JPH0232420A - 半導体ファイル装置およびこれを用いた情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コンピュータの外部記憶装置に係り、特に、
従来の機械式磁気ディスク装置と置き換え可能で、かつ
、高速アクセスができる半導体ファイル装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体メモリ製造技術の進歩番こ伴い、従来固定
磁気ディスク（ハードディスク）により構成していた、
コンピュータの外部記憶装置の記憶部を、半導体メモリ
で構成することが可能となってきた。このような装置と
しては、例えば、緑電子株式会社製外置型半導体記憶装
置ＤＡＸ−ＲＤ型を挙げることができる。

第２図に、従来のこの種の半導体ファイル装置をブロッ
ク図により示す。

同図において、８は外置屋半導体記憶装置本体である。

その内部には、半導体メモリ素子からなるメモリアレイ
１４、バックアップ用電源６、外部電源１５とバックア
ップ電源６を自動的番こ切換える電源切換制御部７、そ
して、ホスト側とのインタフェースや自己診断等を行う
コントローラ１６などが設けられている。

この外筺型半導体記憶装置８は、物理インタフェースと
対向としての論理インタフェース１００（例えば、８Ａ
８　Ｉや５Ｃ８Ｉと呼ばれる標準インタフェース）正こ
より、コンピュータの、ホスト側インタフェース部１２
と接続される。

ホスト側インタフェース部１２は、マイクロプロセッサ
（以下ＣＰＵと記す）１３のバス１０２に接続されてお
り、バス１０２上の主記憶１４との間でデータのやりと
りを行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、自己診断機能によってメモリ
アレイ４内のメモリ素子のチエツクを行えるが、これは
単にメモリの良、不良をチエツクするのみであって、も
し不良が発見された場合にはメモリ素子自体を交換しな
ければならなかった。

ところで、この種の半導体記憶装置にあっては、今後、
メモリ素子自体の容量が増加するにつれて、メモリのチ
ップ面積も増え、歩留りが悪くなることが予想される。

すなわち、半導体メモリ素子は、大容量になるほどチッ
プ面積が増え、かつ、微細加工も難しくなるため、無欠
陥のチップの歩留りは低下する。そのため、多少の欠陥
のあるメモリでも使用できることがコスト的に有利であ
る。

しかし、従来技術は、欠陥のあるメモリ素子の使用につ
いて配慮がされておらず、良品のメモリ素子しか使用で
きなかつたために、コストが高くなるという問題があっ
た。

本発明の目的は、メモリアレイを構成するメモリ素子に
ビット不良が含まれていても誤動作なしに動作する半導
体ファイル装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、欠陥を含むメモリ素子の使
用を可能として、大容量の半導体ファイル装置を低コス
トで実現できる半導体ファイル装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、１個または２個以上の半導体メモリ素子と
、該半導体メモリ素子に与えるアドレスを生成するプリ
セット可能なカウンタと、上記半導体メモリ素子を駆動
する電源とを備えた半導体ファイル装置であって、 磁気ディスク装置に書き込むべく変調されたデータを復
調する復調手段と、 上記復調されたビットシリアルな直列データを並列デー
タ化変換すると共に、半導体メモリ素子から読み出した
並列データをビットシリアルな直列データに変換する直
並列変換手段と、上記読み出された直列データを磁気デ
ィスクから読み出されたように変調する変調手段とを備
えることにより達成される。

本発明において用いる半導体メモリ素子は、１個に限ら
ず、複数個をアレイ状に配置したものを用いることがで
きる。

また、本発明において用いる半導体メモリ素子は、不良
メモリセルの全くない完全な素子のみならず、不良メモ
リセルが１個以上存在するものも用いることができる。

この場合、不良メモリセルの位置が既知のもの、すなわ
ち、不良位置の情報が表示等により知り得ることが好ま
しい。

上記本発明の半導体ファイル装置は、固定デイスフ駆動
装置に代えて、ディスクコントローラに接続することに
より、ホスト側からみて、磁気ディスク装置と同様に制
御し得る外部記憶装置を構成する。従って、この半導体
ファイル装置をホストコンピュータに接続することによ
り、情報処理装置が構成できる。

〔作用〕

本発明において、データの書込みは、次のように行なう
。

まず、復調装置により、磁気ディスク装置に書き込むべ
く変調されたデータを復調する。上記変調は、通常、Ｍ
ＦＭ方式またはＮＲＺ方式方式上り行なわれるので、こ
こでの復調もこれらの方式に対応して行なう。

