JPH0696169A - 拡張された像蓄積および分散構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造体（２０）の種々の構成要素の速度非両
立性を除去すること 【構成】 個別のワークステーションがあたかも蓄積ユ
ニット（１３）への唯一の接続であるかのごとく一蓄積
ユニット（１３）が多数のワークステーションへ接続さ
れ得ることにより速度非両立性を除去される。ユニット
（１３）は非常な高速でデータを供給する蓄積ディスク
の冗長配列の使用によって並列動作せられる。ディスク
は高速バックプレーンバスを介して、入出力カードのバ
ッファに接続される。入出力カードは、高速データを受
け取りそしてメモリに供給するワークステーションカー
ドを接続する高速の光学データリンク（２６）により接
続される。各入出力カードは複数のワークステーション
により時分割される。データは入出力カードを通じて蓄
積ユニット（１３）を迅速に移動せられ、２つのワーク
ステーションが同時に同様のポートを通じてデータを移
動したいと欲する確率が低い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的には像ないしイメ
ージ蓄積構造体に関するものであり、特に、像およびそ
のほかの大きなデータブロックの収集、蓄積および多数
のユーザへの分配を行いそして構造体の構成要素間の固
有の速度非両立性を除去する像蓄積および分散構造体に
関する。

【０００２】

【従来の技術、発明が解決しようとする課題】

【０００３】複数プロセッサを相互接続することの問題
が多数の特許明細書で論述されている。以下に説明する
特許は一般的に異なる速度で動作するシステム接続に関
するものでない。これらの特許は異なる速度のシステム
を偶発的に接続しうる。しかし、それらの主たる目標は
多重ポート化メモリ機能の維持である。システムに接続
される周辺装置は、システムと周辺装置が数キロメート
ル隔てられ得る本発明と対照的にシステムのメモリから
非常に短距離のところに配置される。

【０００４】Hauck らに発行された"Multichannel Inpu
t/Output Control with AutomaticChannel Selection "
という表題の付された米国特許第3,639,909 号はメモ
リから周辺装置へのデータのルート指定に関する。周辺
装置のデータ速度は重要な考慮事項でない。主たる寄与
はメモリから複数の制御ユニットを通り多数のＩ／Ｏ装
置へ向うデータのルート指定である。タグが周辺装置へ
移動するデータへ付加され、システムがデータを制御装
置およびスイッチを通じて周辺装置へ移動するのを可能
にする。

【０００５】Brandsmaらに発行された"Bus Transport S
ystem for Selection Informationand Data "という表
題の付された米国特許第3,761,879 号はメモリとプロセ
ッサとの間の有効なスイッチを行う。スイッチは数個の
プロセッサが数個の蓄積モジュールへアクセスするのを
許容する。本発明は単なるスイッチではない。それは、
コンピュータワークステーションが時折りデータのみ要
求するという事実を考慮しユニットのデータ速度の釣り
合いをとる。

【０００６】Boudreauらに発行された"Asynchronous Mu
ltiport Parallel Access MemorySystem for use in a
Single Board Computer System "という表題の付された
米国特許第4,654,788 号は優先アクセスを具備する多重
ポート化されたメモリを提供する。方式はメモリから入
出力デバイスへの有効帯域幅を増加するために複数シス
テムバスを使用する。基本的仮定が入出力装置はメモリ
よりも非常に遅いことである。対照的に、本発明は、ワ
ークステーションのデータ速度が蓄積装置のディスクか
らのデータ速度と非常に匹敵し得るように、ある距離を
介して、蓄積装置をワークステーションへ接続する。ワ
ークステーションを通ずる高速度の転送を維持すること
は本発明の中心的な概念である。本発明は多くのワーク
ステーションのそれぞれが、それが蓄積装置を使用する
唯一のワークステーションであるということを考えるこ
とができるよう時宜に適った仕方でデータの大きなブロ
ックを移動する。

【０００７】Sullivanらに発行された"Shared Memory C
omputer Method and Apparatus" という表題の付された
米国特許第4,484,262 号は、蓄積モジュールの帯域幅が
有効に使用されるように、蓄積モジュールとソースとの
間にスイッチを具備した複数の蓄積モジュールにわたる
データ分配に関する。この概念は、蓄積モジュールにわ
たりデータを分散し、どのメモリモジュールもオーバロ
ードされないことを確実にするハッシュ方式を使用す
る。データは小ブロックで移動される。対照的に、本発
明は、一つの非常に大きな蓄積モジュールへの多くのワ
ークステーションによるアクセスを可能にする。何らの
ハッシュ動作も含まれない。なぜならただ一つだけの蓄
積モジュールしかないからである。本発明は、Sullivan
らのシステムにより移動される小ブロックのデータと対
照的に、大きなデータブロックを移動する。

【０００８】Sullivanらに発行された"Shared Memory C
omputer Method and Apparatus" という表題の付された
米国特許第4,707,781 号は、上述の米国特許第4,484,26
2 号の装置で使用されるスイッチング構造体を提供す
る。スイッチング構造体はいずれのソースもがいずれの
メモリモジュールにも接続されるようにする。スイッチ
は普通のベースで通信工業において使用されるごとき直
接的空間スイッチである。対照的に本発明はバックプレ
ーンを通じデータの時分割多重化を使用する。

