JP3811149B2 - キャッシュメモリバックアップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部記憶装置としての磁気ディスク装置、上位計算機の主記憶装置およびこれらの２つの間でデータを高速転送するキャッシュメモリを備え、上記３つの記憶装置を制御する磁気ディスク制御機構を有する磁気ディスク制御装置のキャッシュメモリ内のデータ保護に関する。

磁気ディスクからの情報の読み出しおよび磁気ディスクへの情報の書き込み速度に比べ、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）によって構成されるキャッシュメモリに対する情報の読み書きは格段に早いため、キャッシュメモリを付加することにより、上位計算機からのアクセス時間を大幅に減少することが出来る。

したがって、磁気ディスク装置から主記憶装置にデータを読み込む場合、磁気ディスク制御機構はキャッシュメモリに前記データがある場合は直接キャッシュメモリからデータ転送し、無い場合は命令受領後に一旦上位計算機とバスを開放し、磁気ディスクからキャッシュメモリにデータを書き込んだ後、再び上位計算機とバスを接続し、キャッシュメモリから主記憶装置にデータを転送し、また、主記憶装置から磁気ディスク装置に対しデータを書き込む場合、磁気ディスクに直接書き込むのではなく一旦このキャッシュメモリに書き込み、キャッシュメモリに書き込みが完了した時点で上位計算機に対して書き込み完了を報告し、上位計算機とバスを開放した後にデータを磁気ディスクに対し書き込むことにより上位計算機とバスの占有時間を短縮している。

しかし、後者の方法だとキャッシュメモリに書き込んだ時点で上位計算機に対して書き込み完了報告をしているので実際に磁気ディスクには書き込みが完了していないうちにブレーカが落とされたり、コンセントが抜かれてしまった場合、または停電などによる突然の電源切断の場合などのときは、キャッシュメモリに使われるＲＡＭは揮発性のため、キャッシュメモリ内のみに書かれているデータは、消失してしまうことになる。

このような場合に備えて、このキャッシュメモリのバックアップ用にバッテリを装備し、このキャッシュメモリにバッテリから直接電力を供給することにより、データを保護する方式が取られているが、従来技術では、キャッシュ内にデータがあるかないかをフラグより記憶し、バッテリバックアップをするかどうか判別していた。

従来の技術によれば、装置の電源をオフする場合にキャッシュメモリにデータが存在すれば、バッテリバックアップを行っていたが、主電源スイッチにより電源をオフする場合（電源がオフされることがまえもって分かる場合）にも、データをディスクに書かずにバックアップ状態になってしまい、バックアップバッテリーを使用し続けることになる。

磁気ディスク装置と上位計算機の主記憶装置との間の情報伝送を制御する磁気ディスク制御機構と、前記上位計算機からのデータの書き込み及び読み出しを行うキャッシュメモリと、前記キャッシュメモリに電力を供給するバッテリと、主電源を切断する主電源スイッチと、を備えた磁気ディスク制御装置であって、
前記キャッシュメモリは、前記バッテリによってバックアップされる第１のメモリモジュールと、バッテリバックアップせずに前記主電源から電力供給される第２のメモリモジュールとに分け、
さらに、電源電圧を監視する電源監視回路と、時計とを設け、
前記電源監視回路による監視によって電源電圧が正常である場合、前記時計の示す日時に基づいて前記第１のメモリモジュールの前記第２のメモリモジュールに対する使用比率を決定するように制御すること。

また、前記磁気ディスク制御装置において、夜間及び休日に使用比率の低いアプリケーションに対して、前記時計の示す夜間及び休日で前記第１のメモリモジュールの使用比率を低くするように制御すること。

磁気ディスク装置と上位計算機の主記憶装置との間の情報伝送を制御する磁気ディスク制御機構と、前記上位計算機からのデータの書き込み及び読み出しを行うキャッシュメモリと、前記キャッシュメモリに電力を供給するバッテリと、主電源を切断する主電源スイッチと、を備えた磁気ディスク制御装置であって、
前記キャッシュメモリは、そのアドレスに応じて前記バッテリによってバックアップされる第１のメモリエリアと、そのアドレスに応じて前記バッテリによってバックアップしない第２のメモリエリアとに分け、
前記第１のメモリエリアはライトキャッシュとして使用し、前記第２のメモリエリアはリードキャッシュとして使用すること。

