JP2000507017A - 複数のデータメモリアレイ用データバッファリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビデオサーバは、コミュテータを通じて複数のメモリアレイに結合した複数の入力／出力装置を有する。各メモリアレイ内で、バッファは、アレイコントローラに及び／又はアレイコントローラから転送されるデータを収集するように作動する。各メモリアレイは、パリティに基づくＲＡＩＤタイプの誤り訂正を行う誤り訂正システムを有する。各々がＦＩＦＯバッファ及び複数のディスクメモリを有する複数のディスクコントローラを共通して通信バスに結合し、この通信バスをＦＩＦＯバッファによって誤り訂正システムに結合する。複数のリングバッファを提供するために形成した複数の低コストの記憶装置を有するセグメントバッファを、データバスに結合する。アクセス論理回路は、ＦＩＦＯバッファを通じてデータフローを制御し、中央処理ユニットは、セグメントバッファへの及びセグメントバッファからのデータ転送を制御する通信バスにアドレスシーケンスを供給するように作動する。アービトレータは、ＦＩＦＯバッファと、中央処理ユニットと、セグメントバッファに対してアクセスするディスクコントローラとの間の競合を解決するように作動する。アービトレータは、複数のディスクコントローラ間の競合を解決する交替副プライオリティをユニット全体に亘る競合解決プライオリティを利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 複数のデータメモリアレイ用データバッファリングシステム発明の背景 １．発明の分野 本発明は、一般に、マルチユーザ情報システムに関するものであり、特に、ビ デオオンデマンドのようなリアルタイムアプリケーションを処理するディスクド ライブのような個々のメモリユニットのような一つ以上のアレイの形態の大容量 の上記記憶媒体をユニットシステムに関するものである。 ２．従来技術の説明 情報システム技術の急速な発展によって、情報及びエンターテイメントマテリ アルの流通において著しい向上が促進された。このような流通は、ケーブルテレ ビジョン等によって与えられるような情報ネットワークの発展及び急速な増大に よって助長されている。娯楽産業で最も有望な情報システムの発展の一つは、テ レビジョンの視聴者に対するいわゆる「ビデオオンデマンド」が利用できること である。ビデオオンデマンドの基本概念は、比較的簡単で消費者に対して非常に 魅力的なことである。ビデオオンデマンドの基本概念は、個々の消費者又は視聴 者が独立して映画のような複数の記憶されたエンターティメントプログラムの記 憶されたデータソースに独立してアクセスすることができる。このように独立し てアクセスすることによって、個別の消費者は今日のケーブルシステムのスケジ ュール化されたネットワークの制限的な性質から解放される。したがって、ビデ オオンデマンドの視聴者は、ケーブルネットワークを通じてメディア記憶装置及 び配線設備に単に「ダイヤルアップ」（dial up）し、所望の番組をいつでも見 ることができる。 ビデオオンデマンドの基本概念が簡単である間、実際的な状況での実現は、非 常に困難かつ複雑である。実際には、システムは、各視聴者に記憶されたエンタ ーティメイントマテリアルに独立してアクセスできるようにする必要がある。典 型的なケーブルシステム環境では、数千又は数万の視聴者にサービスされる。多 量のメディア一覧内で各々に独立して複数のプログラムマテリアルにアクセスさ せることは、著しいタスクとなる。問題を更に悪化させることには、エンターテ イメントマテリアルの性質、すなわち、ビデオ及び音声情報は、通信すべき多量 の情報を表す。したがって、有効なビデオオンデマンドシステムは、多量のプロ グラム情報をマスメディア内に記憶し、多数の加入者が同時に又はほぼ同時に記 憶されたマスメディアにアクセスできることを要求する。 しかしながら、大容量であるとともに、大容量のメディア記憶システムに高速 でアクセスする必要は、ビデオオンデマンドの動作に独自のものではない。対話 式ビデオのような情報システムの関連の使用において、マスメディアからのデー タ及び／又は情報の高速な記憶及び検索が必要となる。それに加えて、他のこの ようなシステムは、対話式テレビジョンの動作及びテレビションの一斉同報通信 動作に対して適用できる。さらに、特殊効果制作のプロセスや制作後のプロセス のような映画産業の使用でも、多量のデータの高速の記憶及び／又は検索を必要 とする。 パワフルな演算装置も、大容量のデータ記憶装置に高速にアクセスすることを 要求する。同様に高速であることを要求するにもかかわらず、大容量のメディア 記憶装置、ビデオオンデマンドシステム及びビデオサーバに対するハイバンド幅 のアクセスは、他の演算装置に比べて過度の要求が著しく多く困難な状況で作動 する。ビデオサーバは、多数の視聴者、すなわち、ユーザに対して同時にアクセ スする必要がある。さらに、このようなアクセスは、高速であるとともに、リア ルタイムアクセス及びリアルタイムデータフローにアプローチする速度及び連続 性を提供する必要がある。データを待機することができる演算装置と異なり、ビ デオオンデマンド及びビデオサーバは、データが時間的に利用できない場合には 「衝突する」。換言すれば、ビデオサーバは、各データチャネル内で予測可能な 、すなわち、「決定性」のバンド幅を提供する必要がある。ビデオサーバ内のこ のような決定性のバンド幅及び適時の連続的なデータ供給の提供は、システムパ フォーマンスの重大な要素である。 必要なバンド幅、情報記憶及び複数のユーザに対する高速の情報検索を試みる に当たり、ビデオサーバ分野の開発者は、高速のプロセッサ及び並列処理を頼り にして、幾分制限された成功を収めた。しかしながら、高速のプロセッサ及び並 列処理のみでは、ビデオサーバの特殊な問題を完全に解決しなかった。システム パフォーマンスの所定の制限は、記憶装置それ自体の特性から生じた。 全てではないが多量のデータの記憶及び検索を要求するシステムは、ディスク ドライブメモリのような一つ以上の任意にアクセス可能な記憶装置を利用する。 