【０００９】Freestone らに発行された"Common Memory
System for a Plurality of Computers "という表題の
付された米国特許第4,780,812 号は、優先度をベースに
して、一時にメモリから数個のプロセッサのうちのそれ
ぞれへ一つの「ワード」を移動するための機構を提供す
る。対照的に、本発明は、複数の大きなブロックをディ
スク蓄積モジュールとワークステーションメモリとの間
で移動する。接続は長距離にわたることができ全ての待
ち時間(latencies) が長距離の中に包含される。もしFr
eestone 特許方式が本発明で使用されればメモリ速度は
一絶対値のオーダ遅くなり包含される長距離メモリ帯域
幅を喪失する。

【００１０】かくして、本発明の目的は、像およびその
他の大きなデータブロックの収集おおよび蓄積そして多
数のユーザへの分配を行いそして構造体の構成要素間の
固有の速度非両立性を除去する像蓄積および分散構造体
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の構造体の構造は
複数ワークステーションまたはポートへの蓄積媒体およ
びディスクの接続を行う。本発明により除去される困難
性は構造体の種々の構成要素の速度非両立性である。速
度非両立性は、個別のワークステーションがあたかも蓄
積装置への唯一の接続であるかのごとく動作する態様で
一つの蓄積装置が多くのワークステーションに接続され
る方法で除去される。蓄積装置は、非常な高速度でデー
タを供給する廉価なディスクからなる冗長配列を使用し
並列動作される。ディスクは入力および出力カードに対
し高速度バックプレーバスを介してレートバッファへ接
続される。入力および出力カードは、高いデータ速度で
送信されるデータを受容しそしてデータをワークステー
ションメモリへ供給するワークステーションにおいてカ
ードを接続する高速度データリンク部により接続され
る。各入力カードまたは出力カードは複数のワークステ
ーションにより時分割される。データは蓄積装置で入力
または出力カードを通じて迅速に移動され、同時に同様
のポートを通じデータの移動を欲する２つのワークステ
ーションの低い確率がある。

【００１２】本発明の好ましい実施例では、データ速度
は可能な最も高いシステムの性能を実現するために釣り
合いがとられる。ワークステーションのバックプレーン
でのデータ速度は基本的な所望の動作速度を確立する。
蓄積装置のバッファカード、ワークステーションの接続
カード、およびそれらの間の接続路はこのバックプレー
ン速度の約６０％で動作する。蓄積装置のバックプレー
ン速度はポート速度の少くとも３倍である。集合ディス
ク速度はバックプレーン速度の約２倍である。

【００１３】ワークステーションの接続カードでの圧縮
の使用はレートの釣合いがより容易に実現できるように
する。簡単な圧縮手順が２．５ないし３．０の圧縮比を
実現しそして高速度で動作する。圧縮は、蓄積装置、ワ
ークステーションへの通信リンク部およびワークステー
ションの接続カードを上述よりも２．５ないし３．０倍
遅くさせる。

【００１４】医療作像応用での使用に適当とされる実施
において、ワークステーションのバックプレーン速度は
３０メガバイト／秒である。ワークステーション接続カ
ードへの接続と一緒に蓄積装置上のポート速度は１２．
５メガバイト／秒で動作する。接続カード上のオーバヘ
ッドがポート速度を約１０メガバイト／秒に低減する。
圧縮が除去された後のデータ速度は約２５メガバイト／
秒であり、バックプレーン容量よりも十分小さく接続カ
ードでの大バッファに対する必要性がない。

【００１５】動作蓄積装置のバックプレーン上のデータ
速度は４０メガバイト／秒であり、１０メガバイト／秒
のポートの有効データ速度の４倍である。ディスクの集
合データ速度は一秒あたり６０メガバイトデータであ
り、バックプレーンよりも１．５倍迅速である。

【００１６】上述の従来技術の特許は一般に複数プロセ
ッサへの複数メモリモジュールの接近結合接続に関す
る。これら特許のすべてにおける基本的前提は、プロセ
ッサまたは入出力ポートは、メモリからのプロセッサま
たは入出力ポートへのデータ移動の遅れが小さいようメ
モリに接近していることである。メモリがディスクのよ
うに大きなオーバヘッドを有するとき、従来技術特許の
手法のほとんどが有効でない。本発明で転送されるデー
タは小さなブロックでなく、大きなブロックで移動され
ねばならない。さもなければ、シーク動作のオーバヘッ
ドおよびディスク待ち時間は圧倒的である。

【００１７】宛て先（ワークステーション）が遠いとき
従来特許の方法は有効でない。バックプレーンバスがバ
ス長さの逆数に匹敵する帯域幅を有する。ワークステー
ションを数キロメートルの長さを介してバックプレーン
に直接接続することは帯域幅を本発明で実現される６０
０メガビット／秒より大きなデータ速度から数メガビッ
ト／秒へ低減する。本発明は蓄積装置について非常に低
いコンテンションまたは競合で１００メガビット／秒以
上のワークステーションに対する平均データ転送速度を
実現する。

【００１８】数個のワークステーションが蓄積装置の一
つのポートを共用し得る。５メガバイトブロックデータ
を移動することは１／２秒以下を要求する。それぞれの
ワークステーションがどれほど頻繁に５メガバイトブロ
ックデータを必要とするかに応じて２〜２０個のワーク
ステーションが一つのポートへ接続可能である。上記特
許はいずれも一つの蓄積装置の一ポートを共用し、数百
のワークステーションへの接続を実現するための設備を
有さない。

