JP2012113789A - ハードディスクドライブ装置およびその処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードディスクドライブ装置２０は、ホスト側からアクセスされるデータサイズよりも大きなデータサイズにて読み書きされるエミュレーション機能を有し、その書込み速度を向上させる。
【解決手段】ハードディスクドライブ装置２０は、ディスク３２と、管理データＭ／Ｄを一時的に保存するためのキャッシュメモリ３４と、読込みおよび書込みを制御するコントローラ３６とを備える。コントローラ３６は、ディスク３２に記憶されている５１２バイトの管理データを含む４Ｋバイトのデータを予めキャッシュメモリ３４に記憶しておき、データの書込み命令により、パーソナルコンピュータ１０からの管理データでキャッシュメモリ３４に記憶されている管理データを更新し、更新された管理データＭを含むキャッシュメモリ３４に記憶されたデータを４Ｋバイトでディスクに書き込む。
【選択図】図６

Description

本発明は、ホスト側からアクセスされるデータサイズよりも大きなデータサイズにて読み書きされるエミュレーション機能を有するハードディスクドライブ装置に関する。

従来、この種のエミュレーション機能を有するハードディスク装置として、特許文献１，２の技術が知られている。ハードディスク装置は、ファイルの操作・管理を行うファイル管理プログラム（以下、ファイルシステムという）を必要としている。ファイルシステムは、一般のコンピュータシステムでは、オペレーティングシステムの機能の一部として提供されている。ファイルシステムの具体的な方式としては、一般的なファイルシステムであるＦＡＴ(File Allocation Table)ファイルシステムが挙げられる。ＦＡＴファイルシステムを用いたハードディスク装置では、セクタと呼ばれる単位で行われ、通常、１セクタ＝５１２バイトである。

しかし、データの大容量化に伴いアクセスの速度向上を図るために、上述したエミュレーション機能を用いて、ホストからアクセスされるデータ容量よりも大きなデータで読み書きしている。すなわち、エミュレーション機能は、ホストからは５１２バイト単位でアクセスされるが、ハードディスクユニット本体には、４０９６バイト（以下、４Ｋバイトと簡略化していう。）単位で読み書きしている。したがって、４Ｋバイト未満のデータを書き込む場合にも、一旦、対象のセクタから４Ｋバイトのデータを読込み、ユニットのメモリ内でデータを合成し、４Ｋバイトの書込みデータを作成し、その後、４Ｋバイトのデータをまとめて書込みを行なっている。

しかし、こうしたエミュレーション機能を有するハードディスク装置において、５１２バイトのデータ容量にて頻繁にアクセスする管理データが特定のセクタに保存されている。こうした管理データは、５１２バイトのデータ単位で書き込むことができず、該管理データ以外のデータも併せて４Ｋバイト単位で読込み、そして、このデータを管理データの箇所だけ更新し、４Ｋバイトの容量で更新されていない他のデータとともにディスクに書き込んでいる。このため、データの書込み処理の際に、同時に読込み処理を行なわなければならず、処理速度の低下を招いているという課題があった。

特開２０１０−４９７６４号公報 特開２００５−６３４４１号公報

本発明は、上記従来の技術の課題を踏まえ、ホスト側からアクセスされるデータサイズよりも大きなデータサイズにて読み書きされるエミュレーション機能を有するハードディスクドライブ装置につき、その書込み速度を向上することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 適用例１は、第１データサイズおよび該第１データサイズの整数倍である第２データサイズの容量に設定された複数のデータにて、アクセス可能であるホスト・インターフェースを有し、ホスト側から第１データサイズによりアクセスされたときに、第２データサイズでディスクに読み書きするハードディスクドライブ装置において、
ユーザにより作成されたユーザデータと、該ユーザデータを管理しかつデータサイズが一定で第２データサイズより小さい管理データとに分けたファイル形式でフォーマットされて管理されるディスクと、
上記第２データサイズ以上の容量に設定され、上記管理データを一時的に保存するためのキャッシュメモリと、
上記ホストからの指令により、上記ディスクおよび上記キャッシュメモリのデータの読込み、および書込みを制御するコントローラと、
を備え、
上記コントローラは、上記ディスクに記憶されている管理データを含む第２データサイズのデータを予め上記キャッシュメモリに記憶しておき、データの書込み命令により、ホスト側からの管理データでキャッシュメモリに記憶されている管理データを含む第２データサイズのデータを上書きし、該上書きされた管理データを含む上記キャッシュメモリに記憶されている第２データサイズのデータで上記ディスクに書き込むように構成したこと、を特徴とする。

