JPH0573413A - キヤツシユメモリ・データ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限られた容量のキャッシュメモリでもヒット
率を高め、演算速度を速くすることを目的とする。 【構成】 階層状に構成された記憶装置システムにおい
て、少なくとも上位装置からキャッシュメモリへのデー
タ書き込み時にデータを圧縮するデータ圧縮部と、少な
くともキャッシュメモリから上位装置へのデータ読み出
し時にデータを伸張するデータ伸張部とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電子計算機システム
において用いられる階層メモリ構造に組み込まれた、高
速演算の目的でデータを一時格納しておくためのキャッ
シュメモリのデータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず大容量記憶装置の典型的な例として
磁気ディスク装置を用い、さらに高速アクセスのために
ディスク・キャッシュメモリを用いたシステムについ
て、構成と動作を説明する。図５にディスク・キャッシ
ュメモリを装備した従来の磁気ディスク制御装置を示
す。図中、１は磁気ディスク制御装置が接続されている
ホスト計算機のような上位装置であり、２はこの上位装
置とのインタフェイスを制御する上位インタフェイス制
御部分である。３は下位装置であるディスク装置であ
り、４はこのディスク装置を制御するデバイス制御部で
ある。５は磁気ディスク装置に読み書きするデータを一
時格納しておくキャッシュメモリであり、６はこの磁気
ディスク制御装置全体を制御するマイクロプロセッサで
ある。

【０００３】次に一般的な動作について説明する。上位
装置１がディスク装置３のデータを読み出す場合、上位
装置１は上位インタフェイス制御部２を介してディスク
制御装置にリードのために必要な命令を発行する。通
常、この命令はリードしたいデータのディスク装置３上
での位置を示す命令、リード動作そのものを指示する命
令などの複数の命令から成り立っている。ディスク制御
装置内部のマイクロプロセッサ６はこれらの命令を解読
し、要求されたデータがキャッシュメモリ５上に存在し
なければ（リードミスと呼ぶ）、デバイス制御部４を介
し下位のディスク装置３に対して該当データの読み出し
動作を実行する。

【０００４】読み出したデータは上位インタフェイス制
御部２を介して上位装置１に送るとともに、通常はキャ
ッシュメモリ５上にも格納される。この場合はディスク
・キャッシュを装備していない磁気ディスク制御装置と
比べ、上位装置１から命令を受け取った後、実際にデー
タを上位装置１に送り始めるまでの時間（アクセスタイ
ムと呼ぶ）は同等であり、ディスク・キャッシュの性能
向上効果はない。

【０００５】これに対し、上位装置１から要求されたデ
ータが以前に実行されたリード動作等の結果、既にキャ
ッシュメモリ５上に存在した場合（リードヒットと呼
ぶ）、マイクロプロセッサ６はディスク装置３からデー
タを読み出さず、直接キャッシュメモリ５上のデータを
上位インタフェイス制御部２を介して上位装置１に送
る。この場合は、ディスク装置３にはアクセスしないの
で物理的な動作は伴わず、従って、ディスク・キャッシ
ュを装備していない磁気ディスク制御装置と比べ、アク
セスタイムは著しく短くなり性能は向上する。

【０００６】上位装置１がディスク装置３にデータを書
き込む場合、上位装置１は上位インタフェイス制御部２
を介して磁気ディスク制御装置にデータをライトしたい
ディスク装置３上での位置を示す命令、ライト動作その
ものを指示する命令などを発行する。マイクロプロセッ
サ６はこれらの命令を解読し、書き込みを要求されたデ
ィスク装置３の該当部分がキャッシュメモリ５上に存在
しなければ（ライトミスと呼ぶ）、上位装置１から送ら
れてくる書き込みデータをデバイス制御部４を介しディ
スク装置３に直接書き込む。通常はディスク装置３に書
き込んだデータをキャッシュメモリ５上にも同時に保存
する。この場合は、リードミスの場合と同様、ディスク
・キャッシュを装備していないディスク制御装置と比
べ、アクセスタイムは同等で性能向上効果はない。

【０００７】書き込み要求された部分がキャッシュメモ
リ５上に存在した場合（ライトヒットと呼ぶ）は、大き
く２種類の方式がある。ひとつはストアスルーまたはラ
イトスルーと呼ばれる方式で、ライトミスの場合と同じ
くデバイス制御部４を介しディスク装置３に直接データ
を書き込む。キャッシュメモリ５上のデータは同時に新
しいデータを書き込む場合と無効にしてしまう場合があ
る。この場合、アクセスタイムはライトミスの場合と同
じで、ディスク・キャッシュの性能向上効果はない。

