DE102006013976A1

DE102006013976A1 - Festplattenlaufwerk, Datenverarbeitungsvorrichtung und Lese-/Schreibverfahren

Info

Publication number: DE102006013976A1
Application number: DE102006013976A
Authority: DE
Inventors: Dong-Hyun Yongin Song; Young-Joon Seongnam Choi; Bum-Soo Seongnam Kim; Myung-Jin Suwon Jung
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-12-07
Also published as: US20110063748A1; US20090100218A1; KR100759427B1; US8102614B2; US20060209444A1; US7483228B2; JP2006260759A; JP4694995B2; KR20060100684A; US7864465B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Festplattenlaufwerk mit einer Platte, eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk und ein zugehöriges Datenlese-/Datenschreibverfahren. DOLLAR A Das erfindungsgemäße Festplattenlaufwerk umfasst einen ersten Puffer (230), der dafür eingerichtet ist, auf der Platte zu speichernde Daten temporär zu speichern, einen zweiten Puffer (250), der dafür eingerichtet ist, Daten zu speichern, die wenigstens vom ersten Puffer empfangen werden, und eine Steuereinheit ((210), der dafür eingerichtet ist, die temporär im ersten Puffer gespeicherten Daten gemäß einem Betriebszustand der Platte auf der Platte und/oder im zweiten Puffer zu speichern. DOLLAR A Verwendung z. B. für mobile Datenverarbeitungsvorrichtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Festplattenlaufwerk mit einer Festplatte, eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk und ein zugehöriges Datenlese-/Datenschreibverfahren.

Mit dem Aufkommen der Informationsgesellschaft ist die Datenmenge, welche Personen speichern und tragen können sollen, dramatisch angestiegen. Dieser Bedarf treibt eine kontinuierliche Nachfrage nach Datenspeichermedien. Verschiedene persönliche Datenspeichergeräte sind entwickelt worden, um diesen Bedarf zu befriedigen. Ein Beispiel für ein Datenspeichergerät ist das Festplattenlaufwerk (HDD). Das HDD ist aufgrund seiner hohen Speicherdichte, hohen Datenübertragungsrate, schnellen Datenzugriffszeit und seines niedrigen Preises weit verbreitet. Technisch gesehen ist ein HDD ein Bauelement, welches die Position auf einer Speicherplatte, d.h. der aktuellen Festplatte, während Lese- und Schreibvorgängen steuert, die sich auf Daten beziehen, die auf der Festplatte gespeichert sind. Da das HDD und die Festplatte in einer Einheit integriert sind, umfasst der Begriff „HDD" allgemein die Festplatte und ihren Antrieb.

Die in der herkömmlichen HDD enthaltene Festplatte vom Aufnahmetyp wird in einem internen Vakuumbereich gehalten, welcher von der externen Umgebung isoliert ist. Ein Lese-/Schreibkopf (R/W-Kopf) schreibt Daten auf die Festplatte und liest Daten von ihr. Ein Aufbau mit einem mechanischen Arm bewegt den R/W-Kopf über die Oberfläche der Platte. Die herkömmliche Platte umfasst wenigstens eine Aluminiumplatte, welche mit magnetischem Material überzogen ist. Diese Kombination dient als Hauptdatenspeichermedium Die Aluminiumplatte wird auch als eine „Speicherplatte" bezeichnet. Die Struktur eines herkömmlichen HDD ist beispielsweise in der Patentschrift US 4.638.383 offenbart, deren Gegenstand hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.

HDDs können gemäß ihren jeweiligen Schnittstellentypen in HDDs vom Typ mit integrierter Treiberelektronik (IDE) und in HDDs vom Typ mit kleiner Rechnersystemschnittstelle (SCSI) klassifiziert werden. Das HDD vom IDE-Typ umfasst eine installierte Steuerung. Entsprechend erfordert das HDD vom IDE-Typ im Gegensatz zum HDD vom SCSI-Typ keine getrennte Erweiterungskarte. Das HDD vom IDE-Typ wird auch als „Advanced Technology Attachment" (ATA) bezeichnet. Das ATA ist ein formaler Schnittstellenname, welcher vom SFF-Komitee („Small Form Factor Committee") definiert ist. Neuerdings wurde eine serielle ATA-Schnittstelle, welche serielle Datenübertragungen definiert, in HDD-Geräten eingebaut.

Moderne HDDs werden nicht nur in Tischrechnern, sondern auch in tragbaren Geräten mit verschiedenen Datenverarbeitungsfunktionen eingebaut, wie Notebook-Rechnern, MP3-Abspielgeräten, Mobiltelefonen, persönlichen digitalen Assistenten (PDAs) und GPS- Navigationsgeräten. Solche mobilen Geräte beziehen ihre Energie aus einer begrenzten Energiequelle, wie einer Batterie. Entsprechend kann das mobile Gerät nicht arbeiten, wenn die gespeicherte Energie der Batterie verbraucht ist. Daher ist der Energieverbrauch für solche mobilen Geräte ein immer vorhandener Auslegungsgesichtspunkt.