適用例１にかかるハードディスクドライブ装置において、データの書込み処理の際に、ユーザデータの書込み処理の前後で、ディスクに書き込まれる管理データは、第１データサイズであっても、パーソナルコンピュータからキャッシュメモリに上書きすれば、キャッシュメモリからディスクに第１データサイズより大きい第２データサイズに調製されて書き込まれる。よって、従来の技術のように、管理データを上書きする際に、管理データを含む第２データサイズのデータを読み込む必要がなく、処理速度を向上させることができる。

［適用例２］ 適用例１において、上記管理データは、一定のデータサイズである構成をとることができる。

［適用例３］ 適用例３における管理データを上記ディスクに書き込む処理は、ディスクへの書込みがなされていないアイドリング状態の割合が所定以上の場合に実行する構成とすることができる。この構成により、一層、書込み処理速度を向上させることができる。

［適用例４］ 適用例４は、上記第１データサイズは、５１２バイトであり、上記第２データサイズは、４０９６バイトであり、上記管理データは、所定のアドレスに記憶された５１２バイトのデータ容量である構成とすることができる。

［適用例５］ 適用例５は、第１データサイズおよび該第１データサイズの整数倍である第２データサイズの容量に設定された複数のデータにて、アクセス可能であるホスト・インターフェースと、上記データを一時的に記憶するキャッシュメモリとを有し、ホスト側から第１データサイズによりアクセスされたときに、第２データサイズでディスクおよびキャッシュメモリに読み書きするハードディスクドライブ装置の処理方法であって、
上記ディスクの記憶領域を、ユーザにより作成されたユーザデータと、該ユーザデータを管理しかつデータサイズが一定で第２データサイズより小さい管理データとに分けたファイル形式でフォーマットする処理と、
上記キャッシュメモリに上記管理データを予め記憶しておく処理と、
上記ホストからのデータの書込み命令により、上記ホスト側からの管理データでキャッシュメモリに記憶されている管理データを更新し、該更新された管理データを含む上記キャッシュメモリに記憶されたデータを第２データサイズで上記ディスクに書き込む処理と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の一実施例にかかる情報処理システムの概略構成を示す説明図である。 ＦＡＴ形式によりフォーマットされているディスクのメモリマップを示す説明図である。 パーソナルコンピュータの起動時に実行される処理を示すフローチャートである。 パーソナルコンピュータおよびコントローラにより実行される処理を示すフローチャートである。 管理データの転送過程を説明する説明図である。 図５に続く過程を説明する説明図である。 図６に続く過程を説明する説明図である。 他の実施例にかかる情報処理システムを示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施例にかかるハードディスクドライブ装置を備えた情報処理システムについて説明する。
（１） ハードウェアの構成：
図１は本発明の一実施例にかかる情報処理システム１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、情報処理システム１００は、情報処理装置としてのパーソナルコンピュータ１０（ホスト）と、ＵＳＢタイプのハードディスクドライブ装置２０とを備える。パーソナルコンピュータ１０は、本体側メモリ１１、ＵＳＢルートハブ１２を備え、ＵＳＢ機器との接続が可能となっている。本実施例では、ＵＳＢ機器としてのハードディスクドライブ装置２０が、ＵＳＢケーブル５１を介して接続されている。

ハードディスクドライブ装置２０は、インタフェース部２２と、記録媒体としてのディスク３２を有するハードディスクユニット３０と、後述する管理データを含むデータを一時的に蓄えておく４Ｋバイトの容量のキャッシュメモリ３４と、コントローラ３６とを備える。インタフェース部２２は、パーソナルコンピュータ１０とＵＳＢ接続するためのインタフェースである。