【０００８】これに対し、ストアインまたはコピーバッ
クと呼ばれる方式では、キャッシュメモリ５上にだけ新
しいデータを書き込んで上位装置１には終了報告をして
しまい、ディスク装置３には後の適当なタイミングでキ
ャッシュメモリ５上に記録されていたデータを書き込
む。従って、上位装置１からみた場合、ライト命令を発
行してから実際にライトするデータを送り始めるまでの
アクセスタイムは、ディスク装置３の動作を含まないた
め、ディスクキャッシュを装備していない磁気ディスク
制御装置に比べ著しく短縮される。

【０００９】なお単にデータを圧縮して記憶し、読み出
し時に伸長して元のデータを復元する回路は考えられて
いて、図６は特開昭５８−６５１４に記載されている構
成図である。図６（ａ）は全体の構成図で、図６（ｂ）
は図６（ａ）のディスク制御装置中のデータ書き込み
と、データ読み出しのデータ制御回路の構成図である。
動作としては、ディスク装置へのデータの書き込み時に
は、データは圧縮され、ディスク装置から読み出された
データは伸長されてバスに送り出される。しかし、これ
だと単に圧縮されて記憶されるだけで、メモリの節減効
果があるだけである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、ディス
ク・キャッシュメモリを装備した従来の磁気ディスク制
御装置では、ディスク・キャッシュの性能向上効果があ
るのはリードヒットの場合だけ、もしくはストアイン
（コピーバック）方式の場合はこれに加えライトヒット
の場合である。つまり、ディスク装置３の読み書きした
い部分がキャッシュメモリ５上に存在する場合（ヒット
時）だけ効果がある。従って読み書きしたい部分がキャ
ッシュメモリ５上に存在する確率、すなわちヒット率が
十分高くないとディスクキャッシュの性能向上効果も十
分得ることはできない。ヒット率は制御しようとするデ
ィスク装置３の総容量とキャッシュメモリ５の総容量と
の比に大きく影響されるが、キャッシュメモリ５は半導
体素子で構成されるためディスク装置３に比べ高価でも
あるし、小さな容量しか実現できず、従って、ヒット率
の向上も限度がある。

【００１１】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、限定された容量のキャッシュメモリ
５を有効に使用してヒット率を高め、ディスクキャッシ
ュの性能を向上させることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るキャッシ
ュメモリ・データ制御装置は、階層状に構成された記憶
装置システムにおいて、少なくとも上位装置からキャッ
シュメモリへのデータ書き込み時にデータを圧縮するデ
ータ圧縮部と、少なくともキャッシュメモリから上位装
置へのデータ読み出し時にデータを伸張するデータ伸張
部とを設け、少なくともキャッシュメモリにはデータを
圧縮した形で記憶する構成とした。

【００１３】

【作用】この発明におけるキャッシュメモリ・データ制
御装置は、データが圧縮された形でキャッシュメモリに
書き込まれ、キャッシュメモリから読み出されたデータ
は伸張されて元の長さのデータとなって上位装置に転送
される。

【００１４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本発明を磁気ディスク制御装置に適用した
構成図である。図１において、７ａは上位インタフェイ
ス制御部２とキャッシュメモリ５との間に付加されたデ
ータ圧縮部であり、７ｂは同じく伸張部であり、８ａは
同様にデバイス制御部４とキャッシュメモリ５との間に
付加されたデータ圧縮部であり、８ｂは伸張部である。
その他の部分は従来例と同様である。データ圧縮部７ａ
と８ａの動作は、キャッシュメモリ５への書き込みデー
タは圧縮する動作をする。同様に、キャッシュメモリ５
に書かれていた圧縮データは、データ伸張部７ｂと８ｂ
を通る際、伸張して元の長さに戻して上位インターフェ
ース、又はデバイス側に渡される。以下、７ａと７ｂを
合せてデータ圧縮伸張部７とし、同様に８ａと８ｂを合
せて８として説明する。

【００１５】この発明によれば、上位インタフェイス制
御部２またはデバイス制御部４を介してキャッシュメモ
リ５に格納されるデータは、すべてデータ圧縮伸張部７
または８を経由し、圧縮された形で格納される。また、
このキャッシュメモリ５上の圧縮された形のデータが上
位インタフェイス制御部２またはデバイス制御部４を介
して読み出されるときも、すべてデータ圧縮伸張部７ま
たは８を経由して伸張され、圧縮される前の元の形のデ
ータとして読み出される。