ディスクドライブは、その操作速度及びそれが示す十分な記憶容量のためにこの ようなアプリケーションにおいて非常に有効である。したがって、ディスクドラ イブは、任意のアクセス、十分な容量、比較的迅速な情報の記憶及び検索を提供 する。典型的には、より多くの記憶を提供するために、ディスクドライブを、一 つ以上のいわゆるディスクコントローラの協調及びインタフェースの下で作動す る大規模なアレイに配置する。このようなディスクアレイ及びディスクコントロ ーラが良好である間、その動作特性はシステムパフォーマンスに制限を課す。 連続的で、信頼性があり、決定性のバンド幅を維持するシステム応答速度及び 機能は、システムディスクドライブそれ自体が作動する速度によって部分的に決 定される。 基本的には、データを検索するために、ディスクドライブは先ずデータの配置 を行う必要がある。したがって、ディスクドライブヘッドをデータが記憶される ディスクの特定の部分に配置する時間間隔が要求される。このプロセスは、実際 には適切なディスク半径に対するディスクドライブヘッドの移動（通常、「シー ク」と称する。）と、その後の所望のディスク位置が駆動ヘッドに近接するまで のディスクの回転（通常、「ラテンシー」と称する。）を必要とする。この間隔 の実時間は、特定のディスクドライブ組立の特性となり、ディスクドライブデザ イン間で変化する。しかしながら、全てのディスクドライブは、データ位置時間 の間隔特性を示す。このデータ位置時間の間隔は、この間隔中にデータが検索又 は記憶されないビデオサーバのようなシステムの「損失時間」を表す。このよう な損失時間の全体に亘る影響は累積的であり、システムバンド幅及び速度を直接 的に減少させる。 本明細書の譲受人に譲り受けられた米国特許出願明細書第5,539,660号は、デ ータブロックの連続的なセグメントを順次記憶する複数のディスクアレイを有す る記憶及び検索システムを開示している。映画の場合、各セグメントは、例えば 、関連の映画の各々に対して数秒含む。電子コミュテータは、ディスクアレイを 対応する複数のアクセスチャネルに接続する。ディスクアレイの各々とアクセス チャネルの各々との間の個々の接続が所定のビット容量を有する間、システム全 体に亘るビット容量は、所定のビット容量に対応するディスクアレイ及びアクセ スチャネルの数を乗算したものとなる。電子コミュテータは、各接続部間で予め 設定された速度で順次に切替動作を行い、この予め設定された速度は、ディスク アレイに記憶されたセグメントのサイズに対応し、ディスクアレイの各々に接続 すべき一つのチャネルに対する所望の待機時間に依存する。 したがって、データ記憶に対して複数のアレイのディスクメモリ及びディスク コントローラを用いる間、連続的で、信頼性があり、決定性のチャネルバンド幅 を維持する向上したビデオサーバシステムが従来から必要であった。システムバ ンド幅に対するディスクドライブロケーション時間の影響を減少させる向上した ビデオサーバシステムも必要であった。発明の要約 したがって、本発明の一般的な目的は、データ記憶に対して複数のアレイのデ ィスクメモリ及びディスクコントローラを用いる間、連続的で、信頼性があり、 決定性のチャネルバンド幅を維持する向上したビデオサーバシステムを提供する ことである。特に、本発明の目的は、ディスクドライブロケーション時間によっ て生じるバンド幅の減少を最小にするビデオサーバ内の向上したデータバッファ リングシステムを提供することである。 本発明は、システムの残りのデータフローを短持続時間のデータバーストを用 いて実行する間に長持続時間のデータセグメントの形態で実行されるディスクド ライブのアレイへの又はディスクドライブのアレイからのデータ転送を用いてビ デオサーバの全体に亘る効率及び有効性を向上させることができる構造及び方法 を提供する。選択したデータセグメントサイズは、別のやり方で発生する効率の 損失を最小にするディスクドライブのデータロケーション間隔に大いに関連する 。ディスクドライブへの又はディスクドライブからのような大きなデータセグメ ントの転送を用いる間にシステムの残りの中での有効な短持続時間のデータバー ス ト転送を維持するために、（データチャネルごとに一つの）複数のセグメントバ ッファが設けられる。 したがって、本発明は、ほぼ連続的な複数のデータストリームを維持するため にメモリアレイに又はメモリアレイから多量のデータを記憶し及び／又は検索す るのに用いる複数の入力／出力装置及び複数のメモリアレイを有するサーバ内で 作動するシステムを提供する。このシステムは、（ａ）短持続時間のデータバー ストの形態で受信したデータをバッファリングして、その短持続時間のデータバ ーストよりも十分長い長持続時間のデータセグメントを形成し、その長持続時間 のデータセグメントで受信したデータをバッファリングして、短持続時間のデー タバーストを得るバッファリングユニットと、（ｂ）長持続時間のデータセグメ ントの形態のみでメモリアレイとバッファリングユニットとの間でデータの転送 を行う第１転送ユニットと、（ｃ）短持続時間のデータバーストの形態のみで前 記入力／出力装置とバッファリングユニットとの間でデータの転送を行う第２転 送ユニットとを具える。 より詳細には、本発明は、（ａ）各々が複数の入力／出力データチャネルを有 する複数の入力／出力装置と、（ｂ）各々が複数のディスクコントローラデータ チャネルを有する複数のアレイコントローラと、（ｃ）短持続時間のデータバー ストの形態で入力／出力装置からデータを受信し、その短持続時間のデータバー ストを累算して前記データバーストより十分長いデータセグメントを形成し、デ ータセグメントを前記アレイコントローラに供給し、アレイコントローラからデ ータセグメントの形態でデータを受信し、このようなデータを短持続時間のデー タバーストの形態で入力／出力装置に供給するために、ディスクコントローラデ ータチャネルの各々に対して設けた複数のバッファメモリと、（ｄ）入力／出力 装置と複数のバッファメモリとの間で短持続時間のデータバーストの形態でデー タを結合する結合ユニットと、（ｅ）アレイコントローラに結合し、各々が複数 のディスクメモリを有する複数のディスクアレイと、（ｆ）ディスクアレイに及 び／又はディスクアレイからデータセグメントの形態でデータを転送するために アレイコントローラと協同する転送ユニットとを具える。 