【００１９】

【実施例】図面を参照すると、図１は従来のディジタル
データ収集、蓄積および分散システム１０を図示する。
この従来システム１０はイメージソース１１から、蓄積
装置１３、ワークステーション１５およびプロセッサ１
２、または保管部１４へデータを移動する。像はたとえ
ばカメラ１１などのイメージソース１１により形成され
る。カメラ１１はＴＶカメラ、赤外作像装置、光学作像
装置、Ｘ線機械、合成開口レーダまたはその他のイメー
ジソースとすることができる。像はディジタル化されそ
してディジタルデータブロックとしてシステム１０を移
動せられる。小さな像が５１２×５１２画素または２６
２画素、１４４画素であるＴＶ像である。たとえば、標
準的なＸ線像が２０００×２５００画素である。画素
は、一画素あたり数ビットまたは多数個のビットを使用
し量子化され得る。標準的には８ビットが多くの応用で
使用可能である。他の応用では１２ビット／画素として
もよい。

【００２０】システム１０はソース１１から蓄積装置１
３へディジタル形式で画素を移動し、装置１３で像はそ
れらが視認されるまで保持される。オペレータが準備を
整えたとき、視認のためオペレータのワークステーショ
ン１５へ転送される一つの像または一組の像に対しリク
エストがなされる。オペレータは、像がそこから回収さ
れねばならないところの蓄積装置１３を呼び出すことも
可能である。もし履歴像を視認するという希望があらか
じめ知られれば、像はオペレータが像を要求する前に保
管部１４から蓄積装置１３へ移動され得る。それ以外、
履歴像はオペレータからのリクエストの際に保管部１４
から回収されねばならない。

【００２１】他のプロセッシング要素がシステム１０で
使用可能である。これらの要素は像を保管部１４への蓄
積前に圧縮し、保管部１４からの回収の際に圧縮像を伸
長し、像にフィルタ操作を施し、像を改善し、一つの像
を別のものに記録するなどのプロセッシング機能を行う
プロセッサを包含してもよい。

【００２２】標準的な装置において、蓄積装置１３は、
それぞれのカメラ１１、プロセッサ１２、保管部１４、
およびワークステーション１５のそれぞれに接続する入
／出力ポート１６を有する。結果は蓄積装置１３に対す
る非常に多数のポート１６であり。数個のカメラ１１、
数個のプロセッサ１２および数個のワークステーション
１５だけが存在するかぎり、どの一つの入／出力ポート
１６へも接続されるこれらの構成要素の一つまたはそれ
以上が存在する。システム１０の構成要素の数が増大し
たとえば２０を越えるに従って、蓄積装置１３の入出力
ポート１６の数はシステム１０が不経済となるまで増大
する。

【００２３】種々の遠近法により問題を眺めると、カメ
ラ１１は像を形成しそして像を蓄積装置１３へ転送しな
ければならない。オペレータはワークステーションで像
を回収しそして像を視認する時間を費やす。同様に、保
管部１４は像を配置する時間を費やし、順次、像を蓄積
装置１３へ転送する。プロセッサ１２は像を回収し、順
次像を処理する時間を費やす。

【００２４】図示のワークステーション１５を使用し、
オペレータが標準的に像をたとえば数秒という短い時間
で回収したいと欲する。さもなければ、オペレータは像
を回収する相当に長い知覚待ち時間が原因で狼狽する。
オペレータは順次像に見入り、結論を引き出し、像の中
に包含された情報に基づいて行動をとる。もし仮に像が
一秒で回収されそしてオペレータが像を視認するのに３
０秒かかるとすれば、蓄積装置１３への入／出力ポート
は像に対して働くのに費やされた時間の３．３％だけ使
用される。

【００２５】図２を参照すると、本発明の構造体２０ま
たはシステム２０が従来のシステム１０でサービス提供
を受けられる要素の数を、システム２０の構成要素間の
データの迅速な移動を許容するバッファ２１およびスイ
ッチ２２の付加により一絶対値のオーダだけ拡張する。
実施において、これは一つの蓄積装置１３が数千個のワ
ークステーションを維持することを意味する。システム
には多くの（たとえば２０個以上の）カメラ１１が存在
してもよい。

【００２６】本発明の蓄積および分配構造体２０が図２
で詳細に図示されている。本発明構造体２０は、蓄積装
置１３の入／出力ポート１６の時分割によりサービス提
供を受けられるデバイス（カメラ１１、プロセッサ１２
およびワークステーション１５、以下、デバイス１１、
１２、１５と呼ぶ）の数を拡張する。もし入／出力ポー
ト１６のそれぞれが入／出力ポート１６へ接続されるデ
バイス１１、１２、１５の一つにより小割合の時間のみ
使用されるのであれば、数個のそれぞれのデバイス１
１、１２、１５がスイッチ２２を通じて所定の入／出力
ポート１６へ接続可能である。入／出力ポート１６に対
する負荷全体を保持する入／出力ポート１６の利用度が
低く維持されている場合に限り、入／出力ポート１６へ
接続されるデバイスのそれぞれは本質的にあたかもそれ
が入／出力ポート１６へ接続されている唯一の装置であ
るかのごとく動作する。