前記磁気ディスク制御装置において、前記キャッシュメモリが書き込みデータを受け取った場合、当該書き込みデータがライトキャッシュデータかリードキャッシュデータかのデータ判断を行い、リードデータであれば前記第２のメモリエリアが一杯か否かの判断を行い、一杯であれば前記第１のメモリエリアが一杯か否かの判断を行って一杯でなければ前記第１のメモリエリアの一部をリードキャッシュメモリとして使用し、
前記データ判断を行ったときにライトデータであれば前記第１のメモリエリアが一杯か否かの判断を行い、一杯であったとしても当該第１のメモリエリアにリードデータが存在するか否かを判断し存在すれば当該リードデータのメモリ上に前記ライトデータを上書きすること。

本発明によれば、バッテリによるキャッシュメモリのバックアップのオンオフを必要なときに確実に行なうことが出来、消費電力の節約、バックアップ期間の長期化、バッテリの過放電防止等の効果がある。

図１に本発明の一実施形態を示す。１は主記憶装置、２は中央処理装置であり、主記憶装置１と中央処理装置２によって計算機本体３を構成している。Ｄ１，Ｄ２・・・Ｄｎはそれぞれ磁気ディスク装置、４はキャッシュメモリであり、５は主電源切断時用のバッテリである。６はこれらの磁気ディスク装置と主記憶装置１およびキャッシュメモリ４、との間の情報の転送を制御する磁気ディスク制御機構で、この磁気ディスク制御機構６とキャッシュメモリ４およびバッテリ５によって磁気ディスク制御装置７を構成している。また、このバッテリの電圧は磁気ディスク制御機構６により監視され、電圧低下時には充電される。

磁気ディスク制御機構６は計算機３から磁気ディスクへの書き込み命令に対してその書き込みデータを磁気ディスク装置に対して高速に書き込むことの出来るキャッシュメモリ４に書き込み、キャッシュメモリ４に書き込みが完了した時点で計算機３に対して書き込み完了報告を行なうが、この時点ではまだ磁気ディスク装置にはデータは書かれていない。この状態のときのために、停電などで主電源スイッチによらない主電源の切断があった場合、バッテリにてキャッシュメモリのデータをバックアップする。

キャッシュメモリ内に磁気ディスクに書き込んでいないデータが未だ存在する場合に、主電源の切断が主電源スイッチにより行なわれた場合、磁気ディスク制御機構６はすぐには電源を落とさずにキャッシュメモリ４内のデータを全て磁気ディスク装置に書き込んでから電源を落とす。この場合、キャッシュメモリから磁気ディスク装置へのデータ書き込みが完了しているので、バッテリによるキャッシュメモリのバックアップはする必要が無い。このときにキャッシュメモリのバックアップをすることは、バッテリを無駄に消費することになる。

また、この状態が長時間続くとバッテリが過放電状態となり、再び充電して使用することが不可能になってしまう場合もある。したがって、このような場合には、磁気ディスク制御機構６は、キャッシュメモリ内のデータを全て磁気ディスクに書き込んだ後、バッテリのバックアップをオフにし、磁気ディスク装置および磁気ディスク制御装置の主電源をオフにする。

図２は本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の一実施形態を示す。メモリモジュール３０，４０は一般のＤＲＡＭメモリモジュールであり、ＤＲＡＭをバッテリバックアップするための回路として、リフレッシュ回路２６と、セレクタ２３と、バッテリバックアップ管理メモリ２２と、ＲＡＳ・ＣＡＳ信号１６，１７，１８，１９をバッテリバックアップしないときにスタンバイ状態にするＮＡＮＤゲート２１と、を備えており、各回路がバッテリバックアップされている。

主電源投入時はメモリ制御回路２０でＤＲＡＭのリードおよびライトを実施しており、メモリモジュールにライトキャッシュデータを書き込んだ場合にバッテリバックアップするようにバッテリバックアップ管理メモリ２２をセットし、ライトキャッシュデータを磁気ディスク装置に書き込んだ場合に前記バッテリバックアップ管理メモリ２２をリセットする。