Eine Energieverbrauchsabsenkung bei einem mobilen Gerät ist eine schwierige Aufgabe, da Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeiten zunehmen und die mobilen Geräte eine immer weiter ansteigende Anzahl von Aufgaben ausführen sollen. Eine Miniaturisierung von Komponenten hat geholfen, den Energieverbrauch zu reduzieren. Die Entwicklung der System-auf-Chip(SOS)-Technologie hat den Gesamtenergieverbrauch reduziert, aber das Verhältnis des gesamten Energieverbrauchs durch das mobile Gerät zum Energieverbrauch durch das enthaltene HDD hat in Wirklichkeit zugenommen. Entsprechend sind weitere Anstrengungen erforderlich, um den Energieverbrauch von in mobilen Geräten eingebauten Datenspeicherbauelementen wie HDDs zu minimieren.

Als technisches Problem liegt der Erfindung die Bereitstellung eines Festplattenlaufwerks, einer damit ausgerüsteten Datenverarbeitungsvorrichtung und eines zugehörigen Datenlese-/Datenschreibverfahrens zugrunde, welche in der Lage sind, die oben genannten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden und insbesondere einen geringeren Energieverbrauch zu ermöglichen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Festplattenlaufwerks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einer Datenverarbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und eines Verfahrens zum Lesen/Schreiben von Daten innerhalb der Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 oder 19.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung stellt daher ein Festplattenlaufwerk, eine Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk und ein zugehöriges Lese-/Schreibverfahren zur Verfügung, welche angepasst sind, den Energieverbrauch insbesondere eines Datenspeicherbauelements wie dem Festplattenlaufwerk weiter zu reduzieren und dadurch die Lebensdauer der Batterie eines tragbaren Gerätes zu verlängern. In einem zugehörigen Aspekt stellt die Erfindung ein Festplattenlaufwerk, eine korrespondierende Datenverarbeitungsvorrichtung und ein zugehöriges Lese-/Schreibverfahren zur Verfügung, welche angepasst sind, um einen effizienten Dateneingabe-/Datenausgabepfad gemäß verschiedenen Betriebszuständen für das Datenspeicherbauelement zu definieren.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und ein herkömmliches Ausführungsbeispiel, das für Vergleichszwecke aufgenommen wurde, sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem HDD,
2 ein Zustandsdiagramm zur Darstellung der Funktionsweise des in 1 dargestellten HDDs,
3 und 4 Diagramme zum Vergleichen einer Zustandsänderung für ein herkömmliches HDD, bei dem eine Datenschreib-/Datenleseanforderung wiederholt von einem Host erzeugt wird, mit einer analogen Zustandsänderung für ein erfindungsgemäßes HDD,
5 eine grafische Darstellung des Energieverbrauchs für das in 3 dargestellte HDD,
6 eine grafische Darstellung des Energieverbrauchs für das in 4 dargestellte HDD,
7 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen HDDs,
8 ein Blockdiagramm zur weiteren Darstellung einer HDD-Steuerung, welche im HDD von 7 verwendbar ist, und
9 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Prozesses zum Eingeben von Daten in und zum Ausgeben von Daten aus einem HDD gemäß der Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein HDD eine Platte, welche als Hauptspeichermedium dient, einen ersten und zweiten Puffer, welche angepasst sind, um temporär auf der Platte zu speichernde Daten zu speichern, und eine Steuerung, welche angepasst ist, um der Platte und/oder dem zweiten Puffer in den ersten Puffer eingegebene Daten gemäß dem Betriebszustand der Platte zur Verfügung zu stellen. In diesem Zusammenhang speichert der zweite Puffer Teile der auf der Platte zu speichernden Daten und stellt gleichzeitig die gespeicherten Daten der Platte zur Verfügung. Entsprechend ist es möglich, das Auftretungsverhältnis eines aktiven Zustands relativ zum Gesamtbetriebszustand für das HDD zu reduzieren, wobei das HDD eine relativ große Energiemenge während des so genannten „aktiven Zustands" verbraucht. Durch Reduzieren des Auftretungsverhältnisses kann der Energieverbrauch des HDDs für Datenverarbeitungsvorrichtungen, in die das HDD eingebaut ist, signifikant reduziert werden. In einer oder mehreren besonderen Ausführungsformen wird der zweite Puffer unter Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers implementiert, wodurch eine gute Datenwiedergewinnungsfähigkeit zur Verfügung gestellt wird.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Datenverarbeitungsvorrichtung 300 und insbesondere eine tragbare oder mobile Datenverarbeitungsvorrichtung 300 mit einem Festplattenlaufwerk (HDD) 200. Unter Bezugnahme auf 1 kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 300 in zwei Teile aufgeteilt sein, d.h. in einen Host 100 und das HDD 200. Der Host 100 umfasst im Wesentlichen eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 110, eine Anzeigeeinheit 120, eine Batterie 130 und eine Schlüsseleingabeeinheit 140. Der Host 100 und das HDD 200 sind in herkömmlicher Weise über einen Bus 10 verbunden. Beispiele einer Schnittstelle zwischen dem Host 100 und dem HDD 200 umfassen eine IDE-Schnittstelle, eine SCSI-Schnittstelle, eine ATA-Schnittstelle und eine serielle ATA-Schnittstelle.
