JPS597986B2 - 磁気デイスク・サブ・システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＣＰＵに接続される磁気ディスク装置のアクセ
スタイムを僅少化した磁気ディスク・サブ・システムに
関する。

配下に多数の磁気ディスク装置を備える情報処理システ
ムの従来における基本構成を示すと第１図のようになる
。

ここに１はＣＰＵすなわち中央処理装置であり、２はチ
ャネルコントロール、３はその配下にどういう装置が接
属されるかで異なるがここではブ頭ノク・マルチプレク
サ・チャネルである。また４はディスク・パック・コン
トローラすなわち磁気ディスク制御装置であり、５Ａ、
５Ｂ、・・・・・・はそれぞれディスク・パック・ユニ
ットすなわち磁気ディスク装置である。磁気ディスク制
御装置４は通常６４または３２スピンドル（パックの数
）という多数の磁気ディスク装置を接続される。ところ
である磁気ディスク装置上の記録を読み出したりまたは
ある磁気ディスク装置へデータを書き込もうとするとき
、ＣＰＵＩが命令を発した後、当該処理が行なわれるま
でにはある長さの持ち時間、（アクセス時間）を必要と
する。

これは磁気ディスク装置５の書き込み及び読み出し用の
ヘッドが磁気ディスクの所定の記録部分に到達するため
には、その記録部分の属する同心円状トラックにまでヘ
ッドを移動させる移動時間（シーク時間）と、そのトラ
ツク上で該当する記録部分が前記ヘツドの真下にまで回
転してくる時間（回転持ち時間）とを要する等の理由に
よる。シーク時間は約１０〜１００ｍｓ（ミリセカンド
）であり、回転持ち時間は平拘約１０ｍｓなのでアクセ
ス時間は全体として数１０ｍｓとなり、このアクセス時
間経過後にデータの読み出しまたは書き込みが始められ
る。このように磁気デイスク装置はヘツドおよび磁気デ
イスクを機械的に動かすためかなり大きなアクセス時間
が必要であるが、この時間の短縮は現在では機械的な限
界に達し殆んど不可能である。

これに対しＣＰＵｌから磁気デイスク制御装置４に至る
までの系の動作速度は、特に近年の各種のテクノロジー
の進歩と共にますます速くなつており、μｓ（マイクロ
・セカンド）からＮｓ（ナノ・セカンド）、更にはＰＳ
（ピコ・セカンド）の単位である。したがつてＣＰ′Ｕ
が磁気デイスク装置の大きなアクセス時間を唯漫然と待
つていたのでは折角、磁気デイスク制御装置までの動作
速度が二短縮してもシステム全体としてみた情報処理の
速度は変化せず極めて効率が悪い。この矛盾を解決し、
情報処理を改善する方法が従来の情報処理システムにお
いても種々採られていた。

