen Einheiten ein byteparallel arbeitender
Assoziativspeicher 7 zugeordnet. Sämtliche Einheiten stehen über einen Systembus
8 untereinander in Verbindung. Der Assoziativspeicher 7 und der Steuerprozessor
3 sind mit dem Plattensteuerwerk 2 so aufeinander abgestimmt, daß sie eine neuartige
Einrichtung zur Verwaltung des Plattenspeicherraumes bilden. Damit der Steuerprozessor
den Speicherraum mit Hilfe der Assoziativspei cheroperation optimal verwalten kann,
werden die Datenblockgrößen vorteilhafterweise derart gewählt, daß die Datenblöcke
sich einerseits in hinreichend kurzer Zeit von der Platte in den Assoziativspeicher
transferieren lassen und anderersefts genügend groß sind, um die parallelen Assoziativspeicheroperationen
wirkungsvoll zur Ausführung kommen zu lassen.
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Damit Suchvorgänge mit größter Effektivität ausgeführt werden können,
ist es vorteilhaft, in einem Datenblock eine Zustandstabelle aller Plattenspuren
anzulegen, die sich mit Hilfe des Assoziativspeichers parallel durchsuchen und aktualisieren
läßt. Sobald diese Zustandstabelle im Assoziativspeicher zwischengespeichert ist,
lassen sich mit einer Anfrage alle Aufenthalts orte von gesuchten Dateien oder von
noch belegbaren Speichereinheiten ermitteln. Bei einer Veränderung von Dateinamen
oder bei der Neubelegung bzw. Freigabe von Plattenspuren können die betreffenden
Spuren durch eine Mehrfachtrefferauswertung bestimmt und durch eine Parallelschreiboperation
mit dem jeweils neuen Zustand markiert werden.
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Neben den Zuständen der Plattenspuren lassen sich auch alle Informationen
zum Erzeugen, Öffnen und Schließen von Dateien in einer Dateinamenreferenz-Liste
verwalten. Genau wie die Spurzustandstabelle kann diese Liste in den Assoziativspeicher
kopiert werden. Mit der Parallelsuch- und Schreibfähigkeit des Assoziativspeichers
können dann sowohl die Dateinamen entschlüsselt und modifiziert werden als auch
die Struktur information (die in einem Data-Dictionary abgelegt sind) über die jeweilige
Datei lokalisiert werden.
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Die parallele Arbeitsweise des Assoziativspeichers ist jedoch nicht
nur zur Verwaltung von Strukturdaten (Dateinamen, Spurzustand) von Vorteil, sondern
auch zum Auffinden von Benutzerdaten durch Vorgabe eines oder mehrerer Namenattribute
aus dem Inhalt einer Benutzerdatei. Zu diesem Zweck werden alle zu einer bestimmten
Ralation (bzw. Datei) gehörenden Plattenspuren durch eine Parallelsuche ermittelt
und blockweise in den Assoziativspeicher kopiert.
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Liegt eine Suchanfrage vor, die sich nur auf ein Suchattribut gründet,
so werden alle Sätze der Datei, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Suchattribut
existiert, durch eine Parallelschreiboperation markiert und alle Spuren, in denen
die Suche erfolgreich war, in einer globalen Spurennummerliste, also einer Liste,
die alle Informationen, die zur Auswahl einer Spur auf der Magnetplatte notwendig
sind, vermerkt. Nach Abschluß der Suche stehen die Suchergebnisse sowohl in einem
Markierungsbyte innerhalb der jeweilig gefundenen Sätze als auch ill der globalen
Spurennummerliste. Von dort können dann die als gefunden markierten Daten für eine
Ausgabe bereitgestellt werden.
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Bei einer komplexen Suchanfrage können die Suchattribute mit den Logikfunktionen
UND, ODER, NEGATION miteinander verknüpft werden, um Vereinigungs-, Schnitt- oder
Komplementär-Mengen von Suchantworten bilden zu können. Diese Operationen können
in dem jeweilig kopierten Datenblock innerhalb des Assoziativspeichers ausgeführt
werden.