Unter kurzzeitiger Bezugnahme auf 7 umfasst das HDD 200 in diesem speziellen Ausführungsbeispiel eine Platte 270, welche angepasst ist, um Daten zu speichern, und einen Flashspeicher 250, welcher angepasst ist, um als Zwischendatenspeichermedium zu wirken. Der Flashspeicher 250 speichert einen Teil der im HDD 200 zu speichernden Daten und stellt gleichzeitig die gespeicherten Daten dem HDD 200 zur Verfügung. Der Flashspeicher 250 kann unter Verwendung herkömmlicher nichtflüchtiger Speicherbauelemente implementiert werden, welche geschriebene oder programmierte Daten innerhalb einer internen Speicherzelle beibehalten, auch wenn Leistung für den Speicher abgeschaltet wird. Entsprechend weist der Flashspeicher 250 eine bessere Datenwiedergewinnungsfähigkeit als andere Formen von flüchtigen Speichern auf. Es können jedoch auch andere nichtflüchtige Speicher anstelle des Flashspeichers als Zwischendatenspeichermedium innerhalb des HDDs 200 verwendet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Flashspeicher 250 jedoch einen NAND-Typ-Flashspeicher, welcher in der Lage ist, einen Programmier-/Löschvorgang mit hoher Geschwindigkeit auszuführen. Diese Ausführungsform ermöglicht es dem HDD 200, gemeinsam und gleichzeitig Datenanfragen vom Host 100 zu verarbeiten. Beispielsweise können ein Datenschreibvorgang und ein Datenlesevorgang gleichzeitig verarbeitet werden, wodurch die vom HDD 200 und somit auch von der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 verbrauchte Energie reduziert wird.
2 zeigt ein Zustandsdiagramm eines beispielhaften Satzes von Betriebszuständen für das HDD 200. Die Betriebszustände sind in Bezug auf Energiemanagementzustände und optional auf zugehörige Energiemanagementstandards für das HDD 200 definiert. Der fortgeschrittene Energiemanagementstandard (APM-Standard) und der fortgeschrittene Konfigurations- und Schnittstellenstandard (ACPI-Standard) sind zwei fertige Beispiele.
Die beispielhaften Betriebszustände für das HDD 200 und der Energieverbrauch, welcher mit jedem der Betriebszustände assoziiert ist, werden nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2 sind vier Betriebszustände für das HDD 200 definiert, welche einen aktiven Zustand, einen Bereitschaftszustand, einen Leerlaufzustand und einen Schlafzustand umfassen. In großem Maßstab können die Betriebszustände für das HDD 200 als Betriebszustände für die Platte 270 betrachtet werden.
Im aktiven Zustand kann das HDD 200 einen Datenschreibvorgang, einen Datenlesevorgang und einen Datensuchvorgang in Reaktion auf Befehle durchführen, welche vom Host 100 empfangen werden. Der aktive Zustand verbraucht typischerweise die „volle Energie" im Bereich von 2W bis 2,5W.
Das HDD 200 tritt nach ungefähr fünf Sekunden, welche dem Abschluss von einem oder mehreren Datenschreibvorgängen, Datenlesevorgängen und Datensuchvorgängen folgen, die während eines aktiven Zustands ausgeführt werden, in den Leerlaufzustand ein. Im Leerlaufzustand wartet das HDD 200 nach der Ausführung aller empfangenen Befehle auf einen neuen Befehl vom Host 100. Während des Leerlaufzustands wird ein nicht dargestellter Plattenarm in eine Parkposition bewegt und eine Servo-Verfolgungsfunktion wird abgeschaltet. Unter diesen Bedingungen kann, da ein Schnittstellenprogramm zwischen dem Host 100 und dem HDD 200 in einem Bereitzustand bleibt, das HDD 200 innerhalb einer sehr kurzen Zeitperiode von z.B. ungefähr 40ms in den aktiven Zustand zurückkehren. Der Energieverbrauch im Leerlaufzustand ist allgemein kleiner als 1W.
Im Bereitschaftszustand sind die meisten Komponenten innerhalb des HDD 200 einschließlich seines Spindelmotors abgeschaltet. Unter diesen Bedingungen sind typischerweise zwischen 1,5 und 5 Sekunden für das HDD 200 erforderlich, um in den aktiven Zustand zurückzukehren. Im Bereitschaftszustand wird Energie von ungefähr 0,3W verbraucht.
Im Schlafzustand sind alle Komponenten innerhalb des HDDs 200 abgeschaltet, außer den Komponenten, welche einen vom Host 100 empfangbaren Aufwachbefehl verarbeiten. Entsprechend ist eine relativ lange Zeitspanne von beispielsweise mehr als 5 Sekunden für das HDD 200 erforderlich, um vom Schlafzustand zum aktiven Zustand zurückzukehren. Im Schlafzustand wird Energie von ungefähr 0,1W verbraucht.