【００１６】次に図１示す一実施例に基づき、本発明に
よる磁気ディスク制御装置の動作を説明する。まず、上
位装置１がディスク装置３のデータを読み出そうとした
場合に、そのデータがキャッシュメモリ５上に存在しな
かったリードミスのときは、マイクロプロセッサ６はデ
バイス制御部４を介してディスク装置から該当データを
読み出す。このとき読み出されて上位装置に送られると
同時に、キャッシュメモリ５にも格納されるデータは、
キャッシュメモリ５に格納される前にデータ圧縮伸張部
８を通り圧縮されるので、元の生のデータに比べ数分の
一の容量になっている。こうして、同一の大きさのキャ
ッシュメモリで、より大量のデータを記憶することが出
来、キャッシュのヒット率を高めることが出来る。

【００１７】なお、上位インタフェイス制御部２を介し
て上位装置１に送られるデータは、このキャッシュメモ
リ５上にいったん格納された圧縮された形のデータをデ
ータ圧縮伸張部７でもとの形に伸張して送ってもよい
し、キャッシュメモリ５を介さず、データ圧縮伸張部８
で圧縮されたデータを直接データ圧縮伸張部７で伸張し
て送ってもよい。もちろん、データ圧縮伸張部７や８を
介さず、直接デバイス制御部４と上位インタフェイス制
御部２を結ぶパスを設け、上位装置１に送るデータは圧
縮／伸張すること無しに送ることも可能である。

【００１８】次に、上位装置１から要求されたデータが
既にキャッシュメモリ５上に存在したリードヒットの場
合は、キャッシュメモリ５上の圧縮された形のデータを
データ圧縮伸張部７で元の形に伸張した上で上位インタ
フェイス制御部２から上位装置１に送る。

【００１９】次にライト、つまり書き込み動作時のよう
すを説明する。上位装置１がディスク装置３にデータを
書き込もうとして、書き込みを要求したディスク装置３
の該当部分がキャッシュメモリ５上に存在しないライト
ミスの場合を考える。このときは、上位装置１から送ら
れてくるデータは、上位インタフェイス制御部２を介し
てデータ圧縮伸張部７で圧縮された上でキャッシュメモ
リ５に書き込まれる。従って、この場合も、データはキ
ャッシュメモリ５に格納される以前に、元の生のデータ
に比べ数分の一の容量になっている。

【００２０】デバイス制御部４を介しディスク装置３に
書き込まれるデータは、このキャッシュメモリ５上にい
ったん格納された圧縮された形のデータをデータ圧縮伸
張部８でもとの形に伸張して送ってもよいし、キャッシ
ュメモリ５を介さず、データ圧縮伸張部７で圧縮された
データを直接データ圧縮伸張部８で伸張して送ってもよ
い。もちろん、データ圧縮伸張部７や８を介さず、直接
上位インタフェイス制御部２とデバイス制御部４を結ぶ
パスを設け、ディスク装置３に送るデータは圧縮／伸張
すること無しに送ることも可能である。このときは、上
位装置１に終了報告を行うのは、ディスク装置３にデー
タを書き込み終わってからである。

【００２１】書き込み要求された部分がキャッシュメモ
リ５上に存在するライトヒット時は、ストアスルーまた
はライトスルー方式の場合はライトミスの場合と同じ動
作を行う。ストアインまたはコピーバック方式の場合
は、上位装置１から送られてくるデータは上位インタフ
ェイス制御部２を介してデータ圧縮伸張部７で圧縮され
た上でキャッシュメモリ５に書き込まれ、この時点で上
位装置１に終了報告が行われる。ディスク装置３には後
の適当なタイミングでキャッシュメモリ５上のデータを
データ圧縮伸張部８でもとの形に伸張した後書き込む。

【００２２】以上のように本発明によれば、上位インタ
フェイス制御部２またはデバイス制御部４を介して、こ
の磁気ディスク制御装置と外部との間でやり取りされる
データは従来の磁気ディスク制御装置と変わらないが、
キャッシュメモリ５上に格納されるデータはすべて圧縮
された形で格納されるので、同じ容量のキャッシュメモ
リ５でもより多くのデータを格納できるため、ヒット率
を高め、ディスクキャッシュの性能を向上することがで
きる。ディスク装置３に対するデータのアクセスは遅い
ため、キャッシュ・ヒット率の向上による演算の高速化
は特に有効である。

