JP2704138B2 - 磁気ディスクキャッシュの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ディスクキャッシ
ュの制御方法に関し、特にキャッシュメモリを有し高速
書き込み処理を行う磁気ディスクキャッシュの制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータのＣＰＵの高速化が
進むなかで、外部記憶装置に対する入出力速度がコンピ
ュータ処理の弊害になるケースが多く、外部記憶装置の
入出力処理の高速化が特に望まれている。このため、代
表的な外部記憶装置である磁気ディスク装置の分野にお
いては、入出力の高速度化をはかる方法として、キャッ
シュメモリを搭載する方法が一般的に知られている。

【０００３】この方法は、磁気ディスク装置からデータ
を読み出す際は、読み出したデータをホスト装置に転送
するのと同時にディスク制御部内のキャッシュメモリに
も格納しておき、ホスト装置から再度同一部分の読み出
し指示があったときに、実際に磁気ディスク装置からデ
ータを読み出すことなく、キャッシュメモリに格納して
いたデータをホスト装置に転送する。

【０００４】また、磁気ディスク装置にデータを書き込
む場合には、ホスト装置から送られたデータを磁気ディ
スク装置には書き込まず、半導体記憶素子からなるキャ
ッシュメモリに書き込み、ホスト装置には書き込み命令
の終了報告を行う。そして、キャッシュメモリ内の書き
込みデータは、一定時間経過後もしくはキャッシュメモ
リにある一定の書き込みデータが蓄えられたときに、キ
ャッシュメモリから磁気ディスク装置へデータを書き込
まれる。このようなキャッシュを使用した書き込み処理
を、ストア・イン・ライト(Store in Write)処理、また
は高速書き込み処理と呼んでいる。

【０００５】一般に、これからアクセスする位置のデー
タがキャッシュメモリ上に存在する場合、この状態をキ
ャッシュヒットと呼び、また反対に、これからアクセス
する位置のデータがキャッシュメモリ上に存在しない場
合、この状態をキャッシュミスとんでいる。磁気ディス
ク媒体への書き込み・読み出し動作においては、磁気デ
ィスク装置のヘッドを移動させてアクセス位置を確定す
るため、磁気ヘッドを磁気ディスク媒体上の目的トラッ
クに移動させるシーク動作、および磁気ディスク媒体上
の実際のアクセス位置を探すためのサーチ動作の後にデ
ータの書き込み・読み出しを行う。

【０００６】キャッシュヒットの場合、これらの動作は
メモリアクセスのみで実行可能であり短時間で完了する
が、キャッシュミスの場合は、磁気ディスク装置の物理
的動作を伴うため、キャッシュメモリのアクセスに比べ
はるかに長時間を要する。このように、キャッシュメモ
リは半導体記憶素子による高速動作を利用することによ
って、磁気ディスク装置の入出力処理の速度をホスト装
置からの見かけ上高速化することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の高速書
き込み処理においては、ホスト装置がアクセスする磁気
ディスク媒体上の位置が不規則で疎らな場合、高速書き
込みの効果が十分に得られないばかりでなく、磁気ディ
スク装置の動作占有時間の増加により、応答性能を逆に
悪化させる場合がある。

【０００８】さらに、目的の位置のデータがキャッシュ
メモリ上に存在する確率が低下してキャッシュミスとな
り、目的の書き込み位置を探すために、実際に磁気ディ
スク媒体上のデータを読み出した後、ホスト装置からの
書き込みデータがキャッシュメモリに格納され、この時
点でホスト装置に書き込み処理の終了報告が行われるに
続いて、ホスト装置から同一磁気ディスク媒体上の別の
位置へのアクセスがある場合、キャッシュメモリ上にそ
のデータ存在する可能性が低いために、磁気ヘッドが新
たなアクセス位置に移動してしまう。