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Hierfür wird das jeweilige, aufgrund eines Suchattributs gefundene
Suchergebnis in Form eines Trefferbits im Assoziativspeicher zwischengespeichert,
um dann mit den Trefferbits aus nachfolgenden Suchvorgängen gemäß der vorgegebenen
Logikfunktionen speicherintern verknüpft zu werden.
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Das auf diese Weise entstehende Verknüpfungsergebnis wird dann zur
Markierung des komplexen Suchergebnisses verwendet. Alle so markierten Datenblöcke
können auf der Platte zurückkopiert werden und stehen somit in leicht auffindbarer
Form für die Datenausgabe bereit.
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Zur Vermeidung von sequentiellen byteweisen Suchvorgängen innerhalb
eines Satzes ist es zweckmäßig, bei der Erzeugung einer Datei eine Satz-Struktur-Tabelle
anzulegen, in der für jedes Attribut innerhalb eines Records eine relative Adresse
existiert, die zur Bezeichnung des ersten Attribut-Bytes innerhalb eines Satzes
dient. Durch die Maßnahme wird gesichert, daß jeder Suchschritt an dem richtigen
Ort beginnt, was die Suchzeit erheblich vermindert; Wie bereits vorher angegeben,
stellt die parallele Markierung von gefundeneg Datensätzen eine wichtige Voraussetzung
zur Ausgabe und Weiterverarbeitung von Suchergebnissen dar. Sowohl bei der Ausgabe
von Suchergebnissen als auch bei einer sukzessiven Suche mit mehreren Attributen
ist das Zwischenspeichern der Suchergebnisse innerhalb
eines Datensatzes
und der Spurtabelle auf der Magnetplatte erforderlich; denn nur auf diese Weise
können nachfolgende Ausgabe oder Suchschritte von einer deutlich gekennzeichneten
bzw. ausgewählten und damit gegenüber der Gesamtdatei verminderten Satzmenge ausgehen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Ausprägung
der assoziativspeichergesteuerten Magnetplattenverwaltung als autonome Datenbankmaschine,
die als in sich geschlossenes Back-End-Gerät an jeden Host-Rechner angeschlossen
werden kann. Da die Verwaltung der Daten unabhängig von der Hardware und dem Betriebssystem
des Host-Rechners abwickelbar ist, wird der Host-Rechner hinsichtlich der Rechenarbeit
und des Speicherplatzbedarfs weitestgehend entlastet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung
besteht in der inhaltsbezogenen, zeitparallel wirkenden Suchanfrage ohne Suchschlüssel
bezüglich der Informationen in großen Datenbeständen. Damit wird der Aufbau von
einfachen Dateistrukturen möglich, auf die zugleich komplexe Suchanfragen mit mehreren
Suchargumenten möglich sind. Aufgrund dieser Eigenschaften ist das Verändern von
Datensätzen und Datentypen ohne Reorganisation der Datei möglich. Daneben wird der
Aufbau von relationalen Datenbanken, bei denen bekanntlich die Daten untereinander
in einer Beziehung stehen, die in Form von Tabellen definiert ist, unterstützt.
Hierbei ist ein über mehrere Relationen übergreifender Zugriff möglich.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Datensicherheit
der gespeicherten Daten, da die Kommunikation
mit dem Host-Rechner
nur mit Hilfe von wenigen, genau definierten Kommandos erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Portabilität von
Datenbeständen, da die Datenbestände nicht von der Informationsstruktur des Host-Rechners
abhängen.
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Vorteilhafte Anwendungen der Erfindung bestehen beim Einsatz der assoziativspeichergesteuerten
Magnetplattenverwaltung als Speichersystem für Textverarbeitungsanlagen und Mustererkennungsgeräte,
als Datenbankstation in einer verteilten Datenbank oder als File-Server in lokalen
Rechnernetzwerken.