JP2007034536A - データ記憶装置及び方法、並びに記録再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスクのシーク時間、回転待ち時間など、データが転送され記録媒体にそのデータが書き込み可能になるまでの間も効率的に活用することでデータの転送速度を更に向上したデータ記憶装置及び方法、並びに記録再生システムを提供する。
【解決手段】 ハイブリッド記憶装置は、ディスク及び不揮発性固体メモリの２つの記憶領域を有し、いずれもディスクキャッシュ領域ＣＡ、システム領域ＳＡ、ユーザ領域ＵＡを有する。ホスト装置からデータが転送された場合、先頭スーパークラスタを高速アクセスが可能な不揮発性固体メモリのキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込み、その間、ヘッドを所定位置に移動させ、移動が終了した時点から続くデータはディスクのキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ホスト装置からの制御によりＡＶデータなどの各種のデータをファイルとして管理して記憶するデータ記憶装置及び方法、並びにホスト装置及びデータ記憶装置からなる記録再生システムに関し、特に、例えば記録媒体のアクセス位置によってデータ転送レートが異なるディスクなどの記録媒体を有するデータ記憶装置及び方法、並びに記録再生システムに関する。

ＦＡＴファイルシステムは、ＰＣ（Personal Computer）などのホスト装置における、例えばハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）、又は不揮発性固体メモリを記録媒体としたメディア（ソニー製：メモリースティック（登録商標）、東芝製；スマートメディア（登録商標）、サンディスク製：コンパクトフラッシュ（登録商標）、マルチメディアカード等）などの外部記憶装置で用いられるファイルシステムである。

ＦＡＴファイルシステムは、個々のファイルが記録媒体上どこに配置されているかを示すのに用いられるＦＡＴ（File Allocation Table）と、ファイルの属性およびファイルがデレクトリィ上どこに存在しているかを示すデレクトリィ項目の２つのデータを使用する。

通常、記録媒体上にＦＡＴとルートデレクトリィ用のエリアが専用に設けてあり、ＰＣはファイルアクセスに必要なそれらの情報をＨＤＤなどの記録再生装置からＰＣインターフェースを介して（ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface），ＩＤＥ（Integrated Drive Electronics），ＩＥＥＥ１３９４，ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等）受信し、それらを基に記録再生制御を行う。

例えば、ＨＤＤにファイルを書き込む時には、空きクラスタにそのデータを書き込み、書き込みが終了したら、次にどのクラスタが使われるかを示す情報をＦＡＴ項目に書き込む。ファイルを消去する場合には、書き込まれているデータはそのままにして、使用されているクラスタに対応するＦＡＴ項目を空きクラスタとする。また読み出し時にはディレクトリ項目からファイルの開始クラスタアドレスを探し出して、それに対応するＦＡＴ項目を読み出してどのクラスタに読み出すファイルのデータがあるかを知り、メディアから読み出しを行う。

このようなホスト装置とＨＤＤとの間のデータ転送の際に、ディスクキャッシュ装置を使用し、ハードディスクへの書き込み情報、ハードディスクからの読み出し情報を一時的にキャッシュしておくことで、ハードディスクアクセスの見かけ上の速度を上げることができる。また、例えば下記特許文献１に記載の技術のように、ＦｌａｓｈＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable and programmable Read Only Memory）などの不揮発性メモリ（nonvolatile semiconductor memory）をキャッシュに利用すると、電源がＯＦＦされる前に必ずしもキャッシュの内容をハードディスクに書き戻す必要がなくなり便利である。

特開平１１−４５２１０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術のように不揮発性固体メモリだけで記憶装置を構成するのはコストが高くなってしまうという問題点がある。

ところで、このようなＦＡＴファイルシステムを使用した記録再生装置においては、ＨＤＤを新たに起動した時、又は省電力モードから通常モードへ移行させた時などにおいては、データ転送ができるようになるまでには数秒程度の時間がかかり、また、ＨＤＤにはシーク動作に必要な時間が１０ｍｓ単位でかかるため、直ちに書き込みや読出しを実行することはできないなどの問題点がある。更に転送速度のさらなる向上もアプリケーション側から要求されている。

このような問題を回避するためには、ＨＤＤの回転数を上げたり、線記録密度を上げたり、または複数のヘッドで同時に読み書きをするという方法などが考えられるが、コンスーマ機器用として使用されるような能力が高くないＨＤＤにて、これらの方法を実現させることは困難である。

また、ＨＤＤや不揮発性固体メモリに書き込んだデータを管理するための管理情報や、重要なデータに対して、簡易にバックアップするための技術が望まれている。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ディスクのシーク時間、回転待ち時間など、データが転送され記録媒体にそのデータが書き込み可能になるまでの間も効率的に活用することでホスト装置からのデータの転送速度を更に向上したデータ記憶装置及び方法、並びに記録再生システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係るデータ記憶装置は、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域を有する記録媒体と、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第２の領域を有する不揮発性固体メモリと、ホスト装置から転送されたデータを記録媒体及び不揮発性固体メモリが有する記録領域に書き込むよう制御する制御手段とを有し、記録領域は、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域及び第２の領域からなる第１の書き込み領域と、記録媒体において該第１の領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域と、記録媒体の一部の領域と不揮発性固体メモリの一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域とを有し、制御手段は、ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、第１の書き込み領域、第２の書き込み領域又は第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込むように制御する。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係るデータ記録方法は、ホスト装置からデータが転送され、ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、データを記録媒体の記録領域のうち予め決められた第１の領域及び不揮発性固体メモリの記録領域のうち予め決められた第２の領域からなる第１の書き込み領域、記録媒体の記録領域のうち第１の記録領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域又は記録媒体の記録領域のうち予め決められた一部の領域及び不揮発性固体メモリの記録領域のうち予め決められた一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込む。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る記録再生システムは、ホスト装置と、該ホスト装置の制御に応じて記録媒体にアクセスしてデータの書き込み及び／又はデータの読出しをするデータ記憶装置とを有する記録再生システムにおいて、データ記憶装置は、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域を有する記録媒体と、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第２の領域を有する不揮発性固体メモリと、ホスト装置から転送されたデータを記録媒体及び不揮発性固体メモリが有する記録領域に書き込むよう制御する制御手段とを有し、記録領域は、ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域及び第２の領域からなる第１の書き込み領域と、記録媒体において該第１の領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域と、記録媒体の一部の領域と不揮発性固体メモリの一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域とを有し、制御手段は、ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、第１の書き込み領域、第２の書き込み領域又は第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込むように制御する。

本発明に係る記録再生装置及び方法によれば、記録媒体の一部の領域と、不揮発性固体メモリの一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されているので、記録媒体や不揮発性固体メモリに書き込んだデータを管理するための管理情報や、重要なデータに対して、強固な保護を施すことができる。

また、本発明に係る記録再生装置及び方法によれば、記録媒体及び不揮発性固体メモリを備えたハイブリッド記憶装置とし、記録媒体及び不揮発性固体メモリには、ホスト装置より転送されたデータが一時的に書き込まれるそれぞれ第１の領域及び第２の領域からなる第１の書き込み領域を設ける。そして、ホスト装置から転送されたデータを第１の書き込み領域に一時的に書き込み、所定のタイミングで上記記録媒体の第１の領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域に移動させて上記第１の書き込み領域を開放するように制御することにより、高速アクセスが可能な不揮発性固体メモリと、書き込み速度が速い記録媒体とを組み合わせて使用することができ、データの書き込み速度、読み出し速度を高速化することができる。例えば、記録媒体としてディスクを備える場合、書き込みの際には、転送されたデータの先頭部分を不揮発性固体メモリに書き込めば、ディスクのシーク時間や回転待ち時間などを効率的に利用することができる。

また、ホスト装置にバッファを設けるなどの負担をかけることなく、データ書き込み速度を高速化することで、データの読出しより書き込み比率が著しく高い例えばデジカメなどの民生用機器に好適な記録再生システムを提供することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、データの記録位置に応じて転送速度が異なるような例えばハードディスクなどの回転記録媒体（以下、ディスクという。）と、不揮発性固体メモリとを有する記憶装置（以下、ハイブリッド記憶装置という。）と、これに接続されたホスト装置とからなる記録再生システムに適用したものである。

