JPH10269138A - キャッシュメモリ制御及びそれを用いたデータ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中央処理装置と周辺装置間のキャッシュメモリ
は、中央処理装置と周辺装置で共有する為、書き込みと
読み出しの要求が同時にあった時には、片方が順番待ち
となりその動作が止まる。特にキャッシュメモリの容量
を超える様なデータや、ランダムなデータを取り扱う時
にこの様なアクセス待ちが頻繁に発生する為、性能が大
きく劣化する。 【解決手段】中央処理装置と周辺装置に接続された制御
装置において、データ転送速度差を吸収する為のバッフ
ァとして、キャッシュメモリを複数系列有し、それらキ
ャッシュメモリを独立させ同時に読み出し及び書き込み
制御を行える様にする事で、読み出しや書き込みの要求
が同時に発生した時にも、その要求をそれぞれ別の系列
のキャッシュメモリに振り分ける事で、その要求を同時
に処理できる様にすることにより達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中央処理装置と周
辺装置に接続された制御装置において、データ転送速度
差を吸収する為のバッファとしてキャッシュメモリを利
用する装置で、中央処理装置からの要求によりそのキャ
ッシュメモリの利用形態を自由に変更でき、中央処理装
置と周辺装置の間のデータ転送の効率を上げ、システム
の性能を上げる事のできるキャッシュメモリの制御方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】中央処理装置と周辺装置間のデータ転送
には、書き込みまたは読み出しの際にキャッシュメモリ
を用いデータ転送の高速化を図っている装置が多い。こ
の様なシステムの装置では、中央処理装置からキャッシ
ュメモリに存在しないデータに対する要求があった場
合、周辺装置からキャッシュメモリ、キャッシュメモリ
から中央処理装置とキャッシュメモリに対してその処理
を時分割し二段階のアクセス要求を行うため、周辺装置
からキャッシュメモリのデータ転送が終わるまでキャッ
シュメモリから中央処理装置のデータ転送は待たされ
る。その結果更に、次のデータ転送要求があった場合、
データ転送も待たされる事となりシステムの転送速度は
低下する。また、ＰＣＩバスに代表される高速転送可能
な上位インタフェースと接続するような場合、上位ホス
ト側から見た転送処理速度がキャッシュメモリの制御速
度そのものとなってしまうものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、中央処理装
置と周辺装置に接続する制御装置にキャッシュメモリを
持つ様な装置で、読み出し、書き込みの要求がキャッシ
ュメモリに対し複数同時に発生した様な時に、キャッシ
ュメモリに対する読み出し、書き込みを同時に行える様
にし、システム全体のデータ転送性能の高速化を図るこ
とを目的とする。また、上位インタフエース等システム
環境の違いにより、そのシステムのデータ転送にもっと
も適したキャッシュ制御を簡単に設定できる様にし、キ
ャッシュメモリの高性能化を図る事によりシステム全体
のデータ転送性能の高速化を図ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、中央処理装置
と周辺装置に接続された制御装置において、データ転送
速度差を吸収する為のバッファとして、キャッシュメモ
リを利用する装置において、そのキャッシュメモリを複
数系列持つ手段と、それら複数系列のキャッシュメモリ
をそれぞれ独立させて同時に制御する手段と、それら複
数系列のキャッシュメモリの利用方式を中央処理装置に
より自由に設定できる様にする手段を有し、それら複数
系列のキャッシュメモリを独立させ同時に制御し、中央
処理装置や周辺装置に各々割り当てて読み出し及び書き
込みを行う事で、キャッシュメモリを一系列で扱うとき
に発生するアクセス待ちを無くし、システムの転送効率
を向上させる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１から図６により、本発明の一
実施例を中央処理装置をホスト（１０２）、周辺装置を
磁気ディスク装置（１０３）の場合で説明する。本実施
例では複数系列のキャッシュメモリを二系列のキャッシ
ュメモリとして考える。