【００２３】実施例２．次にヒット率の向上と共に、デ
ータ転送効率の向上も併せ持つ実施例を説明する。図２
はこうした目的を達成する実施例２である。図２では、
デバイス制御部を４−１、４−２、４−３のように複数
個持ち、複数のディスク装置３−１、３−２、３−３と
キャッシュメモリ５との間で同時にデータ転送を行うい
わゆるディスク・アレイ状の構成となっている。この場
合、デバイス制御部４−１、４−２、４−３にそれぞれ
データ圧縮伸張部８−１、８−２、８−３を設けること
により、キャッシュメモリ５とデータ圧縮伸張部８−
１、８−２、８−３との間では圧縮された形のままでデ
ータ転送が行われる。このため、ここに必要なデータ転
送能力は本発明を使用しない通常の磁気ディスク制御装
置に比べ数分の一ですむ。従って、キャッシュメモリ５
やデータ圧縮伸張部８−１、８−２、８−３が接続され
ているデータバス、また、キャッシュメモリ５自身の設
計が著しく容易になるという効果もある。このようなデ
ータバスやキャッシュメモリ５自身のデータ転送量の負
荷軽減効果は、図１の実施例でも同じように得られるも
のである。しかし、複数のディスク装置が同時にデータ
転送を行う図２のような構成の場合、特にこのデータ転
送量の負荷の軽減効果は大きい。

【００２４】実施例３．さらに、目的、効果はそのまま
で、付加ハードウェア量が最小の実施例を説明する。図
３は、こうした例の構成図であり、図で示すようにデー
タ圧縮伸張部７をキャッシュメモリ５の前段一カ所にま
とめた構成ではデータ圧縮伸張部は一個ですむ。しか
し、このようなデータバスのデータ転送量の負荷軽減効
果は得られなくなる。ただ、キャッシュメモリ５のヒッ
ト率向上による性能向上効果は、図１、及び図２の実施
例と同様に得ることができる。

【００２５】実施例４．図４に第４の実施例を示す。図
において、デバイス制御部４にはデータ圧縮伸張部は設
けず、ディスク装置３にデータを書き込む際はキャッシ
ュメモリ５から圧縮された形のままデータを書き込む。
従って、ディスク装置３からキャッシュメモリ５にデー
タを読み込む際もそのまま圧縮された形のデータが読み
込まれる。上位装置１とのデータ転送に関しては、第
１、第２の実施例と同様データ圧縮伸張部７を介して行
われる。上位装置１からのデータは圧縮されてからキャ
ッシュメモリ５に書き込まれ、逆にキャッシュメモリ５
からはデータを伸張して元の形に戻した上で上位装置１
に送られる。この第４の実施例においても、先に示した
第１、第２の実施例の作用効果はそのまま維持されるこ
とは明らかである。

【００２６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、階層状
に構成された記憶装置システムにおいて、少なくとも上
位装置からキャッシュメモリへのデータ書き込み時にデ
ータを圧縮するデータ圧縮部と、少なくともキャッシュ
メモリから上位装置へのデータ読み出し時にデータを伸
張するデータ伸張部を設けたので、限られた容量でもデ
ータ・リード時と、ストアインまたはコピーバック方式
のデータ・ライト時においてキャッシュ・ヒット率が高
くなり、従って演算速度が速くなる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である磁気ディスク制御装置
の構成図である。

【図２】本発明の他の実施例である磁気ディスク制御装
置の他の例の構成図である。

【図３】本発明の第３の実施例である磁気ディスク制御
装置の構成図である。

【図４】本発明の第４の実施例である磁気ディスク制御
装置の構成図である。

【図５】従来のキャッシュメモリを備えた磁気ディスク
制御装置の構成図である。

【図６】従来のデータ圧縮伸張回路を備えた磁気ディス
ク制御装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 上位装置 ２ 上位インターフェース制御部 ３ ディスク装置 ４ デバイス制御部 ５ キャッシュメモリ ７、８ データ圧縮・伸張部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位装置とキャッシュメモリと他の記憶
   装置とで階層状にデータの授受をするシステムにおい
   て、 少なくとも上記キャッシュメモリへの書き込み時にデー
   タを圧縮するデータ圧縮部と、上記キャッシュメモリか
   らの読み出し時にデータを伸長するデータ伸長部とを備
   えたことを特徴とするキャッシュメモリ・データ制御装
   置。
2. 【請求項２】 上位装置とキャッシュメモリと他の記憶
   装置とで階層状にデータの授受をするシステムにおい
   て、 上記上位装置から上記キャッシュメモリ及び上記他の記
   憶装置へのデータ書き込み時にデータを圧縮するデータ
   圧縮部と、 上記キャッシュメモリ及び上記他の記憶装置から上記上
   位装置にデータの読み出し時にデータを伸長するデータ
   伸長部とを備えたことを特徴とするキャッシュメモリ・
   データ制御装置。