JPH02239348A - ディスクキャッシュメモリアクセス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） この発明は、計算機システムにおける磁気ディスクとデ
ィスクキャッシュメモリとを有効的にアクセスさせるデ
ィスクキャッシュメモリアクセス方式に関するものであ
る． （従来の技術） 磁気ディスク装置は、計算機システムにおいて、大容量
の外部記憶装置として発達してきた。

しかし、中央処理装置が半導体技術の進歩に伴い高速化
してきたのに対し、磁気ディスク装置はデータを読み書
きするために機械的動作を伴っため、木質的に高速化が
難しく、両者の速度差はひろがる一方であった。そのた
め、計算機システム全体の性能低下を引き起こすという
事態も発生してきた。

この事態を解決するために、中央処理装置と磁気ディス
ク装置の間に半導体記憶素子よりなるキャッシュメモリ
を持ったディスクキャッシェ装置を設け中央処理装置か
ら頑緊にアクセスされるデータを、このキャッシュメモ
リ上に置くことにより、見かけ上、磁気ディスク装置の
機械的動作により発生するデータのアクセス時間を短縮
することが行われてきた。

第２図に、このようなディスクキャッシュ装置を使用し
た計算機システムの例を示す。（１）は中央処理装置、
（２）はディスクキャッシュ装置、（３）は磁気ディス
ク装置である。第２図の例では、中央処理装置（１）　
とディスクキャッシュ装置の間は２木の経路（４ａ）と
（４ｂ）で結ばれている。各経路は、それぞれディスク
キャッシュ装置（２）内部の磁気ディスク制御部（５ａ
），　（５ｂ）に接続されている。磁気ディスク制御部
（５ａ），　（５ｂ）はディスクキャッシュ装置（２）
内のキャッシュメモリ（６）に接続されていると共に磁
気ディスク装置（３）の各ヘッド駆動機構（７ａ）〜（
７ｄ）を介し、磁気ディスク（８ａ）〜（８ｄ）上のデ
ータの読み書きを行う。通常、１台のヘッド駆動機構に
は複数個の磁気ヘッドが搭載されており、それに応じ磁
気ディスクも複数枚の円板が１枚のスピンドルに取り付
けられモータにより回転している。装置アドレス“Ａ゛
〜゜Ｄ゜は、このヘッド駆動機構ごとに１つずつ割当て
られており、磁気ディスク制御部（５ａ）と（５ｂ）は
、同時に異なるヘッド駆動機構、たとえば（７ａ）と（
７ｂ）を使用することはできるが、同時に同一のヘッド
駆動機構を使用し、データの読み書きを行うことはでき
ない． 次に動作について説明する。中央処理装置（１）上のプ
ログラムが磁気ディスク装置（３）上のデータの読み書
きを行う場合、経路（４ａ），　（４ｂ）のいずれか一
方を使用し、まず装置アドレスを指定してヘッド駆動機
構を選択する。ついで、そのヘッド駆動機構で読み書き
する磁気ディスク上のトラックを指定するため、シリン
ダアドレス、ヘッドアドレスを送る．さらに、このトラ
ック上の読み書きしたいレコードのレコード番号などを
指定したうえで、データの読みとり命令、または書き込
み命令を送り、データ転送を行う。

このとき、もし中央処理装置（１）から指定された特定
のレコードが、キャッシュメモリ（６）上に存在してい
れば、磁気ディスク制御部（５ａ）もしくは（５ｂ）は
、ヘッド駆動機構を使用せず、中央処理装置（１）とキ
ャッシュメモリ（６）の間だけでデータ転送を行う．し
かし、もし中央処理装置（１）から指定されたレコード
がキャッシュメモリ（６）上に存在していなかった場合
は、磁気ディスク制御部（５ａ）もしくは（５ｂ）は、
装置アドレスで指定されたヘッド駆動機構を選択し、指
定されたシリンダアドレスまで移動させ、指定されたヘ
ッドアドレスの磁気ヘッドを選択して指定されたレコー
ドを探した後、中央処理装置（１）　との間でデータ転
送を行う． 指定されたレコードがキャッシュメモリ（６）上に存在
しても、中央処理装置（１）の命令が書き込み命令であ
った場合は、レコードがキャッシュメモリ（６）上に存
在しなかった場合と同様、ヘッド駆動機構を使用して磁
気ディスク上に直接データを書き込む方式もある。