復調されたデータを、直並列変換手段により、ビットシ
リアルデータから並列データに変換して、半導体メモリ
素子に格納する。この際のアドレスは、カウンタに設定
された値により与えられる。

半導体メモリ素子からのデータの読み出しは、次のよう
に行なう。

まず、カウンタにより与えられたアドレスからパラレル
にデータを読み出し、これを直並列変換手段によりビッ
トシリアルなデータに変換する。

このシリアルデータは、変調手段により、あたかも磁気
ディスクから読み出されたデータであるかのように変調
する。この変調は、例えば、上記したように、ＭＦＭ方
式、ＮＲＺ方式等の、通常、磁気ディスクに対する記録
において用いられている変調方式により行なう。

このように、本発明は、装置の外側からみると、データ
の入出力が、磁気ディスク駆動装置、特に、固定ディス
ク駆動装置に対するデータの入出力と同等となるように
機能する。従って、本発明の半導体ファイル装置は、固
定ディスク駆動装置を制御するコントローラに、該固定
ディスク駆動装置に代えて接続することができる。特に
、外形寸法、取付手段、コネクタなどの仕様を同一にす
ることにより、そのまま接続が可能となる。

本発明の半導体ファイル装置は、上記したように従来の
固定ディスク駆動装置と同様に駆動制御できるので、次
に述べるような欠陥部分に対する代替制御方式を利用す
ることができる。

半導体メモリを使用しない、一般の固定磁気ディスク装
置では、記憶部にいくつかの欠陥があるのが普通である
。この欠陥部分を排除するため、ディスクメーカでは、
出荷時に欠陥がどこにあるかを表示する。この欠陥表示
のリストをもとに、ユーザあるいはディスクコントロー
ラのメーカは、その欠陥部分を、代替領域として確保し
である無欠陥部分に割り当てる制御を行っている。

従って、本発明の半導体ファイル装置についても、上記
したような構成とすることにより、固定ディスク駆動装
置と共通のインタフェースが設定され、具体的には、例
えば、８　Ｔ　５０６や１３８ＤＩと称される標準イン
タフェースに適合して、ディスクコントローラによる制
御が可能となっている。

８　Ｔ　５０６やＥ８ＤＩといった物理インタフェース
においては、ディスク装置（この場合は半導体ファイル
装置）とディスクコントローラ（ホスト側の論理インタ
フェースと物理インタフェースのつなぎ制御部）の間に
、ディスク装置内の生のデータがやりとりされる。ディ
スクコントローラは、この生のデータにＣＲＣ（巡回冗
長符号）やＨＣＣ（誤り訂正符号）いった誤り検出、訂
正用符号を付加してデータの信頼性を向上させる。また
、あらかじめ記憶領域の不良箇所が判明している場合に
は、代替領域を登録しておき、ホスト側からのディスク
の論理アドレスが、順番通りなら、不良箇所を含む物理
アドレス領域に対応していたとしても、自動的に不良箇
所のない代替領域をアクセスするように制御する。この
ため、半導体ファイル装置内に多少不良箇所が存在して
いても、従来の磁気ディスク装置と同様、正常に動作す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図および第３図を用い
て説明する。

第１図は本発明の半導体ツブイル装置を用いたコンピュ
ータシステムのブロック図である。

１は半導体ファイル装置、１０は固定磁気ディスクコン
トロール部、１３はＣＰＵ、１４は主記憶、１２はディ
スクコントロール部１０とｃＰＵ１３のバス１０２をつ
なぐホスト側インタフェース部である。

半導体ファイル装置１は、メモリアレイ４、メモリアレ
イ４に与えるアドレスを生成するカウンタ５、メモリア
レイ４からの並列データをビットシリアルな直列データ
に変換したり、逆に直列データを並列に変換する直並列
変換器３、半導体ファイル装置１の外部電源１５が電源
断となった後もメモリアレイ４の内容を保持しておくた
めのバックアップ電源６、外部電源１５がオンかオフか
によりて外部電源１５とバックアップ電源６を切り換え
、合わせて切り換え時の過渡期間にメモリアレイ４の内
容が誤って変化しないよう誤動作防止の制御を行う電源
切換制御部７、そして、ディスクコントロール部１０か
らの物理インタフェース信号１０１（具体的には８　Ｔ
　５０６やＲ８ＤＩなどの標準インタフェース信号）を
もとにカウンタ５にアドレスをプリセットしたり、カウ
ントアツプしたり、メモリアレイ４からデータを読み書
きしたり、その読み書きしたデータを直並列変換するタ
イミングを作成したりするインタフェース部２とから構
成される。