【００２７】本発明のシステム２０に到達するのに、ス
イッチ２２および高速度バッファ２１という２つのタイ
プの要素が従来の装置１０へ付加される。バッファ２１
が蓄積装置１３、カメラ１１、プロセッサ１２、ワーク
ステーション１５および蓄積装置１３へ接続される保管
部１４の一体部品として形成できる。スイッチ２２は蓄
積装置１３の各ポートに付加される。

【００２８】蓄積装置１３の中央要素は蓄積デバイス２
３（標準的にはたとえばハードディスクから構成され
る）である。蓄積装置１３は図３に図示の構造を有す
る。蓄積装置１３はデータを蓄積装置２３のそれぞれへ
分配する高速度バックプレーン２４を具備する。バック
プレーン２４はバッファ２１と蓄積デバイス２３との間
に接続される。

【００２９】蓄積デバイス２３はスイッチ２２および入
力バッファ２１ａを構成する入力接続部２５を通じてデ
ータを受け取る。入力バッファ２１ａ中のデータはエラ
修正部と一緒に幅広いワードへ組織化されそしてワード
の各ビットは蓄積デバイス２３の一つへ書き込まれる。
蓄積装置１３は、追加の７ビットの誤差修正部を具備す
る３２ビット幅バックプレーンを使用可能である。各ビ
ットごとのデータ速度は１０ＭＨｚである。全データ速
度は３２０メガビット／秒である。

【００３０】蓄積デバイス２３を具備するディスクはデ
ィスクの種類に依存して１０〜２５メガビット／秒の範
囲の速度で満たされる関連のトラックバッファを有す
る。ディスクは、データが高速度の転送速度で移動され
る前に克服されねばらない回転待ち時間およびトラック
のシークを含むオーバヘッドをも有する。

【００３１】蓄積デバイス２３により賦課されるオーバ
ヘッドは蓄積装置２３により提供されるデータ蓄積およ
び回収のための好ましいフォーマット構造を要求する。
データが移動し始めるとき、もし大きなデータブロック
が一時に移動されるのであれば、蓄積装置２３はより効
率がよい。もし小データブロックが移動されるのであれ
ば、蓄積デバイス２３のそれぞれのディスク部分は、ト
ラックシークおよび回転待ち時間待ちにデータ転送の際
それが行うよりも長い時間を費やす。蓄積デバイス２３
について、約１メガバイトの公称ブロックの大きさが、
オーバヘッドがデータ転送時間に等しいところの大きさ
である。５０％の効率の大きさが使用されるディスクモ
デルに依存する。なぜなら、より迅速なディスクが５０
％の効率についてより大きなブロック大きさ有するから
である。以下に続く実施において、２．５メガバイトデ
ータが使用されるブロック大きさとされよう。蓄積デバ
イス２３がこのブロック大きさで一ハードディスクにつ
いて約７０％の効率である。データ転送サイクルが開始
したとき、ディスクのトラックバッファからバックプレ
ーン２４を介してデータを転送するのに６２．５ミリ秒
かかる。出力バッファ２１ｂにおけるデータ到着に対す
るシーク（探索）の開始からデータ転送サイクルは約９
０ミリ秒である。バックプレーン２４を通じ保持される
平均的なデータ転送速度はこれらの条件の下で２８メガ
バイト／秒である。

【００３２】２８メガバイト／秒のスループット速度を
実現するのに、データ転送サイクルが完了されるそれぞ
れの時間ごとに、バックプレーン２４についてのサービ
スリクエストが準備されねばならない。時間のサービス
提供待ち１００％に対するリクエストがあり得るという
唯一の方法が個別のデバイス１１、１２、１４が将来へ
待ち行列化されるサービスのリクエストを有することで
ある。所定のリクエストに対する待ち時間はそれゆえ非
常に長い。

【００３３】蓄積装置２３の適当な概観が、バックプレ
ーンは９０ミリ秒の２．５メガバイトブロックサービス
提供時間または一秒あたり１１．１個のサービスを持つ
単一のサービス提供体であることである。これを念頭に
置くと、蓄積デバイス２３はその容量の３０％〜５０％
へロードされ、待ち行列におけるリクエストに対する待
ち時間が小さいことを保証する。２８メガバイト／秒の
容量の３０％（すなわち平均速度が８．４メガバイト／
秒である）が像データ転送にとって非常に大きな平均的
な速度である。

【００３４】標準的なカメラ１１、ワークステーション
１５、プロセッサ１２または保管部１４により必要とさ
れる平均速度は非常に低い。３０秒ごとの一回、２ｋ×
２ｋ１２ビット画素のピクチャを発生するデバイス１
１、１２、１４、１５が０．２メガバイト／秒の平均入
力速度を有する。速度は、供給されることのできる一秒
あたり１１．１のサービスブロック速度と対照的に一秒
あたり０．０８のサービスブロックに対応する。かかる
デバイス１１、１２、１４、１５は蓄積デバイス２３の
容量の０．７２％を要求する。