本発明を実施するに当たり、ほぼ連続的な複数のデータストリームを維持する ために多量のデータを記憶し及び／又は検索するのに用いる方法を提供する。こ の方法は、（ａ）複数の入力／出力データチャネルに及び／又は複数の入力／出 力データチャネルから短持続時間のデータバーストの形態でデータを転送し、（ ｂ）複数のディスクメモリに及び／又は複数のディスクメモリから短持続時間の データバーストより十分長いデータセグメントの形態でデータを転送し、（ｃ） 入力／出力チャネルからディスクメモリに転送されたデータをセグメントバッフ ァリングして、短持続時間のデータバーストをデータセグメントに累算し、（ｄ ）ディスクメモリから入力／出力チャネルに転送されたデータをセグメントバッ ファリングして、データセグメントを短持続時間のデータバーストに累算する。図面の簡単な説明 本発明を、他の目的及び利点とともに、添付図面を参照して説明するのが最も 良く理解することができる。 図１は、本発明によって構成されたデータバッファリングシステムを用いるビ デオサーバシステムのブロック図を示す。 図２は、本発明によって構成されたバッファリングシステム、アレイコントロ ーラ及びメモリアレイの一例のブロック図を示す。 図３は、本発明によるデータバッファリングシステムのブロック図を示す。 図４は、本発明によるデータバッファリングシステムの交替プライオリティ競 合を作動的に示す。 （図面中、同一符号を同一部材に付すものとする。） 好適な実施の形態の説明 図１は、本発明によるデータバッファリングシステムを用いるビデオサーバの ブロック図を示し、一般に符号１０を付す。ビデオサーバ１０は、コミュテータ １７に結合した複数の入力／出力装置１１〜１６を有する。コミュテータ１７を 複数のメモリアレイ２１〜２６にも結合する。メモリアレイ２１〜２６の各々は 、ディスクアレイを形成する複数のディスクメモリに操作的に結合したアレイコ ントローラをそれぞれ有する。さらに本発明によれば、メモリアレイ２１〜２６ の各々は、後に詳細に説明するデータバッファリングシステム３１〜３６をそれ ぞれ有する。 動作中、入力／出力装置１１〜１６は、（図示しない）複数のユーザチャネル を提供する。上記同時係属出願で詳細に説明したコミュテータ１７の動作によれ ば、コミュテータ１７は、各シーケンスで入力／出力装置１１〜１６の各々をメ モリアレイ２１〜２６に結合する。この反復的な順次の結合を「交替」パターン で繰り返して、任意の所定のときに、各入力／出力装置をメモリアレイの一つに 操作的に結合する。この交替パターンを、データ記憶と検索の両方に対して用い る。各入力／出力装置内のデータを、映像、音声、時間コード情報のようなデー タを搬送する複数のデータチャネル内に構成する。 したがって、例えば、データをメモリアレイ２１〜２６内に記憶させる場合、 データを入力／出力装置１１〜１６で受信するとともに、一様なサイズのデータ セグメントにフォーマット化する。データセグメントは、コミュテータ１７のデ ータストリッピング動作によってメモリアレイ２１〜２６に順次転送される。こ のデータストリッピングプロセスは、上記関連出願中で十分説明されている。し かしながら、ここでは、メモリアレイ間に一般的に一様なデータ分布を与える繰 り返しストリップパターンでデータセグメントをメモリアレイ２１〜２６の各々 に順次転送することを説明すれば十分である。データがメモリアレイ間でストリ ップされるので、メモリアレイ２１〜２６内の各バッファリングシステム３１〜 ３６は各データチャネルに対して受信したデータセグメントを一時的に記憶し、 その後、後に詳細に説明する動作に基づいて、各ディスクアレイ内のデータセグ メントの記憶を容易にする。 ビデオサーバ１０のデータ検索動作を、実際にはデータ記憶の逆プロセスで実 行する。すなわち、メモリアレイ２１〜２６の各アレイコントローラは、各ディ スクアレイからデータを検索し、検索したデータを、バッファ３１〜３６内に一 時的に記憶されたデータセグメント内に形成する。その後、バッファリングされ たデータは、コミュテータ１７を通じて入力／出力装置１１〜１６に転送される 。 後に詳細に説明するデータバッファリングシステム３１〜３６の動作によれば 、本発明によるバッファリングシステムは、アドレス論理制御の下で作動する多 数の低コストのＤＲＡＭ装置を提供する。システム速度及び帯域幅を増大させる ために、アドレス論理制御は、高速ページモード動作として既知の技術で複数の Ｄ ＲＡＭ装置を利用する。動作のこのモードは、ＤＲＡＭ装置を行列アドレスフォ ーマットで構成するとともにアドレス論理制御を行うことによって特徴づけられ て、システム速度を、同一行内の連続的なアドレスからデータを読み出し又はそ れにデータを書き込むことによって増大させる。アドレス論理制御は、データス トリッピング及びＲＡＩＤタイプの誤り訂正の複雑な形態に適切な柔軟性のある プログラム可能なアドレス動作も提供する。短い持続時間のデータバーストの形 態のデータは、各データチャネルのデータバッファ内に蓄積されて、より大きい データセグメントを形成し、及びその逆を行う。 各バッファリングシステムは、メモリアクセス要求を同時に処理するアービト レータ(arbitorator)を有する。アービトレータは、図４で後に説明する交替プ ライオリティ形態を用いる。交替プライオリティ形態の重要な態様は、アレイコ ントローラ内のデータフローの割り込みを回避するディスクアレイ内の十分なデ ータフローの維持である。連続的なデータフローの近似を行うためにさらに小さ なバーストに分割した小データセグメントの使用は、各データチャネル内で複数 のセグメントリングバッファ形態を利用することによって本発明のシステムの好 適な動作において向上される。後者は、チャネルリングバッファのある位置から 以前に書き込まれたデータを読み出しながらチャネルリングバッファの他の位置 へのデータの書き込みを容易にし、読出し／書込みサイクルを終了するとリング バッファを「交替」する。