JPH076367A - コンパクトディスクにデータを配置する方法 - Google Patents

コンパクトディスクにデータを配置する方法

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JPH076367A
JPH076367A JP6001520A JP152094A JPH076367A JP H076367 A JPH076367 A JP H076367A JP 6001520 A JP6001520 A JP 6001520A JP 152094 A JP152094 A JP 152094A JP H076367 A JPH076367 A JP H076367A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 平均シーク時間及び最大距離シーク確率を少
なくする。 【構成】 設計記述のプロセッサステージとテープ記憶
ステージの間にデータ配置最適化ステージが設けられ
る。データ配置最適化ステージは、プロセッサステージ
から受取ったデータの最良の配置をディレクトリ頻度統
計に基づいて決定し、CD-ROMをマスタできるようにこれ
をテープ記憶ステージに転送し、データ検索のシーク時
間及びディスク上の異なるロケーションにあるデータの
検索の間にCD-ROMディスク上を移動するシーク距離を最
小にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はCD-ROM応答時間を改善す
るために対称的な構造と複製方式と頻度に基づいたファ
イル配置手法とを用いるCD-ROMディスクのデータ構成に
関する。
【０００２】
【従来の技術】情報信号を記録するディジタルレコード
ディスク、例えばディジタル化されたオーディオ信号、
ビデオ又はイメージ信号はかなり一般的になっている。
前記ディジタルレコードディスク、例えば、いわゆるCD
(コンパクトディスク)は最近はコンピュータのROM(読取
専用メモリ) 装置、いわゆるCD-ROMとして用いられてい
る。
【０００３】CD上で、高密度記録を目的としたディジタ
ルデータはその片面に螺旋状のビットストリングの形式
で記録され、そしてレーザービームを用いて光学ピック
アップのようなピックアップ手段でビットストリングを
読取ることにより再生される。レコードディスク再生装
置の光学ピックアップは追跡制御システムによりビット
ストリングに追随する。幾何学的には、CDは 12 cmの直
径及び1.2 mmの厚さを有する。構造的には、CDは合成樹
脂で造られた透明なディスクであり、環状に配置された
ピットを有する金属薄膜で覆われている。これらのピッ
トはピックアップされるとアナログ音響情報のパルスコ
ード変調(PCM) で得られるようなディジタルデータを表
わす。ディスクはおよそ 500乃至200 rpm の範囲の回転
速度で回転される。CLV(一定直線速度) 方式がディスク
の駆動に用いられる。ディスクからデータを再生するた
めに、光学ピックアップ (半導体レーザー、光電変換素
子等を含む) がディスクの周縁の内側から外側に直線的
に移動される。ピックアップの移動には追跡システムが
用いられる。1.6 μm のトラックピッチを有するディス
クは大量の情報を記憶することができる。
【０００４】このように、大量のデータがディスクに記
録される。このディスクとともに用いられた特定のディ
スクプレーヤは可能な最高の速度で大量のデータから所
望のデータを探索しなければならない。よって探索機能
はディスクプレーヤの必要不可欠な特性である。
【０００５】CDプレーヤは最初は音楽データを再生する
ために開発された。しかしながら、CDの大きな記憶容量
はCD-ROM再生装置のような新たなCDの用法を提供する。
このシステムでは、CDはROM 即ち読取専用記録媒体とし
て用いられる。従来のCDプレーヤにオーディオデータを
記憶するために一般に多くのタイプのディジタルデータ
が使用可能である。ディジタルデータの記録及び再生の
ために、CD-ROM再生装置は従来の記録／再生フォーマッ
トを用いる。更に、新しいフォーマットも下記のように
用いられる。
【０００６】CD再生システムでは、２つのチャネル(L及
びR)のアナログオーディオ信号が44.1 kHzでサンプリン
グされる。サンプリングされたデータは16ビットのディ
ジタルオーディオデータとしてディジタル化されてCD上
に記録される。他方、ＣＤ−ＲＯＭ再生システムでは、
両チャネルの１６ビットのディジタルオーディオデータ
は、各々が８ビット(１バイトデータ)を含む２つのデー
タに分割される。ディジタルデータは2352バイトのデー
タ単位(１ブロック)として記憶される。１ブロックのデ
ータは、各ブロックの先頭部分を検査する同期パターン
(12バイト)及び、ブロックのアドレスデータとしての見
出しアドレス (1/75秒毎)、(rバイト)、ユーザのデータ
(2048バイト＝2 kバイト)、並びにデータ誤り検出及び
訂正のデータ(モードI)又はユーザのデータ(288バイト)