【００３５】同様に、ワークステーション１５のオペレ
ータは像を視認するのに平均で少量の割合の蓄積装置１
３資源を標準的に必要とする。あるオペレータが一秒で
２ｋ×２ｋ×１２ビット像を見るかもしれない。像を見
る時間のこの期間の終わりに、オペレータは像の内容に
基づいて像を見るのにかかる時間と同程度の時間かかる
かも知れないある動作を取る。結果的に、データが使用
されるところの平均速度は６メガバイト／分または０．
１メガバイト／秒である。ワークステーション１５は蓄
積装置１３のサービスの０．３６％を要求する。

【００３６】これらの速度で、標準的な応用において、
蓄積装置１３は、バックプレーン２４の利用が蓄積装置
の容量の３０％を越える前に４０個のワークステーショ
ン１５と１２個のカメラを維持する。バックプレーン２
４に対し６０個の直接接続を有することは妥当でなく本
発明のスイッチ２２およびバッファ２１の使用をするこ
とは要求されない。

【００３７】スイッチ２２およびバッファ２１を以下詳
細に説明する。もし蓄積装置１３の入／出力ポート１６
は数個のデバイス１１、１２、１４、１５にわたり時分
割されれれば、入／出力ポート１６の数は低減される。
入／出力ポート１６自身は比較的複雑であり、データの
エラー修正、バッファ動作および操作を要求する。スイ
ッチ２２は非常に簡単でありそして入／出力ポート１６
が共用されるのを許容する。

【００３８】入／出力ポート１６が有効に共用されるた
めに、いずれの一つのデバイス１１、１２、１４、１５
による入／出力ポート１６の利用も短くそして入／出力
ポート１６の容量の少量の割合とすべきである。蓄積装
置１３について、入／出力ポート１６についての最も高
いデータ速度は１００メガバイト／秒、バックプレーン
２４についてのデータ速度の３１．２５％である。一つ
の２．５メガバイトブロックを移動する時間はこの速度
で出力ポート１６を通ずる２００ミリ秒である。入／出
力ポート１６の容量は一秒あたり５個サービスブロック
である。

【００３９】いくつかのデバイス１１、１２、１４、１
５が非常に低速度でデータを発生しまたはデータを受け
取る。たとえば、イーサネット接続を使用するデバイス
１１、１２、１４、１５が一秒当たり数百キロバイトの
データ転送速度に制限されることが多い。この低速度の
デバイス１１、１２、１４、１５の入／出力ポート２４
への接続はポートを使い果たす。しかし、入／出力ポー
ト１６が維持できる１２．５メガバイト／秒の速度より
もはるかに低い２００キロバイト毎秒のデータ転送速度
を生ずる。

【００４０】デバイス１１、１２、１４、１５への入力
バッファ２１ａの付加は、蓄積装置１３への転送が高速
度で行われるまで低速度にてデータが入力バッファ２１
ａに蓄積されるのを許容する。蓄積装置１３は種々のデ
バイス１１、１２、１４、１５に装着されるバッファ間
で順次切替えを行うことができ、非常に大きなデータ転
送速度を実現する。

【００４１】計算例として、ソース速度（カメラ１１の
転送速度）は０．０８サービスブロック／秒でありそし
てワークステーション速度は０．０４サービスブロック
／秒である。一入／出力ポート１６が毎秒５つのサービ
スブロックを移動する。バックプレーン２４について、
入／出力ポート１６の利用度は、入／出力ポート１６が
自由となるまでの待ち時間を小さくするために、入／出
力ポート１６の容量の小さな割合に保持される。入／出
力ポート１６の速度はバックプレーン２４の速度の３０
％だけであり、データ移動の際の遅れは３倍程度であ
る。ポート１６を待つ遅れがシステム２０の他の遅れと
比較し圧倒的でないようにするために、入／出力ポート
１６の利用度を約１５％に抑制することが好適である。
この制限で、入／出力ポート１６の平均速度は０．７５
サービスブロック／秒程度とし得る。

【００４２】ソース（カメラ１１）は入力ポート１６
（入力バッファ２１ａ）へ接続されそしてワークステー
ション１５は出力ポート（出力バッファ２１ｂ）へ接続
される。カメラ１１などのソースについて、平均速度が
０．７５サービスブロック／秒を越える前に、９つのデ
バイスが入／出力ポート１６へ接続可能である。ワーク
ステーション１５について、平均速度が０．７５サービ
スブロック／秒を越える前に、１８個のデバイスが入／
出力ポート１６へ接続可能である。

【００４３】デバイス１１、１２、１４、１５が、選択
される入／出力ポート１６を使用するため待機しなけれ
ばならないという事実は、それぞれのデバイス１１、１
２、１４、１５は、データ転送前、ポート１６がフリー
であるまで待機できなければならないことを意味する。
各デバイス１１、１２、１４、１５のバッファ２１はデ
ータ転送前待機できる能力を提供する。たとえばストリ
ームテープ装置などのデバイス１１、１２、１４、１５
はバッファ２１なしには入／出力ポート１６を待ち受け
ることができない。テープが移動しているとき、記録さ
れるべきデータは入手できなければならない。すなわち
記録の際にギャップがテープに生成される。これはテー
プ記憶の全容量を低減する。他方、もしテープからデー
タを受け取るのであればそしてバッファ２１が十分大き
くなければ、データは失われる。