上記インタフェース部２は、磁気ディスク装置に書き込
むべく変調されたデータを復調する復調手段として機能
するＭＦＭ復調器と、上記復調されたビットシリアルな
直列データを並列データに変換する直並列変換器と、半
導体メモリ素子から読み出した並列データをビットシリ
アルな直列データに変換する並直列変換器と、上記読み
出された直列データを、磁気ディスクから読み出された
ように変調する変調手段として機能するＭＦＭ変調器と
を有し、かつ、カウンタ５に対してアドレスを設定する
オフセットレジスタおよび加減算器とを有して構成され
る。

このインタフェース部２の具体的な構成は、例えば、後
述する第６図に示すものと同様である。

ディスクコントロール部１０は、一般にＨＤＣ（ハード
ディスクコントローラ）１１とよばれるＬ８Ｉと、８ビ
ツト系ＣＰＵを中心としたコントローラ１６とから構成
され、この部分で不良ブロックの代替制御や、ＣＲＣ、
ＩａＣＣといった符号の付加と検査、そしてホスト側か
らのコマンド形式によるファイルアクセス要求の解釈と
実行を行う。

ＣＰ　Ｕ　１３を中心とするホストコンピュータは、デ
ィスクファイルアクセスプログラムによりディスクコン
トロール部１０を制御する。この部分の構成および作用
は、従来の構成ぢよび作用と全く同じであるので、制御
プログラムの変更は全く不要である。

また、ディスクコントロール部１０からみた半導体ファ
イル装置１は、半導体ファイル装置１が物理インタフェ
ース１０１のレベルで従来の磁気ディスク装置と全く同
じようにみえるため、ディスクコントロール部１０の部
分の変更も不要である。すなわち、本実施例によれば、
従来のシステムにおける磁気ディスク装置の部分を本発
明による半導体ファイル装置に置き換える際に、その制
御プログラムに一切変更を加える必要がない、つまりプ
ログラムの完全互換が保てるという第１の効果がある。

次に、磁気ディスク装置から半導体ファイル装置におき
かえることで、ファイルの平均アクセス速さは５倍以上
になる。これは、機械式の磁気ディスク装置では、ディ
スク面のこれからアクセスしようとする位置に磁気ヘッ
ドを移動するための時間（これをシーク時間という）が
アクセス全体の（資）〜９０ｑ６の割合を占めていたの
に対し、本発明の半導体ファイル装置では、−これから
アクセスしようとするメモリアレイ４の位置（アドレス
）を単にカウンタ５にプリセットするだけで済むため、
シーク時間がアクセスに占める割合を１１程度とするこ
とができるからである。つまり、プログラムを変えずに
平均アクセス時間をＩＡ以下に縮めることができること
が第２の効果である。

このことを前述の従来例と対比して説明する。

第３図（ａ）は第１図の実施例の模式図、同図（ｂｌは
第２図の従来例の模式図である。どちらも半導体メモリ
素子を使用し、磁気ディスクのおき換えを狙ったもので
ある。

まず、ホスト側のファイル制御プログラムは、（ａ）　
、　（ｂ）共に互換性があるが、従来例（ｂ）では、装
置８自体が論理的制御部と物理的制御部を一体化してい
るため、この装置８内のコントローラ１６の制御プログ
ラムは従来のものと互換性がなく、新たに作りなおす必
要がある。これ薯こ対し、（ａ）ではディスクコントロ
ール１６１０内のコントローラ１６の制御プログラムの
みならず、ハードウェア自体も流用可能である。

また、（ｂ）で、従来の磁気ディスク装置を装置８に変
えようとすると、ホスト側インタフェース１２を除いた
全てを取り換えねばならないのに対し、（畠）では、単
にメモリアレイ４の周辺部を含む装置１の部分のみ取り
換えればよいことがわかる。

このことは、装置のグレードアップ時に以前の資産が活
用でき、グレードアップにかかるコストを最小限に抑え
ることができることを示す、これが第３の効果である。

また、侮）のディスクコントロール部１０に用いられて
いるＨ　Ｄ　Ｃ１１は、ＣＲＣやＥＣＣの演算等を高速
で行うことができる高性能なＬ８Ｉであるが、標準品で
あり、また市場で大斜に使用されているために非常化低
価格である。これと同機能、同性能のことを（ｂ）の装
置８内で行うとすると、量産効果が見込めない分、コス
トが高くなってしまう。

（ａ）では、半導体ファイル装置１内に全く誤り検査や
誤り訂正用のハードウェアがないにもかかわらず、ＨＤ
　Ｃ１１を利用して低価格にこの機能を実現できる。こ
れが第４の効果である。