いずれにしても、中央処理装置（１）との間のデータ転
送が、キャッシュメモリ（６）との間のデータ転送だけ
でもすむ場合は、直接、磁気ディスク上とデータ転送を
行わなければならない場合に比べ、ヘッド駆動機構の移
動時間、目的トラック上での目的レコードの探索時間な
どが無くなり、データ転送を開始できるまでの時間、す
なわち、データのアクセス時間を、大幅に短縮する効果
がある 従って、キャッシュメモリ（６）上には、常に中央処理
装置から要求されるレコードが存在する確率が高くなる
よう、一定のアルゴリズムに従い、ディスクキャッシュ
装置において、自動的にレコードの入れ換え等がなされ
ており、平均的なデータのアクセス時間が短くなるよう
制御している。

しかして、中央処理装置（１）上のプログラムが磁気デ
ィスク装置（３）上のデータの読み書きを必要とした時
点から、目的のデータの読み書きが終了するまでには、
前記のデータのアクセス時間を含め次のような要素が存
在する． （Ｉ）装置の待ち時間 すでに、目的の装置アドレスが使用中であるために、そ
れが空くのを待っている時間。

（ＩＩ）経路の待ち時間 中央処理装置（１）と、ディスクキャッシュ装置（２）
の間の経路がすべて使用中であるために、それが空くの
を待っている時間。

（ＩＩＩ　）データのアクセス時間 ディスクキャッシュ装置（２）に命令が届いてから、キ
ャッシュメモリ（６）上で目的レコードを探したり、ヘ
ッド駆動機構を移動させ、磁気ディスク上で目的レコー
ドを探したりして、データ転送を開始できるまでにかか
る時間。

（　ＩＶ　）データの転送時間 中央処理装置（１）とディスクキャッシュ装置（２）と
の間で実際にデータ転送を行クている時間。

（Ｖ）オーバ・ヘッド時間 中央処理装置（１）とディスクキャッシュ装置（２）と
の間で、データ転送以外に命令のやりとりなどにかかる
時間。

ディスクキャッシュ装置は、これら（１）〜（Ｖ）の要
素のうち（　ＩＩＩ　）のデータのアクセス時間の短縮
をねらったものであるが、さらに計算機システムの性能
を向上させるには残りの４つの要素も短縮させなければ
ならない。

そこで、（ＩＩ）の経路の待ち時間の短縮については、
中央処理装置（１）とディスクキャッシュ装置の間で同
時に使用することのできる経路数を増加させる方法がと
られている。また、（ｒＶ）のデータ転送時間の短縮に
ついては、中央処理装置（１）とディスクキャッシュ装
置（２）との間の経路のデータ転送速度を向上させる努
力がなされ、（Ｖ）のオーバヘッド時間の短縮について
は、命令セットなどを改善し、中央処理装置（１）とデ
ィスクキャッシュ装置（２）との間のデータ転送以外の
やりとりを少なくする努力がなされている．（Ｉ）の装
置の待ち時間の短縮については、ディスクキャッシュ装
置自体も（ｎＢのデータのアクセス時間を短縮する結果
、一回のデータの読み書きのために、ひとつの装置アド
レスを使用している総時間が短くなるため、その装置ア
ドレスが空くのを待っている時間が短くなり、改善効果
が大きい。

（発明が解決しようとする課題〕 しかし、前記の従来のディスクキャッシュ装置では、た
とえば装置アドレス“Ａ′上のあるレコードの読み書ぎ
命令を経路（４ａ）から発行したとき、他系の経路（４
ｂ）で装置アドレス“Ａ゜を他のレコード読み出しのた
めすでに使用していた場合、実際は目的のレコードがキ
ャッシュメモリ（６）上に存在して、ただちに経路（４
ａ）を使用してデータ転送可能であるにもかかわらず、
経路（４ａ）からの命令はデバイスビジ一応答され受付
けられないという不具合があった。また、他系の経路（
４ｂ）から装置アドレス゛Ａ゜を使用していなくても、
自系の経路（４ａ）から以前に発行された命令の目的レ
コードがキャッシュメモリ（６）上に存在せず、そのた
め、装置アドレス゛Ａ′のヘッド駆動機構（７ａ）を動
力していた場合なども経路（４ａ）からのあらたな命令
はデバイスビジ一応答で受付けられず、目的レコードが
キャッシュメモリ（６）上に存在し、経路（４ａ）が使
える状態であるにもかかわらず、データ転送を実行する
ことはできない。