(モードII)を含む。
【０００７】両チャネルC1及びC2のパリティ訂正により
オーディオデータ再生フォーマットのデータ誤りが訂正
できないときモードIが用いられる。モードIが用いられ
る場合、誤り率は10ー2まで改善できる。この低い誤り率
はCDをコンピュータの記録媒体として用いることを可能
にする。
【０００８】モードIIは操作員が288 バイトのメモリ領
域を用いることを可能にする。モードIIが用いられると
き、誤り率は多くても10ー9であるが、１つのブロック内
で使用できるデータの量は下記のように増加する。
【０００９】
【数１】2048 + 288 ＝ 2336 バイト 1/75秒毎に１ブロックのデータが再生される。モードI
では、これはブロック当り2kバイトのデータである。CD
-ROM再生システムのデータ転送速度は下記のようにな
る。
【００１０】
【数２】2 k x 75 ＝ 150 k バイト／秒 よって、CD-ROM再生システムで用いられ且つ各側で連続
１時間の動作を可能にするメモリ容量のデータを有する
ディスクの場合、そこに記録されるデータの容量は下記
のようになる。
【００１１】
【数３】150 k バイト x 60 x 60 ＝ 540 M バイト CDのメモリ容量は、500 乃至1000の通常のフロッピーデ
ィスク、即ち文書当りの書込み文字数200 を有する270,
000 の文書に相当するメモリ容量に達する。ちなみに、
CD-ROMディスクは低い誤り率及び非常に大きな記憶容量
を特徴とするデータ記録媒体である。
【００１２】CD-ROMディスクはデータ記録媒体であるの
で、記録されたデータを処理するために、ホストシステ
ム又はホストコンピュータが必要とされる。使用時に、
操作員はホストコンピュータがCD-ROM再生装置にコマン
ドを送るようにホストコンピュータのキーボードを操作
する。コマンドに応答して、再生装置は所望のデータの
アドレスを探索する。探索に続いて、再生装置は探索さ
れたアドレスで指定されたデータをホストコンピュータ
に返送する。
【００１３】CD-ROM再生装置がデータメモリ装置として
用いられるので、高速データアクセスは所望の性能特性
である。
【００１４】CD-ROMのデータアクセスに対する幾つかの
方法が米国特許第4937803 号に記述されている。これは
ディスクからデータを読取るピックアップ装置を含むデ
ィスクプレーヤで用いるデータ読取装置と、速度制御信
号に応答してピックアップをディスクを横切って半径方
向に移動するピックアップ移動モータと、ピックアップ
の半径方向の速度を検出し速度を表わす速度信号を生成
するピックアップ移動速度検出器と、ディスク上の所望
の半径方向位置に対応する位置信号を生成する目標位置
信号生成器と、ディスクに関してピックアップのロケー
ションを計算しロケーションに対応するロケーション信
号を生成するマイクロコンピュータと、位置信号及びロ
ケーション信号を用いてピックアップのロケーションと
所望の位置の間の距離を表わす距離信号を生成する比較
器と、速度信号の値に基づいて非線形的に速度信号を減
衰させる非線形減衰器と、距離信号及び減衰された速度
信号から速度制御信号を生成し且つ速度制御信号をピッ
クアップ移動モータに加えてピックアップを移動させる
ピックアップ駆動回路とを開示している。
【００１５】米国特許第4949323 号には、目標位置のア
ドレスデータをホストコンピュータから受取ると、サブ
コードＱ検出器即ち見出し検出器を用いて制御装置がピ
ックアップの現在のアドレスデータを読取るシステムが
開示されている。この制御装置は、読取られた現在のア
ドレスデータと既に読取られRAM に記憶された先行する
フレーム(１ブロック)のアドレスデータとの間の相違を
計算する。そして制御装置は前記相違がプリセットされ
た値の範囲内にあるかどうかを検査する。この値が前記
範囲内にない場合、制御装置はホストコンピュータによ
り指定された目標位置のアドレスデータと現在のアドレ
スデータとの間の相違を計算する。そして制御装置はこ
の相違がプリセットされた値の範囲内にあるかどうかを
検査する。この相違が前記範囲内にある場合、現在のア
ドレスデータは正しいので、データアクセス動作で用い
られる。
【００１６】ディスクシーク時間はCD-ROMディスクアク
セス応答時間の主要な要素である。なぜなら、CD-ROMデ
ィスクの1/3 の距離のディスクヘッドシーク時間は380
msから60 msの範囲であるが平均回転待ち時間は56 msか
ら150 msの範囲にあるからである。マルチメディアアプ
リケーションでは媒体の連続性のためにシーク時間短縮
は特に重要である。例えば、別のオーディオ又はビデオ
クリップを取出すための全てのトラックを横切るシーク
の１秒の遅延はマルチメディアシステムでは深刻な性能
低下である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は
CD-ROMディスクのためのデータ構成方法を提供すること
にある。
【００１８】本発明の第２の目的はディレクトリ、経路