本実施の形態のハイブリッド記憶装置は、ディスクと半導体固体メモリの２つの記憶領域（記録領域）を有し、状況に応じて並列又は同時にデータを書き込んだり、読み出したりすることで、データの転送速度の向上を図ったものである。また、ディスクは、データ転送速度が速いディスクの外周側の領域が、データを一時的に書き込み可能な第１の領域としてのキャッシュとして割り当てられ、第３の領域としての内周側の領域がシステム領域及びユーザ領域に割り当てられている。また、不揮発性固体メモリは、転送データを一時的に書き込むための第２の領域としてのキャッシュとして使用したり、第４の領域としての転送データを記憶する記憶装置として使用したりなど、状況に応じて使い分けられる。そして、例えば、ディスクのキャッシュ領域にデータを書き込む際のシーク時間、回転待ち時間などの間には、不揮発性固体メモリをキャッシュとして使用する。また、ファイルの先頭データのみを不揮発性固体メモリに記憶しておくことで、ディスクからデータを読み出す際のシーク時間、回転待ち時間などの間に不揮発性固体メモリからデータを読み出すことができる。このように、ディスクと合わせて不揮発性固体メモリを使用することで、ディスクのシーク時間、回転待ち時間などにおいても高効率なデータ転送を可能とするものである。

ここで、不揮発性固体メモリは、例えばメモリカードなどに使用され、ブロック単位でデータをやり取りするＮＡＮＤフラッシュメモリなどがあるが、本実施の形態においては、例えば１つの不揮発性個体メモリチップに対する転送速度のうち、書き込み速度はディスクに比して遅く、読み出し速度はディスクと同程度であるものとして説明する。

また、本記録再生システムにおいては、ファイルシステムとしてＭＳ−ＤＯＳ互換ＦＡＴファイルシステムを採用したものとするが、データをファイルとして管理するシステムであればどのようなものでも適用できる。更に、本実施の形態においては、ハイブリッド記憶装置はハードディスクなどの磁気記録媒体を有するものとして説明するが、ランダムアクセス可能な記憶媒体であれば、例えばＣＤ、ＤＶＤなどの光ディスクなど、同様の処理が可能であることはいうまでもない。

図１は、本実施の形態における記録再生システムを示すブロック図である。図１に示すように、記録再生システム１は、例えば、ＰＣ(Personal Computer）又はＡＶ機器などホスト装置２と、これにＩＤＥ（Integrated Drive Electronics）、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、ＦＣ（Fibre Channel）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）などのインターフェース３を介して接続されたハイブリッド記憶装置４とからなる。

ハイブリッド記憶装置４は、ホスト装置２より出力される各種のデータをハードディスクなどの回転記録媒体としてのディスク１１、及び不揮発性固体メモリ２２における記憶領域に記録するものであり、ディスク１１と、ディスク１１を回転駆動するスピンドルモータ１２と、ディスク１１に対して信号の読出し、書き込みを行う磁気ヘッド（図示せず）をディスク１１の半径方向にフィードするボイスコイルモータ１３と、スピンドルモータ１２及びボイスコイルモータ１３の駆動制御を行うサーボ制御部１４と、ディスク１１へ書き込むデータの符号化及びディスク１１から読み出したデータの復号を行うリードライトチャネル部１５とを有する。

更に、ハイブリッド記憶装置４は、ディスク１１上及び不揮発性固体メモリ２２上のデータを管理するハイブリッド記憶装置制御部１６と、ディスク１１及び不揮発性固体メモリ２２から読出したデータ及びディスク１１及び不揮発性固体メモリ２２へ書き込むデータをバッファリングするバッファメモリ１７と、ホスト装置２との間で送受信するデータ、制御コマンド等の入出力回路を構成するインターフェース制御部１８と、ディスク１１又は不揮発性固体メモリ２２上のＦＡＴエリア上の内容を記憶するメモリ１９と、これらを制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２０とを有し、これらがバス２１を介して接続されている。また、ハイブリッド記憶装置制御部１６に接続されている不揮発性固体メモリ２２は、上述したように、ディスクキャッシュとしても使用される。

ハイブリッド記憶装置４は、インターフェース３を介してホスト装置３より発行されたコマンドをインターフェース制御部１８にて受けとり、インターフェース制御部１８はその内容を理解してハイブリッド記憶装置４内のＣＰＵ２０に通知する。ＣＰＵ２０は、通知内容に基づいてハイブリッド記憶装置制御部１６、リードライトチャンネル部１５、サーボ制御部１４に対して必要なコマンド及びパラメータを設定して、それらの動作を実行させる。

サーボ制御部１４は、スピンドルモータ９及びボイスコイルモータ１１の駆動制御を行って、ディスク１１の所定のトラック、セクタに対してヘッドを移動させる。

リードライトチャンネル部１５は、ディスク１１への書き込み時、送られてきたユーザデータを記録再生系の特性に適したディジタルビット系列に符号化（変調）する。また、読み出し時にはヘッドから読み出された再生信号から高域ノイズを除去してからアナログ信号からディジタル信号への変換を行い、更に最尤復号法を用いてデータの推定を行った後、復調を行いユーザデータの再生を行う。

また、ハイブリッド記憶装置制御部１６は、バッファメモリ１７、不揮発性固体メモリ２２、リードライトチャンネル部１５、インターフェース制御部１８のそれぞれの間におけるデータのやり取りを管理し、データのフォーマットに係る処理を行う。その際に誤り訂正符号による符号化と誤り検出および誤り訂正に係る処理も併せて行う。

ホスト装置２から転送されたデータは、ハードディスク１１、又は不揮発性固体メモリ２２に格納される。バッファメモリ１７は、その際、又は読み出し時に一時的にデータの格納を行い、転送速度の違いによる性能の低下を抑えるために使用される。

これに対応してホスト装置２においては、メモリ３１にワークエリアを確保した中央処理ユニット（ＣＰＵ）３２の処理により、上位のコントローラからの指示に応じてハイブリッド記憶装置４に種々のコマンド等を送出する。

この処理においてＣＰＵ３２は、電源起動時、所定の処理手順の実行により、ディスク１１のシステムエントリーエリアに記録されてなる管理用データであるブートエリア、ＦＡＴエリア、ディレクトリエリアのデータをメモリ３１にアップロードし、このアップロードしたデータを基準にしたパラメータの設定により種々のコマンドを送出する。

次に、本実施の形態におけるデータの管理方法について説明する。ディスク１１に記録されるデータは、ホスト装置２とハイブリッド記憶装置４とでは異なるアドレス空間上で管理される。図２Ａの左図及び右図はそれぞれホスト装置２から見たアドレス空間を示すＬＢＡ空間Ｐと、ハイブリッド記憶装置４から見たアドレス空間を示す論理セクタ空間Ｑとを示す図である。

ハイブリッド記憶装置４における記憶領域は、ディスク１１と不揮発性固体メモリ２２とを合わせた領域である。これらの記憶領域において、データを記録する最小の単位はセクタと呼ばれ、そのサイズは通常５１２ｂｙｔｅである。ハイブリッド記憶装置４では、ディスク１１の記憶領域を、セクタの単位で、物理アドレス、物理セクタ番号、論理セクタ番号の３つで管理する。物理アドレスは、面番号、トラック番号、セクタ番号の３つからなる。ここで、物理セクタ番号とは、全てのセクタをディスク１１の外側から内側に向けて順番にアドレスを割り当てたものであり、論理セクタ番号とは、読み書きができない欠陥セクタに対して代替処理を行った後にアドレスを割り当てたものである。また、不揮発性固体メモリ２２の記憶領域もセクタサイズに対応した単位で分割を行い、欠陥を使用前検査で使用不可とすることによって論理セクタ番号を割り当て管理することができる。なお、不揮発性固体メモリ２２では、記憶領域を均等に使用する目的で行われるWear Leveling のために、同じ論理セクタ番号に書き込みを行ってもメモリ上のアドレスは変わってゆくが、簡単のために以後の説明では触れないこととする。