後に詳細に説明するように、結果的に得られるバッフ ァシステムは、更にコストを高くすることなく大きなマルチポートメモリを厳密 に近似する高データ速度及びハイバンド幅で動作可能な大容量のバッファを提供 する。データストリッピング及びＲＡＩＤタイプの誤り訂正に必要なホストシス テムの複雑なアドレス指定形態は、低コストのＤＲＡＭ装置の使用を容易にしな がらアドレス制御論理によって適合される。 図２は、本発明によって構成したメモリアレイの一例のブロック図を示し、一 般に符号４０を付す。メモリアレイ４０は、図１に示したメモリアレイ２１〜２ ６を示す。したがって、メモリアレイ４０に関連した説明を、図１に示したメモ リアレイ２１〜２６に等しく適用できることを理解すべきである。 より詳細には、メモリアレイ４０は、破線で示したようなバッファ４１を有し 、 このバッファ４１は１対のバッファシステム４４及び４５を有し、その構造を、 図３を参照して後に詳細に説明する。バッファシステム４４及び４５を、バス５ ３及び５４に結合するとともに、ＲＡＩＤタイプの誤り訂正システム４３に共通 して結合する。直列データを並列データに変換し及びその逆を行うように動作す るシリアライザ(serializer)４７を誤り訂正システム４３に結合する。複数のデ ィスクメモリ群５０，５１，５２，６０，６１及び６２はそれぞれ、複数のディ スクメモリと、ディスクコントローラとを具え、その各々を、図３で後に説明す るようにして形成する。ディスクメモリ群（ＤＭＧ）５０，５１，及び５２をバ ッファシステム４４に共通して結合し、同時にディスクメモリ群（ＤＭＧ）６０ ，６１及び６２を共通してバッファシステム４５に結合する。この配置は、バッ ファ４１内のデータバッファリング負荷を分割する。しかしながら、６個全ての ディスクメモリ群を、本発明から逸脱することなくバッファシステム４４及び４ ５の代わりに単一の大きなバッファに結合することができる。 図２に示したディスクメモリ群の基本機能は、データを記憶し及び検索すると ともに、通信バス５３及び６３を通じてバッファシステム４４及び４５へのデー タの転送及びこれらバッファからのデータの転送を有効に行うことである。バッ ファシステム４４及び４５を後に図３で詳細に説明する。しかしながら、ここで は、既に説明したように、ハイバンド幅でマルチポート化されたランダムアクセ スメモリ装置に対応する動作特性を提供するように作動する多セグメントリング バッファとして各バッファシステムを構成することを説明すれば十分である。 記録動作中、データをディスクメモリ群５０〜５２及び６０〜６２に記憶する 。（図１でみられるような）コミュテータ１７からの高速で順次のデータストリ ームを、誤り訂正システム４３に結合したシリアライザ４７によって並列データ に変換する。誤り訂正システム４３内で、ＲＡＩＤ−３誤り訂正のような誤り訂 正関数に基づくＲＡＩＤタイプのパリティを実行する。この動作は、排他的論理 和演算を用いてメモリ群内の有効なディスクの各々に対するデータを結合して、 残りのデータとともにバッファシステム４４及び４５に供給されるパリティデー タを提供することを意味する。既に説明したように、バッファシステム４４及び ４５を、リングバッファのあるセグメントから以前に書き込まれたデータを読み 出 しながらリングバッファのあるセグメントへのデータの書込みを容易にする複数 のリングバッファ配置を利用して各データチャネルに対する多セグメントバッフ ァリングを行うように構成する。したがって、バッファシステム４４及び４５内 のチャネルリングバッファの各々の中で、短持続時間のデータバーストの形態の 新たなデータをあるリングバッファセグメントに同時に書き込み、以前に書き込 まれたデータを、ほぼ連続的なプロセスで他のリングバッファセグメントから読 み出す。 データのバッファシステム４４及び４５のリングバッファへの書込み中、デー タバーストは、予め設定された一様なデータセグメントが適合されるまで各リン グバッファセグメント内で適合される。利用されるデータセグメントのサイズは 、ある程度設計的な選択事項である。しかしながら、実際には、データセグメン トサイズを、探索に対して十分大きな量のデータ及びシステムディスクドライブ のラテンシー特性を提供し、したがって、全体に亘るシステム効率を最適にする ように選択する。 ディスクメモリ群５０〜５２及び６０〜６２の各々の範囲内で、パリティデー タディスクドライブとともに複数の動作中のディスクドライブを、通常の通信バ スを用いてディスクドライブへの及びディスクドライブからのデータの転送を行 うように作動するディスクコントローラによって制御する。これらの転送は、通 信バス５３及び６３を通じて行われる。既に説明したように、システムディスク ドライブ内に記憶されたデータは、一般に一様なデータ分布のディスクドライブ 群の間でストリップされ、すなわち、「スプレー」される。 再生動作中、データは、ディスクメモリ群から検索され、バッファリングされ 、誤り訂正され、及びコミュテータ１７に出力される順次のデータに変換されて 、高速伝送ライン４６上に順次のデータストリームを形成する。より詳細には、 データは、各ディスクコントローラによってディスクメモリから検索され又は読 み出される。長持続時間のデータセグメントの形態で検索されたデータは、通信 バス５３及び６３を介してバッファシステム４４及び４５にそれぞれ供給される 。バッファシステム４４及び４５内で、長持続時間のデータセグメントを分割し て、誤り訂正４３及びシリアライザ４７を通じて最終的に通信ライン４６に転送 され る短持続時間のデータバーストを形成する。バッファシステム４４及び４５への 及びバッファシステム４４及び４５からのデータ転送中、各データチャネルがデ ータセグメントとして繰り返される上記多セグメントリングバッファリングプロ セスが、記録プロセス中に既に説明したような方法でリングバッファに同時に書 き込み又はリングバッファから同時に読み出される。 図３は、バッファシステム４４のより詳細なブロック図を有するメモリアレイ ４０のブロック図を示す。バッファシステム４４の動作の説明に続く説明がメモ リアレイ２１〜２６内の残りのバッファシステムの動作も説明するものと理解さ れたい。