Der typische Energieverbrauch des HDDs 200 in jedem der vorgenannten Betriebszustände ist unten in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Energieverbrauchsangaben in Tabelle 1 sind durch Untersuchen eines HDD mit 2,5'', Modell MHT20AH, hergestellt von Fujitsu, ermittelt worden.
Tabelle 1
Aus den bisherigen Ausführungen ergibt sich, dass mit der Zunahme des Auftretungsverhältnisses des aktiven Zustands zum Gesamtbetriebszustand des HDDs 200 die Gesamtenergie zunimmt, die von der Datenverarbeitungsvorrichtung 200 verbraucht wird, die das HDD 200 enthält. Außerdem nimmt mit der Zunahme der entsprechenden Auftretungsverhältnisse des Bereitschaftszustands oder des Schlafzustands zum Gesamtbetriebszustand des HDDs 200 die Gesamtenergie ab, die von der Datenverarbeitungsvorrichtung 200 verbraucht wird.
Daher steht der Energieverbrauch des HDDs 200 im engen Zusammenhang mit der Auftretungsfrequenzen der entsprechenden Betriebszustände. Durch Reduzieren der Auftretungsfrequenz des aktiven Zustands kann der Energieverbrauch des HDDs 200 reduziert werden. Der Zusammenhang zwischen der Auftretungsfrequenz des aktiven Zustands und dem Energieverbrauch des HDDs 200 wird nun detaillierter beschrieben.
3 zeigt eine Zustandsänderung für ein herkömmliches HDD, wenn eine Datenschreib-/Datenleseanforderung wiederholt vom Host 100 erzeugt wird. 4 zeigt eine Zustandsänderung für ein HDD, das gemäß der Erfindung ausgelegt ist und in Reaktion auf eine analoge Schreib-/Leseanforderung vom Host 100 betrieben wird. 5 zeigt grafisch den Energieverbrauch des herkömmlichen HDDs. 6 zeigt grafisch den Energieverbrauch des gemäß der Erfindung ausgelegten HDDs.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 5 wird deutlich, dass der Energieverbrauch für die entsprechenden HDDs tatsächlich gemäß den Betriebszuständen der Platte bestimmt wird. Wann immer eine Datenschreib-/Datenleseanforderung vom Host 100 erzeugt wird, nimmt das herkömmliche HDD den aktiven Zustand ein. Wann immer das HDD den aktiven Zustand einnimmt, verbraucht ein Zyklus mit voller Energie ungefähr 2,5W über eine vorbestimmte Betriebszeitperiode. Entsprechend verbraucht das HDD die volle Energie über die gesamte vorbestimmte Zeitperiode, auch wenn es nur eine geringe Datenmenge verarbeitet. Während eines vollständigen Zyklus, durch welchen der herkömmliche HDD vom aktiven Zustand zum Leerlaufzustand zum Bereitschaftszustand wechselt, wird eine Durchschnittsenergiemenge von 2,0W verbraucht.
Unter Bezugnahme nun auf die 4 und 6 führt das HDD 200 den korrespondierenden Schreib-/Lesevorgang unter Verwendung des Flashspeichers 250 aus, wann immer eine Datenschreib-/Datenleseanforderung vom Host 100 erzeugt wird, anstatt Daten auf die Platte 270 zu schreiben oder von dieser zu lesen. Wenn der Flashspeicher 250 jedoch voll ist, werden die im Flashspeicher 250 gespeicherten Daten zur Platte 270 übertragen, welche als „Hauptspeicher" wirkt, während der Flashspeicher 250 als „temporärer Speicher" wirkt.
Bis der Flashspeicher 250 jedoch voll ist, werden aktuelle Schreib-/Lesevorgänge in das/aus dem HDD 200 nur unter Verwendung des Flashspeichers 250 ausgeführt. Im Gegensatz dazu kann die Platte 270 des HDDs 200 im Bereitschaftsmodus bleiben. Das bedeutet, dass nach dem Empfang eines Rücksetzbefehls CMD das HDD 200 in den Bereitschaftszustand übergeht und der Flashspeicher 250 die Eingabe-/Ausgabevorgänge ausführt. Entsprechend ist es möglich, das Auftretungsverhältnis des aktiven Zustands zu reduzieren und dadurch den Energieverbrauch der Datenverarbeitungsvorrichtung mit dem HDD 200 zu reduzieren. Experimentale Resultate zeigen, dass unter den oben beschriebenen Annahmen das HDD 200 im Durchschnitt etwa einmal in 10 Minuten in den aktiven Zustand eintritt. Unter diesen Bedingungen fällt der Durchschnittsenergieverbrauch für das HDD 200 auf nur 0,3W oder ungefähr 6,67% des Energieverbrauchs des herkömmlichen HDD.