これにより、使用可能な領域を一元的に管理することができる。一方、ホスト装置２は、ハイブリッド記憶装置４に対して、論理セクタ番号ではなく、論理ブロックアドレス（Logical Block Address：ＬＢＡ）を使用してのアクセスを行う。

ファイルを管理するファイルシステムは複数のセクタ（Ｎ個）を１クラスタとして読み書きの最小単位としている。ＦＡＴ(File Allocation Table）はファイルがクラスタにどのように格納されているかを記録してあるテーブルであり、ＦＡＴを用いて管理を行うファイルシステムがＦＡＴファイルシステムと呼ばれるものである。以後、クラスタアドレスはＬＢＡを単純にＮで割ったものとし、説明ではＮ＝１６とする（１クラスタ＝８Ｋｂｙｔｅ）。

図２ＢにＦＡＴの一例を示す。例えばハイブリッド記憶装置４は、ディレクトリ情報ＡからＦｉｌｅ１の開始クラスタアドレス（12340h）を取得し、ＦＡＴ項目を参照することで、Ｆｉｌｅ１の次のデータが、クラスタアドレス12341hに記録されていることを認識し、ファイルが終了するまでクラスタアドレス（end of fail：ＥＯＦまで）を取得してＦｉｌｅ１を読み出すことができる。このＦＡＴファイルシステムではＦＡＴによりファイルが管理される。

ハイブリッド記憶装置４の記憶領域は、図２Ａの右図に示すように、論理セクタ空間Ｑ上では、ユーザ領域ＵＡ、システム領域ＳＡ、ハイブリッド記憶装置用のシステム領域、キャッシュ領域ＣＡの４つの領域に分けられており、システム領域ＳＡおよびユーザ領域ＵＡのみがホスト装置２から見たＬＢＡ空間Ｐに図２Ａの左図に示すように割り当てられる。そして、ホスト装置２が使用する領域が、ＬＢＡ空間で例えばクラスタアドレス000000から9FFFFFhまでの５Ｇｂｙｔｅである場合、それ以降（F00000h以降）のアドレスはホスト装置２は使用しない。

システム領域ＳＡには、マスターブートレコードＭＢＲと、システムのブート時（起動時）に必要なプログラムであるＩＰＬ（Initial Program Loader）と、ＦＡＴとが格納される。マスターブートレコードＭＢＲはホスト装置２から見てＬＢＡが０のセクタであり、ここにはブートストラップ・コードやパーティション・テーブルが記録されている。

ユーザ領域ＵＡには、ファイルを管理するためのディレクトリ情報を記録するディレクトリ領域と、実際のデータが記録されるデータ領域とからなる。なお、ＦＡＴ３２以前のＦＡＴファイルシステムにおいては、ルートディレクトリはシステム領域ＳＡに属する。ディレクトリ領域には、各ディレクトリ（ファイル）に関して、ファイル名、拡張子、属性、最新更新時間、開始クラスタアドレス、及びファイルサイズなどがディレクテリ情報として格納されている。

なお、ハイブリッド記憶装置用のシステム領域は、ハイブリッド記憶装置４内のＣＰＵ２０がブートコードや各種テーブルを格納するため、または２次欠陥の代替処理用の領域として使用するものである。通常ホスト装置２が使用することはない。このため図２Ａにおいては省略する。

キャッシュ領域ＣＡは、データを一時的に格納する目的に使用される。本実施の形態においては、図２Ａの右図に示すように、ハイブリッド記憶装置４から見た論理セクタ空間において、論理セクタ番号で000000hから07FFFFhまでの領域（２５６ＭＢｙｔｅ）がそれにあたる。したがって、ホスト装置２から見たＬＢＡ空間とは異なり、論理セクタ空間では、マスターブートレコードＭＢＲの論理セクタ番号は080000hとなる。このディスクキャッシュ領域ＣＡについてもクラスタアドレスが定義される。

ＬＢＡ空間では、このキャッシュ領域ＣＡを、ホスト装置が使用していないクラスタアドレスF0000h（スーパークラスタアドレスF000h）以降の空間に配置し、このディスクキャッシュ領域ＣＡに対して、ホスト装置２が直接書き込みを行わないようになされている。

また、近年、ハードディスク装置（ＨＤＤ）ではディスクを複数（たとえば１０から２０）のゾーンにわけ、各ゾーン内で同じ書き込み周波数と記録再生用のパラメータ（波形等価フィルタの係数など）を用いるゾーンビットレコーディングが一般的に行われる。ゾーンビットレコーディングが行われる場合には、１つのゾーン内でのみ書き込み（読み込み）を行えば、パラメータの変更の必要がなく効率が向上するため、ディスクキャッシュ領域のサイズはゾーンのサイズを考慮して決定することとする。

ここで、本実施の形態におけるハイブリッド記憶装置４から見た論理セクタ空間について更に詳細に説明する。通常、ＦＡＴファイルシステムを適用したＨＤＤでは、データ書き込み時、可能な限り、データ転送速度が速いディスクの外側の領域にデータを連続的に書きこもうとするが、外側の領域を使い切れば内側のより速度の遅い領域を使わざるをえなくなる。またデータの書き込みと消去が繰り返し行われると連続した空き領域を確保することは難しくなり、１つのファイルが連続しない多数のクラスタに分割されて記録されるために大幅に転送速度が低下する(通常フラグメンテーションと呼ばれる）。

これらの状態は、例えば、ディジタルスチルカメラにより高画質モードで連写を行い、ディスクに対して高速かつ大量のデータ書き込みが短時間に発生するような場合に問題となる。

このような問題を回避するため、データの転送速度が最も速いディスクの外周側にキャッシュ領域を設け、ホスト装置がキャッシュ領域に書きこみを行う時には、ＨＤＤから開始クラスタアドレスのみを受け取り、以後のＦＡＴの管理をＨＤＤ側が行うようにすれば、民生用の機器などの性能が高くないＨＤＤなどにおいても効率的に外周側の領域を使うことが可能となり転送速度を上げることができる。

また、ディスク上のキャッシュ領域において発生する欠陥セクタの代替処理によっても転送速度が低下する。これに対してディスクに、キャッシュ領域に隣接して代替領域を設け、キャッシュ領域にデータを書き込む際には代替処理を行わず、このキャッシュ領域に書き込まれたデータをユーザ領域に移動した後、スリッピング・リプレースメント法により欠陥セクタの代替処理を行うことにより、代替処理によるアクセス性能の低下を低減することができる。

ところで、これらの方法によりデータの転送速度を向上した場合においても、ＨＤＤを新たに起動した時、または省電力モードから通常モードへ移行させた時などには、データ転送ができるようになるまでには数秒程度の時間がかかる。また、ＨＤＤにはシーク動作に必要な時間が１０ｍｓ単位でかかるため、直ちに書き込みや読込みを実行することはできない。そこで、転送速度のさらなる向上を図るため、本実施の形態においては、このような、ディスク１１のキャッシュ領域の所定領域（空領域）にヘッドを移動させデータが書き込み可能になる間、すなわちデータを書き込むまでのシーク動作などに必要な準備期間には、不揮発性固体メモリのキャッシュ領域にデータを書き込むことで、上記準備期間においてもデータ転送を効率的に行うものである。

本実施の形態におけるハイブリッド記憶装置４は、上述したように、ディスク１１の他に、ホスト装置からのデータ転送の際にキャッシュとして使用されるなどする不揮発性固体メモリ２２を有する。不揮発性固体メモリ２２は、ランダムアクセスであっても、シーケンシャルアクセスであってもその入出力性能は変わらないが、ディスク１１ではランダムアクセスの場合にデータの読み出し及び書き込み性能が低下する。また、不揮発性固体メモリ２２へのシーケンシャル書き込みはディスクに対するシーケンシャル書き込みより遅い。そこで、これらの特性を考慮し、論理セクタ空間において、不揮発性固体メモリ２２のアドレスを、キャッシュ領域の先頭側、システム領域の先頭側、及びユーザ領域の最後尾に配置する。すなわち、本実施の形態における論理セクタ空間における不揮発性固体メモリ２２のアドレッシングは図３のようになる。