及びファイル情報配置のために対称構造を用いるCD-ROM
ディスクのデータ構成方法を提供することにある。
【００１９】本発明の第３の目的は頻度に基づいたデー
タ配置を組込むCD-ROMディスクのデータ構成方法を提供
することにある。
【００２０】本発明の第４の目的はデータ複製を用いる
CD-ROMディスクのデータ構成方法を提供することにあ
る。
【００２１】
【課題を解決するための手段】前記その他の目的は、対
称構造、頻度に基づいたデータ配置及びデータ複製の組
合せによりCD-ROMディスクの平均シーク時間及び最大距
離シークの確率を少なくする新しいデータ配置構成方法
の実施例によって達成される。これらの手法は２つのCD
-ROMの特性を考慮する。第１の特性として、CD-ROMディ
スクは読取専用である。アプリケーションによる記述及
び編集は通常は書込みできるハードディスク上で行わ
れ、その結果得られた構成がCD-ROMレコーディング (マ
スタリング) の製造者に転送される。よって、ファイル
システム再構成に関連したオーバーヘッドはマスタリン
グ手順中に吸収される。第２の特性として、CD-ROMディ
スクの600 MBの容量は多くのアプリケーションにとって
かなり大きく、かつ未使用の部分はどれも再使用できな
い。よって、ディスク上の未使用の空間はペナルティな
しにデータ複製に使用できる。所望により、応答時間の
臨界的なアプリケーションでは、性能改善のために容量
の一部を犠牲にすることができる。
【００２２】
【実施例】図１は、本発明のデータ配置構成ステージを
含む、CD-ROMを構築する手法の概要図である。
【００２３】最初に、プロセッサ記憶ステージ１でデー
タが設計され、データプロセッサ又はパーソナルコンピ
ュータで記述・作成され、ハードディスクメモリに記憶
される。通常、従来の構築方式では、ハードディスク上
のデータの配置方式は制作者の能力による。データはス
テージ１のハードディスク一時記憶からテープ記憶ステ
ージ２又は更に光学ディスク記憶ステージに転送され
る。
【００２４】テープ記憶ステージ２で、データがCD-ROM
マスタリング及び複製ステージ３への入力として用いら
れ、テープの内容に基づいて、大量のCDをプレスするの
に用いられるマスタCDモールドに孔が焼きつけられる。
【００２５】本発明の原理により、ステージ１とステー
ジ２の間にデータ配置最適化ステージ４が設けられる。
【００２６】データ配置最適化ステージ４はディレクト
リ頻度統計に基づいてステージ１から受取ったデータの
最良の配置を決定し、これをステージ２に転送してCD-R
OMをマスタできるようにし、データ検索のシーク時間、
及びディスク上の異なるロケーションにあるデータの検
索中にCD-ROM上を移動するのに必要なシーク距離とを最
小にする。
【００２７】長いシーク時間及び長いシーク距離は、記
憶されるデータが不均一なアクセス確率を有することに
関連する。記憶すべきデータの不均一なアクセス確率を
克服する本発明のデータ構成方法の特徴は、最も頻繁に
アクセスされる領域を、ディスク上の全ての他のデータ
の中央の指定された領域に割当てる手法である。図２は
CD-ROMの表面のセクション10、及びそこに配置された典
型的なデータトラック12を示す。一般にCD-ROMに記憶さ
れたデータに含まれるファイルシステム構造はディレク
トリ、経路及びファイル配置情報に関して頻繁にアクセ
スされたデータを含む。この情報のデータはディスクの
中央トラック14に図１に示すように記憶される。トラッ
ク14に占有された、ディレクトリ経路及びファイル配置
情報を含む領域は以下 "ホットスポット" と呼ぶ。
【００２８】本発明の方法は、データ配置が頻度に基づ
く、もう１つのデータ構成の特徴を含む。ディレクト
リ、経路及びファイル配置データがディスクの中央トラ
ックに記憶された後、頻繁にアクセスされたデータは中
央トラックの近くに配置され、シーク距離を統計的に短
くする。
【００２９】図３には、トラック領域１,２,３,４,５,
６,７,８ 及び９に配置されたデータを有し、"ホットス
ポット"データがトラック１に含まれるディスクセグメ
ントが示されている。図４には、トラック１〜９のそれ
ぞれのデータがアクセスされる頻度を示す。CD-ROMに記
憶されたファイルの数は圧倒的に大きいことがあるから
ファイルの統計を収集するのは困難であり、ディレクト
リはファイルよりも良好な再配置単位であるので、図４
に示す頻度値はディレクトリに基づいた統計を用いる。
領域１〜９の棒グラフの高さで示されたアクセス頻度値
はディスクに記憶されたディレクトリのものである。
【００３０】頻度に基づいてディスク上でデータを再構
成するために、 "欲張り" アルゴリズムとして技術的に
既知のタイプの簡単なアルゴリズムが使用できる。図５
及び図６は頻度に基づいた再配置を示す。図６に示す最
大頻度は、図５に示すディスクの中央部に位置する "ホ
ットスポット" トラック領域１の頻度である。残りのト
ラックの配置は図示のようにアクセス頻度統計に従って
分類され、次に高いアクセス頻度のディレクトリが中央