【０００９】従って、この後に初めにキャッシュメモリ
上に残したデータを読み出して、磁気ディスク媒体上に
書き込もうとすると、既に磁気ヘッドが別の位置に移動
しているので、再度もとの位置に磁気ヘッドを戻してか
ら書き込まなければならない。このため、磁気ディスク
装置が長時間にわたって占有され、続いて、ホスト装置
からキャッシュメモリ上に存在しない部分の読み出し命
令が送出されて、磁気ディスク装置が実際にアクセスす
る必要が生じても、前の書き込み処理が終了して磁気デ
ィスク装置が解放されるまで待たなければならない。

【００１０】従って、ストア・イン・ライト処理により
ホスト装置からの書き込み命令を高速処理できても、後
の磁気ディスク装置への書き込み処理の際に、上位装置
からの命令が待たされるため、総合的には性能の向上効
果が得られないという欠点がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、キャッシュメ
モリを有し高速書き込み処理を行う磁気ディスクキャッ
シュの制御方法であって、上位装置からの書き込み処理
においてデータを書き込むべき位置のデータが前記キャ
ッシュメモリ上に存在しない場合、書き込み位置を特定
する処理によりデータを書き込む位置を含むデータ領域
を磁気ディスク装置からキャッシュメモリに読み出した
後、前記上位装置からの書き込みデータを前記キャッシ
ュメモリに格納し、書き込み位置を特定する命令とデー
タを書き込む命令からなる書き込み処理命令列の処理の
終了する直前に前記キャッシュメモリ内の書き込みデー
タを磁気ディスク装置に書き込む処理を開始した後、前
記上位装置に書き込み処理命令列の終了報告を行うこと
を特徴とする。

【００１２】また、データを書き込む目的位置のデータ
がキャッシュメモリ上に存在し、上位装置からの書き込
み処理において書き込みデータを前記キャッシュメモリ
に格納し、書き込み位置を特定する命令とデータを書き
込む命令からなる書き込み処理命令列の処理の終了する
直前に書き込み処理を行ったトラック位置と磁気ディス
ク装置の磁気ヘッドのトラック位置を記憶するレジスタ
の内容とを比較し、両者が一致した場合、前記キャッシ
ュメモリ内の書き込みデータを前記磁気ディスク装置に
書き込む処理を開始した後、前記上位装置に書き込み処
理命令列の終了報告を行うことを特徴とする。

【００１３】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の一実施例を適用する磁気
ディスク制御装置を示す構成図である。磁気ディスク制
御装置１は、図１に示すように、上位装置２および磁気
ディスク装置３にそれぞれ接続されている。この上位装
置２は、本発明の磁気ディスク制御装置に対し指示を与
えるホスト装置であり、磁気ディスク装置３は、磁気ヘ
ッド（図示せず）を介して磁気ディスク媒体（図示せ
ず）へのデータの書き込みおよび読み出しを行う。

【００１５】磁気ディスク制御装置１は、マイクロプロ
セッサ１１と、上位装置２に接続する上位装置装置接続
部１２と、磁気ディスク装置３に接続するドライブ接続
部１３と、磁気ディスク装置３からの読み出しデータお
よび磁気ディスク装置３への書き込みデータを格納する
キャッシュメモリ１４と、このキャッシュメモリ１４に
格納するデータを管理するキャッシュメモリ管理テーブ
ル１５と、磁気ディスク装置３の磁気ヘッドの位置を記
憶するヘッド位置レジスタ１６とを含んで構成される。

【００１６】磁気ディスク制御装置１のマイクロプロセ
ッサ１１は、磁気ディスク制御装置１全体の動作を制御
プログラムに従って制御する。上位装置接続部１２は、
上位装置２とのデータ転送，コマンド転送およびステー
タス転送を行う際に、その入出力処理を制御する。ドラ
イブ接続部１３は、磁気ディスク装置３に対しデータの
転送，コマンド転送，ステータス転送を行う際に、その
入出力処理を制御する。キャッシュメモリ１４は、磁気
ディスク装置３から読み出したデータを格納するととも
に、上位装置２から送られた書き込みデータを一時的に
格納する。