コントローラ３６は、前述したインタフェース部２２、ハードディスクユニット３０、およびキャッシュメモリ３４に接続されており、ディスク３２に対する書込みおよび読み出しを行う。すなわち、コントローラ３６は、インタフェース部２２から送られてきたデータをディスク３２またはキャッシュメモリ３４に書込み、また、ディスク３２に記憶されたデータを読み出してキャッシュメモリ３４に記憶する。キャッシュメモリ３４は、管理データを含むデータを一時的に記憶し、４Ｋバイトのデータサイズに調製してディスク３２に書き込む。なお、コントローラ３６は、ＣＰＵやメモリ等を備える小型マイクロコンピュータにより構成される。コントローラ３６は、小型マイクロコンピュータの構成に換えて、複数のディスクリートな電子部品による構成とすることもできる。

（２） ハードディスクドライブ装置２０の動作の概要：
ハードディスクユニット３０は、ディスク３２上に記憶されたデータとして、起動対象のシステムの起動時に必要なデータ（例えば、電源投入時に最初に実行されるプログラム等）を含んでおり、ＦＡＴファイルシステムの構造に従って格納されている。図２はＦＡＴ形式によりフォーマットされているディスク３２のメモリマップを示す説明図である。ＦＡＴファイルシステムでは、ディスク３２を、５１２バイトのセクタと呼ばれる論理単位に分割し、複数のセクタを単位として、４Ｋバイトで読み書きされるエミュレーション機能を有している。このとき、あるファイルを構成しているのは、どのセクタか、あるセクタは、現在使用中か、または未使用かといった情報を、管理領域に記録して管理する。

ＦＡＴ形式のフォーマットでは、ディスク３２の記憶領域は、管理領域ＭＡとユーザデータ領域ＤＡとに分離されている。管理領域ＭＡは、マスタブートレコード（Master Boot Record:以下、「ＭＢＲ領域」という）や、バイオスパラメータブロック（BIOS Parameter Block:以下、「ＢＰＢ領域」という）、ＦＡＴ１、ＦＡＴ２、ルートディレクトリなどと呼ばれる領域によって構成される。ＦＡＴのデータ構造は、周知のため、以下、これらの各領域について簡単に説明する。ここで、ＦＴファイルシステムは、データをセクタという単位で管理するようになっている。ディスク３２のセクタのサイズが５１２バイトで、クラスタのサイズが４Ｋバイトの場合、１クラスタは、８セクタで構成されていることになり、８セクタ単位でデータを扱っている。

ＭＢＲ領域は、パーソナルコンピュータ１０が接続された場合に、最初に読み込まれる領域であり、ブートストラップコードやパーティションテーブルなどが記録されている。パーティションテーブルには、生成されているパーティションの数や、各パーティションの開始セクタおよび終了セクタ、オフセット、総セクタ数などの情報が記録されている。

ＢＰＢ領域は、各パーティションの先頭セクタに記録されており、ディスク３２のフォーマットに関する各種情報として、パーティションのフォーマット形式やセクタ数、ＦＡＴの数などの管理データが記録されている。また、ＢＰＢ領域に記憶される管理データとして、ディスク３２がファイルの書込み作業中である場合に、その旨を示すフラグが含まれている。

ＦＡＴ１およびＦＡＴ２には、ユーザデータ領域ＤＡに記録された各ファイルを構成するクラスタチェーンの情報が記録されている。ＦＡＴ１とＦＡＴ２には、同一の情報が記録されることにより、ディスク３２に保存されているデータをシステムに読み込む際にデータの正当性を保証するようにしている。

ルートディレクトリには、ルートにあるファイルのファイル名や拡張子、属性、そのファイルを構成する最初のクラスタ番号等が記録されている。

（３） ソフトウエアの構成：
このような構造を有したＦＡＴファイルシステムにおいて、本発明の特徴的な管理データの処理は、キャッシュメモリ３４を用いて、以下のように処理される。図３ないし図４はパーソナルコンピュータ１０およびコントローラ３６により実行される処理を示すフローチャートである。