例えば（１）ＣＰＵに多量処理を行なわせる方二法、（
４）ＣＰＵが命令を発した後シーク時間及び回転持ち時
間の間は、ＣＰＵを該当する磁気デイスク制御装置から
切り離し他の情報処理を行なわせる方法、（Ｉｉｉ）各
種アクセス・メソツドを導入する方法、０Ｖ）「持ち」
の概念を導入し、「持ち」行列をこソフトウエアあるい
はハードウエア的に各部に存在させる方法等がそれであ
る。このような方法の採用によりソフト的に、実際には
存在するアクセス時間を見えないようにすることは可能
となるが、このためにソフトが複雑になり、そればかり
か全３体の処理を行なうためのソフトのオーバーヘツド
が増加し、これに伴う処理時間の増加が誘発されるとい
う欠点が存在した。本発明は従来技術のこのような欠点
を除去するためになされたもので、みかけ上の磁気デイ
スク ４装責のアクセス時間を短縮する磁気デイスク・
サブ・システムを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、複数台の磁気デイスク装置とこれら
複数台の磁気デイスク装置を制御する磁気デイスク制御
装置と、該磁気デイスク制御装置配下の複数台の磁気デ
イスク装置へ書き込むデータ及び該複数台の磁気デイス
ク装置より読み出したデータを一時保管するデータバツ
フアを有するバツフアユニツトとで構成された磁気デイ
スクサブシステムであつて、前記バツフアユニツトは、
前記磁気デイスク制御装置との間でデータの授受を行う
高速転送用バツフアと、前記データバツフアと、該デー
タバツフアに格納されているデータの磁気ディング装置
側での格納位置を示す管理テーブルと、管理テーブルの
情報に基づいて該データバツフアよりデータを読み出し
高速転送用バツフアを経由してデータを転送するととも
に、該磁気デイスク制御装置より転送されたデータのエ
ラー修正を高速転送バツフア上で行うプロセツサとで構
成されていることを特徴とするものであるが、次に実施
例を参照しながらこれを詳細に説明する。まず、本発明
の磁気デイスク・サブ・システムにおける磁気デイスク
装置へのデータの書き込みを第２図を用いて説明する。
図で４は磁気デイスク制御装置、５Ａ，５Ｂは磁気デイ
スク装置、６はバツフア・ユニツトである。また１，２
は情報の処理順序を示す番号である．まず（１）書き込
むべきデータは磁気デイスク制御装置４を経由してバツ
フア・ユニツト６へ送られ、その中の固体メモリ例えば
バイボーラまたはＣＭＯＳラム（ＲＡＭ）に書き込まれ
る。その後磁気デイスク制御装置４はＣＰＵから切り離
されるが、（２）この切り離されている間に該データは
適宜当該磁気デイスク装置例えば磁気デイスク装置５Ａ
に移し変えられる。したがつてデータの書き込みはＣＰ
Ｕから見た場合アクセス時間実質零で行なうことができ
る。次に本システムにおけるデータの読み出しを第３図
を用いて説明する。まず（１）磁気デイスク装置５Ａに
記録されているデータの読み出しが命令されると、デー
タはヘツドのアクセス時間経過後磁気デイスク制御装置
４を経由してＣＰＵに転送される。そしてこれと同時に
バツフア・ユニツトへもデータが転送される。バツフア
・ユニツトへのデータの転送は後述するようにＣＰＵか
ら要求されたデータのみならずその周囲のデータについ
ても行なう。すなわち磁気デイスクの要求されたデータ
を含んだ１トラツク単位またはこれを細分した１レコー
ド単位で行なう。従つて、（２）次にまたはその後、Ｃ
ＰＵが同じデータもしくはその周囲のデータを要求して
きたときは、バツフア・ユニツト６から直ちにそのデー
タを読み出し、磁気デイスク制御装置を経由してＣＰＵ
へ転送することができる。この場合はアクセス時間実質
零でデータが送られる。このような場合の生ずる確率は
後述するように非常に高い。さて磁気デイスク制御装置
に独立ロツカとして設けられ磁気デイスク装置の代りに
当該データを一時蓄える働きを持つバツフア・ユニツト
は第４図のような構造になつている。

図で６１はプロセツサ、６２はデイレクトリ、６３及び
６４は２階層構成のバツフア・メモリであり、このうち
６３は転送用バツフア、６４はデータバツフアである。
バツフア・メモリは複数個のデータを保持できる。保持
するデータの単位としては前述したようにレコード単位
やトラツク単位等がある。以下磁気デイスクの１周分の
記録つまりトラツク単位でデータを扱う場合について各
部を説明する。転送用バツフア 転送用バツフアは１トラツク分のデータを一時保持しう
る高速ＲＡＭによつて構成されており、以下の働きを行
なう。

１まず、転送周波数の違いを吸収する。

すなわちバツフア・ユニツトと磁気デイスク制御装置と
の間のデータの転送速度は磁気デイスク制御装置自身の
転送速度と同じでなくてはならないが、データバツフア
６４に比較的安価なメモリであるＣＣＤやバブルメモリ
等の低速用メモリを使用すると、このデータバツフア６
４と磁気デイスク制御装置との間で直接データ転送を行
なうことができない。これは磁気デイスク制御装置のデ
ータ転送速度は例えば１秒間に１．２メガ・バイトとい
うような高速であるがＣＣＤやバブルメモリのそれはこ
れよりおよそ１桁小さいからである。従つてデータバツ
フア６４への又はからのデータは転送用バツフア６３へ
ー旦移してから書込み又は送出することにして両者の間
の時間差を吸収させる。２次にデータの訂正を迅速に行
なうことができる。