【００１７】キャッシュメモリ管理テーブル１５は、キ
ャッシュメモリ１４上のデータ格納アドレスと磁気ディ
スク装置３の記録位置とを対応付けるための管理テーブ
ルであって、キャッシュメモリ１４のあるエリアのデー
タが、読み出しデータであるか、もしくは、書き込みデ
ータであるか、そして、それが読み出しデータの場合
は、磁気ディスク装置３のどの位置から読み出されたデ
ータであるか、また、それが書き込みデータの場合は、
磁気ディスク装置３のどの位置に書き込むべきデータで
あるかを記憶する。このキャッシュメモリ１４内の記憶
エリアは細かく分割されており、複数の読み出しデータ
および書き込みデータを格納するとともに管理可能にな
っている。

【００１８】ヘッド位置レジスタ１６は、磁気ディスク
装置３において、現在磁気ヘッドが位置しているトラッ
ク番号を記憶するレジスタであって、その内容の更新は
マイクロプロセッサ１１により行う。マイクロプロセッ
サ１１は、磁気ディスク装置３に対して磁気ヘッドの位
置決め命令であるシーク命令を実行したときに、シーク
したトラック番号をヘッド位置レジスタ１６に記憶す
る。

【００１９】以上が本発明の磁気ディスクキャッシュの
制御方法を実現する磁気ディスク制御装置の構成であ
る。

【００２０】次に、本発明の実施例の動作について説明
する。

【００２１】図２は、本発明の第１の実施例の動作を示
すフローチャートである。なお、本実施例は、図１に示
す磁気ディスク制御装置１がヘッド位置レジスタ１６を
備えないものに適用される。

【００２２】図１，図２を参照すると、上位装置２から
送出される命令およびデータは、磁気ディスク制御装置
１の上位装置接続部１２を介してマイクロプロセッサ１
１に入力され解析される。マイクロプロセッサ１１は、
解析した命令に従って磁気ディスク装置３を制御し、そ
れが磁気ディスク装置３を動作させる命令であれば、ド
ライブ接続部１３を介して磁気ディスク装置３に動作命
令を送出する。

【００２３】本実施例においては、リード時の動作が従
来の磁気ディスク制御装置の場合と同様であり、かつ磁
気ディスク装置３から読み出されたデータがキャッシュ
メモリ１４に格納されているとき、磁気ディスク制御装
置１は、上位装置２からその部分に対する読み出し命令
が送出されると、磁気ディスク装置３をアクセスするこ
となく、キャッシュメモリ１４上に記憶されているデー
タを上位装置２に転送する。通常、上位装置２からの書
き込み命令は、書き込み位置を特定するシーク命令とサ
ーチ命令とを伴っている。

【００２４】まず、このシーク命令もしくはサーチ命令
を受理すると、マイクロプロセッサ１１は、キャッシュ
メモリ管理テーブル１５を検索して、当該書き込み位置
を含む領域のデータがキャッシュメモリ１４内に格納さ
れているか、すなわち、キャッシュヒットであるか、も
しくはキャッシュミスであるかを判断する（Ｓ１１）。

【００２５】そして、シークもしくはサーチ位置のデー
タが、キャッシュメモリ１４上にない場合は、キャッシ
ュミスとなるため、マイクロプロセッサ１１は、目的位
置に磁気ディスクのヘッドを移動させる命令を磁気ディ
スク装置３に送出し（Ｓ１２）、磁気ディスク媒体上の
データを読み出しながら目的の位置をサーチする（Ｓ１
３）。このとき、磁気ディスク媒体から読み出されたデ
ータは、同時にキャッシュメモリ１４にも格納され、そ
のトラック位置はキャッシュメモリ管理テーブル１５に
登録される（Ｓ１４）。続いて、上位装置２から書き込
みデータを受理し、キャッシュメモリ１４に格納する
（Ｓ１５）。