の "ホットスポット" の隣の自由空間の多い方の側に配
置される。従って、次に高い頻度で用いられたディレク
トリであるデータ領域６及び２は中央の "ホットスポッ
ト" の直ぐ左及び右に配置される。同様に、残りのディ
レクトリがアクセス頻度に従って配置され、図５及び図
６に示すように左のディレクトリセット及び右のディレ
クトリセットになる。
【００３１】本発明の再配置手法の頻度統計の収集は所
望の精度の程度によりオンライン又はオフラインで実行
される。
【００３２】図１２はオンライン手法の流れ図を示す。
最初に、アクセス頻度テーブルが入力され記憶装置に記
憶される。アクセス頻度テーブルは既知のユーザ要求の
頻度に基づいて収集されたデータである。そしてユーザ
アプリケーションはプロセッサ・オペレーティングシス
テム・ソフトウェアのファイルシステムにディスクI/O
要求を出す。通常、従来のプロセッサシステムでは、フ
ァイルシステムが装置ドライバ・ソフトウェアにI/O 要
求を出し、装置ドライバ・ソフトウェアは記憶装置をア
クセスする。
【００３３】本発明では、ファイルシステムは、オンラ
インで、 "プロセス頻度テーブル更新" ステップを設
け、CD-ROMデータをアクセスするユーザアプリケーショ
ンにより生成された全ての要求を捕捉するようにファイ
ルシステムが変更される。それに従ってアクセス頻度テ
ーブルが更新される。
【００３４】そして新しいファイルシステムはディスク
装置ドライバに対して必要なI/O 要求を出し続け、次々
と記憶装置をアクセスする。
【００３５】オフライン手法では、バッファ記憶空間を
用いる必要がある。図７はユーザアプリケーションから
ファイルシステム、ファイルシステムからファイルドラ
イバへ、そしてファイルドライバから記憶装置へ進む従
来のステップを示す。しかしながら、バッファ記憶手段
が設けられ、このバッファに全ての関連I/O 要求がダン
プされる。バッファ状況が検査され、そしてバッファが
一杯であるとき、その内容がディスク又はテープのよう
な２次記憶装置に送られる。
【００３６】アクセス頻度ならびにディレクトリ及びフ
ァイルの移行確率を得るためにI/O要求の経歴が走査さ
れる。
【００３７】本発明の重要な特徴はその複製方式であ
る。前述のように、CD-ROMは超大容量のメモリを有し且
つ通常はデータ記憶に用いられない自由空間を有する。
本発明の方法では、CD-ROM上の自由空間がデータ複製に
割当てられる。図７、８、９、１０及び１１はデータ複
製シーケンスを示す概略図である。
【００３８】図７に、最初に記憶されたディレクトリの
アクセス頻度対ディスク空間が作図されている。曲線は
"ホットスポット" トラック領域１及び左右のディレク
トリセットに配置された残りのディレクトリを示す。そ
の中央の "ホットスポット"から最も遠くに記憶された
ディレクトリのアクセス頻度は０に近づくことが示され
る。図８に示された最初の複製の場合、ディスク上の自
由空間の量は左のディレクトリセットにより占有された
空間の量よりも少なく、且つ左のディレクトリセットか
らのデータは最初のシリンダから始めて自由空間が使い
尽くされるまで複製される。
【００３９】図９に示された２番目の複製の場合、自由
空間の量は左のディレクトリセット及び "ホットスポッ
ト" の両者を記憶するのにちょうど十分である。最初に
"ホットスポット" が複製され、そして左のディレクト
リの複製のシーケンスが "ホットスポット" から逆方
向、即ち反転して実行される。図１０に示された３番目
の複製の場合、右のディレクトリセットの一部の複製に
足る自由空間があるので、この複製シーケンスは最初の
シーケンスに戻り、左のディレクトリセット、 "ホット
スポット" 及び右のディレクトリセットの一部がその順
序で複製される。図１１は図７に示されたデータの完全
な１つの複製に十分なディスク空間がある場合を示す。
【００４０】図９の２番目の場合に、ディスクヘッドを
端のシリンダに移動する確率を少なくするために左のデ
ィレクトリセットの複製の方向が反転されるので、平均
シーク距離が増大する。 "ホットスポット" のアクセス
確率が高いときは、複製の反転はより効率的である。
【００４１】次のセクションは、シーク距離減少及び複
製シーケンスを例示する。データ複製のステージで、生
成された5000のサンプルの無作為のシーケンスのアクセ
スが検査された。これらの例では全てのデータが同サイ
ズであると仮定する。
【００４２】最初の例は均等に分布されたアクセス確率
及び直接の複製の平均シーク距離を示す。
【００４３】
【表１】データアイテム確率 データ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 確率 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111 0.111
【００４４】
