專利名稱：具有高功率和低功率磁盤驅(qū)動器的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，更具體地涉及低功率數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
筆記本計算機是使用線路電源和電池電源供電的。筆記本計算機的處理器、圖形處理器、存儲器和顯示器在工作過程中消耗相當(dāng)大的電量。筆記本計算機的一個重大局限和筆記本計算機在電池不充電的情況下使用電池所能夠工作的時間量有關(guān)。筆記本計算機相對高功率的消耗通常對應(yīng)于相對短的電池壽命。
現(xiàn)在參考圖1A，其顯示了一個包括處理器6和存儲器7比如緩存的示例計算機架構(gòu)4。處理器6和輸入/輸出(I/O)接口8通信。易失性存儲器9比如隨機存取存儲器(RAM)10和/或其他合適的電子數(shù)據(jù)存儲器也和接口8通信。圖形處理器11和存儲器12比如緩存提高了圖形處理的速度和性能。
一個或更多的I/O設(shè)備比如鍵盤13和指示設(shè)備14(比如鼠標(biāo)和/或其他合適的設(shè)備)與接口8通信。高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)15比如具有一個或多個直徑大于1.8英寸的母板的硬盤驅(qū)動器提供永久的存儲器，存儲數(shù)據(jù)并和接口8通信。HPDD15在工作期間一般消耗較大的電量。當(dāng)依靠電池工作時，頻繁使用HPDD15將極大縮短電池壽命。計算機架構(gòu)4還包括顯示器16、音頻輸出設(shè)備17比如音頻揚聲器和/或其他總體被標(biāo)識在18的輸入/輸出設(shè)備。
現(xiàn)在參考圖1B，示例計算機架構(gòu)20包括處理芯片組22和輸入/輸出芯片組24。例如，計算機架構(gòu)可以是北橋/南橋架構(gòu)(處理芯片組對應(yīng)于北橋芯片組和輸入/輸出芯片組對應(yīng)于南橋芯片組)或其他類似的架構(gòu)。處理芯片組22經(jīng)由系統(tǒng)總線27和處理器25和圖形處理器26通信。處理芯片組22控制與易失性存儲器28(比如外部的DRAM或其他存儲器)、外設(shè)部件互連(PCI)總線30和/或2級緩存32的交互。1級緩存33和34可以分別與處理器25和/或圖形處理器26關(guān)聯(lián)。在一個替代實施例中，加速圖形接口(AGP)(沒有示出)與處理芯片組22而不是與圖形處理器26通信，和/或除與圖形處理器26通信之外其還與處理芯片組22通信。典型地但不是必須使用多個芯片來實現(xiàn)處理芯片組22。PCI插槽與PCI總線30相接。
輸入/輸出芯片組24管理輸入/輸出(I/O)的基本形式。I/O芯片組24經(jīng)由工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)(ISA)總線44與通用串行總線(USB)40、音頻設(shè)備41、鍵盤(KBD)和/或指示設(shè)備42和基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)43通信。與處理芯片組22不同，I/O芯片組24典型地(但不是必要地)使用單個芯片實現(xiàn)，其連接到PCI總線30。HPDD50比如硬盤驅(qū)動器也和I/O芯片組24通信。HPDD50存儲功能完整的操作系統(tǒng)(OS)，比如Windows XP、Windows 2000、Linux和基于MAC的操作系統(tǒng)，其由處理器25執(zhí)行。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，用于具有高功率和低功率模式的計算機的磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)包括低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)和高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)。控制模塊包括一個最少使用塊(LUB)模塊，其識別LPDD中的LUB。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)存儲請求和數(shù)據(jù)檢索請求中的至少一個時，控制模塊在低功率模式期間選擇地把LUB傳送到HPDD。