【０００６】図１には実施例のハードアェア構成を示
す。本実施例は、磁気ディスク制御装置（１０１）、ホ
スト（１０２）、磁気ディスク装置（１０３）、データ
コントロール部（１０４）、キャッシュメモリ（１０
５、１０６）、キャッシュ制御部（１０７、１０８）に
より構成される、上位ホストと磁気ディスク装置との間
に上位ホストのＰＣＩバスにボードで直結されるよう
な、キャッシュメモリを用いたデータ制御部を持つ装置
である。磁気ディスク制御装置（１０１）は、データコ
ントロール部（１０４）やキャッシュ制御部（１０７、
１０８）を含むデータ制御装置で、ＰＣサーバを初めと
した上位側のホスト（１０２）とＰＣＩバスやＳＣＳＩ
バス等をインタフェースとして接続される。下位側の磁
気ディスク装置（１０３）とはＳＣＳＩバス等をインタ
フェースとして接続される。また、ホスト（１０２）と
磁気ディスク装置（１０３）との間で、一時データを蓄
えられるキャッシュメモリ（１０５、１０６）を有す
る。データコントロール部（１０４）はホスト（１０
２）−キャッシュメモリ（１０５、１０６）間のデータ
制御、磁気ディスク装置（１０３）−キャッシュメモリ
（１０５、１０６）間のデータ制御、及び二系列あるキ
ャッシュメモリ１（１０５）及びキャッシュメモリ２
（１０６）をそれぞれ制御するキャッシュ制御部１（１
０７）及びキャッシュ制御部２（１０８）の制御方式を
決定する機能を有する。

【０００７】図２−ａ及び図２−ｂにはキャッシュメモ
リを二系列（１０５、１０６）持ちそれぞれを独立させ
た状態で、磁気ディスク装置（１０３）からホスト（１
０２）へデータ転送をする時のデータの流れを示したも
のである。図２−ａは磁気ディスク装置（１０３）から
キャッシュメモリ１（１０５）へデータを書き込み、そ
れと同時にキャッシュメモリ２（１０６）からホスト
（１０２）へデータを読み出している状態である。図２
−ｂは磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメモ
リ２（１０６）へデータを書き込み、キャッシュメモリ
１（１０５）からホスト（１０２）へデータを読み出し
ている時のデータの流れを示した図である。

【０００８】まず始めにホスト（１０２）により磁気デ
ィスク装置（１０３）からホスト（１０２）へデータを
読み出す様な転送要求がデータコントロール部（１０
４）に対して与えられると、データコントロール部（１
０４）は、キャッシュ制御部１（１０７）を磁気ディス
ク装置（１０３）からキャッシュメモリ１（１０５）方
向の転送データを送れる様に設定する。この状態で、磁
気ディスク装置（１０３）から磁気ディスク装置側ＦＩ
ＦＯ（１０９）を通し、キャッシュメモリ１（１０５）
へデータを書き込む。

【０００９】キャッシュメモリ１（１０５）へデータを
書き込んでいる間に、データコントロール部（１０４）
がデータ先読み制御等で次のデータ転送要求を事前に認
識し、キャッシュメモリ１（１０５）へのデータの書き
込みが終了すると、データコントロール部（１０４）は
キャッシュ制御部１（１０７）を、キャッシュメモリ１
（１０５）からホスト（１０２）方向へのデータが転送
モードに切り換えると共に、キャッシュ制御部２（１０
８）を磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメモ
リ２（１０６）方向へのデータ転送モードに設定する。
（図２−ｂの様な状態となる）。そして、キャッシュメ
モリ１（１０５）からホスト（１０２）へデータを読み
出すと同時に、磁気ディスク装置（１０３）からキャッ
シュメモリ２（１０６）へ次の転送データを書き込む。
この間にデータコントロール部（１０４）は前述したの
と同様に、データ先読み制御等で次のデータ転送の情報
を認識し、現動作が終了すると、キャッシュ制御部１
（１０７）を磁気ディスク装置（１０３）からキャッシ
ュメモリ１（１０５）へデータを転送できる様に設定
し、キャッシュ制御部２（１０８）をキャッシュメモリ
２（１０６）からホスト（１０２）へデータを転送でき
る様に制御する。上記動作を繰り返す事により、磁気デ
ィスク装置（１０３）ホスト（１０２）にデータを転送
する際、磁気ディスク装置（１０３）からのデータをキ
ャッシュメモリに書き込む動作と、ホスト（１０２）へ
のデータ転送が同時に行う事が可能となり、従来の磁気
ディスク装置からのデータ読み出しに要した時間を短縮
でき、磁気ディスク装置からホストへのデータ転送性能
を向上できる。