図３に示すように、論理セクタ空間Ｑにおいて、論理セクタ番号000000hから07FFFFhまでの２５６ＭＢｙｔｅ構成されるキャッシュ領域ＣＡのうち、000000hから007FFFhまでの１６ＭＢｙｔｅの領域ＣＡ_１を不揮発性固体メモリ２２にて、007FFFhから07FFFFhまでの２４０ＭＢｙｔｅの領域ＣＡ_２をディスク１１にて構成するものとする。また、システム領域及びユーザ領域は合計５ＧＢｙｔｅであるが、システム領域の先頭部分の080000hから087FFFhの１６ＭＢｙｔｅ及びユーザ領域における例えば最後尾の領域の１６ＭＢｙｔｅを不揮発性固体メモリ２２にて構成する。このように、ディスク１１及び不揮発性固体メモリ２２には、連続した論理セクタ番号が付されることで、ディスク１１及び不揮発性固体メモリ２２に書き込まれるデータ、又は読み出されるデータの管理を例えば１つのディスクに記録されたデータと同様に管理することができる。

ここで、ディスク１１に設けるキャッシュ領域ＣＡ_２は、高速かつ大量のデータの書き込みを、ハイブリッド記憶装置４が有する最大の転送速度で安定的に行うことを可能とするため、ディスク１１の最外周側に設けることが好ましい。また、このキャッシュ領域ＣＡ_２における物理セクタに欠陥がある場合、その代替セクタを用意する代替領域をこれに隣接して設けてもよい。

このように、ディスク１１において高速データ転送が可能な領域である外周側の領域をキャッシュ領域ＣＡ_２として使用することにより、ホスト装置２から見た転送速度を大幅に向上させることができる。すなわち、ホスト装置２から転送されてくるデータをこのキャッシュ領域ＣＡ_１及びキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込み、空き時間に、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１及びディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２から、不揮発性固体メモリ２２のユーザ領域ＵＡ_１やディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２より転送速度が遅い内周側の記録領域であるユーザ領域ＵＡ_２にデータを移動させて、ディスク１１において高速データ転送が可能なキャッシュ領域ＣＡ_１及びＣＡ_２を開放し、次の転送データの書き込みに備えることにより、高速かつ大量のデータ書き込みを可能にする。

すなわち、ホスト装置から大量のデータが転送されてきた場合などには、上述したように、少なくともディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込みを行う準備が整うまでの間には、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１にデータの書き込みを行う。また、後述するように、キャッシュ領域ＣＡ_１及びキャッシュ領域ＣＡ_２に並列にデータを書き込むことで更に書き込み速度を高速化することができる。なお、ホスト装置２からの転送データがそれほど大量でない場合、それほど高速な書き込みが必要ない場合などには、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２のみを使用するようにしてもよい。

また、システム領域ＳＡ_１及びシステム領域ＳＡ_２に記録されるデータのうち、ＭＢＲ、ＩＰＬ、ＦＡＴなど頻繁に読み出す必要があるデータは、データへの高速アクセスが可能である不揮発性固体メモリ２２に格納しておくことで、読み出し速度を高速化することができる。

同様に、ユーザ領域ＵＡ_１及びユーザ領域ＵＡ_２に書き込むデータのうち、ファイル又はスーパークラスタのうちの先頭クラスタなど、先頭データのみを不揮発性固体メモリ２２に設けたユーザ領域ＵＡ_１に記憶しておけば、ハイブリッド記憶装置４において、データをファイル単位、スーパークラスタ単位で読み出す際、不揮発性固体メモリ２２から先頭データを読み出している間に、ヘッドを移動さたり、ディスクの回転待ちをしたりすることができ、読み出し速度を向上することができる。

次に、図１乃至図５を参照して、キャッシュ領域ＣＡ_１及びキャッシュ領域ＣＡ_２を使用してデータの書き込みを行う場合のハイブリッド記憶装置４の動作方法について具体的に説明する。通常、ディスク１１のファイルを管理するアドレス情報の管理は、ホスト装置２にて行われる（以下、ＰＣモードという。）が、本実施の形態においては、ハイブリッド記憶装置４がホスト装置２の許可を得た時はＦＡＴ及びその管理を実行することができる動作モードを設ける。以下、この動作モードをＡＶモードという。ハイブリッド記憶装置４は、ＡＶモードであれば、ハイブリッド記憶装置４自身がＦＡＴ及びその管理を行うことができる。ここで、ハイブリッド記憶装置４でのＡＶモードにおけるＦＡＴ及びその管理は、システム領域ＳＡ（本実施の形態においては、不揮発性固体メモリ２２）上に記録されたＦＡＴエリアのデータを図１に示すハイブリッド記憶装置４内のメモリ１９に読み込み、このメモリ１９上で更新し、必要に応じてシステム領域ＳＡ上のＦＡＴを更新するなどの管理を行い、ＰＣモードに移行する際に、メモリ１９上で更新されたＦＡＴをシステム領域ＳＡのＦＡＴ領域に書き戻すことで、ハイブリッド記憶装置４がホスト装置２とＦＡＴ及びその管理を排他的に共用するものである。

すなわち、ファイルを管理するアドレス情報を管理するためには、システム領域ＳＡ上のＦＡＴとその管理、及びディレクトリ情報とその管理を行う必要があり、前者は、ホスト装置２がＰＣモードとＡＶモードとを切り替えることでそれぞれホスト装置２とハイブリッド記憶装置４とが排他的に共有する。また、後者においては、ハイブリッド記憶装置４は管理せず、ホスト装置２がいつでも、すなわちＰＣモードであってもＡＶモードであってもシステム領域ＳＡに直接アクセスして管理できるようにするため専用のコマンドを設定するものとする。

本実施の形態においては、キャッシュ領域ＣＡを使用したデータの書き込みは、ファイルを管理するアドレス情報の管理がハイブリッド記憶装置４で行われているＡＶモードの時に実施される。上述したように、記録再生システム１は、ＦＡＴの情報はホスト装置２及びハイブリッド記憶装置４で共有するが、ＦＡＴ及びその管理をハイブリッド記憶装置４に委ねる。従って、データの書き込みを行うために先ずＡＶモードに移行する。ＡＶモードに移るためには、図４に示すように、ホスト装置２がハイブリッド記憶装置４のシステム領域ＳＡ上に存在するＦＡＴ、すなわち図２Ａ示すＦＡＴ領域ＦＡを最新のものに更新した後、ハイブリッド記憶装置４に対してＰＣモードからＡＶモードに移行させるコマンドを発行する（ステップＳ１）。ハイブリッド記憶装置４の中のＣＰＵ２０は、インターフェース制御部１８を介してその内容を知り、システム領域ＳＡ上のＦＡＴを読み出しメモリ１９上に展開し（ステップＳ２）、ＡＶモードを示すフラグを立て、ホスト装置２にＡＶモードに移行したことを知らせる（ステップＳ３）。

次に、ＡＶモードに移行後、ホスト装置２が書き込みをする場合について説明する。ここではディジタルカメラにて画像が連写された場合などに、ホスト装置２からそのコンテンツデータの書き込みを要求する動作が行われた場合を例にとって説明する。ホスト装置２は、コンテンツデータのファイル名（Ｆｉｌｅ１、Ｆｉｌｅ２）を決定し、新規にディレクトリ項目を作成し、そのディレクトリ項目をハイブリッド記憶装置４に書き込む（ステップＳ４）。なお、この時のディレクトリ項目は開始クラスタアドレスと最新更新時間がわからないため不完全なものである。ハイブリッド記憶装置４は自身が有するＦＡＴから空いているクラスタを検索し、空きクラスタの中から適当なクラスタを選び、書きこみを行う。終了後、図２Ａのディレクトリ情報Ａに示す開始クラスタアドレスをホスト装置２に知らせる。

