JPH09128292A - キャッシュメモリ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のリードアヘッド方式の装置に比べて、
さらにキャッシュヒット率を向上させ、データ読み出し
時の平均アクセス時間を小さくする。 【解決手段】 キャッシュ装置は、記録媒体より読み出
したデータを一時記憶するキャッシュメモリを備え、キ
ャッシュコントロール部１３により制御を行うようにな
っている。ホストコンピュータからの読み出し要求を受
けると、読み出し要求されたデータのスタートＬＢＡ番
号とデータ長をスタートＬＢＡ番号格納部１，データ長
格納部２に各々格納し、戻り値格納部３，先読み値格納
部５に格納された戻り値と先読み値とから、制御部６，
比較減算部７，比較加算部８によってＬＢＡ番号を遡る
読み出しと先読み処理とを加味した新たなスタートＬＢ
Ａ番号とデータ長を得る。これを基に、読み出し要求さ
れたデータと共に前後の領域のデータも一緒に読み出し
てキャッシュメモリに格納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上位のホストコン
ピュータと記録媒体との間で転送されるデータを高速ア
クセス可能なキャッシュメモリに一時格納し、記録処理
や再生処理の高速化を図るキャッシュメモリ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に光ディスク装置などの情報記録再
生装置は、情報処理装置におけるホストコンピュータの
外部記録装置として用いられているが、記録媒体に対す
るデータの書き込み処理及び読み出し処理はホストコン
ピュータとの間でのデータ転送処理速度よりも遅いた
め、近年では中間にキャッシュメモリを設け、このキャ
ッシュメモリを介してデータ転送を行うことにより、デ
ータの記録処理や再生処理の高速化を図ったものが用い
られてきている。特に、光ディスクを記録媒体として用
いる光ディスク装置では、記録媒体への書き込み処理に
多くの時間がかかるため、記録データや再生データを一
時格納するディスクキャッシュメモリを設けたものが一
般的である。

【０００３】このようなキャッシュメモリを備えた装置
として、例えば特開平２−１２２３４５号公報に開示さ
れている記憶制御装置では、データの読み出し要求があ
った場合に、ホストコンピュータから要求されたデータ
と共に、さらに先のブロックのデータをあらかじめ先読
みするようにした、いわゆるリードアヘッド方式のキャ
ッシュメモリ装置が提案されている。この構成によれ
ば、ホストコンピュータから要求されたデータにおい
て、キャッシュメモリに格納されているデータについて
は記録媒体から読み出さずにキャッシュメモリよりホス
トコンピュータに転送することによって、読み出し処理
時のアクセスタイムを短縮でき、さらに、先読み処理に
よって読み出し時のキャッシュメモリのヒット率を向上
させることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の装置では、ランダムなブロックへのアクセスや
ブロック番号が減少する方向へのアクセスに対しては、
先読み処理を行ってもキャッシュメモリ上に読み込んだ
データはヒットしないため、データ読み出しのための一
連の動作を行って記録媒体からデータを読み出す必要が
ある。従って、従来のリードアヘッド方式のキャッシュ
メモリ装置では、アクセスするブロックの状況によって
は平均アクセス時間が著しく大きくなってしまうおそれ
がある。

【０００５】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、従来のリードアヘッド方式の装置に比べて、さ
らにキャッシュヒット率を向上させ、データ読み出し時
の平均アクセス時間を小さくすることが可能なキャッシ
ュメモリ装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるキャッシュ
メモリ装置は、ホストコンピュータからの読み出し要求
を受けて記録媒体から読み出したデータを一時記憶する
キャッシュメモリ手段と、前記ホストコンピュータから
読み出し要求されたデータの記録媒体上での書き込み位
置を基に、この書き込み位置より所定の大きさ遡った領
域を読み出し対象とするデータ読み出し位置設定手段
と、前記データ読み出し位置設定手段の指示に基づき、
前記読み出し要求されたデータと共に前記遡った領域の
データを読み出して前記キャッシュメモリ手段に格納す
る遡及データ読み出し手段と、を備えたものであり、読
み出し要求されたデータと共にこのデータの書き込み位
置より所定の大きさ遡った領域のデータを読み出すこと
によって、キャッシュのヒット率を向上させることが可
能となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１ないし図５は本発明の一実施
形態に係り、図１はキャッシュコントロール部の機能構
成を示すブロック図、図２はキャッシュ装置を含む情報
記録再生システムの概略構成を示す構成図、図３は図２
のキャッシュ装置の内部構成を示すブロック図、図４は
本実施形態のキャッシュ装置におけるデータ読み出し時
のリード領域を示す作用説明図、図５はキャッシュコン
トロール部の動作の流れを示すフローチャートである。