次に、本発明を実装面から考えた第２の実施例を第４図
を用いて説明する。

同図において、２００はパソコンやワープロ等の情報処
理機器である。２０１は従来の磁気ディスク装置、１１
０は本発明による半導体ファイル装置のユニットである
。

同図のように半導体ファイル装置のユニット１１Ｏを、
磁気ディスク装置２０１と同一外形寸法、同一取付方式
（金具や取付穴の位置、タップの有無など）および同一
ベゼルとして構成すれば（電気的な物理的インターフェ
ースは互換がとれるので）、古い型式の情報処理機器で
あっても、ユニット１１０と磁気ディスク装置２０１を
入れ換えるだけでシステム全体の処理速度を向上させる
ことができる。

これは、前述のようにファイルの平均アクセスが５倍以
上速くなるからである。このとき、プログラムの変更は
もちろん、筐体の変更も全く不要である。これが本実施
例特有の効果である。

第５図は第１図の構成に刻時回路１７を付加した本発明
の第３の実施例である。

ここでいう刻時とは、年月日、時分秒を表す、いわゆる
リアルタイムクロックでもよいし、または、単に一定の
時間間隔ごとのパルスを計数するカウンタでもよい。ま
た、刻時回路１７の電源は、外部電源１５がオフのとき
にメモリアレイ４をバックアップするバックアップ電源
６でもよいし、あるいは、図示しない別の電源でもよい
。

この刻時回路１７を設けることにより、ホスト側では、
この半導体ファイル装置１に関する時間的情報を知るこ
とができる。

例えば、バックアップ電源６がリチウム電池のような一
次電源である場合の電池の寿命を知ることができる。あ
るいはバックアップ電源がニッケルカドミウム電池のよ
うな二次電源である場合には、一定期間未使用状態、す
なわち外部電源１５からの電源供給がなく、バックアッ
プ電源６の消耗が一定時間を超えた場合にアラームを出
すことができる。このようなアラームの場合には、例え
ば、刻時回路１７をダウンカウンタで構成し、はじめに
初期値をプリセットした後は、０あるいは−１になるま
でダウンカウントし、停止条件が成立した後にランプを
点滅させたりブザーを鳴らせたりすればよい。

あるいは、半導体ファイル内のプログラムまたはデータ
の使用契約期限が決められている場合、この刻時回路１
７を用いてプログラムあるいはデータの無効化を図るこ
とができる。逆に、ある日付以降から契約が開始される
場合には、その期日となるまでメモリアレイ４のアクセ
スを禁止することも可能である。これらの応用は本実施
例特有の効果である。

第６図は本発明の第４実施例である。ここでは、−例と
して８　Ｔ　５０６を呼ばれる標準インタフェースをも
つディスク装置の代替として本発明の半導体ディスク装
置を構成する場合につき説明する。

このインタフェースでは、データ線はＲ８４２２と呼ぶ
信号レベルで接続されるため、データ線の入出力端では
レベル変換器２１　、２２で通常の論理レベルに変換す
る。また、５Ｔ５０６では、データビットの並びの中に
、それを受信するためのクロック信号を合成しである。

この合成をＭＦＭ変調と呼ぶが、受信したデータについ
ては、ＭＦＭ復調器ｎでデータとクロックを分離し、次
段の直並列変換器２５やカウンタ５に受信クロックを供
給する。

ホストへの送信時には、メモリアレイ４から読み出され
たデータを並直列変換器２６で直列のデータに変換し、
これをＭＦＭ変調器Ｕで送信クロックを合成し、レベル
変換器２２でＲ８４２２レベルに変換してホストに送る
。

従来の機械式のディスク装置で最も時間がかかったのは
、データ読み書きのヘッドを所望のトラック位置に移動
することであった。これは、機械的な駆動機構で、ヘッ
ドを物理的に移動するために時間がかかったのであるが
、本発明の場合は、次のように処理が行われる。

本半導体ファイル装置においては、従来の装置のヘッド
位置の違いは、メモリアレイ４のメモリアドレスの違い
に対応する。また、１トラック分に必要な記憶容量は一
定であるため、ヘッドの移動は、現在のカウンタ５の値
に、上記ｌトラック分に必要な記憶容量（これをオフセ
ットとよぶことにする）を加算したり減算したりするこ
とによって実現できる。このオフセット値を記憶するオ
フセットレジスタ２７と、このオフセットレジスタ２７
の値とカウンタ５の値を加減算する加減算器２８で構成
したのが本実施例である。