【００２６】ここで、本実施例では、マイクロプロセッ
サ１１が、磁気ディスク装置３に対してキャッシュメモ
リ１４内に格納しているデータの読み出しを開始し（Ｓ
１６）、さらに、データの書き出し完了を待たずに上位
装置２に対し当該書き込み命令の完了を報告する（Ｓ１
７）。そして、マイクロプロセッサ１１は、待機中に当
該書き込みデータの磁気ディスク媒体への書き出しの完
了を監視する（Ｓ１８）。

【００２７】この間に磁気ディスク装置３をアクセスす
る命令が発行されると、この書き込み動作の完了までそ
の実行を待たなければならないが、本実施例では、書き
込み位置のサーチ後、磁気ヘッドが別のトラック位置に
移動する前に磁気ディスク媒体への書き込み動作を開始
するため、磁気ヘッドを再度トラック位置合わせをする
必要がなく、磁気ディスク媒体への書き込みに伴う磁気
ディスク装置の動作占有時間が短縮される。

【００２８】また、Ｓ１１の判断ステップにおいて、キ
ャッシュメモリ１４内に書き込み位置のデータが存在し
ている、すなわち、キャッシュヒットの場合は、従来の
ストア・イン・ライト処理と同様に、キャッシュメモリ
１４内のデータを使用してサーチ動作を行う（Ｓ１
９）。このとき、実際の磁気ディスク装置３にはアクセ
スしない。続いて、上位装置２から書き込みデータを受
理し、キャッシュメモリ１４に格納する（Ｓ２０）。

【００２９】キャッシュメモリ１４へのデータの書き込
みが完了すると、マイクロプロセッサ１１は、上位装置
２に対し当該書き込み命令の完了を報告する（Ｓ２
１）。このとき、キャッシュメモリ１４内に格納された
書き込みデータは、一定時間後もしくはキャッシュメモ
リ内に一定の書き込みデータが蓄えられたときに、磁気
ディスク装置３に書き込まれる。

【００３０】本実施例では、上位装置２への書き込み命
令の終了報告の直前に、磁気ディスク媒体への書き込み
を開始しているため、磁気ディスク装置３の動作占有時
間は、上位装置２が次の命令を送出するまでの時間であ
るコマンド間隔と相殺し合い、上位装置から見て磁気デ
ィスク装置３の動作占有時間は、コマンド間隔の分だけ
短く見える。これにより、磁気ディスク装置３の動作占
有による次のアクセスの待ち合わせ時間を短縮できる。

【００３１】次に、本発明の第２の実施例の動作につい
て、図１，図３を参照して説明する。

【００３２】なお、本実施例は、図１に示す磁気ディス
ク制御装置１がヘッド位置レジスタ１６を備えたものに
適用され、キャッシュヒットの場合に、磁気ディスク媒
体上の磁気ヘッドのトラック位置を記憶するヘッド位置
レジスタ１６を用いて、さらに、高い効果を得る方法で
ある。

【００３３】ここで、図３に示すフローチャートは、図
２に示すフローチャートのＳ２０とＳ２１との間に、Ｓ
２０′の判断ステップを挿入したものである。従って、
本実施例において内容の重複する箇所の説明は省略す
る。

【００３４】図３を参照すると、まず、Ｓ１１におい
て、キャッシュミスした場合、すなわち、キャッシュメ
モリ１４内に目的位置のデータが格納されていない場合
の動作は、上述した第１の実施例において説明した動作
と同様であるが、マイクロプロセッサ１１は、磁気ディ
スク装置３の磁気ヘッドの位置を変更する度に、ヘッド
位置レジスタ１６の内容を更新する。従って、マイクロ
プロセッサ１１は、ヘッド位置レジスタ１６の内容を読
み出すことにより現在の磁気ヘッドの位置を知ることが
できる。