【０００８】本実施形態では、わかりやすくするために
キャッシュ機能のみを独立した装置とした構成例を示
す。

【０００９】図２に示すように、情報記録再生システム
は、ハードディスク，光磁気ディスク，相変化光ディス
クなどの記録媒体を用いてデータの読み出しや書き込み
を行うディスク装置１１と、ディスク装置１１に対して
読み出し要求や書き込み要求を送るホストコンピュータ
９と、前記ホストコンピュータ９とディスク装置１１と
の間に設けられ、アクセス速度向上のためのキャッシュ
機能を有するキャッシュ装置１０と、を有して構成され
ており、各装置間がＳＣＳＩ（Small ComputerSystem I
nterface）バスによって接続されている。

【００１０】なお、キャッシュ機能としては独立したキ
ャッシュ装置に限らず、ホストコンピュータにおいてキ
ャッシュプログラムを設けたり、ディスク装置内のディ
スクコントローラにおいてキャッシュ手段を設けた構成
等によっても、同様の作用効果が得られる。また、本実
施形態ではディスク装置１１からデータを読み出す処理
についてのみ説明する。

【００１１】キャッシュ装置１０の内部の主要な構成を
図３に示す。キャッシュ装置１０には、ホストコンピュ
ータ９，ディスク装置１１との間でそれぞれコマンド及
びデータのやりとりを行うＳＣＳＩバスに接続されたイ
ンターフェイス回路１２，１４と、ディスク装置１１よ
り読み出したデータを一時格納するキャッシュメモリ１
５と、インターフェイス回路１２，１４及びキャッシュ
メモリ１５を制御するキャッシュコントロール部１３
と、を有して構成されており、各部が内部バスによって
接続されている。

【００１２】次に、キャッシュ装置１０内に設けられる
キャッシュコントロール部１３の機能構成について図１
を参照しながら説明する。

【００１３】データを記録再生する記録媒体上のセクタ
の物理的な位置は、トラック番号やセクタ番号で表され
るが、これらの番号はディスクの種類や構造によって異
なる場合がある。このため、ディスク装置とホストコン
ピュータとの間でのデータ転送を行うインターフェース
の一つであるＳＣＳＩ等の規格では、データを記録再生
するセクタの位置を指定するために、各領域に対して連
続した通し番号を振り直したＬＢＡ（Logical Block Ad
dress ）が用いられている。

【００１４】キャッシュコントロール部１３は、ホスト
コンピュータ９から読み出し要求（以下、リード要求と
呼ぶ）を受けた際にＬＢＡ番号を遡ってデータ読み出し
を行うための機能ブロックとして、スタートＬＢＡ番号
格納部１、データ長格納部２、戻り値格納部３、ヒット
判定部４、制御部６、比較減算部７、比較加算部８を有
している。また、ホストコンピュータ９からリード要求
を受けた際に先読み処理（リードアヘッド）を行うため
の機能ブロックとして、制御部６、先読み値格納部５及
び比較加算部８を有している。

【００１５】スタートＬＢＡ番号格納部１には、リード
要求時の読み始め（リード開始）のＬＢＡ番号が格納さ
れる。データ長格納部２には、リード要求時のスタート
ＬＢＡ番号からのデータの長さ（ＬＢＡ数）が格納され
る。戻り値格納部３には、スタートＬＢＡ番号から遡っ
て読み出しを行うための戻り値（ＬＢＡ数）が格納され
る。先読み値格納部５には、先読み処理を行うための先
読み値（ＬＢＡ数）が格納される。なお、戻り値格納部
３及び先読み値格納部５の値は、あらかじめ設定した固
定値でも良いし、可変値でも構わない。

【００１６】ヒット判定部４では、スタートＬＢＡ番号
格納部１とデータ長格納部２の値を受けてリード要求が
あったブロックがキャッシュにヒットするか、すなわち
リード要求されたデータがキャッシュメモリ１５に格納
されているか否かを判定するようになっている。

【００１７】制御部６では、ヒット判定部４の結果に基
づいて比較減算部７及び比較加算部８の動作制御を行
う。キャッシュがヒットしている場合は、比較減算部７
及び比較加算部８で減算も加算も行うことなく、スター
トＬＢＡ番号格納部１とデータ長格納部２に格納されて
いる値をそのまま内部バスを介してインターフェイス回
路１４に送るようになっている。また、キャッシュがヒ
ットしていない場合は、比較減算部７及び比較加算部８
で演算された新しいスタートＬＢＡ番号とデータ長とを
内部バスを介してインターフェイス回路１４に送るよう
になっている。