【００１０】ホスト（１０２）から磁気ディスク装置
（１０３）へのデータ転送の場合も、この流れを逆にす
るだけで、まずデータコントロール部（１０４）に対し
てホスト（１０２）から磁気ディスク装置（１０３）へ
データを書き込む要求をする。これを受けたデータコン
トロール部（１０４）がキャッシュ制御部１（１０５）
に対して、データをホスト（１０２）からキャッシュメ
モリ１（１０５）へ転送できる様に設定しキャッシュメ
モリ１（１０５）へデータを書き込む。キャッシュメモ
リ１（１０５）へデータを書き込んでいる間に、データ
コントロール部（１０４）は次の転送の要求を受けてい
るので、キャッシュメモリ１（１０５）へデータを書き
終わるとデータコントロール部（１０４）はキャッシュ
制御部１（１０７）をキャッシュメモリ１（１０５）か
ら磁気ディスク装置（１０３）方向へデータ転送できる
様に、キャッシュ制御部２（１０８）をホスト（１０
２）からキャッシュメモリ２（１０６）へデータ転送で
きる様にそれぞれ設定しデータ転送を行う。この様にデ
ータコントロール部（１０４）によりキャッシュ制御部
（１０７、１０８）を制御する事で、ホスト（１０２）
から磁気ディスク装置（１０３）へのデータ転送の場合
もキャッシュメモリへのアクセス待ち時間を少なくする
事ができ、システムとしての性能を向上できる。

【００１１】また、図２にはキャッシュメモリが二系列
の場合を示したが、図３には三系列の場合を示す。構成
としてはキャッシュメモリ３（３００）及びキャッシュ
制御部３（３０１）を追加する。まず始めにホスト（１
０２）により磁気ディスク装置（１０３）からホスト
（１０２）へデータを読み出す様な転送要求がデータコ
ントロール部（１０４）に対して与えられると、データ
コントロール部（１０４）は、キャッシュ制御部１（１
０７）を磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメ
モリ１（１０５）方向の転送データを送れる様に設定す
る。この状態で、磁気ディスク装置（１０３）から磁気
ディスク装置側ＦＩＦＯ（１０９）を通し、キャッシュ
メモリ１（１０５）へデータを書き込む。（図３−ａ）
キャッシュメモリ１（１０５）へデータを書き込んでい
る間に、データコントロール部（１０４）がデータ先読
み制御等で次のデータ転送要求を事前に認識し、キャッ
シュメモリ１（１０５）へのデータの書き込みが終了す
ると、データコントロール部（１０４）はキャッシュ制
御部１（１０７）を、キャッシュメモリ１（１０５）か
らホスト（１０２）方向へのデータが転送モードに切り
換えると共に、キャッシュ制御部２（１０８）を磁気デ
ィスク装置（１０３）からキャッシュメモリ２（１０
６）方向へのデータ転送モードに設定する。（図３−ｂ
の様な状態となる）。そして、キャッシュメモリ１（１
０５）からホスト（１０２）へデータを読み出すと同時
に、磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメモリ
２（１０６）へ次の転送データを書き込む。ここまでは
二系列の場合と同じであるが、磁気ディスク装置（１０
３）からキャッシュメモリ２（１０６）への書き込み
が、キャッシュメモリ１（１０５）からホスト（１０
２）への読み出しより先に終わっていれば、次のデータ
を磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメモリ３
（３００）へ、キャッシュ制御部３（３０１）を切り換
える事で書き込む事が出来る。