次にホスト装置２はコンテンツデータの書き込みに必要なパラメータの設定を行う。具体的にはファイルの開始クラスタアドレス及びファイルのアクセスサイズなどを決定する。ホスト装置２はクラスタアドレスの管理をハイブリッド記憶装置４に委ねているが、ファイルを識別するために、開始クラスタアドレスを共有することが最低限必要である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それを実行するコマンドの１例（Set Write File Parameter）を示す図であって、それぞれコマンド発行時のレジスタ内容及びコマンド終了時のレジスタ内容を示す図である。コマンドは、ＡＴのベンダーユニークコマンドとして定義され、ファイルの書き込みを行う前に一度だけ実行される。コマンドを実行されたハイブリッド記憶装置４は、その書き込みを開始するクラスタアドレスをホスト装置２に知らせる。

キャッシュ領域ＣＡを用いる際には、ファイル単位でハイブリッド記憶装置４に対してキャッシュ領域ＣＡを使用してよいことを知らせる。そのために図５（ａ）に示すコマンドでＣＰ（Cache Position）ビットに１を設定しコマンドを実行する（ステップＳ６、Ｓ７）。この時、ハイブリッド記憶装置４は、メモリ１９内のＦＡＴにおいて、ユーザ領域ＵＡの先頭から空きクラスタを検索し、見つかったものを記録開始クラスタアドレスとしてホスト装置２に知らせる。図２ＡのＦｉｌｅ１の場合、その記録開始クラスタアドレスは12340hである。

同時に、キャッシュ領域ＣＡにおいても空きクラスタを検索する。ハイブリッド記憶装置４は選び出した空きクラスタのアドレスを先頭クラスタアドレス（スーパークラスタアドレス）として、ホスト装置２に知らせたユーザ領域ＵＡ内の記録開始クラスタアドレスと共に記録する。

図３において、Ｆｉｌｅ１の記録開始アドレスは、ＬＢＡでF00000h、論理セクタ番号で000000h、クラスタアドレス（クラスタ番号）でF0000h、スーパークラスタアドレス（スーパークラスタ番号）でF000hである。また同様にＦｉｌｅ２の記録開始アドレスは、ＬＢＡでF00500h、論理セクタ番号で000500h、クラスタアドレスでF0050h、スーパークラスタアドレスでF005hである。すなわち、Ｆｉｌｅ１、Ｆｉｌｅ２の先頭クラスタは、不揮発性固体メモリ２２上のディスクキャッシュ領域ＣＡ_１となっている。

ホスト装置２から送られてきたデータは、先ず図１に示すバッファメモリ１７に格納される。その後、上述のようにして選び出された不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１の空きクラスタにアクセスサイズ単位、本実施の形態においてはスーパークラスタ単位での書きこみを開始する。この時同時にディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２の書き込み位置に対してヘッドの移動を開始する。こうして、ヘッドが書き込み位置に到達するまでの間、不揮発性固体メモリ２２への書き込みを継続する。

ヘッドが書き込み位置に到達したら、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込みを開始する。ハイブリッド記憶装置制御部１６はバッフアメモリ１７上のデータをフォーマットした後でリードライトチャネル部１５に送り、ディスク１１に本実施の形態におけるアクセスサイズであるスーパークラスタ単位でデータを連続して書き込む。

そして、書き込んだスーパークラスタがファイルの最終クラスタ（ＥＯＦ：end of file）であるか否かを判定し（ステップＳ８）、最終クラスタまでデータの書き込みを続ける。すなわち、最終クラスタでない場合は、アクセス単位、すなわち、１クラスタの書き込みが完了する毎に、ＬＢＡ空間上にマップされたキャッシュ領域ＣＡのクラスタアドレスを用いてメモリ１９内のＦＡＴの更新を行って（ステップＳ９）、ステップＳ８に戻る。このとき、ハイブリッド記憶装置４のＣＰＵ２０又はハイブリッド記憶装置制御部１６に十分な能力があれば圧縮を行ってディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２への書き込み量を減らしホスト装置２から見た転送速度の向上を図ってもよい。一方、ファイルのディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２への書き込みが全て終了したら、ホスト装置２は、最新更新時間と開始クラスタアドレスについてシステム領域ＳＡ上のディレクトリ項目を更新する。その後、ハイブリッド記憶装置４に対してメモリ１９上にあるＦＡＴをディスク１１上に書き出すことを命令し（ステップＳ１０）、ディスクキャッシュ領域ＣＡへの書き込みを終了する。

図６は、このようにして書き込みが行われた後のディスクキャッシュ領域ＣＡの一例を示す模式図である。この図６は、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に１スーパークラスタの書き込みを行う時間で、ヘッドがディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２の予定位置に到達できた場合を示している。すなわち、Ｆｉｌｅ１の第１スーパークラスタを不揮発性メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１のスーパークラスタアドレス（スーパークラスタ番号）F000hに書き込む間にヘッドのディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２の書き込み位置への移動が完了し、Ｆｉｌｅ１の第２〜第４スーパークラスタをキャッシュ領域ＣＡ_２のスーパークラスタアドレスF090h,・・・,F092hに書き込み、Ｆａｉｌｅ２の第１スーパークラスタをキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込む間に、ヘッドの移動が完了し、キャッシュ領域ＣＡ_２のスーパークラスタアドレスF093h,・・・,F097hにＦｉｌｅ２の第２〜第６スーパークラスタを書き込んだ例を示している。なお、複数個のスーパークラスタを不揮発性固体メモリ２２に書き込む場合、不揮発性固体メモリ２２はランダムアクセスしてもその書き込み速度は変わらないので、複数個のスーパークラスタを連続して書く必要性はない。

また、この時点でユーザ領域内の記録開始クラスタアドレスへの書き込みはされていないが、ＦＡＴ上では使用済みのフラグを立てておく。

そして、以後、ＡＶモードからＰＣモードへの変更要求がされているか、及び所定時間以上経過しているかが判断され（ステップＳ１１、Ｓ１２）、ホスト装置２からＦＬＵＳＨ動作若しくはモード変更を命じられた場合、又は書き込み若しくは読み出しが予め設定された時間以上なかった場合、キャッシュ領域ＣＡのデータを通常の領域、すなわち図２に示すユーザ領域ＵＡにおける例えば領域Ｃにコピーを行う（ステップＳ１３）。すでに開始クラスタアドレスをホスト装置２に知らせているので、ホスト装置２に知らせた開始クラスアドレスから記録を始める。以降、メモリ１９内のＦＡＴを参照し、ユーザ領域ＵＡの先頭から空きクラスタを順次検索して見つかり次第、その空きクラスタにデータを書き込んでゆく。図２の場合では、クラスタアドレス12340hが記録開始アドレスで、以降アドレス12341hから1237FhのクラスタにＦｉｌｅ１を記録した例を示す。なお、圧縮が行われている場合には、伸張処理し、元に戻して書き込みを行う。

コピーが終了したらその時点でシステム領域ＳＡにおけるＦＡＴ領域ＦＡのＦＡＴの最終的な更新を行う（ステップＳ１４）。そして、必要であれば、ＡＶモードからＰＣモードへのモード変更を行う（ステップＳ１５）なお、コピーの途中でＡＶモードからＰＣモードに移行するようにホストが命令した場合には、処理が終了していないことをホスト装置２に知らせて動作モードの切り替えを中止させる。

このように、本実施の形態においては、ホスト装置が書きこみを行う時には、ハイブリッド記憶装置４から開始クラスタアドレスのみを受け取り、以後のＦＡＴの管理をハイブリッド記憶装置４側が行うことにより、効率的に外周側の領域（キャッシュ領域ＣＡ_２）を使うことが可能となると共に、キャッシュ領域ＣＡ_２への記録準備の間、不揮発性固体メモリ２２をキャッシュとして使用することにより、大容量のファイルを極めて効率よく連続して書き込むことができ、ホスト装置２に大きなバッファを設けることなく、例えばディジタルカメラの連写後の待ち時間を短縮する転送速度を向上することができる。