【００１８】比較減算部７では、キャッシュがヒットし
ていない場合に、スタートＬＢＡ番号格納部１と戻り値
格納部３の値から減算を行い、ＬＢＡ番号を遡る読み出
しを加味した新たなスタートＬＢＡ番号を得て内部バス
へ出力するようになっている。またキャッシュがヒット
している場合には、ホストコンピュータ９から受信して
スタートＬＢＡ番号格納部１に格納されたスタートＬＢ
Ａ番号をそのまま内部バスへ出力するようになってい
る。

【００１９】比較加算部８では、キャッシュがヒットし
ていない場合に、データ長格納部２と戻り値格納部３及
び先読み値格納部５の値から加算を行い、ＬＢＡ番号を
遡る読み出しと先読み処理とを加味した新たなデータ長
（ＬＢＡ数）を得て内部バスへ出力するようになってい
る。またキャッシュがヒットしている場合には、ホスト
コンピュータ９から受信してデータ長格納部２に格納さ
れたデータ長をそのまま内部バスへ出力するようになっ
ている。

【００２０】上記のように構成されたキャッシュ装置１
０の動作を図４及び図５を参照してより詳しく説明す
る。

【００２１】本実施形態では、ホストコンピュータ９か
らリード要求を受けた場合に、図４に示すように、リー
ド要求のあったブロックと共に、このブロックに隣接し
たＬＢＡ番号の大きい領域αを読み出す先読み処理を行
うのに加えて、前記リード要求のあったブロックに隣接
したＬＢＡ番号の小さい領域βを遡って読み出す処理を
行う。すなわち、実際に読み出すブロックとしては、リ
ード要求のあったブロックの前後の領域α及びβを含ん
だ領域のデータを読み出してキャッシュ装置１０のキャ
ッシュメモリ１５に格納する。

【００２２】リード要求を受けた後のキャッシュコント
ロール部１３の動作としては、図５に示すように、まず
ステップＳ１（以降はステップを省略し単にＳ１のよう
に記す）で、ヒット判定部４により、スタートＬＢＡ番
号格納部１とデータ長格納部２の値からリード要求のあ
ったブロックがキャッシュにヒットしているか否かを判
断する。

【００２３】Ｓ２でリード要求のあったブロックがキャ
ッシュにヒットしている場合は、キャッシュメモリ１５
に格納されているデータを読み出せば良いため、Ｓ３に
進み、制御部６によってスタートＬＢＡ番号格納部１と
データ長格納部２に格納されているそれぞれの値をその
まま内部バスに送る。そして、キャッシュメモリ１５に
格納されているデータを読み出し、インターフェース回
路１２，ＳＣＳＩバスを介してホストコンピュータ９に
転送する。

【００２４】Ｓ２でリード要求のあったブロックがキャ
ッシュにヒットしていない場合は、Ｓ４に進み、戻り値
格納部３とスタートＬＢＡ番号格納部１及び比較減算部
７により、スタートＬＢＡ番号格納部１と戻り値格納部
３の値から減算を行い、ＬＢＡ番号を遡る読み出しを加
味した新しいスタートＬＢＡ番号を得る。ここで、スタ
ートＬＢＡ番号が戻り値よりも小さいときは、新しいス
タートＬＢＡ番号を０とし、スタートＬＢＡ番号が戻り
値よりも大きいときは、２つの値の差を新しいスタート
ＬＢＡ番号とする。

【００２５】次いで、Ｓ５で、スタートＬＢＡ番号格納
部１，戻り値格納部３，データ長格納部２，先読み値格
納部５，及び比較加算部８により、データ長格納部２と
戻り値格納部３及び先読み値格納部５の値から加算を行
い、ＬＢＡ番号を遡る読み出し処理と先読み処理とを加
味した新しいデータ長を得る。ここで、スタートＬＢＡ
番号とデータ長と先読み値の和がＬＢＡ番号の最大値よ
りも大きいときは、ＬＢＡ番号の最大値と新しいスター
トＬＢＡ番号との差を新しいデータ長とする。また、前
記和がＬＢＡ番号の最大値よりも小さいときは、データ
長と先読み値と戻り値の和を新しいデータ長とする。