【００１２】更に四系列、五系列の場合も順次空いてい
るキャッシュメモリへ計画的に書き込み、読み出しを行
う事でシステムを効率よく運用できる。

【００１３】図４には図２及び図３で示したデータ転送
をモデル化して時間軸で表したものである。まず図２の
構成での説明をする。磁気ディスク装置（１０２）から
キャッシュメモリ１（１０５）へデータを書き込む。
次に、磁気ディスク装置（１０３）からのデータの書
き込みはキャッシュメモリ２（１０６）へ行い、同時に
データをキャッシュメモリ１（１０５）からホスト
（１０２）へ読み出す。この二つの動作はの読みだし
の方が時間がかかっているので、データの読み出しが
終わった後にデータのキャッシュメモリ１（１０５）
への書き込みと、データのキャッシュメモリ２（１０
６）からの読み出しを行う。これらの動作を交互に行っ
ていく。データまでで見ると、従来の一系列のキャッ
シュメモリへ書き込み及び読み出しした時よりも短縮で
きるのがわかる。一系列の場合データの書き込み及び
読み出し、データの書き込み及び読み出しとデータ
まで順に行っていくので、データからデータまでを
転送するには、データからデータまでの書き込みと
読み出しにかかる時間を全て合わせたものに等しい。

【００１４】図２の構成で前の処理が終わっていないた
めに次のキャッシュメモリへのアクセスが出来ない場合
がある。例えばの書き込みとの書き込みの間、ある
いはの読み出しとの読み出しの間などに見られる。
図３の構成では、３つ目のキャッシュメモリを用いる事
で、この様な待ちを無くし更に転送の高効率化を図れて
いるのがわかる。

【００１５】また、図４は書き込みフェーズと読み出し
フェーズの時間を等しく示しているが、実際、ホスト側
の転送速度は磁気ディスク装置側の転送速度を大きく上
回るものであり、磁気ディスク装置側の転送速度がシス
テム全体の性能に大きな影響を与える。

【００１６】図５及び図６は前述した二系列のキャッシ
ュメモリへの動作を、キャッシュメモリ１（１０５）と
キャッシュメモリ２（１０６）を連動させたときのデー
タの流れを示してある。この時はキャッシュメモリが一
系列の従来の利用法と考え方は同じになるが、キャッシ
ュメモリへのバス幅を磁気ディスク装置側ＦＩＦＯ（１
０９）及びホスト側ＦＩＦＯ（１１０）の前後で、２倍
にできるため高速な転送ができる。図５−ａ及び図５−
ｂはホスト（１０２）から磁気ディスク装置（１０３）
への書き込みを示す。まず図５−ａの様にホスト（１０
２）からの転送要求を受けると、データコントロール部
（１０４）はキャッシュ制御部１（１０７）、キャッシ
ュ制御部２（１０８）をともにホスト（１０２）からキ
ャッシュメモリ１（１０５）及びキャッシュメモリ２
（１０６）の方向に設定し、ホスト（１０２）からホス
ト側ＦＩＦＯ（１１０）を通し、ホスト側ＦＩＦＯ（１
１０）でキャッシュメモリ側のデータバス幅をホスト側
のデータバス幅の２倍にし、キャッシュメモリにデータ
を書き込む。そしてキャッシュメモリへの書き込みが終
了後、図５−ｂの様にデータコントロール部（１０４）
によりキャッシュ制御部１（１０７）及びキャッシュ制
御部２（１０８）をそれぞれキャッシュメモリ１（１０
５）から磁気ディスク装置（１０３）、キャッシュメモ
リ２（１０６）から磁気ディスク装置（１０３）方向の
転送ができる様に設定し、キャッシュメモリから磁気デ
ィスク装置側ＦＩＦＯ（１０９）までと、磁気ディスク
装置側ＦＩＦＯ（１０９）から磁気ディスク装置（１０
３）までで、データバス幅を半分にして磁気ディスク装
置（１０３）にデータを書き込む。