主電源オフ時はリフレッシュ回路２６でＣＢＲリフレッシュのパルスを発生し、セレクタ２３がリフレッシュ回路２６の出力を選択し、バッテリバックアップ管理メモリの信号２４，２５が１の場合にＮＡＮＤゲート２１がリフレッシュ信号をメモリモジュール３０，４０へ伝搬し、０の場合にＲＡＳ・ＣＡＳ信号１６，１７，１８，１９をＨｉｇｈレベルにしてメモリモジュール３０，４０をスタンバイ状態にしてリフレッシュしないこととなる。

ここにおいて、バッテリバックアップ管理メモリの信号２４，２５は主電源が入っている場合は１で、主電源がオフの場合はメモリの内容によって左右され、ライトデータであれば１、データ無しまたはリードデータであれば０が出力される。これにより、ライトキャッシュデータが書き込まれているＤＲＡＭモジュールのみリフレッシュされ、残りのモジュールはスタンバイ状態となるため消費電力が少なくなり、バッテリの消費が少なくなる。また、本発明では電源ラインに余分な回路がなくＤＲＡＭのようにリフレッシュ等の瞬間に大きな電源電流が流れるメモリでは電源変動が少なくなる効果がある。

図３は本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の他の実施形態のブロック図を示す。本実施形態では、メモリモジュールをバッテリバックアップするメモリモジュール３０と、メモリ制御回路２０でバッテリバックアップを制御できるメモリモジュール４０と、バッテリバックアップしないメモリモジュール５０と、に分けており、電源監視回路６１と時計６２を設けている。ここにおいて、ライトキャッシュデータが書き込まれているモジュールに対してはバッテリバックアップし、リードキャッシュデータが書き込まれているモジュールに対してはバッテリバックアップする必要がないことを前提としている。

メモリ制御回路２０は電源監視回路が正常な電源電圧である場合は時計６２の値を見てバッテリバックアップを要するライトキャッシュの使用比率を決める。また、夜間および休日は使用比率が低く、停電時の復旧に時間を要するアプリケーションではライトキャッシュの使用比率を夜間および休日で低くするように自動的にまたは入力手段を介して手動的に設定する。この設定により、夜間および休日にメモリ制御回路２０はメモリモジュール４０をライトキャッシュとして使用せず、使用中に停電が発生した場合は消費電流が少ないためデータの消失を防ぐことができる。

また、通常の動作ではメモリモジュール４０をライトキャッシュで使用できるので性能を維持できる。尚、本実施形態では必要なメモリモジュールだけバッテリバックアップの制御を可能にしているため全て同等のメモリモジュールを使用するよりバッテリバックアップの消費電力が少なく、ハード量が少なくなる効果がある。

図４は本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の他の実施形態のブロック図を示し、図５は図４のメモリのメモリマップを示す。本実施形態ではメモリモジュールをバッテリバックアップするメモリモジュール３０，７０とバッテリバックアップしないメモリモジュール５０，８０に分ける。バッテリバックアップするメモリモジュールはライトキャッシュに使用し、バッテリバックアップしないメモリモジュールはリードキャッシュに使用する。

すなわち、図５のメモリマップのアドレスｂからアドレスｄをライトキャッシュとして使用し、アドレスｄからアドレスｅをリードキャッシュとして使用する。これにより、バッテリバックアップの消費電流が少ないキャッシュメモリが構成できる。

しかしながら、リードデータが多い場合には、キャッシュ能力が不足して性能がでない問題があるので図６に示すフローで処理する。即ち、図６のフロー処理によれば、キャッシュメモリへの書き込みデータを受け取ると、このデータがライトキャッシュデータかリードキャッシュデータかのデータの判断をし（第１ステップ）、仮りにリードデータであればまず一般電源メモリ（バッテリバックアップしないメモリ）が一杯か否かを判断し、一杯であれば次にバッテリバックアップメモリが一杯か否かを判断し、一杯でなければ前記バッテリバックアップメモリの一部をリードキャッシュメモリとして使用するものであり、更に、第１ステップで仮りにライトデータであればバッテリバックアップメモリが一杯か否かを判断し、一杯であったとしても、図５のアドレスｂｄ間にリードデータが存在するか否かを判断し、存在すればそのリードデータのアドレスメモリ上に前記ライトデータを上書きするものである。