次に、バッフアメモリ１７への転送速度が十分速く、不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１に対して同時に書き込みが可能で、更に不揮発性固体メモリ２２への書き込みが比較的速い場合に適用可能なデータの転送法を、図６乃至図８を参照して説明する。

図７及び図８は、それぞれキャッシュ領域ＣＡへ書き込んだ１０スーパークラスタからなるＦｉｌｅ１の配置状況及びその時の書き込みタイミングを示す図である。先ず、第１スーパークラスタを不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込む間にヘッドをディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２へ移動させ、第２スーパークラスタをディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２へ書き込む。不揮発性固体メモリ２２への書き込みに要する時間（Program時間）はばらつきがあり、書き込み速度が最も遅い場合、すなわち最悪値をとる場合（以下、最遅時間ともいう。）には不揮発性固体メモリ２２の書き込み速度は、ディスク１１の書き込み速度より遅くなる。図８に示す例では、簡単のために、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１への書き込み速度と、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２への書き込み速度との比率を１：３にした場合を示す。なお、実際には、不揮発性固体メモリ２２の書き込み速度は、書き込むデータのサイズ、デバイス（固体）の違い、書き込み場所の違い、動作温度、書き込み回数などによってばらつきがあり、ディスク１１の書き込み速度にも、内周側か外周側かなどの記録位置の違い、デバイス（固体）の違い、空領域の連続性などによってばらつきがある。

また、図７では、不揮発性固体メモリ２２への書き込みが終了した時点、すなわち、第１スーパークラスタの書き込みが終了した時点で、ディスク１１へのヘッドの移動が終了し、第２のスーパークラスタの書き込みを行っている場合を示す。この場合、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１への第１のスーパークラスタの書き込みが終了すると、その時点でディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込みを行っているスーパークラスタ（第２スーパークラスタ）の次のスーパークラスタである第３スーパークラスタを選び出し、キャッシュ領域ＣＡ_１にこの第３スーパークラスタの書き込みを行う。

すなわち、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１への第１スーパークラスタＳＣ１の書き込みが終了した図８に示す時刻Ｔ１において、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２には第２スーパークラスタＳＣ２の書き込みを行っているので、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１には、第３スーパークラスタＳＣ３の書き込みを開始し、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に第３のスーパークラスタを書き込みしている間、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２には、第４スーパークラスタＳＣ４〜第６スーパークラスタＳＣ５の書き込みを行う。

そして、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１への第３スーパークラスタＳＣ３の書き込みが終了した時刻Ｔ２において、同様に、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込みを行っている第６スーパークラスタＳＣ６の次の第７のスーパークラスタＳＣ７を選び出し、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１へこの第７のスーパークラスタＳＣ７の書き込みを行い、その間に、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２には第８スーパークラスタ〜第１０スーパークラスタを書き込み、処理を完了する。

このように、並列書き込みが可能な場合、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２への書き込み準備が整うまでの間、すなわち、ホスト装置２からデータが転送されてからディスク１１にアクセスするまでの間は、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込みを行うが、以降は並列してデータを書き込むことにより、ヘッドのシーク時間、回転待ち時間などの時間を効率的に活用できると共に、ヘッドが所定の書き込み位置に到達してからは、ディスク１１にデータを書き込む速度に不揮発性固体メモリ２２にデータを書き込み速度が加算されたものとなり、書き込み速度が向上する。

図９は、ＦＬＵＳＨ動作のタイミングを示す図である。上述したように、ホスト装置２からＦＬＵＳＨ動作若しくはモード変更を命じられた場合、又は書き込み若しくは読み出しが予め設定された時間以上なかった場合（ＩＤＬＥ時）に、キャッシュ領域ＣＡに書き込まれたデータをユーザ領域ＵＡに移動させる処理を行う。

このＦＬＵＳＨ動作を行う場合は、図９に示すように、不揮発性固体メモリ２２とディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_１、ＣＡ_２から同時にデータの読み込みを行い、ユーザ領域ＵＡに対してコピーを行う。その間に、不揮発性固体メモリ２２の消去動作を行う。すなわち、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込まれた第１、３、７スーパークラスタＳＣ１、３、７を読み出す間に、ディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２からデータを読み出すためにヘッドを移動させる。そして、ヘッドの移動が終了した時点でディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に書き込まれた第２、４〜６、８〜１０スーパークラスタＳＣ２、４〜６、８〜１０を読み出し、ユーザ領域ＵＡの所定の空きクラスタ位置にヘッドを移動させる間に不揮発性固体メモリ２２のディスクキャッシュ領域ＣＡ_１のデータを消去し、ディスク１１のユーザ領域に１０スーパークラスタを順次書き込む。

ここで、ユーザ領域ＵＡにデータを書き移す際、例えば、Ｆｉｌｅ１の先頭スーパークラスタＳＣ１は、図４に示す不揮発性固体メモリ２２上のユーザ領域ＵＡ_１に書き込み、以降のスーパークラスタＳＣ２〜ＳＣ１０はディスク１１上のユーザ領域ＵＡ_２に書き込むようにすることで、このＦｉｌｅ１のデータを読み出す際、先頭スーパークラスタＳＣ１を不揮発性固体メモリ２２のユーザ領域ＵＡ_１から読み出している間に、ヘッドをディスク１１のユーザ領域ＵＡ_２における第２スーパークラスタＳＣ２の位置に移動させることができ、データ読み出し処理においても、その読み出し速度を高速化することができる。

次に、不揮発性固体メモリ２２への書き込み速度が比較的遅い場合に適用可能なデータ転送法について説明する。この場合、１つのスーパークラスタを不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_１、ＣＡ_２に分割して記録することができる。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、その場合の１スーパークラスタにおける不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１の記録領域における使用割合を示す模式図及び論理セクタ空間を示す図である。

図１０（ａ）に示すように、スーパークラスタの先頭部分、ここでは、スーパークラスタの１／４のデータである３２ＫＢを不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込み、残りの部分の３／４のデータである９６ＫＢをディスク１１のキャッシュ領域ＣＡ_２に記録をしている例を示す。そのため図４と異なり、図１０（ｂ）に示すように論理セクタ番号空間Ｑでは、不揮発性固体メモリ２２はばらばらに分割されて配置されることになる。スーパークラスタのデータのどれだけを不揮発性固体メモリ２２に割り当てるかは、標準的な転送速度とハイブリッド記憶装置４の転送速度とに応じて決定すればよい。

この場合においても、上述したようにＦＬＵＳＨ動作を行う場合は、不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１のキャッシュ領域ＣＡに同時にアクセスを開始し、ユーザ領域ＵＡにデータを移動させる間に不揮発性固体メモリ２２のデータ消去を行うことができる。また、ユーザ領域ＵＡにデータを書き込む際も、スーパークラスタのうち先頭に配置される幾つかのクラスタは不揮発性固体メモリ１１上のユーザ領域ＵＡ_１に移し、それ以降のデータはディスク１１上のユーザ領域ＵＡ_２に移動させておくことで、データの読み出し速度が高速化する。

本実施の形態においては、ホスト装置２から転送されるデータをキャッシュ領域ＣＡに一時的にデータを書き込む際、シーク動作、ディスク１１の回転待ちなど、ディスク１１にデータを書き込む準備が整う間、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に先頭スーパークラスタ又は各スーパークラスタの先頭部分のデータを書き込むことにより、シーク動作などに伴うオーバーヘッドを軽減することができる。また、ディスク１１のシーク動作が終了した後は、不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１の各キャッシュ領域ＣＡ_１、ＣＡ_２へ並列的にデータを書き込む（並列動作）ようにすれば、書き込み時におけるデータの転送速度を更に向上させることができる。