【００４４】サービスのための待ち時間を説明する。も
しバックプレーン２４が時間の３０％使用されれば、時
間の７０％バックプレーン２４は次のサービスリクエス
トを待ち受ける。もしバックプレーン２４が使用中であ
れば、サービスについての別のリクエスト確率は約３０
％であり、累積的確率が９％である。待ち時間に関し
て、これは時間の７０％バックプレーン２４について何
らの待ちがないことを意味する。時間の３０％少くとも
一つのサービスが完了される待ちがあり、そして時間の
約９％少くとも２つのサービスリクエストが完了されね
ばならない。より長い時間待たされる確率は指数関数的
に低下する。平均待ち時間は最初の２つの項、０．７＊
ゼロ待ち＋０．３＊一待ち、により支配される。待ちは
もしサービスがいままさに始まったのであれば、９０ミ
リ秒である。平均で、サービスは新規リクエストが出現
するとき半分以上であり、平均待ちは約０．３＊４５ミ
リ秒すなわち１３．５ミリ秒であり、バックプレーン２
４について非常に小さな待ちである。

【００４５】分析が入／出力ポート１６へ拡張されると
き、分析は同様であるが、待ち時間はより長くそして確
率はより低い。上限は入／出力ポート１６の１５％負荷
に選択される。入／出力ポート１６にサービス提供を行
う時間は２００ミリ秒である。平均待ち時間はおよそ
０．８５＊ゼロ待ち＋０．１５＊一待ちである。もし入
／出力ポート１６がビジーであれば、上述のごとく平均
待ちは入／出力ポート１６のサービス時間の半分すなわ
ち１００ミリ秒である。平均待ちは０．１５＊１００ミ
リ秒または１５ミリ秒であり、バックプレーン２４につ
いての待ちに匹敵する。全平均的待ちは１３．５＋１５
ミリ秒または２８．５ミリ秒であり、許容可能な程度に
短い時間である。

【００４６】平均待ちはゼロでない。単一ポート１６を
共用するデバイスを切り替える手順は、それぞれのデバ
イス１１、１２、１４、１５が、必要に応じ数百秒まで
の短い時間待つことができることを必要とする。バッフ
ァ２１は高速データ転送に加えて、必要とされるとき
に、待つための能力を提供する。

【００４７】飛翔体では２の因子程度の像圧縮は遂行す
るのが比較的簡単である。像についての修正ハフマンコ
ード化手順の実施が標準的には２．５〜３．０対１の圧
縮を実現する。もしデータが、それが蓄積装置１３に記
憶される前に圧縮されれば、一つのサービスブロックが
像の画素数の２倍の程度保持する。かくして、必要とさ
れるサービスブロックの数は２の因子だけ低減される。
像を移動する時間もまたバックプレーン２４および入／
出力ポート１６について２の因子だけ低下される。使用
されるサービスブロックの大きさは、少くとも２：１圧
縮で１２ビット深さである３．３メガピクセルを移動す
る。５メガピクセル像が大きな像でありそして２つのサ
ービスブロックのみ必要とする。より小さな１０００×
１０００個の画素の像がサービスブロックでの蓄積のた
め３つの像の組へ分類可能である。

【００４８】もし像が、圧縮されない２６２キロバイト
または５１２×５１２×８ビット画素のＴＶ像程度の大
きさであるとき、１９個の圧縮像が一つのサービスブロ
ックに収まる。１．５７サービスブロック／秒が延長期
間について毎秒３０個の像のＴＶ像速度を保持するのに
必要とされる。単一の入／出力ポート１６がこのデータ
速度で使用され、ポート最大速度の３１％を占める。と
ころで、蓄積装置１３の速度はその容量の１４．１％で
ありそして蓄積装置１３は、全体の速度が蓄積装置が保
持する毎秒１１．１サービスブロックの約５０％よりも
低い限り、数個の他の入／出力ポート１６を通じてデー
タが入力される同じ時間にデータの出力を保持できる。

【００４９】飛翔体での圧縮の使用は蓄積装置１３へ接
続されるデバイス１１、１２、１４、１５の数を標準的
なシステム２０における４０個そして８０個のワークス
テーション１５への拡張を許容する。サービス提供を受
けるデバイスの数は圧縮とともに２の因数だけ拡張され
る。

【００５０】バッファ２１、高速度接続およびスイッチ
２２の実施は複数の異なる方法で行われ得る。一つの方
法は、（複数の入／出力ポート１６を具備する）蓄積装
置１３の並列接続を電気的なスイッチのバックプレーン
２４へ接続することである。各ポート１６の出力は、高
速度のシリアルなストリームを光ファイバ通信チャンネ
ルに供給する個別の並列シリアル変換回路をドライブす
るのに使用してもよい。ファイバオプチックケーブル２
６の個別のファイバは分布ワークステーション１５のそ
れぞれを蓄積装置１３に接続する。ワークステーション
１５では、光受信装置ともとの並列形式に変化させる直
／並列変換器がある。ファイバオプチックケーブル２６
の使用は受信ステーションを蓄積装置１３から数キロメ
ートルの距離であることを許容する。蓄積装置１３の各
チャンネルまたはポートはデータフローを蓄積デバイス
２３へまたはこれから出し入れし、資源がフリーである
待ち時間を提供する能力を有するべきである。