通常は、このように中央処理装置（１）から実際に命令
を発行し、ディスクキャッシュ装置（２）からデバイス
ビジ一応答を受け取って処理していたのでは無駄な処理
が増えるだけなので、中央処理装置（１）上の制御プロ
グラムは経路（４ａ）または（４ｂ）から以前に発行し
た読み書き命令が終了するまでは、同じ装置アドレスに
対する入出力要求は、命令の発行を行わず待たせておく
。従クて、同一装置アドレスに対する入出力要求は、た
とえ、目的レコードがキャッシュメモリ（６）上に存在
し、経路（４ａ）または（４ｂ）が空いていても、制御
プログラム内の待ち行列にどんどんためられていき、待
ち時間が増大していくことになる。

しかも、このような状況は、経路数の増加などにより、
かえって顕著になるばかりでなく、ディスク装置の大容
量化によりヘッド駆動機構１台あたりの記憶容量が大き
くなるに従い深刻になる傾向にある． この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、同一のヘッド駆動機構によりアクセスされる
磁気ディスク上に存在する複数のレコードであっても、
それらがキャッシュメモリ上に存在すれば、同時に別々
の経路を使用して、中央処理装置（１）とディスクキャ
ッシュ装置（２）との間でデータ転送を行うことのでき
るディスクキャッシュメモリアクセス方式を得ることを
目的としている。

〔課題を解決するための手段］ この発明の第１の発明に係るディスクキャツシュメモリ
アクセス方式は、１台のヘッド駆動機構でデータの読み
書きがなされる磁気ディスクに記憶されたデータ中、所
定データをコピーしたキャッシュメモリを備え、中央処
理装置からのデータ転送要求時には磁気ディスク制御部
によって該当データを磁気ディスク或はキャッシュメモ
リの一方よりデータ転送経路を介して転送するものにお
いて、上記磁気ディスクのメモリ領域を所定データ毎に
複数の領域に分割し、各領域に独立した装置アドレスを
割り付けるとともに、上記ｌｉｎ気ディスク制御部は中
央処理装置からの複数データ転送要求時に装置アドレス
に従って各該当データをキャッシュメモリ及び磁気ディ
スク双方より、或は夫々の該当データをキャッシュメモ
リより複数のデータ転送経路を介して転送するようにし
たものである。

又、この発明の第２の発明に係るディスクキャッシュメ
モリアクセス方式は第１の発明に加え、夫々独立した装
置アドレスが割り付けられた磁気ディスクの分割領域に
、キャッシュメモリアクセス方法を特定する動作モード
を記憶し、該動作モードを装置アドレス指定によって読
み出し、所定動作モードを設定するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明によれば、１台のヘッド駆動機構でデータの読
み書きがなされる磁気ディスクのデータ領域を、各デー
タ毎に複数に分割し、各分割領域に独立した装置アドレ
スを割り付けると共に、各装置アドレス単位でデータア
クセスを行なえるようにしたので、物理的には大記憶容
量の１台のヘッド駆動機構を、複数の独立した小容量の
ヘッド駆動機構として制御することができる。そのため
同一磁気ディスクに記憶された異なる複数のデータを、
複数のデータ転送経路を介して磁気ディスク及びキャッ
シュメモリ、或は各々のデータを各装置アドレス指定に
よりキャッシュメモリから読み出し、同時に中央処理装
置へ転送することができる．従って、同一磁気ディスク
アクセスによって複数のデータを転送する場合、前デー
タ転送終了を待って次のデータ転送をする必要がなく、
装置の待ち時間が短縮される。

（実施例〕 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において（１）〜（８）までの構成要素は、物理的に
は、すべて第２図の従来装置と同じものであご。しかし
、第１図においては、（８ａ）〜（８ｄ）の各磁気ディ
スクが、論理的に分割され、それぞれ異なる装置アドレ
スが与えられているところが大きく異なる． たとえば、第１図においては、磁気ディスク（８ａ）は
３つの領域に分割されており、それぞれ装置アドレス゛
Ａ’　，’Ｂ’　，　　’Ｃ’　が割付けられている。