８　Ｔ　５０６のインタフェース信号にはヘッドをどち
らの方向（内側あるいは外側）に移動するかを示すデイ
レクシ日ン信号１０３と、いくつ移動するかを示す数だ
けパルスを送るステップ信号１０４があるので、デイレ
クシコン信号１０３で加算と減算の切換えをし、ステッ
プ信号１０４で何回オフセットを加減算するか制御すれ
ば、上記動作を実現できる。

従来は、ディスク装置側でこのステップ信号のパルス数
を数えておき、ヘッドが移動し終った後に移動が完了し
たことを示す信号をホスト側に返していたが、本発明に
よれば、ステップのパルスが送られると直ちにヘッドの
移動に相当する動作が完了する。従来の用途では、ディ
スク装置のアクセス時間の７０〜９０％程度がこのヘッ
ドの移動待ちに費されていたので、この部分の待ち時間
を無くせる本発明の効果は大きい。

また、従来のディスク装置のインタフェース（ここでは
Ｓ　Ｔ　５０６　）に合せたため、単にディスク装置を
置え換えるだけで、これを制御するプログラムを一切変
更することなく性能向上ができる効果がある。これは、
従来ＲＡＭディスクと呼ばれる、ホスト計算機の記憶領
域の一部をディスク装置にみせるための制御プログラム
方式とは全く異るものである。ＲＡＭディスク方式は、
機器ごとに制御プログラムを開発する必要があるが、本
実施例ではプログラムの変更は−切いらない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の固定磁気ディスクコントローラ
の有する、貴記憶領域の不良部分の代替機能が利用でき
るので、半導体ファイル装置内部のメモリアレイを構成
するメモリ素子にビット不良が含まれていても誤動作な
しに動作する。半導体メモリ素子は、大容量になるほど
チップ面積が増え、かつ微細加工も難しくなるために無
欠陥のチップの歩留りは低下するが、本発明の半導体フ
ァイル装置には欠陥のあるチップを再利用できる効果が
ある。一般に不良チップの価格は極端に安価であるため
、大容量の半導体ファイル装置を低コストで実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の構成を示すブロック図、第２図
は従来例の構成を示すブロック図、第３図は第１実施例
と従来例の違いを示す説明図、第４図は本発明の第２実
施例の構成を示すブロック図、第５図は本発明の第３実
施例の構成を示すブロック図、第６図は本発明の第４実
施例の構成を示すブロック図である。 １・・・半導体ファイル装置　２・・・インタフェース
部３・・・直並列変換部　　　　４・・・メモリアレイ
５・・・カウンタ　　　　　　６・・・バックアップ電
源７・・・電源切換制御部 １０・・・固定磁気ディスクコントロール部１２・・・
ホスト側インタフェース １３・・・ＣＰ　Ｕ　　　　　　　　１４・・・主記憶
１５・・・外部電源 〒５図 （α） （ｂン 〒４図 千５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１個または２個以上の半導体メモリ素子と、該半導
   体メモリ素子に与えるアドレスを生成するプリセット可
   能なカウンタと、上記半導体メモリ素子を駆動する電源
   とを備えた半導体ファイル装置であって、 磁気ディスク装置に書き込むべく変調されたデータを復
   調する復調手段と、 上記復調されたビットシリアルな直列データを並列デー
   タに変換すると共に、半導体メモリ素子から読み出した
   並列データをビットシリアルな直列データに変換する直
   並列変換手段と、上記読み出された直列データを、磁気
   ディスクから読み出されたように変調する変調手段とを
   備えたことを特徴とする半導体ファイル装置。 ２、上記半導体メモリ素子を複数個配置した請求項１記
   載の半導体ファイル装置。 ３、上記半導体メモリ素子として、少なくとも１個以上
   の不良メモリセルを含むものを用いた請求項１または２
   記載の半導体ファイル装置。 ４、上記半導体メモリ素子として、少なくとも１個以上
   の不良メモリセルを含むと共に、当該不良メモリセルの
   位置に関する情報が得られるものを用いた請求項１また
   は２記載の半導体メモリ素子。 ５、刻時機能を付設した請求項１、２、３または４記載
   の半導体ファイル装置。 ６、外形寸法、取付手段およびコネクタの仕様を、固定
   ディスク駆動装置と同一にした請求項１、２、３、４ま
   たは５記載の半導体ファイル装置。 ７、ホストコンピュータに、上記請求項１、２、３、４
   、５または６記載の半導体ファイル装置を接続したこと
   を特徴とする情報処理装置。