すなわち磁気デイスク装置より読出され磁気デイスク制
御装置を介してＣＰＵ等へ送出されるデータには、記憶
媒体の欠陥やノイズ等に基づくエラーが存在する可能性
があるのでこれをチエツクしてエラーを訂正する必要が
ある。このため磁気デイスクへ書き込むデータの最後に
は普通ＥＣＣ符号（ＥｒｒＯｒＣＯｒｒｅｃｔｉＯｎＣ
Ｏｄｅ）が付加されている。本発明のシステムでは磁気
デイスク制御装置は読出したデータをＣＰＵｌのメモリ
およびバツフア・ユニツト６内の転送用バツフア６３へ
送ると共に、データをＥＣＣ符号まで読み終つた後にＥ
ＣＣ符号の解桁を行なう。そしてエラーが発見さわたら
そのエラーの存在する位置とエラーのパターンをＣＰＵ
へ報告し、ＣＰＵはこの報告にもとづいてＣＰＵのメモ
リに書き込んだ該データを修正する。このエラーの位置
およびパターンはバツフア・ユニツト６へも送られ、こ
のとき当該データはまだ転送用バツフア６３に記録され
ているので、プロセツサ６１の働きでデータの修正が行
なわれる。このデータ修正はバツフア・ユニツト６内で
行なわれるのでＣＰＵとの間のデータ伝送はない。この
ようにして転送用バツフア６３で正しく修正されたデー
タは、その後データバツフア６４に蓄えられる。この蓄
えられたデータは正しいものなのでバツフア・ユニツト
６から磁気デイスク制御装置４経由でＣＰＵへ送られる
データも正しく、磁気デイスク制御装置内でＥＣＣチエ
ツク、データ訂正を行なう必要はない。したがつてスル
ープツトが向上する。３更にダブルフアイルのサービス
をＣＰＵに負担をかけずに行なうことができる。

ここにダブルフアイルのサービスとは、２つの磁気デイ
スク装置へ同じデータを書きこむサービスをいう。近年
磁気デイスク装置はその容量の増加に伴いデイスクの取
り替え（Ｐａｃｋｃｈａｎｇｅ）が技術的に不可能にな
つてきている。このため磁気デイスク装置に障害が発生
した場合はその装置の全デイスク中に収録されたデータ
の読み出しが不可能になる。これは特に銀行業務等のオ
ンライン・ユーザーにとつては屯大な問題であり、場合
によつてはシステム・ダウン（ＳｙＳｔｅ［１Ｔ−１）
０ｗｎ）となり、当該ポリユームの再生に数時間を要す
る場合もある。このような事故を避けるため重要なフア
イルに対してはこれを二電化すなわちダブルフアイルと
し、一方のシステムが倒れても他方のシステムで業務を
続行できるようにしている。

従来、ダブルフアイルを作るためにはソフトが異なつた
磁気デイスク装置２台に対してそれぞれコマンドを出し
ＣＰＵからデータの転送を行なつていた。このためＣＰ
Ｕの負荷は０Ｓすなわちオペレーテイングシステムの増
加も含めて２〜３倍となつてしまつていた。ところが本
発明ではＣＰＵからのデータの書き込みは転送用バツフ
アに対して行ない、個々の磁気デイスク装置上に対して
は行なわない。

そして転送用バツフアヘデータが書き込まれた後、磁気
デイスク制御装置がこのデータをもとに必要な複数の磁
気デイスク装置へデータの書き込みを行なうので、ダブ
ルフアイルを作成してもＣＰＵの負荷を増すことがない
。データバツフア データバツフアは転送用バツフアより送られてくるデー
タを保持するところである。

このデータバツフアは複数トラツク分のデータを保持す
るので比較的低価格な低速用メモリを使用する。データ
バツフアの複数トラツク分のデータにはそれぞれデータ
管理情報が与えらへ該情報はデイレクトリ６２に書き込
まれる。ここにデータ管理情報とは１そのデータが最終
的に移されるべき磁気デイスク装置の機番、シリンダー
番号、ヘツド番号、２フラツグ等をいい、データを識別
するためにデータに付加される制御情報である。さてデ
ータバツフアはある有限な容量しか持たないので、一杯
になれば当然該バツフア内のデータを該当する磁気デイ
スク装置へ吐き出す必要がある。