また、例えばＮＡＮＤフラッシュメモリなどの不揮発性固体メモリにおいては書き込みを行う前に消去動作を必要とするが、キャッシュ領域ＣＡからユーザ領域ＵＡにデータを移動させる際に、不揮発性固体メモリ２２におけるキャッシュ領域ＣＡ_１のデータ消去を実行するため、不揮発性固体メモリ２２のキャッシュ領域ＣＡ_１に書き込みを行う前に消去動作をする必要がない。

更に、キャッシュ領域ＣＡからユーザ領域ＵＡへデータを移動させる際に、ファイルの先頭スーパークラスタや、スーパークラスタの先頭部分のデータなどを不揮発性固体メモリ２２へ、残りのデータをディスク１１へ移動させることで、読み出し処理においても、シーク動作、ディスク１１の回転待ちなど、ディスク１１からデータを読み出す準備が整う間も効率的に使用することができる。また、ユーザ領域ＵＡにデータを書き込む際にも、不揮発性固体メモリ２２及びディスク１１の各ユーザ領域ＵＡ_１、ＵＡ_２へ並列的にデータを書き込むようにすればデータのユーザ領域への移動も高速化することができる。

次に、本実施の形態の効果について更に詳細に説明する。ＮＡＮＤフラッシュメモリは、ページ単位で書き込み（Program）、読み出しが行われ、ブロック単位で消去がなされる。もともとブロックのサイズは１６ＫＢｙｔｅ、ページのサイズは５２８ｂｙｔｅ(データ領域512byte+誤り訂正符号16byte、実データサイズ0.5KByte)であったが、近年メモリの大容量化が進み、新たに１２８ＫＢｙｔｅのブロックサイズ、２１１２ｂｙｔｅ（（データ領域512byte+誤り訂正符号16byte）×4、実データサイズ2KByte）のページサイズが１Gbit以上の容量をもつ一部のメモリで使われるようになった。このため、新しい方をLarge Block, Large Page、旧来のものをSmall Block，Small Pageと呼ぶ。なお、Large Block とSmall Page のように新しいものと古いものを混ぜて使用することはできない。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、不揮発性固体メモリにＮＡＮＤフラッシュメモリを使用した場合の動作時間をまとめた図であって、図１１Ａに示す２つの異なるブロック、ページサイズを用いた場合のパラメータを使用してデータ転送速度を計算したものを図１１Ｂに示す。図１１Ｂからアクセス単位が大きいLarge Blockの方が動作速度が向上しているのがわかる。

すなわち、Large Block及びSmall Blockの消去時間の平均時間は、それぞれ2000μｓ、2000μｓであり、また、条件が最も悪い時の消去時間（最遅時間）は、それぞれ4000μｓ、10000μｓである。そして、Large Blockのアクセス時間、すなわち１ページ分のProgram時間及びメモリセルとレジスタとの間で１ページ分のデータを転送する時間の和は、平均時間がそれぞれ305.9μｓ、130.9μｓであり、また、最遅時間がそれぞれ805.9μｓ、130.9μｓである。また、Small Blockの１ページ分のProgram時間及びメモリセルとレジスタとの間で１ページ分のデータを転送する時間の和は、平均時間がそれぞれ226.7μｓ、51.7μｓであり、最遅時間はそれぞれ1026.7μｓ、51.7μｓとなっている。

このようなＮＡＮＤフラッシュメモリを使用した場合の動作時間は、図１１Ｂに示すように、１６ＫＢｙｔｅの書き込み（Small Pageの場合）に７．２６ｍｓ(小数第３位切り上げ）かかる。一方、ハードディスクの場合は、トラック当たりのセクタ数を２００、回転数を３６００ｒｐｍとすると１６ＫＢｙｔｅの書き込みに２．６７ｍｓかかる(小数第３位切り上げ）。

図９の場合では、１スーパークラスタ１２８ＫＢｙｔｅをＮＡＮＤフラッシュメモリへ書き込むのに、平均５８．１ｍｓ（Small Page の場合）かかるため、この時間を使用してハードディスクに対して３スーパークラスタ（６４ｍｓ）を書き込むことができる。

また、データの転送速度が最も遅い時には、ＮＡＮＤフラッシュメモリへの書き込み速度は１スーパークラスタ１２８ＫＢｙｔｅを書き込むのに２６３ｍｓ（Small Page の場合）かかるため、ハードディスクに対して１３スーパークラスタ(２７８ｍｓ）書き込むことができる。ＮＡＮＤフラッシュメモリに書き込みが終了した時点で、ハードディスクに書き込んでいるスーパークラスタを認識して、次のスーパークラスタをＮＡＮＤフラッシュメモリに書き込みすれば、全体としての転送速度はハードディスクドライブの転送速度とＮＡＮＤフラッシュメモリへの転送速度との和にほぼ等しくなる。

図１０に示すように、１スーパークラスタのうち、３２ＫＢｙｔｅをＮＡＮＤフラッシュメモリに、９６ＫＢｙｔｅをハードディスクにSmall Pageを用いて書き込む場合の平均時間は、
２×７．２６ｍｓ＝１４．５２ｍｓ＜１６ｍｓ＝６×２．６７ｍｓ
となり、ほぼ完全な並列書き込みが実現される。

また、スーパークラスタ単位でのデータへのアクセスが行われる場合には、不揮発性固体メモリ２２にスーパークラスタの先頭を書き込んでおくことにより、先頭スーパークラスタについてはほとんど遅延なくデータを出力することができる。その間、ハイブリッド記憶装置４は、ディスク１１へのシーク動作を行い、残りのデータ（スーパークラスタ）が存在する位置にヘッドを移動させ、データを読み出してデータをホスト装置２に転送すれば、従来、無駄になっていたシーク動作の間を効率的に活用することができ、データ読み出し速度も高速化することができる。

なお、不揮発性固体メモリ２２への書き込み速度が遅い場合には、不揮発性固体メモリ２２へ書き込むデータの割り当て（占める割合）を減らすよう制御する。例えば、スーパークラスタを１２８ＫＢｙｔｅから２５６ＫＢｙｔｅに増やし、不揮発性固体メモリへの割り当てを１６ＫＢｙｔｅとするとして３２ＫＢｙｔｅの割り当てを１６ＫＢｙｔｅに減らした場合、
３２．９ｍｓ＜４０ｍｓ＝１５×２．６７ｍｓ
となり、データ転送速度はやや落ちるが、同様に効率がよい並列書き込みを実現することができる。

また、上述したように、ホスト装置２は、ハイブリッド記憶装置４に対して、論理セクタ番号（ＬＳＮ）ではなく、論理ブロックアドレス（ＬＢＡ）を使用してのアクセスを行う。本発明では、図１２に示す概念図のように、ディスク１１の一部の領域と、不揮発性固体メモリ２２の一部の領域にＬＢＡが重複して付されている領域Ｘが形成されていても良い。なお、図１２では、ディスクキャッシュ領域ＣＡと、システム領域ＳＡと、ユーザ領域ＵＡすべてに領域Ｘが設けられている例を示しているが、領域Ｘは、いずれか一又は二の領域に形成されていても良い。

ハイブリッド記憶装置制御部１６は、ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンド（図１３）に基づいて、領域Ｘにホストから転送されたデータを記録するように処理を行う。また、ハイブリッド記憶装置制御部１６は、当該コマンド（Set Write File Parameter）の「ＭＰ」の状態に応じて、領域Ｘにデータを書き込むのか、それ以外の領域に書き込むのかを判断する。例えば、ディスク１１の領域Ｘの「ＭＰ」は、「０」であり、不揮発性固体メモリ２２の領域Ｘの「ＭＰ」は、「１」である。

このようにして本発明に係るハイブリッド記憶装置１は、例えば、システム領域ＳＡに領域Ｘが形成されている場合、ＦＡＴ等がディスク１１と、不揮発性固体メモリ２２の双方に記録され、また、ユーザ領域ＵＡに領域Ｘが形成されている場合、重要なデータがディスク１１と、不揮発性固体メモリ２２の双方に記録されることになり、強固なシステムの構築が可能となる。