【表２】平均シーク距離のシミュレーション結果 平均シーク 複製シーケンス 距離 2.9740 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2.7634 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2.6474 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 2.5662 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 2.5250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 2.4854 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 2.4454 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 2.4370 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 1.4042 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 1.3962 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 次の例では、全てのデータが同サイズで不均一の確率密
度を有し且つ５がホットスポットであると仮定する。
【００４５】
【表３】データアイテム確率 データ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 確率 ０．０３６ ０．０７１ ０．１０７ ０．１４３ ０．２８６ ０．
１４３ ０．１０７ ０．０７１ ０．０３６
【００４６】
【表４】平均シーク距離のシミュレーション結果 平均シーク 複製シーケンス 距離 3.3882 5 1 9 2 8 3 7 4 6 3.0386 5 1 6 8 2 7 4 3 9 2.6194 5 4 6 3 7 2 8 1 9 2.1272 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2.0850 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2.0774 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 2.0850 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 2.0994 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 2.0716 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 4 3 2 1 <---(シーケンス反転) 2.0658 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 2.0318 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 1.9974 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 CD-ROM装置は、トラックの容量がそれぞれの半径方向位
置で異なる一定直線速度(CLV) 方式を用いる。よって、
前述の形状は概念的なものであり、尺度に基づいて作図
されたものではない。
【００４７】本発明の性能を更に改善するために、頻繁
にアクセスされたファイルは平均シーク距離を短縮する
グループに分類される。ホットスポットの複数のコピー
が用いることにより、シーク距離が更に短縮される。要
求が与えられると、CD-ROM装置は、現在のヘッドロケー
ションに最も近い、要求データの１つのコピーを常に選
択することができる。
【００４８】アクセスされたシリンダ数がシリンダ１〜
Ｎに亘って自主的に、同等に、そして均一に分布される
ものと仮定すると、Ｎシリンダの固定ディスクの平均デ
ィスクシーク距離はN/3 である。しかしながら、ファイ
ルシステム構造及びファイルに対する不均一なアクセス
確率は前記仮定を無効にする。例えば、高いアクセス確
率を有するホットスポットはしばしばFAT(ファイル配置
テーブル) 及びFAT に基づいたファイルシステムを有す
るDOS に属するルートディレクトリ領域に存在する。FA
T 及びルートディレクトリは常にディスクの始めのシリ
ンダに存在するので、分析によれば、FAT + ルートディ
レクトリアクセスの25％は平均シーク距離をおよそ12.5
％だけ増大する。
【００４９】前述のように、データ構成方法の改良はホ
ットスポットの周りの対称構造である。各シーク動作後
にディスクヘッドがシリンダN/2 上にある場合、平均シ
ーク距離はN/3 からN/4に短縮される。
【００５０】前述のもう１つの改良点は、頻繁に用いら
れたデータを平均シーク距離が更に短縮されるように中
央のホットスポットに近い方に配置する、頻度に基づい