この場合、データバツフアがどの程度の容量を持つべき
かということは屯要な問題であり、こわはデータバツフ
アの価格、該バツフア内のデータの再使用度などから定
めるのがよい。本発明は前述したように磁気デイスク装
置が必要とするアクセス時間を見掛上短かくしようとす
るものであり、書込みに対しては無条件に有効であるが
、読取りに対しては基本的にはレコード単位またはトラ
ツク単位のデータが一時期に再使用される頻度が高いと
いう事実により全体として目的を達成しようとするもの
である。

従つて本発明のデータバツフアはＣＰＵが例えば１台の
磁気デイスタ装置に対して毎回異なつたトラツクに対し
てアクセスをかけるような場合にはデータの読み出しに
対しては余り価値がない。必要とするデータは結局その
たび毎に磁気デイスク装置から直接読み出されることと
なるからである。しかし磁気デイスク装置はマクロ的に
は種々雑多なデータの収容されたランダム・アクセス・
デバイス（Ｒａｎ一ＤＯｍａｃｃｅｓｓｄｅｖｉｃｅ）
であるにも拘らず）これをミクロ的にみれば、例えば銀
行業務に使用するバンキング・システムにおける元帳の
データのように同一レコードまたはトラツクに同種類の
データが収納されることが多い。したがつて同一レコー
ドまたは同一トラツクのデータをＣＰＵがまず読み出し
、そのデータを使つてデータ処理を行つてデータの更新
を行なうというライトバツク（ＷｒｉｔｅＢａｃｋ）の
ように、ＣＰＵが比較的短時間の間にデータを再使用す
る機会は多い。このようなことは他にも例えばシスボル
（ＳｙｓｔｅｍＲｅｓｉｄｅｎｔＶＯｌｕｍｅ）等のシ
ステムを管理しているフアイルについても言えることで
ある。第５図はデータバツフアの段数とデータの再使用
の関係を示したグラフである。データバツフアの段数が
増加すれば当然データの再使用されない確率すなわちＣ
ＰＵが直接磁気デイスク装置からデータを読み出す確率
は減少する。例えば本発明で５段のデータバツフアを磁
気デイスク制御装置に付属させた場合、ＣＰＵが磁気デ
イスク装置を実際にアクセスする頻度は５０％±１０％
程度に下がるが、以後は緩やかに減少する。従つてデー
タバツフアとしては５段、５トラツク分程度が適当であ
る。この５トラツク分のメモリにデータが書込みデータ
および読出しデータの区別なく適当時間保管される。次
にデータバツフア内に蓄えられたデータのうちどのデー
タを吐き出すかについては一定のアルゴリズムに従いプ
ロセツサ６１の働きで実行する。

アルゴリズムとしては一番最初に取り込まれたデータか
ら出していこうとするフアーストイン・フアーストアウ
ト（Ｆｉｒｓｔ−１ｎ／Ｆｉｒｓｔ−０ｕｔ）や、最近
使用したデータは優先的に残しておこうとするＬＲＵ（
ＬｅａｓｔＲｅｃｅｎｔｌｙＵｓｅ）等が適当である。
なお磁気デイスク装置から読み出してバツフアユニツト
へ書き込んだデータＣＰＵによつて更新されなかつたよ
うな場合はあえて、これを磁気デイスク装置に戻す必要
はなく、バツフアユニツト内で消去してしまえばよい。
デイレクトリ デイレクトリは転送用バツフア６３及びデータバツフア
６４内に存在するデータについて、それが属すべき磁気
デイスク装置の機番、シリンダ番号、ヘツド番号等の他
、そのデータが転送用バツフア６３上で一部または全部
更新された事があるかどうか等の事実を示すフラツグを
持つマツプ（ＭＡＰ）である。

ＣＰＵが磁気デイスク・サブ・システムにデータを要求
したときはまずデイレクトリが調べられ、該当するデー
タがデータバツフア６４内に存在することがわかれば、
プロセツサ６１の働きでそのデータを一且転送用バツフ
ア６３に上げた後、ＣＰＵに転送を開始する。これに対
しもしデイレクトリ内に該当するデータが登録されてい
ないことがわかれば、磁気デイスク装置がアクセスされ
、磁気デイスクより直接、データが読みとられることと
なる。さて、本発明の磁気デイスク・サブ・システムで
はすでに詳細に説明したように１つのバツフアユニツト
を１つの磁気デイスク制御装置に接続するのが基本であ
る。