【００５１】別の方法が、ファイバオプチック伝送路の
スプリッタ／中継器使用により指示されるスイッチを使
用することである。この方法は、数個のワークステーシ
ョン１５をスプリッタ／中継器を使用し単一のファイバ
ネットワークへ接続する。この方式の使用は、データが
そこへ送信されるところの対応するワークステーション
１５のアドレスを識別する付加アドレスをデータが含む
ことを必要とする。

【００５２】さらに別の方法が、蓄積デバイス２３のポ
ート１６のそれぞれへの接続のためファイバ分配データ
接続部（ＦＤＤＩ）などのネットワークを使用する。か
かるネットワークはそれぞれ、ネットワーク上の選択さ
れた宛て先へデータをアドレスする能力と一緒に高速度
データ路を提供する。この種のデータ路は蓄積デバイス
２３に２８個まで接続できる。ところで、この方法はフ
ァイバチャンネルの通信調停に必要なオーバヘッドメッ
セージトラフィックにより各チャンネル／ポートの全通
信容量を低下し、限定されたブロック転送を生ずる。

【００５３】蓄積装置２３の高速度バッファ２１が光学
的データブロックを捕捉するのに適当なようなされる。
バッファ２１はパイプライン処理されるデータフローの
一サービスブロックを保持する。最も高速度で使用され
れば、これら既存のバッファ２１がサービスブロックの
バッファ動作を提供しかつこの構造体２０の必要な高速
度データフローを提供する。

【００５４】バッファ２１がそれぞれのワークステーシ
ョン１５に提供され、蓄積装置１３からデータを受け取
る。これらのバッファ２１が蓄積装置１３のそれと同様
の大きさである。ある蓄積装置１３は、非圧縮データに
ついて毎秒１００メガビットまたは圧縮データについて
毎秒２００メガビットに接近するスループット能力を有
する。蓄積装置１３と一所に配置されるワークステーシ
ョン１５がバッファ２１を必要とせずそして直接蓄積装
置１３に接続され得る。

【００５５】データ圧縮が、蓄積装置１３へのおよびこ
れからのデータフローをできるだけ最小限にするため
に、ワークステーション１５で通常遂行される。さら
に、データ圧縮の使用は蓄積要求が低減されることを意
味する。

【００５６】要約すると、本発明の構造体は、一つの蓄
積装置１３をして非常に多くの数のソース１１およびワ
ークステーション１４を維持するのを可能にする。広い
意味において、本発明は、イメージングシステム２０の
ため多数のイメージソース１１、プロセッサ１２および
ワークステーション１５を支持する。他のデータタイプ
または混合データタイプについて、蓄積装置１３を拡張
することなく同様のシステム２０の資源拡張が可能であ
る。もちろん、蓄積装置１３は所定の応用に必要とされ
る適当な蓄積量および適当な接続部および速度をも有し
なければならない。

【００５７】構造体２０の主要素は蓄積装置１３のそれ
ぞれの入／出力ポート１６へ取付けられたスイッチ２２
と関連のバッファ２１である。バッファ２１は入／出力
ポート１６へのそしてこれからのデータの非常に迅速な
移動を可能にし、、別のデバイス１１、１２、１４、１
５による使用のためできるだけ迅速に入／出力ポート１
６をフリーにする。実施するのに低減された蓄積装置１
３の実行に際して、平均待ち時間が蓄積装置１３が利用
できるようになる前３０ミリ秒よりも短い。

【００５８】バッファ２１の使用は、システム２０をし
て、必要に応じて蓄積デバイス２３へのまたはこれから
のデータの「迅速出入れ」あるいはスロットル動作をそ
して蓄積デバイス２３が利用できるようになるまで待つ
ことを可能にする。このデータフローのスロットル動作
は蓄積デバイス２３をして、本発明のこの様相を使用し
ないシステムの３０％〜５０％の平均データ転送速度を
実現するのを可能にする。スロットル動作の能力なし
に、高速度デバイス１１、１２、１４、１５への拡張転
送がいずれの他の転送をも生ずるのを非常に困難にす
る。いずれの他の転送も、伝送リクエストが間違った時
間に生ずれば、データフローを中断し得、データフロー
に短い中断を招く。テープ装置またはその他の類似の装
置について、中断は、データの記録または再生に混乱を
生ずる。

【００５９】一サービスブロックよりも小さなブロック
に入るデータが仕分けされ、転送前に一つのサービスブ
ロックを満たす。データの仕分けの失敗が蓄積装置１３
からのスループットを非常に限定する。

【００６０】圧縮が大きな像に必要とされるサービスブ
ロック数の低減にまたは一サービスブロック当りの小さ
な像の数の増大に使用される。毎秒１００メガビット／
秒で一入／出力ポート１６を通るデータの移動は、圧縮
が除去された後、毎秒２００メガビット以上の有効デー
タ速度を生ずる。高速バッファ２１はこの高いデータ速
度発生または吸収を助ける。高速の圧縮データフローと
一緒の圧縮は入／出力ポート１６の利用度をそのスルー
プット容量の小さな割合にしそしてスイッチ２２の使用
を通じ他の要素で入／出力ポート１６の時分割を可能に
する。