たデータ配置方式の採用である。データアクセス頻度が
減少する順序でハードディスク上のデータを再構成する
ことは、非常に時間を要するけれども、ディスク上の内
容をテープに転送するときに実行できる。
【００５１】図１４は頻度に基づいた配置方式の利点を
示す。この図面で、縦軸は平均シーク距離、横軸は確率
である。２つのタイプのデータ配列のホットスポットア
クセス確率がそれらのアクセス頻度パターン：ランダム
及び厳密な減少パターンによる曲線が作図されている。
【００５２】前述のシーク時間性能の改良点はホットス
ポット及びデータの複製である。少なくともデータの半
分が複製される場合、最大距離のシークの確率はおよそ
半分にカットされる。平均シークの減少はデータ配置及
びアクセス確率による。
【００５３】従来のCAV (一定角速度)ディスクは等しい
容量の同心トラックにデータを配置し、そして最も外側
のトラックは最も内側のトラックよりも低い記録密度を
有する。よって、最も外側のトラックを読取る待ち時間
は最も内側のトラックを読取る待ち時間よりも長い。ロ
ケーションがディスクの中心から離れるにつれて同じ量
のデータが占有するトラックは少なくなる。
【００５４】CLV 方式の直接の結果は、平均シーク時間
及び回転待ち時間がデータの半径方向ロケーションによ
ることである。一定数のセクタを横切るシーク距離はト
ラック内のセクタ数が増すにつれて減少するが、平均回
転待ち時間は長くなる。例えば、データバンドが半径R0
からR1に移される場合、バンド内シークの距離をsと
し、R0における平均回転待ち時間をrとすると、R1にお
ける新しいシーク距離はs*R0/R1となり、新しい待ち時
間はr*R1/R0となる。よって、両端のトラックに対する
シーク時間及び回転待ち時間の合計が等しくなるよう
に、全ディスクデータセットのホットスポットの中央ロ
ケーションが調整されなければならない。最も近いデー
タコピーの選択も同じ原理に基づかなければならない。
【００５５】以上の説明はマルチメディアCD-ROMディス
クの有効且つ体系的なデータ構成を提供する方法に関す
るものである。対称構造、頻度に基づいた配置方式及び
体系的な複製方式を含む３つの特徴はCD-ROMデータに対
するディスクアクセス応答時間をかなり短縮する。前述
の例では、40％を越える改善が可能である。前述の特徴
の各々は個々にピーク性能を改善し、これらの特徴のど
んな組合せも実現できる。同じ方式がCLV ディスクだけ
ではなく、CAV ディスクにも当てはまる。ユーザにはオ
ーバーヘッドが課されず、記述者に対する一回のオーバ
ーヘッドはマスタリング手順で吸収される。データ再構
成はユーザに対して透明であり且つファイルシステムか
ら独立している。
【００５６】以上はディレクトリを基本単位とする本発
明のデータ構成手法の説明である。本発明の方法は各基
本単位がファイルである場合にディレクトリ内のデータ
配置にも使用できる。
【００５７】また、図１３に示されたようなオフライン
の統計収集手法が用いられる場合、１つのアイテムから
別のアイテムに移動する移行確率の計算が可能である。
計算された移行確率に基づいて、最良のデータ構成を決
定するために普通の最適化を用いることができる。
【００５８】計算能力が限定されている場合に、"欲張
り"アルゴリズムを用いて下記の式を最小にすることが
できる。この場合、δi はアクセス頻度である。
【００５９】
【数４】
【００６０】頻度に基づいたファイル配置及び系統的な
構造は、ディスクヘッドロケーションの安定した状態確
率のみがある場合の平均シーク距離最小化の発見的方法
である。統計収集の基本ブロック単位はディレクトリで
ある。２点の統計、即ち、状態移行確率を利用する配置
の発見的方法はファイルならびにディレクトリに適用さ
れるように一般化される。オフライン統計収集方法を含
む実現問題も下記の論議で記述される。
【００６１】アクセスパターンをモデル化するためにマ
ルコフ過程が用いられる。ディスク記録プラッタ上のデ
ィスク読取／書込ヘッドのロケーションを表わす "状
態" が用いられる。各状態は単一のファイル又は単一の
ディレクトリとすることができる。ディスクヘッド移動
は現在の状態にのみ依存すると仮定される。柔軟性を取
り除けば、問題は下記のように定式化される。
【００６２】状態１〜Ｎ、及び Pij: Prob (状態ｉから状態ｊへの移行)、及び d(i,j)＝|i,j|: シーク距離の関数が与えられる。
【００６３】下記の式を最小化する順列を見出だす。こ
の場合、Siは状態ｉの安定状態確率である。
【００６４】
【数５】
【００６５】最適解法は、大きな問題では扱いにくい、
N!の序列に関する試行を必要とするから、下記の欲張り
アルゴリズムが用いられる。 １. 下記の平衡式からSiを見出だす。
【００６６】
【数６】PTS = S ２. 目的関数を下記のように記述する。
【００６７】
【数７】
【００６８】そしてSiPijを下降順に分類する。
【００６９】３. 次に最も大きいSxPxyを選択し、下記