（３）−１ 起動時の処理
図３はパーソナルコンピュータ１０の起動時にコントローラ３６により実行される起動処理を示すフローチャート、図５はパーソナルコンピュータ１０、ディスク３２およびキャッシュメモリ３４との間のデータの転送過程を説明する説明図である。図１に示すパーソナルコンピュータ１０の電源投入により該パーソナルコンピュータ１０がバイオス(Basic Input / Output System)を起動すると、インタフェース部２２を介して、ハードディスクユニット３０のディスク３２のデータを読み込む。また、図３に示すように、ステップＳ１０２にて、コントローラ３６は、ディスク３２のパーティションの先頭セクタから４Ｋバイトのデータ、つまり管理データＭ／ＤであるＢＰＢ領域（図２参照）のデータを読み込み（図５参照）、さらにステップＳ１０４にて、読み込んだ４ＫバイトのＢＰＢ領域のデータをキャッシュメモリ３４に書き込む。これにより、図５に示すように、キャッシュメモリ３４の先頭のメモリ領域に５１２バイトの管理データＭ／Ｄが記憶され、続くメモリ領域にデータＢ〜Ｈが記憶される。

（３）−２ データの書込み処理
図４はパーソナルコンピュータ１０からハードディスクユニット３０へのデータの書込み処理を説明するフローチャートである。コントローラ３６は、パーソナルコンピュータ１０からハードディスクユニット３０への書込み命令に基づき、書込み処理を実行する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、本体側メモリ１１に記憶されているユーザデータＵ／Ｄをハードディスクユニット３０に書き込む際に、まず、図４のステップＳ１２０にて、パーソナルコンピュータ１０から送られてきたデータが４Ｋバイト以下であるか、さらに続くステップＳ１２２にて、データが先頭セクタのデータであるかを判定する。すなわち、管理データＭ／Ｄは、４Ｋバイト以下の５１２バイトであり、かつ先頭セクタのデータであることから、これらの判定によりパーソナルコンピュータ１０から送られたデータが管理データＭ／Ｄであることを判定する。このとき、管理データＭ／Ｄは、パーソナルコンピュータ１０で書込み処理を示すフラグをセットした管理データＭ／Ｄ（Ｗ）となっている。ステップＳ１２０，Ｓ１２２にて肯定判定されると、ステップＳ１２４に進み、キャッシュメモリ３４の管理データＭ／Ｄを更新（上書き）する処理を実行する。すなわち、図６（Ａ）に示すように、キャッシュメモリ３４の４Ｋバイトのデータのうち、先頭セクタの５１２バイトをパーソナルコンピュータ１０から送られてきた管理データＭ／Ｄ（Ｗ）で更新する。続いて、ステップＳ１２６にて、管理データＭ／Ｄ（Ｗ）を含むデータをディスク３２に書込みする。このとき、図６（Ｂ）に示すように、５１２バイトでの管理データＭ／Ｄ（Ｗ）は、５１２バイトの容量ではディスク３２に書き込めないから、キャッシュメモリ３４の他のメモリ領域にデータＢ〜Ｈのデータを加えて、４Ｋバイトのデータの容量で、ディスク３２に書き込む。なお、管理データＭ／Ｄのデータサイズが一定でない場合は、管理データＭ／Ｄを含む４Ｋバイトのデータの全てを更新する構成にしてもよい。

一方、ステップＳ１２０およびステップＳ１２２にて、パーソナルコンピュータ１０から送られたデータがユーザデータＵ／Ｄであるときには、ステップＳ１３０に進み、通常のユーザデータＵ／Ｄの書込み処理を実行する。すなわち、ユーザデータＵ／Ｄは、４Ｋバイト以上のデータであり、しかもパーティションの先頭セクタのデータでないことから、図６（Ｃ）に示すように、通常の書込み処理を実行する。

そして、ユーザデータＵ／Ｄが全て書き込まれた後に、５１２バイトの管理データＭ／Ｄが送られてくると、つまり、書込みの終了を示すフラグを含む管理データＭ／Ｄが送られてくると、上述したように、図４のステップＳ１２０〜Ｓ１２６の処理が実行される。これにより、図７（Ａ）に示すように、キャッシュメモリ３４の管理データＭ／Ｄが更新された後に、図７（Ｂ）に示すように、キャッシュメモリ３４の４Ｋバイトのデータでディスク３２に書き込まれる。