したがって、図３に伴う説明は、図２に示したバッファシステム４５及 び（図１に示したような）バッファ３１〜３６内の残りのバッファシステムに同 様に適用できることを理解すべきである。 （破線で示した）バッファシステム４４を誤り訂正システム４３に結合し、バ ッファシステム４４は、誤り訂正システム４３に結合した双方向性ＦＩＦＯバッ ファ７２を有する。ＦＩＦＯバッファ７２をデータバス７３にも結合する。デー タバス７３及びアドレスバス７４を組み合わせて、通信バス５３を形成する。（ 破線で示した）複数のメモリアレイ５０，５１及び５２はそれぞれ、通常の組立 技術に従ってデータバス７３及びアドレスバス７４に操作的に結合したディスク コントローラ９１，９２及び９３を有する。ディスクコントローラ９１，９２及 び９３はそれぞれ、データバス７３に及びデータバス７３からデータを転送する 双方向ＦＩＦＯバッファ１１１，１１２及び１１３を有する。ディスクコントロ ーラ９１，９２及び９３を、通常のバス９７，９８及び９９を通じて対応するデ ィスクドライブアレイ９４，９５及び９６に結合する。本発明の好適な組立にお いて、ディスクコントローラ９１，９２及び９３はバス９７，９８及び９９とと もに、小型コンピュータシステムインタフェース、すなわち、“ＳＣＳとして既 知のシステムに従って動作する。したがって、コントローラ９１〜９３をその後 しばしばＳＣＳＩコントローラと称し、バス９７，９８及び９９をその後しばし ばＳＣＳＩバスと称する。 データバス７３に結合したデータ入力部及びアドレス増分回路８１に結合した アドレス入力部を有するセグメントバッファ８０は、複数の記憶装置８６〜８９ を有する。好適な形態において、記憶装置８６〜８９は、シングルインラインメ モリモジュール、すなわち、“ＳＩＭＭ”と従来称されるタイプの比較的廉価な 記憶装置を有し、これは低コストのＤＲＡＭ集積回路記憶装置を有する。セグメ ントバッファ８０内のこのような低コストの記憶装置を用いることによって、図 １に示したシステムのようなホストシステムによって要求されるように達成すべ き十分な容量を有するセグメントバッファの市販が容易になる。 セグメントバッファ８０は、複数のリングバッファのような複数のＳＩＭＭ記 憶装置（メモリ８６〜８９）を構成し及び作動させるように協同する制御論理７ ９及びアドレス論理８５も有する。記憶装置８６〜８９の基本構成は、制御論理 ７９及びアドレス論理８５がアクセスするマトリックスを具える。セグメントバ ッファ８０は、後に説明するようにしてセグメントバッファ８０の「高速ページ 」動作で利用されるアドレス増分器８１も有する。 好適な形態において、セグメントバッファ８０を、マルチポート方式で作動す る（しばしばダブルバッファリングメモリと称される）（各チャネルに対して一 つの）複数のデュアルセグメントリングバッファ構成ＤＲＡＭ中で記憶装置８６ 〜８９を利用するように構成する。本発明のシステムが複数のデータチャネル内 に三つ以上のセグメントを有する他の多セグメントリングバッファを用いること もできることは、これに続く説明から明らかである。更に中央処理ユニットイン タフェース８２をセグメントバッファ８０にも結合する。 ＦＩＦＯバッファ７２を、データバス７０によって誤り訂正システム４３に結 合するとともに、アービトレータ８３に操作的に結合する。好適な形態において 、ＦＩＦＯ７２を双方向性とする。同様に、ディスクコントローラ９１，９２及 び９３内のＦＩＦＯ１１１，１１２及び１１３もそれぞれ双方向性にする。 動作中、概して、データは、ＦＩＦＯバッファ７２及びデータバス７０を通じ てバッファシステム４４と誤り訂正システム４３との間を転送される。ＦＩＦＯ バッファ７２は、データフローをいずれかの方向に制御するアービトレータ８３ によって管理されて、データバス７３を通じてセグメントバッファ８０へ及びセ グメントバッファ８０からデータを送信する。短持続時間のデータバーストの形 態のデータがセグメントバッファ８０内で適合されて、データバス７３を通じて ディスクコントローラ９１〜９３に又はディスクコントローラ９１〜９３から転 送されるデータセグメントを形成する。次いで、各ディスクコントローラは、そ の関連のディスクドライブ群に又はそのディスクドライブ群からデータを転送す る。中央処理ユニット７５はバッファシステム４４の動作を制御し、再生動作中 、再生されるデータストリームに従って要求されるアドレスをアドレス論理８５ に供給する。アドレス論理８５は、予め設定された範囲内のＦＩＦＯ７２内のデ ータ量を保持するために、データバス７３上の順次の出力データに対して用いら れるアドレスのシーケンスリストを保持する。記録動作中、アドレス論理８５は 、セグメントバッファ８０内のデータを記憶するために中央処理ユニット７５に 対応するアドレスを提供する。アービトレータ８３は、後に説明する競合解決プ ライオリティに従って作動して、バス５３上の競合を解決するとともにセグメン トバッファ８０への及びセグメントバッファ８０からのデータフローを管理する 。また、アービトレータ８３は、ＦＩＦＯ７２，１１１，１１２及び１１３を通 じたデータフローを保持するためにセグメントバッファ８０へのアクセスに対す る要求に優先順位を付ける。 より詳細には、セグメントバッファ８０は、各々がＦＩＦＯバッファ７２とＦ ＩＦＯバッファ１１１，１１２及び１１３との間のデータバス７３上の高速デー タ転送をバッファリングするのに十分な容量を有する複数のダブルバッファリン グリングバッファとして構成されたメモリアレイを提供するために、複数のＳＩ ＭＭ記憶装置を利用する。既に説明したように、セグメントバッファ８０を、ト リプルリングバッファやクアド(quad)リングバッファのような各チャネルバッフ ァ内で多数のリングバッファセグメントを利用するリングバッファを提供するた めに構成する。記憶装置８６〜８９を行列ページモード動作中に構成して、連続 的な書込み又は読出し動作は共通行のアドレスシーケンスを利用する。このよう にして、記憶装置８６〜８９へ及び記憶装置８６〜８９から転送されたデータの 速度が増大する。