を実行する。 ・両者が未処理の場合、xをyの次に置いて新しいシーケ
ンスを形成する。この下位シーケンスを表わすのにλ
(x) を用いるので、λ(x)＝λ(y)となる。
【００７０】・yが見つかっているが、xが見つかってい
ない場合、下記の式が最小になるようにxをλ(y)のどち
らかの端に連結する。
【００７１】
【数８】
【００７２】・x及びyの両者が処理されており且つλ
(x)≠λ(y)である場合、λ(x)及びλ(y)を連結して下記
の式に示す４つの方法のうちの１つでλ(x,y) にする。
この場合、λR(x)はλ(x)の逆のシーケンスである。
【００７３】
【数９】
【００７４】それによって、下記の式が最小になるよう
にする。
【００７５】
【数１０】
【００７６】・x及びyの両者が処理されており且つλ
(x)＝λ(y)である場合には、なにも実行しない。
【００７７】４. 全てのアイテム含むシーケンスが得ら
れるまでステップ３を継続する。ステップ３は、最も起
こり得る移行x->yで始まり、平均シーク距離を最小にす
るように既存のシーケンスにs,y を入れる外は、既存の
下位シーケンス及びx,y の連結のみを試みる。
【００７８】アルゴリズムは移行確率に従ってディレク
トリを配置する。このアルゴリズムは単一ディレクトリ
内のファイルに適用できる。移行確率の代わりにアクセ
ス頻度のみがある、即ち、P@yij@z ＝ s@yj@z の状況に
も、同じアルゴリズムが適用できる。そして、このアル
ゴリズムは頻度に基づいた対称構造を有する配置を与え
る。
【００７９】このアルゴリズムは概略の解法のみを見出
だすが、その複雑さはＯ(N2logN)に過ぎない。サイズＮ
が小さいとき、使い尽くされた探索を用いて最適の順列
を見出だすことができる。移行確率の統計収集は大量の
CPU サイクル及びメモリを必要とする。オフライン追跡
収集機能を用いて長期間にわたりディスクI/O 活動を収
集し、より信頼性のある統計を得ることができる。より
現実的なd(i,j)の関数を採用してディレクトリ又はファ
イルのサイズのどちらかの差異を反映させることができ
る。
【００８０】
【発明の効果】本発明のデータ配置構成方法によれば、
対称構造、頻度に基づいたデータ配置及びデータ複製の
組合せによりCD-ROMディスクの平均シーク時間及び最大
距離シーク確率を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】データを処理しそれをCD-ROMに配置するシステ
ムの概要ブロック図である。
【図２】最も頻繁に用いられたデータを本発明の原理に
従ってCD-ROMに配置する方法を示す図である。
【図３】本発明の原理によりアクセス頻度に従ってCD-R
OMにデータを配置する方法を示す図である。
【図４】本発明の原理によりアクセス頻度に従ってCD-R
OMにデータを配置する方法を示す図である。
【図５】本発明の原理によりアクセス頻度に従ってCD-R
OMにデータを配置する方法を示す図である。
【図６】本発明の原理によりアクセス頻度に従ってCD-R
OMにデータを配置する方法を示す図である。
【図７】本発明の原理に従ってCD-ROMにデータを複製す
る方法を示す図である。
【図８】本発明の原理に従ってCD-ROMにデータを複製す
る方法を示す図である。
【図９】本発明の原理に従ってCD-ROMにデータを複製す
る方法を示す図である。
【図１０】本発明の原理に従ってCD-ROMにデータを複製
する方法を示す図である。
【図１１】本発明の原理に従ってCD-ROMにデータを複製
する方法を示す図である。
【図１２】本発明で用い得るオンライン統計収集手法の
概要流れ図である。
【図１３】本発明で用い得るオフライン統計収集手法の
概要流れ図である。
【図１４】本発明の原理を用いて達成された性能改善を
表わす曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 プロセッサ記憶ステージ 2 テープ記憶ステージ 3 CD-ROMマスタリング及び複製ステージ 4 データ配置最適化ステージ 10 CD-ROMの表面のセクション 12 データトラック 14 ディスクの中央トラック
フロントページの続き (72)発明者 シャウチ・オン アメリカ合衆国カリフォルニア州、マウン テン・ヴュー、コンチネンタル・サークル 70番地 アパートメント・922

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディスク面上の等しい容量の同心トラック
    にデータが記憶されるタイプのコンパクトディスクにデ
    ータを配置する方法であって、 ａ）データ経路及びディレクトリ内のファイルの配置を
    指定するデータを含む、ディレクトリに配列されたデー
    タファイルの形式の一定の量のデータを第１の記憶手段
    内で編集するステップと、 ｂ）前記第１の記憶手段からデータ配置最適化ステージ
    に前記編集されたデータを転送するステップと、 ｃ）前記データ配置最適化ステージで、前記データの前
    記ディレクトリをユーザがアクセスする頻度を含むディ