Daher schlägt ein aus dem Vorgenannten erhaltenes Prinzip vor, dass eine Datenschreibanforderung des Hosts 100 zuerst unter Verwendung des Flashspeichers 250 anstatt der Platte 270 ausgeführt werden sollte. Es ist jedoch häufig effizienter, Daten direkt auf die Platte 270 anstatt in den Flashspeicher 250 zu schreiben. Beispielsweise wenn das HDD 200 schon im aktiven Zustand ist und der Host 100 eine Schreibanforderung macht, können Daten effizient direkt auf die Platte 270 geschrieben werden. Zusätzlich kann es nach einem direkten Schreibvorgang auf die Platte 270 angemessen sein, alle im Flashspeicher 250 gesammelten Daten auf der Platte 270 zu speichern. Andere Beispiele von Umständen, in welchen es effizienter sein kann, die Daten direkt auf die Platte 270 zu schreiben, umfassen eine Anforderung vom Host 100, z.B. einen Cache-Flushbefehl, im Flashspeicher 250 gespeicherte Daten auf die Festplatte 270 zu „flushen", oder eine Datenschreibanforderung für einen Datenblock, dessen Umfang größer als die verbliebene Kapazität des Flashspeichers 250 ist. Nachfolgend wird ein direkter Datenschreibvorgang auf die Platte 270 in Reaktion auf eine Hostgeräteanforderung als „Umgehungsschreibvorgang" bezeichnet. Zur Unterscheidung wird ein Datenschreibvorgang auf die Platte 270 über den Flashspeicher 250 als „normaler Schreibvorgang" bezeichnet.
Analog schlägt ein anderes aus dem oben Genannten erhaltenes Prinzip vor, dass eine Leseanforderung vom Host 100 zuerst durch einen Zugriff auf den Flashspeicher 250 anstatt auf die Platte 270 ausgeführt wird. Wenn jedoch das HDD 200 schon im aktiven Zustand ist oder wenn die angeforderten Lesedaten nicht im Flashspeicher 250 gespeichert sind, wird die Datenanforderung direkt unter Verwendung der Platte 270 ausgeführt. Ein Vorgang, welcher angeforderte Daten direkt von der Platte 270 liest, wird als „Umgehungslesevorgang" bezeichnet. Ein Vorgang, welcher angeforderte Daten aus dem Flashspeicher 250 liest, wird als „normaler Lesevorgang" bezeichnet.
7 zeigt eine vorteilhafte Realisierung eines erfindungsgemäßen HDDs 200. Unter Bezugnahme auf 7 umfasst das HDD 200 eine HDD-Steuereinheit 210, einen ersten Puffer 230, einen zweiten Puffer in Form eines Flashspeichers 250 und eine Platte 270. Der Puffer 230 wirkt als Festplattencache, welcher Daten speichert, die vom Host 100 empfangen werden. Im Wesentlichen umfasst das HDD 200 den Puffer 230 zur Ausführung einer Cachefunktion, um eine Differenz zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Platte 270 und der Geschwindigkeit der Datenschnittstelle mit dem Host 100 zu reduzieren. Der Puffer 230 kann unter Verwendung eines synchronen dynamischen Speichers mit direktem Zugriff (SDRAM) implementiert werden, welcher an Dateneingabe-/Datenausgabevorgänge mit hoher Geschwindigkeit angepasst ist.
Wann immer Daten vom Host 100 empfangen werden, speichert das HDD 200 die Daten im Flashspeicher 250. Nachfolgend werden, wenn der Flashspeicher 250 voll ist, die gespeicherten Daten gleichzeitig zur Platte 270 übertragen. Wenn das HDD 200 jedoch im aktiven Zustand ist oder wenn der Umfang der Daten im Puffer 230 größer als die verbliebene Kapazität des Flashspeichers 250 ist, werden die Daten vom Host 100 direkt auf der Platte 270 gespeichert. Die HDD-Steuerschaltung 210 steuert einen „normalen Datenpfad", welcher sich auf normale Schreibvorgänge bezieht, und einen „Umgehungsdatenpfad", welcher sich auf Umgehungsschreibvorgänge bezieht. Eine beispielhafte Struktur für die HDD-Steuerschaltung 210 wird nun in weiteren Details beschrieben.
8 zeigt eine weitergehende Darstellung der HDD-Steuerschaltung 210. In diesem Beispiel umfasst die HDD-Steuereinheit 210 eine Flashsteuereinheit 215, einen Datenmanager 250, eine Plattensteuereinheit 217, eine ECC 218 und eine Servosteuereinheit 219.
Die Flashsteuerschaltung 215 steuert die Datenschreib-/Datenlesevorgänge in den/vom Flashspeicher 250. Es ist dem Fachmann allgemein bekannt, dass ein Datenlöschvorgang einem Datenschreibvorgang in den Flashspeicher 250 vorausgehen muss und dass Daten, die in den Flashspeicher 250 geschrieben werden, eine höhere Einheitsgröße aufweisen als aus dem Flashspeicher 250 gelöschte Daten. Dies macht es nicht nur schwierig, den Flashspeicher 250 als Hauptspeicher zu verwenden, sondern auch ein Dateisystem für eine allgemeine Festplatte einzusetzen, bei dem der Flashspeicher 250 als zusätzlicher oder temporärer Speicher verwendet wird. Entsprechend wird die Flashsteuerschaltung 215 mit einer Flashtranslationsschicht (FTL) bereitgestellt, um den für den Flashspeicher 250 erforderlichen Löschvorgang zu verbergen.