このような分割は、ハードウェア上の設定により固定的
に定められるものであってもよいし、中央処理装置から
の命令により、動的に定められるものであってもよい。

ひとつの磁気ディスクを、このように論理的に分割する
ことにより、磁気ディスク上の物理的なシリンダアドレ
ス、ヘッドアドレスと、プログラムから使用する各装置
アドレスごとの論理的なシリンダアドレス、ヘッドアド
レスとは異なってくるが、この間の変換はディスクキャ
ッシュ装置内で行われる。

このような装置において、たとえば装置アドレス゛Ａ′
上のレコードに対する読み書き命令が経路（４ａ）から
発行され、装置アドレス゛Ｂ゜上のレコードに対する読
み書き命令が経路（４ｂ）から発行され、両方のレコー
ドともキャッシュメモリ（６）上に存在した場合は両者
のデータ転送を二つの経路を使い同時に実行することが
できる。

また、一方のレコードはキャッシュメモリ（６）上に存
在するが、他方のレコードは存在しなかった場合、キャ
ッシュメモリ（６）上に存在する方のレコードのデータ
転送はただちに実行するとともに、存在しなかったレコ
ードについては、同時にヘッド駆動機構を使用して磁気
ディスク上の目的レコードを探しにいく．従って従来装
置にように、どちらかの動作が終了するまで、もう一方
が待たされることは無い。

また、両方のレコードともキャッシュメモリ（６）上に
存在しなかった場合については、両者とも、ヘッド駆動
機構を使用して磁気ディスク上での探索を順番に行い、
データ転送も順番にしか実行できない。この場合は、従
来の装置と同じであるが、両レコードともキャッシュメ
モリ（６）上に存在しない確率は、たとえば任意のレコ
ードがキャッシュメモリ（６）上に存在する確率を７０
％とすると、 Ｐ　＝　（　１　−０．７）ｘ　（　１　−０．７）＝
０．０９で９％となり、このようなケースの発生回数は
少なくなると考えられる。

なお、従来も、ソフトウエア上で１台のディスクを複数
台のディスクとして取り扱う仮想ディスクという手法は
存在したが、これは、あくまでソフトウェアの使用者の
使い勝手を改善するためソフトウェアで論理的なディス
クと物理的なディスクの変換を行っているだけであるの
で、この発明のように、装置の待ち時間の短縮による性
能向上効果はまったくない。

この結果、１台のヘッド駆動機構でアクセスされる磁気
ディスクに複数の装置アドレスを割付けることにより、
装置のハードウエア量をいっさい増やさず、また、制御
プログラムの基本構造も変更させることなしに、装置の
待ち時間を短縮し、計算機システムの性能を向上させる
ことができる。

上記実施例は、装置の待ち時間を短縮することを主旨と
したが、次に述べる他の実施例のように、ディスクキャ
ッシュ装置の使用効率を高め、使用者の使い勝手を向上
させる目的としての、ディスクキャッシュメモリアクセ
ス方式がある．通常、ディスクキャッシュ装置は、中央
処理装置から要求されたレコードがキャッシュメモリ上
に存在する確率を高め性能を向上させるためにディスク
上のデータの性質によりいくつかの動作モードが用意さ
れている。典型的な動作モードの例としては、キャッシ
ュメモリをバイパスするモード、キャッシュメモリ上に
データを常駐させるモード、シーケンシャルアクセスに
適した動作モードなどがある。

従来、これらの動作モードはヘッド駆動機構ごとに設定
されるか、もしくは、１台のヘッド駆動機構でアクセス
される磁気ディスクをいくつかに分割し、その分割され
た領域ごとに動作モードを設定することが行われていた
。しかし、第１の方法では、動作モードの管理を装置ア
ドレス単位で行え管理はしやすい反面、１装置アドレス
あたりの記憶容量が大きくなってくると無駄が発生しや
す≦、また、第２の方法では、動作モードの設定は細か
い単位で行え無駄は発生しにくくなる反面、使用者、プ
ログラムとも、常に装置アドレス内のシリンダアドレス
、ヘッドアドレスの境界を意識しなくてはならず、非常
に煩雑になるということがあった。