【００３５】一方、Ｓ１１において、キャッシュヒット
した場合、すなわち、キャッシュメモリ１４内に目的位
置のデータが存在した場合、マイクロプロセッサ１１
は、一連の書き込み処理の命令列の終了前に、キャッシ
ュメモリ管理テーブル１５の内容から書き込み命令によ
ってキャッシュメモリ１４に書き込まれたデータを磁気
ディスク媒体上に書き込むべきトラックアドレスと、ヘ
ッド位置レジスタ１６との内容を比較する。すなわち、
磁気ヘッドの位置がキャッシュメモリ内のデータを読み
出せる位置にあるか否かを判断する（Ｓ２０′）。

【００３６】そして、両者が一致した場合は、キャッシ
ュメモリ１４内のデータを磁気ディスク媒体に書き込む
処理を開始する（Ｓ１６）。また、両者が一致しない場
合は、上位装置２に書込み処理の終了報告を行う（Ｓ２
１）。この制御方法は、磁気ヘッドの位置が既にキャッ
シュメモリ１４内の書き込みデータを直ちに磁気ディス
ク媒体に書き込む位置にある場合、磁気ディスク媒体へ
の書き込み開始の判断とするものである。これにより、
磁気ヘッドの無駄な動作をさらに減少させることがで
き、磁気ディスク装置３の動作占有時間を軽減できる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、磁気ディ
スク媒体への不規則な書き込み処理において、キャッシ
ュメモリへ書き込みデータを格納し、一連の書き込み命
令の終了直前に磁気ディスク媒体へのデータの書き込み
を開始するため、磁気ヘッドが現在のトラック位置で書
き込みを開始でき、磁気ヘッドの移動に伴う磁気ディス
ク装置の動作占有時間を短縮できるという効果がある。

【００３８】さらに、キャッシュメモリから磁気ディス
ク媒体への書き込み開始と同時にホスト装置に書き込み
命令の完了を報告するため、磁気ディスク装置への書き
込み処理の時間をホスト装置からのコマンド間隔と相殺
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を適用する磁気ディスク制御
装置の構成図である。

【図２】本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。

【図３】本発明の他の実施例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 磁気ディスク制御装置 ２ 上位装置 ３ 磁気ディスク装置 １１ マイクロプロセッサ １２ 上位装置接続部 １３ ドライブ接続部 １４ キャッシュメモリ １５ キャッシュメモリ管理テーブル １６ ヘッド位置レジスタ Ｓ１２〜Ｓ２１ 処理ステップ Ｓ１１，Ｓ２０′ 判断ステップ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャッシュメモリを有し高速書き込み処
   理を行う磁気ディスクキャッシュの制御方法であって、
   上位装置からの書き込み処理においてデータを書き込む
   べき位置のデータが前記キャッシュメモリ上に存在しな
   い場合、書き込み位置を特定する処理によりデータを書
   き込む位置を含むデータ領域を磁気ディスク装置からキ
   ャッシュメモリに読み出した後、前記上位装置からの書
   き込みデータを前記キャッシュメモリに格納し、書き込
   み位置を特定する命令とデータを書き込む命令からなる
   書き込み処理命令列の処理の終了する直前に前記キャッ
   シュメモリ内の書き込みデータを磁気ディスク装置に書
   き込む処理を開始した後、前記上位装置に書き込み処理
   命令列の終了報告を行うことを特徴とする磁気ディスク
   キャッシュの制御方法。
2. 【請求項２】 データを書き込む目的位置のデータがキ
   ャッシュメモリ上に存在し、上位装置からの書き込み処
   理において書き込みデータを前記キャッシュメモリに格
   納し、書き込み位置を特定する命令とデータを書き込む
   命令からなる書き込み処理命令列の処理の終了する直前
   に書き込み処理を行ったトラック位置と磁気ディスク装
   置の磁気ヘッドのトラック位置を記憶するレジスタの内
   容とを比較し、両者が一致した場合、前記キャッシュメ
   モリ内の書き込みデータを前記磁気ディスク装置に書き
   込む処理を開始した後、前記上位装置に書き込み処理命
   令列の終了報告を行うことを特徴とする磁気ディスクキ
   ャッシュの制御方法。