これにより、バッテリバックアップするメモリがライトキャッシュとして使用していないときにリードキャッシュとして使用する。即ち、図５のメモリマップのアドレスｂからアドレスｃをライトキャッシュとして使用し、アドレスｃからアドレスｅをリードキャッシュとして使用する。これにより、リードキャッシュを増やすことができ、性能を確保することが可能である。特に、登載しているメモリモジュールのアドレスを隣接させることによりアドレス空間を連続にできるので制御を容易する効果がある。

本発明の一実施形態のブロック図である。 本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の一実施形態のブロック図である。 本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の他の実施形態のブロック図である。 本発明のキャッシュメモリと磁気ディスク制御機構の更に他の実施形態のブロック図である。 図４のキャッシュメモリのメモリマップ図である。 図４のキャッシュメモリの動作フロー図である。

符号の説明

１ 主記憶装置
２ 中央処理装置
３ 計算機
４ キャッシュメモリ
５ バッテリ
６ 磁気ディスク制御機構
７ 磁気ディスク制御装置
Ｄ１，Ｄ２，…Ｄｎ ディスク装置１，ディスク装置２，…ディスク装置ｎ
１０ バッテリバックアップ電源ライン
１１ 電源ライン
１２ メモリバス
１６，１８ ＣＡＳ信号
１７，１９ ＲＡＳ信号
２０ メモリ制御回路
２１ ＮＡＮＤゲート
２２ バッテリバックアップ管理メモリ
２３ セレクタ
２４，２５ バッテリバックアップ制御信号
２６ リフレッシュ回路
３０，４０，５０，７０，８０ メモリモジュール
３５，３６，４５，４６ ＤＲＡＭ
６１ 電源監視回路
６２ 時計

Claims (4)

1. 磁気ディスク装置と上位計算機の主記憶装置との間の情報伝送を制御する磁気ディスク制御機構と、前記上位計算機からのデータの書き込み及び読み出しを行うキャッシュメモリと、前記キャッシュメモリに電力を供給するバッテリと、主電源を切断する主電源スイッチと、を備えた磁気ディスク制御装置であって、
   前記キャッシュメモリは、前記バッテリによってバックアップされる第１のメモリモジュールと、バッテリバックアップせずに前記主電源から電力供給される第２のメモリモジュールとに分け、
   さらに、電源電圧を監視する電源監視回路と、時計とを設け、
   前記電源監視回路による監視によって電源電圧が正常である場合、前記時計の示す日時に基づいて前記第１のメモリモジュールの前記第２のメモリモジュールに対する使用比率を決定するように制御する
   ことを特徴とする磁気ディスク制御装置。
2. 請求項１において、
   夜間及び休日に使用比率の低いアプリケーションに対して、前記時計の示す夜間及び休日で前記第１のメモリモジュールの使用比率を低くするように制御することを特徴とする磁気ディスク制御装置。
3. 磁気ディスク装置と上位計算機の主記憶装置との間の情報伝送を制御する磁気ディスク制御機構と、前記上位計算機からのデータの書き込み及び読み出しを行うキャッシュメモリと、前記キャッシュメモリに電力を供給するバッテリと、主電源を切断する主電源スイッチと、を備えた磁気ディスク制御装置であって、
   前記キャッシュメモリは、そのアドレスに応じて前記バッテリによってバックアップされる第１のメモリエリアと、そのアドレスに応じて前記バッテリによってバックアップしない第２のメモリエリアとに分け、
   前記第１のメモリエリアはライトキャッシュとして使用し、前記第２のメモリエリアはリードキャッシュとして使用する
   ことを特徴とする磁気ディスク制御装置。
4. 請求項３において、
   前記キャッシュメモリが書き込みデータを受け取った場合、当該書き込みデータがライトキャッシュデータかリードキャッシュデータかのデータ判断を行い、リードデータであれば前記第２のメモリエリアが一杯か否かの判断を行い、一杯であれば前記第１のメモリエリアが一杯か否かの判断を行って一杯でなければ前記第１のメモリエリアの一部をリードキャッシュメモリとして使用し、
   前記データ判断を行ったときにライトデータであれば前記第１のメモリエリアが一杯か否かの判断を行い、一杯であったとしても当該第１のメモリエリアにリードデータが存在するか否かを判断し存在すれば当該リードデータのメモリ上に前記ライトデータを上書きする
   ことを特徴とする磁気ディスク制御装置。

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