しかしながらバツフアユニツトを独立ロツカとして設け
ているので、１つのバツフアユニツトを複数の磁気デイ
スク制御装置に共用させることも可能である。第６図は
このような例としてクロスコール（Ｘ７−Ｃａｌｌ）シ
ステムにおける本発明の実施方法を説明する図である。
図でＣＰＵｌ，ＣＰＵ２はそれぞれ独立したＣＰＵであ
る。４１，４２はクロスコール接続された磁気デイスク
制御装置であり、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ・・・・・・はＣＰ
Ｕｌ，ＣＰＵ２が共用する磁気デイスク装置である。

クロスコールシステムにおいては２つのシステムが磁気
デイスクおよびその制御装置を共用する。従つて通常は
、各ＣＰＵｌ，２はそれぞれの磁気デイスク制御装置４
１，４２を経由して磁気デイスク装置５Ａ，５Ｂ・・・
・・・との間でデータの転送が行なうが、もしその所定
の磁気デイスク制御装置、例えばＣＰＵｌに対する磁気
デイスク制御装置４１がダウンしても、クロスコール接
ノ続された他の磁気デイスク制御装置４２を通して任意
の磁気デイスク装置５Ａ，５Ｂとの間でデータの転送を
行なうことが可能である。

このようなりロスコールシステムのもう１つの特徴とし
て、各ＣＰＵが同時に１つの磁気デイスク装置を使える
ことが挙げられる。

すなわち例えばＣＰＵｌが磁気デイスク制御装置４１を
通して磁気デイスク装置５Ａからデータを読み出し、こ
れを書き換えた後、このデータをＣＰＵ２が磁気デイス
ク制御装置４２を通して利用する場合である。このよう
な場合バツフアユニツト６が２つの磁気デイスク制御装
置４１，４２に共用されていると実際のデータの処理は
バツフアユニツト６とＣＰＵｌ及びＣＰＵ２の間で行な
うことができる。こうして本方式はバツフアユニツト６
を各々の磁気デイスク制御装置４１，４２に独立して設
けるよりもデータ処理を効率的に行なえる。以上、説明
したように本発明の磁気デイスク・サブ・システムはバ
ツフアユニツトを磁気デイスク制御装置に独立ロツカと
して設けたので磁気デイスク装置のアクセス時間の短縮
化を図ることができ、しかもバツフアユニツトが磁気デ
イスク制御装置に近接して設けられているので前述した
ＥＣＣ符号によるデータ補正が容易である等の利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁気デイスク装置を使用した従来の制御システ
ムの説明図、第２図は本発明によるデータの書き込みを
、また第３図は読み出しを説明する図、第４図は本発明
のバツフアメモリの構成説明図、第５図はデータバツフ
アの段数とデータの再使用の関係を示す説明図、第６図
はクロスコールシステムに本発明を実施した場合の説明
図である。 図中、４は磁気デイスク制御装置、５は磁気デイスク装
置、６はバツフアユニツト、６３は転送用バツフア、６
４はデータバツフアを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数台の磁気ディスク装置とこれら複数台の磁気デ
   ィスク装置を制御する磁気ディスク制御装置と、該磁気
   ディスク制御装置配下の複数台の磁気ディスク装置へ書
   き込むデータ及び該複数台の磁気ディスク装置より読み
   出したデータを一時保管するデータバッファを有するバ
   ッファユニットとで構成された磁気ディスクサブシステ
   ムであつて、前記バッファユニットは、前記磁気ディス
   ク制御装置との間でデータの授受を行う高速転送用バッ
   ファと、前記データバッファと、該データバッファに格
   納されているデータの磁気ディスク装置側での格納位置
   を示す管理テーブルと、管理テーブルの情報に基づいて
   該データバッファよりデータを読み出し高速転送用バッ
   ファを経由してデータを転送するとともに、該磁気ディ
   スク制御装置より転送されたデータのエラー修正を高速
   転送バッファ上で行うプロセッサとで構成されているこ
   とを特徴とする磁気ディスクサブシステム。