    レクトリ頻度統計に基づいて前記コンパクトディスクの
    前記同心トラック上の前記データの配置指定を決定し、
    且つ前記データを前記配置指定に従って再配置するステ
    ップと、 ｄ）前記配置指定に従って再配置された前記データを前
    記データ配置最適化ステージから第２の記憶手段に転送
    するステップと、 ｅ）前記配置指定に従って前記データをコンパクトディ
    スクに配置するために前記再配置されたデータを前記第
    ２の記憶手段からコンパクトディスクマスタリング及び
    複製手段に転送するステップとを含むコンパクトディス
    クにデータを配置する方法。
  2. 【請求項２】前記ステップｃ）が一定の量の最も頻繁に
    アクセスされたディレクトリデータ、経路データ及びフ
    ァイル配置データを、前記コンパクトディスク上の最初
    と最後のトラックロケーションの中間の、ホットスポッ
    トと呼ばれるトラックロケーションに割当てるステップ
    を含む、請求項１のコンパクトディスクにデータを配置
    する方法。
  3. 【請求項３】前記ステップｃ）が選択された量の次に最
    も頻繁にユーザによりアクセスされたデータを前記ホッ
    トスポットトラックの一方の側の最も近くのトラックロ
    ケーションに割当てるステップと選択された量の更に次
    に最も頻繁にアクセスされたデータを前記ホットスポッ
    トトラックの他方の側の最も近くのトラックロケーショ
    ンに割当てるステップとを更に含む、請求項２のコンパ
    クトディスクにデータを配置する方法。
  4. 【請求項４】前記ステップｃ）が前記ステップａ）で編
    集された前記データの残り及び前記ステップｃ）で最適
    化された配置を前記コンパクトディスクのトラックに割
    当て、前記ステップａ）の前記データの量の前記残りの
    データを前記ホットスポットからの前記データのユーザ
    アクセス頻度に関連した距離にある前記ホットスポット
    の両側のトラックに交互に連続的に割当てるステップを
    更に含む、請求項３のコンパクトディスクのトラックに
    データを配置する方法。
  5. 【請求項５】前記ステップｃ）が、前記量の編集された
    データが完全にトラックに割当てられた後に、データが
    割当てられていない前記ディスクに使用可能なトラック
    が残っているかどうかを判定するステップ、及び前記編
    集されたデータの前記割当てを前記コンパクトディスク
    に複製するために前記量の編集されたデータを前記残り
    の使用可能なトラックに再び割当てるステップを更に含
    む、請求項４のコンパクトディスクのトラックにデータ
    を配置する方法。
  6. 【請求項６】前記ステップｃ）で、M < N、A < M/2、A
    ＝N-Mであるとき、前記コンパクトディスクにあるトラ
    ック数の合計がNである場合、前記量の編集されたデー
    タがMトラックに割当てられており且つ前記使用可能な
    残りのトラックの数がA であり、そして前記A の残りの
    使用可能なトラックに再び割当てられた前記量の編集さ
    れたデータの割当てが開始され、最も少ない頻度でアク
    セスされたデータが前記Mトラックに隣接する前記A ト
    ラックの次のトラックに割当てられる、請求項５のコン
    パクトディスクのトラックにデータを配置する方法。
  7. 【請求項７】前記ステップｃ）で、M < N、A＝N-M、M/2
    < A < Mであるとき、前記コンパクトディスクにあるト
    ラック数の合計がNであり、前記量の編集されたデータ
    がMトラックに割当てられており、前記使用可能な残り
    のトラックの数がA であり、そして前記A の残りの使用
    可能なトラックに再び割当てられた前記量の編集された
    データの割当てが開始され、最も少ない頻度でアクセス
    されたデータが前記M トラックに隣接する前記A トラッ
    クの次のトラックに割当てられる、請求項５のコンパク
    トディスクのトラックにデータを配置する方法。
  8. 【請求項８】前記ステップａ）で、M < N、A＝N-M、A＝
    M/2 であるとき、前記コンパクトディスクにあるトラッ
    ク数の合計がNであり、前記量の編集されたデータがMト
    ラックに割当てられており、前記使用可能な残りのトラ
    ックの数がA であり、そして前記A の残りの使用可能な
    トラックに再び割当てられた前記量の編集されたデータ
    の割当てが開始され、最も多い頻度でアクセスされたホ
    ットスポットデータが前記M トラックに隣接する前記A
    トラックの次のトラックに割当てられる、請求項５のコ
    ンパクトディスクのトラックにデータを配置する方法。
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