二つのセグメントリングバッファを提供するために構成された 記憶装置８６〜８９を使用することによって、セグメントバッファ８０に及びセ グメントバッファ８０から転送されたデータの速度を更に増大させながら既に説 明したような動じてきな読出し及び書込み動作を容易にする。 セグメントバッファ８０を行列アドレスで構成するので、記憶装置８６〜８９ 内の各記憶位置は行数及び列数で規定される。高速ページモード動作は、このよ うな行列構成されたメモリに用いられるメモリアクセスのシステムであり、読出 し又は書込みプロセスの開始時の最初のアドレスの列数を順次増分して、アドレ スの同一行内で続くアドレスにそれぞれアクセスする。したがって、本発明のシ ステムにおいて、アドレス増分回路８１は、所定の最初の行列アドレスで開始し 、その後、最初の行列アドレスの列部分を順次増分して、単一行内に留まりなが らメモリアレイを横切って移動する。セグメントバッファ８０内のアドレス制御 論理は柔軟性があり、システム動作の変化に適合させるとともにＲＡＩＤタイプ の誤り訂正を用いることによって課された比較的複雑なアドレス指定要求に適合 させるようプログラム可能である。 既に説明したように、システムディスクドライブへの及びシステムディスクド ライブからのデータ転送の各々が、一様なサイズのデータセグメントの形態で発 生する。バッファリング動作中、セグメントバッファ８０は、各データチャネル 内の複数の短持続時間のデータバーストを収容して、データチャネルに対する完 全なデータセグメントを形成し、及びその逆を行う。セグメントバッファ８０は 、ディスクコントローラ９１〜９３によって制御されるディスクメモリ群の各々 の範囲内で各ディスクドライブのデータチャネルに対する複数のデータセグメン トを記憶させるのに十分な容量である。本発明の重要な態様によれば、大容量の セグメントバッファ８０は、複雑な環境で低コストのＳＩＭＭ装置を用いること ができる本発明によって効率的なコストで形成される。 データをディスクアレイ９４〜９６内に記憶すべき記録動作中、データはＦＩ ＦＯバッファ７２内に流れる。ＦＩＦＯバッファ７２から、各データチャネルに 対するデータが、セグメントバッファ８０内のリングバッファのあるセグメント に書き込まれる。同時に、セグメントバッファ８０内の各リングバッファの他の セグメントに以前に書き込まれたデータが、セグメントバッファ８０から読み出 されるとともに、ディスクコントローラ９１〜９３を通じてそれが制御されるデ ィスクドライブに転送される。セグメントバッファ８０のバッファリング動作に よれば、データは、十分な量のデータが十分なセグメントを具えるように適合さ れるまでディスクコントローラに転送されない。それに対して、データがディス クアレイ９４〜９６から検索される再生動作中、データは、ＦＩＦＯバッファ１ １１，１１２及び１１３に流れる。ＦＩＦＯバッファ１１１，１１２及び１１３ から、データが、セグメントバッファ８０内の各チャネルのリングバッファのあ るセグメントに書き込まれ、同時に、データが、セグメントバッファ８０内のチ ャネルのリングバッファの他のセグメントから読み出されるとともに、ＦＩＦＯ ７２に転送される。 アービトレータ８３は、セグメントバッファ８０と、ＦＩＦＯバッファ７２と 、ディスクコントローラ９１，９２及び９３内のＦＩＦＯバッファ１１１，１１ ２及び１１３との間のデータフローを後に説明するようにして制御する。セグメ ントバッファ８０へのデータの転送及びセグメントバッファ８０からのデータの 転送はそれぞれ、後に詳細に説明するアービトレータの競合解決プライオリティ によってアービトレータ８３によって作成され及び許可されたシステム構成要素 によるアクセス要求に起因する。高速データフローを維持するために、セグメン トバッファ８０への転送及びセグメントバッファ８０からの転送をそれぞれ、セ グメントバッファ８０にアクセスするシステムの各々に対して連続的なデータ転 送を近似するのに十分な速度で発生する非常に小さいデータバーストの形態で実 行する。したがって、ディスクコントローラ９１〜９３がセグメントバッファ８ ０に対するアクセスを要求する度に、アービトレータ８３に対する要求が行われ る。同様に、アドレス論理８５がセグメントバッファ８０にアクセスしてＦＩＦ Ｏバッファ７２に又はＦＩＦＯバッファ７２からデータを転送することを要求す る度に、アービトレータ８３に対する要求がアドレス論理８５によって行われる 。最後に、リフレッシュ論理８６がセグメントバッファ８０に対するデータリフ レッシュサイクルを要求する度に、アービトレータ８３はリフレッシュ論理８６ に対するセグメントバッファ８０へのアクセスを許可する。 既に説明したように、アービトレータ８０は、セグメントバッファ８０へのア クセスに対する全ての競合を解決する。この機能のパフォーマンスにおいて、ア ービトレータ８３は、最高プライオリティをデータリフレッシュに付与するとと もに次のプライオリティを中央処理ユニット７５の要求に与える全体に亘る競合 解決プライオリティを用いる。次のプライオリティが、ＦＩＦＯバッファ７２へ の又はＦＩＦＯバッファ７２からのデータの転送に対するアクセス論理８４によ る要求に対して与えられ、最低プライオリティがディスクコントローラ９１〜９ ３に対して与えられる。このように確立された全体に亘るプライオリティを用い て、ディスクコントローラ９１，９２及び９３の各々の間及びアービトレータ８ ３によっても競合を解決する必要がある。この解決において、図４を参照して後 に説明するような交替プライオリティを用いる。 アービトレータ８３は、ＦＩＦＯ７２，１１１，１１２及び１１３内のデータ 量に応答することによってデータフローを制御する。データフローの方向（再生 動作又は記録動作）に依存して、アービトレータ８３は、セグメントバッファ８ ０に対するアクセスを許可して、ＦＩＦＯ７２，１１１，１１２及び１１３のオ ーバフロー又はアンダーフローを回避する。例えば、再生動作中、データは（図 １に示すように）ディスクコントローラ９１，９２及び９３からコミュテータ１ ７に流れる。したがって、アービトレータ８３は、ＦＩＦＯ１１１，１１２及び １１３の充填量が半分以上であるときには常に、ＦＩＦＯ１１１，１１２及び１ １３からのデータ転送に対してセグメントバッファ８０へのアクセスを許可する 。