（４） 上記実施例にかかるハードディスクユニット３０によれば、以下の作用効果を奏する。
（４）−１ 本実施例にかかるハードディスクドライブ装置２０において、データの書込み処理の際に、ユーザデータＵ／Ｄの書込み処理の前後で、ディスク３２に書き込まれる管理データＭ／Ｄは、５１２バイトのデータサイズであっても、パーソナルコンピュータ１０からキャッシュメモリ３４に書き込めば、キャッシュメモリ３４からディスク３２に４Ｋバイトのデータサイズに調製されて書き込まれる。よって、従来の技術のように、管理データＭ／Ｄを書き込む際に、管理データＭ／Ｄを含む４Ｋバイトのデータを読み込む必要がなく、処理速度を向上させることができる。

（４）−２ ハードディスクドライブ装置２０に搭載するキャッシュメモリ３４は、その容量が４Ｋバイトで小さく、ユーザデータ用のキャッシュメモリのように、大容量ではなく、コストアップにならず、処理速度を向上させることができる。

（４）−３ キャッシュメモリ３４、パーソナルコンピュータ１０およびディスク３２への管理データＭ／Ｄの読み書き処理は、コントローラ３６に搭載されたソフトウエアにより実行されるから、パーソナルコンピュータ１０の本体側メモリ１１の一部をキャッシュメモリとして設定する処理をしたり、パーソナルコンピュータ１０のプログラムを変更するような面倒な作業や構成も不要である。

（４）−４ 管理データＭ／Ｄは、パーソナルコンピュータ１０によるデータ更新の際に、キャッシュメモリ３４からディスク３２への書込み処理により更新しているから、不用意な電源の遮断によっても、ディスク３２の管理データＭ／Ｄが失われることがない。

（５） 他の実施例
この発明は、上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（５）−１ 上記実施例では、管理データＭ／Ｄがハードディスクドライブ装置２０に送られる毎に、図４のステップＳ１２４およびステップＳ１２６にて、管理データＭ／Ｄのキャッシュメモリ３４の更新および、ディスク３２の更新（書込み）を実行しているが、ディスク３２への書込みがなされていないアイドリング状態の割合が所定以上の場合に実行することにより、一層、書込み処理速度を向上させることができる。

（５）−２ 図８は他の実施例にかかる情報処理システムを示す概略構成図である。本実施例は、ハードディスクドライブ装置２０Ｂのインタフェースとして、シリアルＡＴＡ（Serial Advanced Technology Attachment）に適用した例である。すなわち、ハードディスクドライブ装置２０Ｂは、変換部２２Ｂと、変換部２２Ｂに接続されたキャッシュメモリ２３Ｂと、ディスク３２Ｂを有するハードディスクユニット３０Ｂと、シリアルＡＴＡインタフェース３１Ｂと、コントローラ３６Ｂとを備えている。変換部２２Ｂは、ＵＳＢ規格のシリアル信号をＳＡＴＡの信号に変換を行なう機能を有するとともに、キャッシュメモリ２３Ｂに一時的に記憶される管理データＭ／Ｄを制御するプログラムを備える。このように、ハードディスクドライブ装置２０Ｂは、汎用のシリアルＡＴＡのハードディスクユニット３０Ｂにも適用することができる。なお、管理データＭ／Ｄを制御するプログラムは、コントローラ３６Ｂに備えてもよい。

（５）−３ 上記コンピュータプログラムは、予めＲＯＭに記憶した構成としてもよいし、ディスク３２に格納される構成とし、ＣＤ−ＲＯＭなどの各種記憶媒体（コンピュータ読み取り可能な記録媒体等）に記憶されて配布されたり、またはインターネットなど各種通信手段を通じて配信されたりするものとすることもできる。