そこで、このような不具合をなくすために１台のヘッド
駆動機構でアクセスされる磁気ディスクの分割領域ごと
に与えられた装置アドレスを指定して動作モードを設定
する方法がある。そのモード設定としてたとえば第１図
の磁気ディスク（８ａ）の装置アドレス゜Ａ゛の領域を
キャッシュバイパスモードに設定したい場合は、中央処
理装置（１）上のプログラムは、装置アドレス“Ａ′を
指定したうえでキャッシュバイパスモードに設定する命
令を発行すればよい。

こうすることにより、従来の第１の方法のように、磁気
ディスク（８ａ）全体をキャッシュバイパスモードに設
定してしまうこともなくなり、また第２の方法のように
、モードを設定するとき、磁気ディスク（８ａ）内のシ
リンダアドレス、ヘッドアドレスを指定する必要がなく
なり、使用者もキャッシュバイパスモードになっている
領域を、シリンダアドレス、ヘッドアドレスでなく、装
置アドレス′Ａ′として認識していればよいことになる
。

以上のように、モード設定を行えばひとつの磁気ディス
ク内のいくつかの領域に対し最適なディスクキャッシュ
の動作モードを設定できるので、計算機システムの性能
をさらに向上させることができるとともに、動作モード
の設定を装置アドレスを単位として行えるので、非常に
管理もしやすくなり、更に使い勝手に優れ、しかも無駄
の発生しにくいディスクキャッシュの動作モード設定方
法を提供できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この第１の発明によればディスクキャッ
シュメモリを備えた磁気ディスクのデータ領域を各デー
タ毎に分割し、各分割領域に独立した装置アドレスを割
り付け、この装置アドレス指定により複数の該当データ
を磁気ディスク及びディスクキャッシュメモリ、或は各
データをディスクキャッシュメモリの各データ領域より
、複数のデータ転送経路を介して同時転送できるため、
データ転送の待ち時間が減少し、短時間で大量のデータ
を転送することができる。

又、第２の発明によれば磁気ディスク内の分割された幾
つかの領域に最適なディスクキャッシュの動作モードを
装置アドレス単位で設定するようにしたので、磁気ディ
スクの記憶容量の無駄がなく、又、使い勝手に優れたデ
ィスクキャッシュの動作モードの設定方法を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるディスクキャッシュ
メモリアクセス方式を実施するためのディスクキャッシ
ュ装置を使用した計算機システム図、第２図は従来のデ
ィスクキャッシュ装置を使用した計算機システムである
。 （１）は中央処理装置、 （２）はディスクキャッシュ装置、 （３）はディスク装置、 （４ａ）と（４ｂ）はデータ転送のための経路、（５ａ
）と（５ｂ）は磁気ディスク制御部、（６）はキャッシ
ュメモリ、 （７ａ）〜（７ｄ）はヘッド駆動機構、（８ａ）〜（８
ｄ）は磁気ディスク． なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１台のヘッド駆動機構でデータの読み書きがなさ
   れる磁気ディスクに記憶されたデータ中、所定データを
   コピーしたキャッシュメモリを備え、中央処理装置から
   のデータ転送要求時には磁気ディスク制御部によって該
   当データを磁気ディスク或はキャッシュメモリの一方よ
   りデータ転送経路を介して転送するものにおいて、上記
   磁気ディスクのメモリ領域を所定データ毎に複数の領域
   に分割し、各領域に独立した装置アドレスを割り付ける
   とともに、上記磁気ディスク制御部は中央処理装置から
   の複数データ転送要求時に装置アドレスに従って各該当
   データをキャッシュメモリ及び磁気ディスク双方より、
   或は夫々の該当データをキャッシュメモリより複数のデ
   ータ転送経路を介して転送することを特徴とするディス
   クキャッシュメモリアクセス方式。
2. （２）請求項１記載のディスクキャッシュメモリアクセ
   ス方式において、夫々独立した装置アドレスが割り付け
   られた磁気ディスクの分割領域に、キャッシュメモリア
   クセス方法を特定する動作モードを記憶し、該動作モー
   ドを装置アドレス指定によって読み出し、所定動作モー
   ドを設定するようにしたディスクキャッシュメモリアク
   セス方式。