ＦＩＦＯ７２の充填量が半分以下であるときには常に、ＦＩＦＯ７２へのデー タ転送に対するセグメントバッファ８０へのアクセスが許可される。それに対し て、記録動作中、ＦＩＦＯ７２からのデータ転送に対するセグメントバッファ８ ０へのアクセスは、ＦＩＦＯ７２の充填量が半分以上であるときに許可され、Ｆ ＩＦ０１１１，１１２及び１１３への転送に対するアクセスは、ＦＩＦＯ１１１ ，１１２及び１１３の充填量が半分以下であるきとに許可され、セグメントバッ ファ８０を用いるアービトレータ８３は、連続的に現れるメモリアレイへの及び メモリアレイからのデータフローを維持する。したがって、ＦＩＦＯ７２，１１ １，１１２及び１１３のデータレベルの「バランス」をとることによって、セグ メントバッファ８０を用いるアービトレータ８３は、連続的に現れるメモリアレ イへの及びメモリアレイからのデータフローを保持することができる。 図４は、ディスクコントローラ９１〜９３間のアービトレータ８３による競合 解決で利用される交替プライオリティの図を示す。既に説明したように、アービ トレータ８３は、セグメントバッファ８０に対するアクセスを要求するシステム 構成要素に対する全てのアクセス要求を受け取る。また、アービトレータ８３に 対する全体に亘るプライオリティリストは、データリフレッシュに対する最高プ ライオリティ、中央処理ユニット７５に対する次のプライオリティ、ディスクコ ントローラ９１〜９３に対する最低プライオリティを確立する。したがって、デ ィスクコントローラ９１〜９３間の競合は、図４で説明した交替プライオリティ を用いるアービトレータ８３によって解決された接続のみである。本発明による システムの交替プライオリティの全体に亘る目的は、ディスクコントローラ９１ 〜９３のＦＩＦＯバッファのうちの任意のものに対するデータフローの割り込み を回避することである。さらに、本発明によるシステムの交替プライオリティを 確立する他の目的は、アクセスが利用できるときにアクセスを要求しないディス クコントローラを利用できるセグメントバッファ８０に対するアクセスを行う時 間を最小にすることである。すなわち、混雑しているディスクコントローラは待 機を強要されず、それに対して、混雑していない又はさほど混雑していないディ スクコントローラには、セグメントバッファ８０に対するアクセスが与えられる 。この交替プライオリティが競合するディスクコントローラ間でのみ適用される ので、システムの他の素子間のプライオリティ競合には作用しない。 これまでの説明によれば、アービトレータ８３によって用いられた交替プライ オリティの詳細は、図４を検討することによって最も良く理解される。三つのプ ライオリティ状態１００，１０１及び１０２は、三つの状態の各々の間を時計回 りで「交替する」アービトレータ８３を用いてアービトレータ８３内で確立され る。図４及び用語交替を、三つのプライオリティ状態間のアービトレータ８３の 順次の動作を説明するとともに交替プライオリティシステムの理解を容易にする ために用いる。この順次の動作を、ソフトウェア又はファームウェアシステムで 実現することができる。 アービトレータ８３が状態１００であると最初に仮定すると、ディスクコント ローラ９１〜９３間に確立されたプライオリティは、コントローラ９１に最高プ ライオリティを、コントローラ９２に次のプライオリティを、コントローラ９３ に最低プライオリティを設定する。その結果、アービトレータ１００は状態１０ ０となり、最初にディスクコントローラ９１にアクセスされ、次にディスクコン トローラ９２にアクセスされ、その後ディスクコントローラ９３にアクセスされ る。アービトレータ８３は、ディスクコントローラの要求に対するアクセスの許 可に続いてディスクコントローラによってアクセスに対するリクエストを表すま で、プライオリティ１００のままである。ディスクコントローラに対するアクセ スの許可によって、アービトレータ９３は状態１００から状態１０１に交替する 。アービトレータ８３の交替は、要求するコントローラ間に競合が発生したか否 か、すなわち、競合解決が実際に要求されたか否かアクセスがディスクコントロ ーラの一つに対して許可されたことに応答した場合のみ行われる。したがって、 アービトレータ８３が状態１００であり、アクセス要求がディスクコントローラ ９１，９２又は９３のうちのいずれかによって行われ、このようなアクセスが許 可された場合、アービトレータ８３は状態１０１に交替する。 状態１０１では、アービトレータ８３はディスクコントローラ間で相違するプ ライオリティを確立し、この場合、コントローラ９２は最高プライオリティを有 し、コントローラ９３は次のプライオリティを有し、コントローラ９１は最低プ ライオリティとなる。また、アービトレータ８３は、アクセスが要求されるとと もにディスクコントローラの一つのために許可されるまで状態１０１のままであ る。ディスクコントローラのアクセスが要求され及び許可されることに応答して 、アービトレータ８３は状態１０２に交替する。状態１０２は、ディスクコント ローラ９３に最高プライオリティを与え、ディスクコントローラ９１に次のプラ イオリティを与え、かつ、ディスクコントローラ９２に最低プライオリティを与 える他のプライオリティによって特徴づけられる。次の要求及びディスクコント ローラのためのアクセスの許可に応答して、アービトレータ８３は再び状態１０ ０に戻り、状態１００に対して説明したプライオリティを再び仮定する。この交 替プライオリティは、連続的なアクセス要求が種々のディスクコントローラに対 して許可されるので巡回的に継続する。このようにして、交替プライオリティは 、一様な動作の最高レベル及びディスクコントローラ９１〜９３のためのデータ フローを維持する。 高速の順次のデータを複数のディスクアレイに及び複数のディスクアレイから 送信するビデオサーバのような複数のデータ記憶アレイ環境で動作するデータバ ッファリングシステムを説明した。データバッファリングシステムは、マルチポ ート化された特性を与えるＤＲＡＭ形態で比較的低コストの記憶装置を利用する 。