（５）−４ 上記実施例では、その効果の高いファイルシステムとしてＦＡＴ３２を含むFile Allocation Tablesであって、管理データとしてＢＰＢ領域のデータのみを使用している構成について説明したが、これに限らず、ＮＴＦＳ（New Technology File System)等のファイルシステムでも実施可能である。こうした他のファイルシステムにおけるファイル形式において、管理データとしてＢＰＢ領域に加え、ＭＢＲ領域や他のシステム領域のデータを使用する場合であってもよい。

（５）−５ 上記実施例では、ハードディスクユニット３０の外に、キャッシュメモリ３４、コントローラ３６を配置したが、これに限らず、ハードディスクユニット３０の中にキャッシュメモリ３４、コントローラ３６を組み込んでもよい。

１０…パーソナルコンピュータ
１１…本体側メモリ
２０…ハードディスクドライブ装置
２０Ｂ…ハードディスクドライブ装置
２２…インタフェース部
２２Ｂ…変換部
２３Ｂ…キャッシュメモリ
３０…ハードディスクユニット
３０Ｂ…ハードディスクユニット
３２…ディスク
３２Ｂ…ディスク
３４…キャッシュメモリ
３６…コントローラ
３６Ｂ…コントローラ
１００…情報処理システム

Claims (5)

1. 第１データサイズおよび該第１データサイズの整数倍である第２データサイズの容量に設定された複数のデータにて、アクセス可能であるホスト・インターフェースを有し、ホスト側から第１データサイズによりアクセスされたときに、第２データサイズでディスクに読み書きするハードディスクドライブ装置において、
   ユーザにより作成されたユーザデータと、該ユーザデータを管理しかつデータサイズが一定で第２データサイズより小さい管理データとに分けたファイル形式でフォーマットされて管理されるディスクと、
   上記第２データサイズ以上の容量に設定され、上記管理データを一時的に保存するためのキャッシュメモリと、
   上記ホストからの指令により、上記ディスクおよび上記キャッシュメモリのデータの読込み、および書込みを制御するコントローラと、
   を備え、
   上記コントローラは、上記ディスクに記憶されている管理データを含む第２データサイズのデータを予め上記キャッシュメモリに記憶しておき、データの書込み命令により、ホスト側からの管理データでキャッシュメモリに記憶されている管理データを含む第２データサイズのデータを上書きし、該上書きされた管理データを含む上記キャッシュメモリに記憶されている第２データサイズのデータで上記ディスクに書き込むように構成したこと、
   を特徴とするハードディスクドライブ装置。
2. 請求項１に記載のハードディスクドライブ装置において、
   上記管理データは、一定のデータサイズであるハードディスクドライブ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のハードディスクドライブ装置において、
   上記管理データを上記ディスクに書き込む処理は、ディスクへの書込みがなされていないアイドリング状態の割合が所定以上の場合に実行するハードディスクドライブ装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のハードディスクドライブ装置において、
   上記第１データサイズは、５１２バイトであり、上記第２データサイズは、４０９６バイトであり、上記管理データは、所定のアドレスに記憶された５１２バイトのデータ容量であるハードディスクドライブ装置。
5. 第１データサイズおよび該第１データサイズの整数倍である第２データサイズの容量に設定された複数のデータにて、アクセス可能であるホスト・インターフェースと、上記データを一時的に記憶するキャッシュメモリとを有し、ホスト側から第１データサイズによりアクセスされたときに、第２データサイズでディスクおよびキャッシュメモリに読み書きするハードディスクドライブ装置の処理方法であって、
   上記ディスクの記憶領域を、ユーザにより作成されたユーザデータと、該ユーザデータを管理しかつデータサイズが一定で第２データサイズより小さい管理データとに分けたファイル形式でフォーマットする処理と、
   上記キャッシュメモリに上記管理データを予め記憶しておく処理と、
   上記ホストからのデータの書込み命令により、上記ホスト側からの管理データでキャッシュメモリに記憶されている管理データを含む第２データサイズのデータを上書きし、該上書きされた管理データを含む上記キャッシュメモリに記憶されている第２データサイズのデータで上記ディスクに書き込む処理と、
   を備えたことを特徴とするハードディスクドライブ装置の処理方法。

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