Während des Schreibvorgangs in den Flashspeicher 250 wirkt die FTL zum Abbilden von logischen, vom Dateisystem erzeugten Adressen relativ auf die physikalischen Adressen des Flashspeichers 250, mit denen der aktuelle Löschvorgang ausgeführt wird. Der Adressenabbildungsvorgang der FTL wird beispielsweise in den Patentschriften US 5.404.485 , US 5.937425 und US 6.381.176 beschrieben, deren Gegenstand hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Allgemein gesprochen benutzt die FTL eine Adressenabbildungstabelle für einen Adressenabbildungsvorgang mit hoher Geschwindigkeit. Die Adressenabbildungstabelle wird unter Verwendung eines nicht dargestellten, relativ teuren SRAMs implementiert. Die FTL kann in Form einer vom Host 100 unabhängigen Hardware implementiert werden, oder sie kann in Form einer Software implementiert werden, wie einem Gerätetreiber, welcher mit einem Betriebssystem im Host 100 assoziiert ist. Alternativ kann die Funktionalität der Flashsteuerschaltung 215 als Software implementiert werden, welche mit der Festplattensteuerschaltung 217 assoziiert ist. Obwohl speziell implementiert, kann der Flashspeicher 250 funktionell als ein allgemeiner Puffer betrachtet werden. Wenn die Funktionalität der Flashsteuerschaltung 215 als Software implementiert ist, kann jedoch Last zur Datenverifizierungsanforderung ansteigen. Entsprechend kann eine separate Hardware, wie die ECC 218, bereitgestellt werden, um auf eine dezidierte Weise die ECC-Erzeugungsfunktion zu implementieren.
Der Datenmanager 216 detektiert den Typ eines Befehls, welcher vom Host 100 empfangen wird, den Betriebszustand der Platte 270, den Umfang der im Puffer 230 gespeicherten Daten und die verbliebene Speicherkapazität des Flashspeichers 250. Nachfolgend bestimmt der Datenmanager 216 auf Basis der Detektionsergebnisse, ob eine Datenschreib-/Datenleseanforderung verarbeitet wird, welche vom Host 100 über den normalen Datenpfad oder über den Umgehungsdatenpfad empfangen wird. In einer Ausgestaltung wird angenommen, dass der Datenmanager 216 Daten und/oder Nachrichten über eine ATA-Schnittstelle oder eine serielle ATA-Schnittstelle mit dem Host 100 austauscht.
Die Plattensteuerung 217 steuert die Dateneingabe-/Datenausgabevorgänge mit dem Puffer 230 und der Flashsteuerschaltung 215 gemäß dem festgestellten Datenpfad. Wenn keine Flashsteuerschaltung 215 in Form seperater Hardware innerhalb des HDDs 200 bereitgestellt ist, kann die Funktion der Flashsteuerschaltung 215 in Form einer in der Plattensteuerung 217 angesiedelten Software implementiert sein. In einem solchen Fall steuert die Festplattensteuerschaltung 217 die Dateneingabe-/Datenausgabevorgänge des Flashspeichers 250 über Software.
Die Servosteuerung 219 steuert den physikalischen Vorgang des HDDs 200, wie die Funktion eines Motors, z.B. eines Spindelmotors. Obwohl in 7 nicht dargestellt, wird ein Motor wie ein Servomotor 290 innerhalb des HDDs 200 bereitgestellt, um die Platte 270 während Lese-/Schreibvorgängen zu drehen.
9 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Eingeben von Daten in das HDD 200 und zum Ausgeben von Daten daraus. Insbesondere zeigt 9 beispielhaft einen Datenverarbeitungsvorgang relativ zu einem beispielhaften Befehl und ist indikativ für andere Befehle.
Unter Bezugnahme auf 9 empfängt das HDD 200 im Schritt 3100 zuerst einen Befehl vom Host 100 und bestimmt im Schritt 3200 den Befehlstyp. Wenn der Befehl als Schreibbefehl WRITE_CMD bestimmt wird, bestimmt das HDD 200 als nächstes im Schritt 3300, ob die Platte 270 im aktiven Zustand ist oder nicht.