【００２６】その後、Ｓ６で、制御部６により、新しい
スタートＬＢＡ番号とデータ長を内部バスに送り、イン
ターフェース回路１４，ＳＣＳＩバスを介してディスク
装置１１に転送する。これを受けて、ディスク装置１１
において新しいスタートＬＢＡ番号とデータ長により指
定される領域のデータが読み出される。

【００２７】ディスク装置１１で読み出されたデータ
は、キャッシュ装置１０に転送されてキャッシュメモリ
１５に格納され、リード要求のあったデータのみがキャ
ッシュ装置１０を介してホストコンピュータ９へ転送さ
れる。以上により、ホストコンピュータ９からのリード
要求に対する処理が終了する。

【００２８】以上のように、本実施形態では従来のリー
ドアヘッド方式のように読み出し要求されたブロックよ
り先のブロックを一緒に読み出す先読み処理を行うので
はなく、読み出し要求された先頭ブロックよりも遡った
ブロックを一緒に読み出してキャッシュメモリに取り込
む処理を行うことにより、ランダムなブロックへのアク
セスやブロック番号が減少する方向へのアクセスなどに
対してもキャッシュメモリ上に読み込んだデータがヒッ
トする確率が高くなる。このため、アプリケーションや
オペレーションシステム（ＯＳ）の種類や動作状況にか
かわらず、従来のリードアヘッド方式のものに比べてさ
らにキャッシュのヒット率を向上させることができ、こ
の結果、データ読み出し時の平均アクセス時間を小さく
することが可能となる。

【００２９】［付記］ （１） ホストコンピュータからの読み出し要求を受け
て記録媒体から読み出したデータを一時記憶するキャッ
シュメモリ手段と、前記ホストコンピュータから読み出
し要求されたデータの記録媒体上での書き込み位置を基
に、この書き込み位置より所定の大きさ遡った領域を読
み出し対象とするデータ読み出し位置設定手段と、前記
データ読み出し位置設定手段の指示に基づき、前記読み
出し要求されたデータと共に前記遡った領域のデータを
読み出して前記キャッシュメモリ手段に格納する遡及デ
ータ読み出し手段と、を備えたことを特徴とするキャッ
シュメモリ装置。

【００３０】（２） 前記データ読み出し位置設定手段
は、前記ホストコンピュータから読み出し要求されたデ
ータの記録媒体上での書き込み位置を基に、この書き込
み位置より所定の大きさ遡った領域に加えて、この書き
込み位置より所定の大きさ先の領域を読み出し対象とす
るものであり、さらに、前記データ読み出し位置設定手
段の指示に基づき、前記読み出し要求されたデータ及び
前記遡った領域のデータと共に前記先の領域のデータを
読み出して前記キャッシュメモリ手段に格納する先読み
データ読み出し手段を備えたことを特徴とする付記１に
記載のキャッシュメモリ装置。

【００３１】（３） 前記データ読み出し位置設定手段
は、前記書き込み位置として、前記記録媒体上のトラッ
ク位置及びセクタ位置を表すＬＢＡ（Logical Block Ad
dress）を用いることを特徴とする付記１または２に記
載のキャッシュメモリ装置。

【００３２】（４） 前記データ読み出し位置設定手段
は、前記読み出し要求されたデータの記録媒体上での書
き込み位置として、スタートＬＢＡ番号とデータ長を用
い、このスタートＬＢＡ番号より所定の大きさ遡った戻
り値を減算して新たなスタートＬＢＡ番号を得る減算手
段と、前記データ長に前記戻り値を加算して新たなデー
タ長を得る加算手段とを有し、これらの新たなスタート
ＬＢＡ番号と新たなデータ長によりデータ読み出し領域
を設定することを特徴とする付記３に記載のキャッシュ
メモリ装置。

【００３３】（５） 前記データ読み出し位置設定手段
は、前記読み出し要求されたデータの記録媒体上での書
き込み位置として、スタートＬＢＡ番号とデータ長を用
い、このスタートＬＢＡ番号より所定の大きさ遡った戻
り値を減算して新たなスタートＬＢＡ番号を得る減算手
段と、前記データ長及び前記戻り値と共に前記読み出し
要求されたデータの最終位置より所定の大きさ先の領域
を示す先読み値を加算して新たなデータ長を得る加算手
段とを有し、これらの新たなスタートＬＢＡ番号と新た
なデータ長によりデータ読み出し領域を設定することを
特徴とする付記３に記載のキャッシュメモリ装置。