本発明の実施の形態における記録再生システムを示すブロック図である。 左図及び右図はそれぞれホスト装置から見たアドレス空間を示すＬＢＡ空間と、ハイブリッド記憶装置から見たアドレス空間を示す論理セクタ空間とを示す図である。 ＦＡＴの一例を示す図である。 本発明の実施の形態における論理セクタ空間における不揮発性固体メモリのアドレッシングを示す模式図である。 キャッシュ領域ＣＡを使用してデータの書き込みを行う場合の本発明の実施の形態におけるハイブリッド記憶装置の動作方法を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、コマンドの１例（Set Write File Parameter）を示す図であって、それぞれコマンド発行時のレジスタ内容及びコマンド終了時のレジスタ内容を示す図である。 書き込みが行われた後のディスクキャッシュ領域ＣＡの一例を示す模式図である。 キャッシュ領域ＣＡへ書き込んだ１０スーパークラスタからなるＦｉｌｅ１の配置状況を示す図である。 キャッシュ領域ＣＡへ１０スーパークラスタからなるＦｉｌｅ１を書き込んだ際の書き込みタイミングを示す図である。 ＦＬＵＳＨ動作のタイミングを示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、その場合の１スーパークラスタにおける不揮発性固体メモリ及びディスクの記録領域における使用割合を示す模式図及び論理セクタ空間を示す図である。 ＮＡＮＤフラッシュメモリにおける２つの異なるブロック、ページサイズのパラメータを示す図である。 図１１Ａに示すパラメータを用いた場合を使用して計算したデータ転送速度を示す図である。 ディスク１１の一部の領域と、不揮発性固体メモリ２２の一部の領域にＬＢＡが重複して付されている領域Ｘが形成されている様子を示す図である。 Set Write File Parameterの他の一例を示す図である。

符号の説明

１ 記録再生システム、 ２ ホスト装置、３ インターフェース、４ ハイブリッド記憶装置、１１ ディスク、１２ スピンドルモータ、１３ ボイスコイルモータ、１４ サーボ制御部、１５ リードライトチャネル部、１６ ハイブリッド記憶装置制御部、１７ バッファメモリ、１８ インターフェース制御部、１９，２１ メモリ、２０，３２ ＣＰＵ、２１ バス、２２ 不揮発性固体メモリ

Claims (15)

1. ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域を有する記録媒体と、
   ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第２の領域を有する不揮発性固体メモリと、
   ホスト装置から転送されたデータを上記記録媒体及び不揮発性固体メモリが有する記録領域に書き込むよう制御する制御手段とを有し、
   上記記録領域は、上記ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる上記第１の領域及び第２の領域からなる第１の書き込み領域と、上記記録媒体において該第１の領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域と、上記記録媒体の一部の領域と上記不揮発性固体メモリの一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域とを有し、
   上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、上記第１の書き込み領域、上記第２の書き込み領域又は上記第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込むように制御することを特徴とするデータ記録装置。
2. 上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、上記第１の書き込み領域及び上記第２の書き込み領域に書き込まれるデータを管理する管理情報を上記第３の書き込み領域に記録するように制御することを特徴とする請求項１記載のデータ記録装置。
3. 上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されたデータを上記第１の書き込み領域に書き込み、所定のタイミングで該第１の書き込み領域に書き込まれたデータを上記第３の領域を含む第２の書き込み領域に移動させて上記第１の書き込み領域を開放するように制御することを特徴とする請求項１記載のデータ記憶装置。
4. 上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されるデータのうち、先頭部分のデータは上記第２の領域に書き込み、上記先頭部分以外のデータは少なくとも上記第１の領域に書き込むよう制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
5. 上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されるデータのうち、上記先頭部分以外のデータは、上記第１の領域及び第２の領域に並列的に書き込むよう制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載のデータ記憶装置。
6. 上記記録媒体は、回転記録媒体であって、
   上記制御手段は、上記記録媒体のシーク動作に必要な間は、上記ホスト装置から転送されるデータを上記第２の領域に書き込むよう制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載のデータ記憶装置。
7. 上記第２の書き込み領域は、上記不揮発性固体メモリの上記第２の領域以外の第４の領域を含み、
   上記制御手段は、上記ホスト装置からのアクセス要求が予め決められた一定時間以上発生しない場合に、上記第１の書き込み領域に書き込まれたデータを上記第２の書き込み領域に移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
8. 上記制御手段は、上記データを移動させる際、上記第２の領域に書き込まれたデータを消去する
   ことを特徴とする請求項７に記載のデータ記憶装置。
9. 上記制御手段は、上記データを移動させる際、先頭部分のデータは上記第４の領域に書き込み、上記先頭部分以外のデータは少なくとも上記第３の領域に書き込むよう制御する
   ことを特徴とする請求項７に記載のデータ記憶装置。
10. 上記制御手段は、上記データを移動させる際、上記先頭部分以外のデータは上記第３の領域及び第４の領域に並列的に書き込むよう制御する
    ことを特徴とする請求項９に記載のデータ記憶装置。
11. 上記ホスト装置から転送されるデータをファイルで管理するためのテーブルを記憶するメモリを有し、
    上記テーブルは、上記第２の書き込み領域の所定の領域に記録されたものであって、
    上記制御手段は、上記ホスト装置からの所定のモード切替命令に応じて、上記メモリに上記所定の領域に記録されたテーブルを読み込み、読み込まれたテーブルを参照して、上記記録媒体及び不揮発性固体メモリの空領域を検索する
    ことを特徴とする請求項７に記載のデータ記憶装置。
12. 上記ファイルは、複数のスーパークラスタからなり、該スーパークラスタは、上記ホスト装置のアクセス単位であるクラスタの整数倍の大きさであって、
    上記制御手段は、上記記録媒体及び不揮発性固体メモリの書き込み速度に応じて、上記ホスト装置からのデータを、上記スーパークラスタ単位で該記録媒体及び不揮発性固体メモリに書き込むよう制御するか、上記クラスタ単位で該記録媒体及び不揮発性固体メモリに書き込むよう制御するかを切り替える切り替え機能を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ記憶装置。
13. 上記制御手段は、データを圧縮して上記第１の領域へ書き込み、上記第３の領域にデータを移動させる前に圧縮データを復元する
    ことを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
14. ホスト装置からデータが転送され、
    上記ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、上記データを
    記録媒体の記録領域のうち予め決められた第１の領域及び不揮発性固体メモリの記録領域のうち予め決められた第２の領域からなる第１の書き込み領域、
    上記記録媒体の記録領域のうち上記第１の記録領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域
    又は上記記録媒体の記録領域のうち予め決められた一部の領域及び上記不揮発性固体メモリの記録領域のうち予め決められた一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込むことを特徴とするデータ記録方法。
15. ホスト装置と、該ホスト装置の制御に応じて記録媒体にアクセスしてデータの書き込み及び／又はデータの読出しをするデータ記憶装置とを有する記録再生システムにおいて、
    上記データ記憶装置は、
    上記ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第１の領域を有する記録媒体と、
    上記ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる第２の領域を有する不揮発性固体メモリと、
    上記ホスト装置から転送されたデータを上記記録媒体及び不揮発性固体メモリが有する記録領域に書き込むよう制御する制御手段とを有し、
    上記記録領域は、上記ホスト装置から転送されたデータが一時的に書き込まれる上記第１の領域及び第２の領域からなる第１の書き込み領域と、上記記録媒体において該第１の領域よりデータの転送速度が遅い第３の領域を含む第２の書き込み領域と、上記記録媒体の一部の領域と上記不揮発性固体メモリの一部の領域に論理ブロックアドレスが重複して付されている第３の書き込み領域とを有し、
    上記制御手段は、上記ホスト装置から転送されたデータの記録を命ずるコマンドに基づき、上記第１の書き込み領域、上記第２の書き込み領域又は上記第３の書き込み領域に上記ホスト機器から転送されたデータを書き込むように制御することを特徴とする記録再生システム。

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