Wenn die Platte 270 nicht im aktiven Zustand ist, bestimmt das HDD 200 im Schritt 3400, ob der Umfang DATA_W der Schreibdaten kleiner als die verbliebene Speicherkapazität FLASH_FR des Flashspeichers 250 ist oder nicht. Wenn der Umfang DATA_W kleiner als die verbliebene Speicherkapazität FLASH_FR ist, schreibt das HDD 200 die korrespondierenden Daten im Schritt 3510 in den Flashspeicher 250. Nachfolgend bestimmt das HDD 200 im Schritt 3530, ob der Flashspeicher 250 voll ist oder nicht. Wenn der Flashspeicher 250 voll ist, überträgt das HDD 200 die im Flashspeicher 250 gespeicherten Daten im Schritt 3550 zur Platte 270. Wie oben beschrieben, wird der ausgeführte Datenschreibvorgang als normaler Schreibvorgang bezeichnet, wenn die Platte 270 nicht im aktiven Zustand ist. Während des normalen Schreibvorgangs speichert der Flashspeicher 250 einen Teil der vom Host 100 empfangenen Daten und speichert gleichzeitig die gespeicherten Daten auf der Platte 270.
Nunmehr zu den Verfahrensschritten 3300 und 3400 im Flussdiagramm zurückkehrend, werden, wenn die Festplatte 270 im aktiven Zustand oder wenn der Umfang DATA_W größer als die verbliebene Speicherkapazität FLASH_FR des Flashspeichers 250 ist, die vom Host 100 empfangenen Daten im Schritt 3600 direkt auf die Platte 270 geschrieben.
Alternativ bestimmt das HDD 200 im Schritt 3700, ob die angeforderten Daten im Flashspeicher 250 gespeichert sind oder nicht, wenn der Befehl im Schritt 3200 als Lesebefehl READ_CMD bestimmt wird. Wenn die angeforderten Daten im Flashspeicher gespeichert sind, liest das HDD 200 im Schritt 3800 die korrespondierenden Daten aus dem Flashspeicher 250. Wie oben ausgeführt, wird der Datenlesevorgang aus dem Flashspeicher 250 als normaler Lesevorgang bezeichnet.
Wenn die angeforderten Daten jedoch nicht im Flashspeicher 250 gespeichert sind, liest das HDD 200 im Schritt 3900 die korrespondierenden Daten von der Platte 270. Wie oben ausgeführt, wird der direkte Lesevorgang von Daten von der Platte 270 als Umgehungslesevorgang bezeichnet.
Wie oben ausgeführt, verarbeitet eine Datenverarbeitungsvorrichtung 300, die das HDD 200 enthält, mit einem Befehl vom Host 100 verbundene Daten und speichert die verarbeiteten Daten gesammelt und gleichzeitig auf der Platte 270. Entsprechend ist es möglich, ein Auftretungsverhältnis des aktiven Zustands, der eine große Energiemenge verbraucht, relativ zum Gesamtbetriebszustand des HDDs 200 zu reduzieren, wodurch der Energieverbrauch des HDDs 200 während des Betriebs der Datenverarbeitungsvorrichtung 300 reduziert wird. Da der Flashspeicher 250 geschriebene Daten in seinen Speicherzellen beibehält, auch wenn externe Leistung abgeschaltet wird, ist die Datenwiedergewinnungsfähigkeit exzellent. Da der Energieverbrauch reduziert ist, kann die Batterielebensdauer eines mobilen Gerätes, welches das HDD 200 enthält, verlängert werden. Diese Vorteile und andere entstehen durch die effiziente Bereitstellung von Dateneingabe-/Datenausgabepfaden mittels Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem Betriebszustand des Datenspeichergerätes.

Claims

Festplattenlaufwerk mit – einer Platte (270), gekennzeichnet durch – einen ersten Puffer (230), der dafür eingerichtet ist, auf der Platte zu speichernde Daten temporär zu speichern, – einen zweiten Puffer (250), der dafür eingerichtet ist, Daten zu speichern, die wenigstens vom ersten Puffer empfangen werden, und – eine Steuereinheit (210), die dafür eingerichtet ist, die temporär im ersten Puffer gespeicherten Daten gemäß mit einem Betriebszustand der Platte auf der Platte (270) und/oder im zweiten Puffer zu speichern.
Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1, wobei der zweite Puffer einen nichtflüchtigen Speicher umfasst, der dafür eingerichtet ist, die vom ersten Puffer empfangenen Daten zu speichern, und weiter dafür eingerichtet ist, die gespeicherten Daten der Platte zur Verfügung zu stellen.
Festplattenlaufwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Betriebszustände der Platte einen aktiven Zustand und/oder einen Bereitschaftszustand und/oder einen Leerlaufzustand und/oder einen Schlafzustand umfassen.
Festplattenlaufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinheit einen Datenmanager umfasst, der dafür eingerichtet ist, den Betriebszustand der Platte, eine Menge von im ersten Puffer gespeicherten Daten und/oder eine verbliebene Speicherkapazität des zweiten Puffers zu detektieren.
Festplattenlaufwerk nach Anspruch 3 oder 4, wobei im ersten Puffer temporär gespeicherte Daten direkt auf der Platte gespeichert werden, wenn die Platte im aktiven Zustand arbeitet.
Festplattenlaufwerk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei im ersten Puffer temporär gespeicherte Daten im zweiten Puffer gespeichert werden, wenn die Platte im Leerlaufzustand oder im Bereitschaftszustand arbeitet und die detektierte verbliebene Speicherkapazität des zweiten Puffers größer als der Umfang der temporär im ersten Puffer gespeicherten Daten ist.
Festplattenlaufwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit weiter dafür eingerichtet ist, angeforderte, auf der Platte und im zweiten Puffer gespeicherte Daten gemäß dem Betriebszustand der Platte zu lesen.
Festplattenlaufwerk nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit die angeforderten Daten von der Festplatte liest, wenn die Festplatte im aktiven Zustand arbeitet.
Festplattenlaufwerk nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuereinheit die angeforderten Daten aus dem zweiten Puffer liest, wenn die Platte im Leerlaufzustand oder im Bereitschaftszustand arbeitet und die angeforderten Daten im zweiten Puffer gespeichert sind, und ansonsten die angeforderten Daten von der Platte liest.
Datenverarbeitungsvorrichtung mit – einem Host (100), der dafür eingerichtet ist, eine Schreibanforderung und eine Leseanforderung zu erzeugen, gekennzeichnet durch – ein Festplattenlaufwerk (200), das dafür eingerichtet ist, über einen normalen Datenpfad oder einen Umgehungsdatenpfad gemäß einem Betriebszustand des Festplattenlaufwerks in Reaktion auf die Schreibanforderung Daten zu schreiben und in Reaktion auf die Leseanforderung Daten zu lesen.
Datenverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Festplattenlaufwerk eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ist.
Verfahren zum Lesen/Schreiben von Daten innerhalb einer Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk, das eine Platte umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte zum Schreiben von Daten in das Festplattenlaufwerk: – Speichern der von einem Host empfangenen Daten in einem ersten Puffer, – Detektieren eines Betriebszustandes der Platte und – Speichern der im ersten Puffer gespeicherten Daten gemäß dem detektierten Betriebszustand auf der Platte und/oder im zweiten Puffer.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Puffer einen nichtflüchtigen Speicher umfasst, der dafür eingerichtet ist, die vom ersten Puffer empfangenen Daten zu speichern, und weiter dafür eingerichtet ist, die gespeicherten Daten der Platte zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Betriebszustände wenigstens einen von einem aktiven Zustand, einem Bereitschaftszustand, einem Leerlaufzustand und einem Schlafzustand umfassen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die im ersten Puffer gespeicherten Daten auf der Platte gespeichert werden, wenn ein aktiver Zustand detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, das des Weiteren umfasst, die im zweiten Puffer gespeicherten Daten auf der Platte zu speichern, nachdem die im ersten Puffer gespeicherten Daten auf der Platte gespeichert wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, das des Weiteren umfasst, eine im ersten Puffer gespeicherte Datenmenge und eine verbliebene Speicherkapazität des zweiten Puffers zu detektieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, das des Weiteren umfasst, Daten gemäß dem detektierten Betriebszustand von der Festplatte und dem zweiten Puffer zu lesen.
Verfahren zum Lesen/Schreiben von Daten innerhalb einer Datenverarbeitungsvorrichtung mit einem Festplattenlaufwerk, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Erzeugen einer Datenschreib-/Datenleseanforderung und – Lesen der Daten aus dem Festplattenlaufwerk und/oder Schreiben von Daten in selbigen in Reaktion auf die Datenschreib-/Datenleseanforderung, – wobei die Daten über einen normalen Datenpfad oder einen Umgehungsdatenpfad gemäß einem Betriebszustand des Festplattenlaufwerks aus dem Festplattenlaufwerk gelesen und/oder in selbiges geschrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Schreiben von Daten in das Festplattenlaufwerk umfasst: – Speichern der Daten in einem ersten Puffer des Festplattenlaufwerks, – Detektieren des Betriebszustands des Festplattenlaufwerks und – Speichern der im ersten Puffer gespeicherten Daten in einem zweiten Puffer oder auf einer Platte des Festplattenlaufwerks gemäß dem detektierten Betriebszustand.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Speichern der im ersten Puffer gespeicherten Daten in den zweiten Puffer umfasst, dass die Daten über den normalen Datenpfad gespeichert werden, und wobei das Speichern der im ersten Puffer gespeicherten Daten auf die Platte umfasst, dass die Daten über den Umgehungsdatenpfad gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die im ersten Puffer gespeicherten Daten auf der Platte gespeichert werden, wenn ein aktiver Zustand detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17, 18 und 20 bis 22, wobei das Speichern der Daten in den ersten Puffer umfasst, dass die im ersten Puffer gespeicherten Daten in den zweiten Puffer gespeichert werden, wenn ein Leerlaufzustand oder ein Bereitschaftszustand detektiert wird und die detektierte verbliebene Speicherkapazität des zweiten Puffers größer als der Umfang der temporär im ersten Puffer gespeicherten Daten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei Daten von einer Platte des Festplattenlaufwerks gelesen werden, wenn ein aktiver Zustand detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 und 20 bis 24, wobei Daten aus dem zweiten Puffer gelesen werden, wenn ein Leerlaufzustand oder ein Bereitschaftszustand detektiert wird und die Daten im zweiten Puffer gespeichert sind, und ansonsten die Daten von der Platte gelesen werden.