【００１７】図６−ａ及び図６−ｂは図５とは逆に磁気
ディスク装置（１０３）からホスト（１０２）へのデー
タの読み出しを示した図である。この場合は図６−ａの
様にホスト（１０２）からデータコントロール部（１０
４）へ、磁気ディスク装置（１０３）からホスト（１０
２）へのデータの読み出しを行う様な要求があると、デ
ータコントロール部（１０４）はキャッシュ制御部１
（１０７）及びキャッシュ制御部２（１０８）を共に、
磁気ディスク装置（１０３）からキャッシュメモリ１
（１０５）及びキャッシュメモリ２（１０６）へとデー
タを転送できる様に設定する。磁気ディスク装置から磁
気ディスク装置側ＦＩＦＯ（１０９）までのデータバス
幅を、磁気ディスク装置側ＦＩＦＯ（１０９）からキャ
ッシュメモリの間で２倍にし、キャッシュメモリへのデ
ータを書き込む。キャッシュメモリへのデータの書き込
みが終わると、図６−ｂの様にデータコントロール部
（１０４）はキャッシュ制御部１（１０７）及びキャッ
シュ制御部２（１０８）を共に、キャッシュメモリ１
（１０５）からホスト（１０２）及びキャッシュメモリ
２（１０６）からホスト（１０２）方向へデータを転送
できる様に設定する。そして、キャッシュメモリからホ
スト側ＦＩＦＯ（１１０）までのデータバス幅をホスト
側ＦＩＦＯ（１１０）で半分にして、ホスト（１０２）
へ転送する。

【００１８】図２の様な動作と図５、図４の様な動作
を、利用状況によってデータコントロール部（１０４）
により制御し、使い分けることで多様な利用方法に対応
できる様にする。

【００１９】以上により一系列のキャッシュメモリへ書
き込み及び読み出しした時よりもデータ転送時間が短縮
できる為、システムとしての性能を向上させることがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】本発明はキャッシュメモリを複数系列持
ち、それらを同時に読み出し、書き込みする事でアクセ
スが競合したときの待ち時間をなくす事ができ、また転
送するデータに合わせて複数系列のキャッシュメモリの
制御方法をそれぞれ自由に決定できる事で、データ転送
を高効率化し、システムを高速化する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成図。

【図２】キャッシュメモリを二系列持ちそれぞれを独立
させた状態で、磁気ディスク装置からホストへのデータ
転送を示す図。

【図３】キャッシュメモリを三系列持ちそれぞれを独立
させた状態で、磁気ディスク装置からホストへのデータ
転送を示す図。

【図４】図２の転送におけるキャッシュメモリの動作を
時間で表した図。

【図５】キャッシュメモリを２つ持ちそれぞれを連動し
た状態で、ホストから磁気ディスク装置へのデータ転送
を示す図。

【図６】キャッシュメモリを２つ持ちそれぞれを連動し
た状態で、磁気ディスク装置からホストへのデータ転送
を示す図。

【符号の説明】

１０１…磁気ディスク制御装置、 １０２…ホス
ト、１０３…磁気ディスク装置、 １０４…
データコントロール部、１０５…キャッシュメモリ１、
１０６…キャッシュメモリ２、１０７…キャ
ッシュ制御部１、 １０８…キャッシュ制御部
２、１０９…磁気ディスク装置側ＦＩＦＯ、 １１０…
ホスト側ＦＩＦＯ、３００…キャッシュメモリ３、
３０１…キャッシュ制御部３。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央処理装置と周辺装置に接続された制御
   装置において、データ転送速度差を吸収する為のバッフ
   ァとして、キャッシュメモリを有する制御装置で、その
   キャッシュメモリを複数系列持ち、それら複数系列のキ
   ャッシュメモリをそれぞれの系列毎、同時に読み出しま
   たは書き込みができる様に制御する事を特徴とする制御
   装置において、複数系列のキャッシュメモリの使用方法
   をそれぞれ独立させて制御でき、それぞれのキャッシュ
   メモリに対し中央処理装置と周辺装置から、同時にデー
   タの読み出しや書き込みを行える様にしたり、複数系列
   のキャッシュメモリを同時に連動して制御し一系列のキ
   ャッシュメモリの様に扱い、そのキャッシュメモリに対
   するデータの読み出し及び書き込みを一系列の場合の系
   列数倍のデータバス幅で行える様な動作を、中央処理装
   置からの要求で自由に割り当てる事を特徴とする制御装
   置。