【００６１】スイッチ２２および高速バッファ２１の付
加は蓄積装置１３が、直接接続の蓄積装置１３と比較
し、標準的な実施におけるワークステーション１５の１
８倍およびデータソースの９倍を支持するのを可能にす
る。デバイス１１、１２、１４および１５の数は、標準
的な実施についての２８個から１２０個へ拡張する。全
ての入／出力ポート１６に対するフル拡張が３００個以
上のデバイスへの全体接続を提供する。

【００６２】像およびそのほかの大量のデータブロック
の収集、蓄積および多数のユーザへの分配を提供する新
規かつ改善された像蓄積および分散構造体を開示した。
当業者であれば、上記実施例は単なる例示であり、本発
明の技術思想から逸脱することなく種々の応用および変
更が可能であることは明らかであろう。かかる応用およ
び変更は全て請求の範囲に記載された本発明の技術思想
内に包摂されるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のディジタルデータ収集、蓄積および分散
システム構造体を図示する模式図である。

【図２】図１の構造体に対する改良である本発明の原理
によるディジタルデータ収集、蓄積および分散システム
構造体の詳細を図示する模式図である。

【図３】図２の装置の蓄積装置の詳細を図示する模式図
である。

【符号の説明】 １１ ソース １２ プロセッサ １３ 蓄積ユニット手段 １４ 保管部 １５ ワークステーション ２０ データ蓄積および分散構造体 ２４ バックプレーンバス ２６ 高速ファイバオプチックリンク部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・エイ・グリクスマン アメリカ合衆国カリフォルニア州サンノ ゼ、ゴーンダバート・レイン550 (72)発明者 リチャード・エイ・カールソン アメリカ合衆国カリフォルニア州ロスアル トス、リンダ・ビスタ945

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大きなデータブロックの収集、蓄積およ
   び多数のユーザへの分配を行うデータ蓄積および分散構
   造体（２０）において、 それぞれが出力バッファを具備した複数のデータソース
   （１１）と、 それぞれが入力バッファおよび出力バッファを具備した
   複数のワークステーション（１５）と、 それぞれが入力バッファおよび出力バッファを具備した
   複数の保管部（１４）と、 複数のプロセッサ（１２）と、 それぞれが入力バッファと出力バッファとスイッチとを
   具備する複数の入／出力ポートを有する蓄積ユニット手
   段（１３）であって、 選択される入／出力ポートが複数のソース（１１）、複
   数のワークステーション（１５）、複数のプロセッサ
   （１２）または選択された複数保管部（１４）へ選択的
   に結合されており、データソース（１１）とワークステ
   ーション（１５）とプロセッサ（１２）と保管部（１
   ４）とから誘導されるデータの蓄積のため、複数の蓄積
   デバイスと複数の入／出力ポートのそれぞれの入力バッ
   ファおよび出力バッファとへ結合されたバックプレーン
   バス（２４）を具備した前記蓄積ユニット手段（１３）
   と、 複数のデータソース（１１）と選択される蓄積ユニット
   手段（１３）スイッチとの間、複数のワークステーショ
   ン（１５）と選択される蓄積ユニット手段（１３）スイ
   ッチとの間、複数のプロセッサ（１２）と選択される蓄
   積ユニット手段（１３）スイッチとの間および保管部
   （１４）と蓄積ユニット手段（１３）の選択バッファと
   の間にそれぞれ接続された複数の高速ファイバオプチッ
   クリンク部（２６）とにより特徴付けられるデータ蓄積
   および分散構造体（２０）。
2. 【請求項２】 イメージおよび他の大きなデータブロッ
   クの収集、蓄積および多数のユーザへの分配を行うイメ
   ージ蓄積および分散構造体（２０）において、それぞれ
   が出力バッファを具備した複数のイメージソース（１
   １）と、 それぞれが入力バッファおよび出力バッファを具備した
   複数のイメージワークステーション（１５）と、 それぞれが入力バッファおよび出力バッファを具備した
   複数の保管部（１４）と、 複数のプロセッサ（１２）と、 それぞれが入力バッファと出力バッファとスイッチとを
   具備する複数の入／出力ポートを有する蓄積ユニット手
   段（１３）であって、 選択される入／出力ポートが選択された複数イメージソ
   ース（１１）、選択された複数イメージワークステーシ
   ョン（１５）、選択された複数プロセッサ（１２）また
   は選択された複数保管部（１４）へ結合されており、イ
   メージソース（１１）とワークステーション（１５）と
   プロセッサ（１２）と保管部（１４）とから誘導される
   像の蓄積のため、複数の蓄積デバイスと複数の入／出力
   ポートのそれぞれの入力バッファおよび出力バッファと
   へ結合されたバックプレーンバス（２４）を具備する前
   記蓄積ユニット手段（１３）と、 複数のイメージソース（１１）と選択される蓄積ユニッ
   ト手段（１３）のスイッチとの間、複数のワークステー
   ション（１５）の入力および出力バッファと選択される
   蓄積ユニット手段（１３）のスイッチとの間、複数のプ
   ロセッサ（１２）と選択される蓄積ユニット手段（１
   ３）のスイッチとの間および保管部（１４）と蓄積ユニ
   ット手段（１３）の選択されるバッファとの間にそれぞ
   れ接続された複数の高速ファイバオプチックリンク部
   （２６）とにより特徴付けられるイメージ蓄積および分
   散構造体（２０）。