記憶装置を、バッファリングシステムのデータ速度を増大させる高速ページモ ードで動作するように配置する。各バッファを、複数のリングバッファを用いて 各データチャネル内でダブルバッファリングを行うように構成する。データ転送 速度を、データバッファ内で同時に読出し及び書込み動作を行うことによって増 大させる。データバッファの各リングバッファ内に収容された短持続時間のデー タバーストの形態でデータバッファに及びデータバッファからデータを転送して 、ディスクアレイ内のディスクドライブメモリに効率的に書き込むとともにその ディスクドライブメモリから効率的に読み出すのに適切なサイズでより大きなデ ータセグメントを形成する。競合解決用のアービトレータは、データバッファに 対するアクセスを制御し、全体に亘るプライオリティ及び交替副プライオリティ に基づいて競合を解決する。 本発明の特定の実施の形態を説明したが、本発明を逸脱することなくより広い 態様で変更及び変形を行うことができるのは当業者には明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 するように作動する。アービトレータは、複数のディス クコントローラ間の競合を解決する交替副プライオリテ ィをユニット全体に亘る競合解決プライオリティを利用 する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ほぼ連続的な複数のデータストリームを保持するために多量のデータを記憶 し及び／又は検索するのに用いる複数の入力／出力装置及び複数のメモリアレ イを有するサーバ内で作動するシステムであって、このシステムが、 短持続時間のデータバーストの形態で受信したデータをバッファリングして 、その短持続時間のデータバーストよりも十分長い長持続時間のデータセグメ ントを形成し、その長持続時間のデータセグメントで受信したデータをバッフ ァリングして、前記短持続時間のデータバーストを得るバッファリング手段と 、 前記長持続時間のデータセグメントの形態のみで前記メモリアレイと前記バ ッファリング手段との間でデータの転送を行う第１転送手段と、 前記短持続時間のデータバーストの形態のみで前記入力／出力装置と前記バ ッファリング手段との間でデータの転送を行う第２転送手段とを具えることを 特徴とするシステム。 ２．前記メモリアレイがそれぞれ、アレイコントローラ及び複数のディスクメモ リを有することを特徴とする請求の範囲１記載のシステム。 ３．各アレイコントローラが複数のディスクコントローラを有することを特徴と する請求の範囲２記載のシステム。 ４．ほぼ連続的な複数のデータストリームを保持するために多量のデータを記憶 し及び／又は検索するのに用いるシステムであって、このシステムが、 各々が複数の入力／出力データチャネルを有する複数の入力／出力装置と、 各々が複数のディスクコントローラデータチャネルを有する複数のアレイコ ントローラと、 短持続時間のデータバーストの形態で前記入力／出力装置からデータを受信 し、その短持続時間のデータバーストを累算して前記データバーストより十分 長いデータセグメントを形成し、前記データセグメントを前記アレイコントロ ーラに供給し、前記アレイコントローラから前記データセグメントの形態でデ ータを受信し、このようなデータを前記短持続時間のデータバーストの形態で 前記入力／出力装置に供給するために、前記ディスクコントローラデータチャ ネルの各々に対して設けた複数のバッファメモリと、 前記入力／出力装置と前記複数のバッファメモリとの間で前記短持続時間の データバーストの形態でデータを結合する結合手段と、 前記アレイコントローラに結合し、各々が複数のディスクメモリを有する複 数のディスクアレイと、 前記ディスクアレイに及び／又は前記ディスクアレイから前記データセグメ ントの形態でデータを転送するために前記アレイコントローラと協同する転送 手段とを具えることを特徴とするシステム。 ５．前記ディスクメモリが、データ記憶時及び／又はデータ検索時にデータ位置 時間間隔を示し、前記データセグメントの持続時間を前記時間間隔より十分大 きくしたことを特徴とする請求の範囲４記載のシステム。 ６．前記結合手段が、繰り返しシーケンスに従って前記複数のバッファメモリを 通じて前記アレイコントローラの各々に前記入力／出力装置の各々を順次結合 するように動作するコミュテータを有することを特徴とする請求の範囲４記載 のシステム。 ７．前記結合手段が、前記コミュテータと前記複数のバッファメモリとの間に結 合した複数の誤り訂正回路を更に有することを特徴とする請求の範囲６記載の システム。 ８．前記シーケンスが、前記入力／出力装置の各々を時間周期Ｔの間に少なくと も一度前記複数のバッファメモリを通じて前記アレイコントローラの各々に個 別に結合するようにしたことを特徴とする請求の範囲６記載のシステム。 ９．ほぼ連続的な複数のデータストリームを保持するために多量のデータを記憶 し及び／又は検索するのに用いる方法であって、 複数の入力／出力データチャネルに及び／又は複数の入力／出力データチャ ネルから短持続時間のデータバーストの形態でデータを転送し、 複数のディスクメモリに及び／又は複数のディスクメモリから前記短持続時 間のデータバーストより十分長いデータセグメントの形態でデータを転送し、 前記入力／出力チャネルから前記ディスクメモリに転送されたデータをセグ メントバッファリングして、前記短持続時間のデータバーストを前記データセ グメントに累算し、 前記ディスクメモリから前記入力／出力チャネルに転送されたデータをセグ メントバッファリングして、前記データセグメントを前記短持続時間のデータ バーストに累算することを特徴とする方法。 10．前記データをセグメントバッファリングする前に前記データチャネルから前 記ディスクメモリに転送されたデータの誤り訂正を行うとともに、前記データ をセグメントバッファリングした後に前記ディスクメモリから前記入力／出力 チャネルに転送されたデータの誤り訂正を行うことを特徴とする請求の範囲９ 記載の方法。 11．前記メモリがデータ位置時間間隔を示し、前記データセグメントの持続時間 を前記時間間隔より十分大きくしたことを特徴とする請求の範囲９記載の方法 。