【００３４】（６） 前記ホストコンピュータから読み
出し要求されたデータが前記キャッシュメモリ手段に格
納されているか否かを判断するキャッシュヒット判定手
段と、前記読み出し要求されたデータが前記キャッシュ
メモリ手段に格納されていない場合にのみ、前記読み出
し要求されたデータと共に前記遡った領域のデータの読
み出しを行って前記キャッシュメモリ手段に格納するキ
ャッシュ制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする
付記１に記載のキャッシュメモリ装置。

【００３５】（７） ホストコンピュータからの読み出
し要求を受けて記録媒体から読み出したデータを一時記
憶するキャッシュメモリ手段を備えたキャッシュメモリ
装置において、前記ホストコンピュータから記録媒体に
記録されたデータの読み出し要求があったとき、前記ホ
ストコンピュータから読み出し要求されたデータの記録
媒体上での書き込み位置を基に、この書き込み位置より
所定の大きさ遡った領域を読み出し対象とするデータ読
み出し位置設定手順と、前記設定されたデータ読み出し
位置情報に基づき、前記読み出し要求されたデータと共
に前記遡った領域のデータを読み出して前記キャッシュ
メモリ手段に格納する遡及データ読み出し手順と、を有
することを特徴とするキャッシュメモリ管理方法。

【００３６】（８） ホストコンピュータからの読み出
し要求を受けて記録媒体から読み出したデータを一時記
憶するキャッシュメモリ手段を備えたキャッシュメモリ
装置において、前記ホストコンピュータから記録媒体に
記録されたデータの読み出し要求があったとき、前記ホ
ストコンピュータから読み出し要求されたデータの記録
媒体上での書き込み位置を基に、この書き込み位置より
所定の大きさ遡った領域に加えて、この書き込み位置よ
り所定の大きさ先の領域を読み出し対象とするデータ読
み出し位置設定手順と、前記設定されたデータ読み出し
位置情報に基づき、前記読み出し要求されたデータ及び
前記遡った領域のデータと共に前記先の領域のデータを
読み出して前記キャッシュメモリ手段に格納する遡及お
よび先読みデータ読み出し手順と、を有することを特徴
とするキャッシュメモリ管理方法。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来のリードアヘッド方式の装置に比べて、さらにキャッ
シュヒット率を向上させ、データ読み出し時の平均アク
セス時間を小さくすることが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るキャッシュ装置におけ
るキャッシュコントロール部の機能構成を示すブロック
図

【図２】キャッシュ装置を含む情報記録再生システムの
概略構成を示す構成図

【図３】図２のキャッシュ装置の内部構成を示すブロッ
ク図

【図４】本実施形態のキャッシュ装置におけるデータ読
み出し時のリード領域を示す作用説明図

【図５】キャッシュコントロール部の動作の流れを示す
フローチャート

【符号の説明】

１…スタートＬＢＡ番号格納部 ２…データ長格納部 ３…戻り値格納部 ４…ヒット判定部 ５…先読み値格納部 ６…制御部 ７…比較減算部 ８…比較加算部 ９…ホストコンピュータ １０…キャッシュ装置 １１…ディスク装置 １２，１４…インターフェース回路 １３…キャッシュコントロール部 １５…キャッシュメモリ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホストコンピュータからの読み出し要求
   を受けて記録媒体から読み出したデータを一時記憶する
   キャッシュメモリ手段と、 前記ホストコンピュータから読み出し要求されたデータ
   の記録媒体上での書き込み位置を基に、この書き込み位
   置より所定の大きさ遡った領域を読み出し対象とするデ
   ータ読み出し位置設定手段と、 前記データ読み出し位置設定手段の指示に基づき、前記
   読み出し要求されたデータと共に前記遡った領域のデー
   タを読み出して前記キャッシュメモリ手段に格納する遡
   及データ読み出し手段と、 を備えたことを特徴とするキャッシュメモリ装置。
2. 【請求項２】 前記データ読み出し位置設定手段は、前
   記ホストコンピュータから読み出し要求されたデータの
   記録媒体上での書き込み位置を基に、この書き込み位置
   より所定の大きさ遡った領域に加えて、この書き込み位
   置より所定の大きさ先の領域を読み出し対象とするもの
   であり、 さらに、前記データ読み出し位置設定手段の指示に基づ
   き、前記読み出し要求されたデータ及び前記遡った領域
   のデータと共に前記先の領域のデータを読み出して前記
   キャッシュメモリ手段に格納する先読みデータ読み出し
   手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のキャッ
   シュメモリ装置。