在其他特征中，在寫數(shù)據(jù)的存儲請求期間，如果LPDD上有足夠的空間用于寫數(shù)據(jù)，那么控制模塊把寫數(shù)據(jù)傳送到LPDD。如果LPDD上沒有足夠的空間用于寫數(shù)據(jù)，那么控制模塊給HPDD供電并把LUB從LPDD傳送到HPDD，且把寫數(shù)據(jù)傳送到LPDD。
在另外的其他特征中，控制模塊包括一個自適應(yīng)的存儲模塊，其確定當(dāng)LPDD上沒有足夠的空間用于寫數(shù)據(jù)時，是否可能在LUB之前使用寫數(shù)據(jù)。如果可能在LUB之后使用寫數(shù)據(jù)，那么控制模塊把寫數(shù)據(jù)存儲到HPDD上。如果可能在LUB之前使用寫數(shù)據(jù)，那么控制模塊給HPDD供電并把LUB從LPDD傳送到HPDD，且把寫數(shù)據(jù)傳送到LPDD。
在另外的其他特征中，在讀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)檢索請求期間，控制模塊從LPDD檢索讀數(shù)據(jù)，如果讀數(shù)據(jù)存儲在LPDD中的話。控制模塊包括一個自適應(yīng)的存儲模塊，其確定當(dāng)讀數(shù)據(jù)沒有位于LPDD上時，是否可能使用讀數(shù)據(jù)一次。如果可能使用讀數(shù)據(jù)一次，那么控制模塊從HPDD檢索讀數(shù)據(jù)。如果所述自適應(yīng)的存儲模塊確定可能多次使用讀數(shù)據(jù)，那么控制模塊把讀數(shù)據(jù)從HPDD傳送到LPDD，如果LPDD上有足夠的空間用于讀數(shù)據(jù)的話。如果所述自適應(yīng)的存儲模塊確定可能多次使用讀數(shù)據(jù)，那么控制模塊把LUB從LPDD傳送到HPDD，且把讀數(shù)據(jù)從HPDD傳送到LPDD，如果LPDD上沒有足夠的空間用于讀數(shù)據(jù)的話。
在另外的其他特征中，如果LPDD上有足夠的空間用于讀數(shù)據(jù)，那么控制模塊把讀數(shù)據(jù)從HPDD傳送到LPDD。如果LPDD上沒有足夠的空間用于讀數(shù)據(jù)，那么控制模塊把LUB從LPDD傳送到HPDD，且把讀數(shù)據(jù)從HPDD傳送到LPDD。如果讀數(shù)據(jù)沒有位于LPDD上，那么控制模塊從HPDD檢索讀數(shù)據(jù)。
在另外的其他特征中，HPDD包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸。LPDD包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸。
依據(jù)本發(fā)明，用于具有高功率和低功率模式的計算機的磁盤驅(qū)動系統(tǒng)包括低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)和高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)。控制模塊與LPDD和HPDD通信。在低功率模式中的寫數(shù)據(jù)的存儲請求期間，控制模塊確定LPDD上是否有足夠的空間用于寫數(shù)據(jù)，并且如果有足夠的空間的話，其把寫數(shù)據(jù)傳送到LPDD。
在其他特征中，如果有足夠的空間可用，那么控制模塊把寫數(shù)據(jù)存儲到HPDD上?？刂颇K進一步包括一個LPDD維護模塊，其在高功率模式期間把數(shù)據(jù)文件從LPDD傳送到HPDD，以增加LPDD上的可用磁盤空間。所述LPDD維護模塊基于至少壽命、大小和未來使用的可能性之一，在低功率模式中傳送數(shù)據(jù)文件。HPDD包括一個或多個直徑大于1.8英寸的母板。LPDD包括一個或多個直徑小于或等于1.8英寸的母板。
依據(jù)本發(fā)明，用于包括高功率和低功率模式的計算機的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包括低功率(LP)永久性存儲器和高功率(HP)永久性存儲器。緩存控制模塊與低功率和高功率永久性存儲器通信，且包括一個自適應(yīng)存儲模塊。當(dāng)寫數(shù)據(jù)被寫到低功率和高功率永久性存儲器之一上時，在自適應(yīng)存儲模塊產(chǎn)生自適應(yīng)的存儲決定，其選擇低功率和高功率永久性存儲器之一。
在其他特征中，所述自適應(yīng)的決定是基于至少以下之一和寫數(shù)據(jù)的先前的使用關(guān)聯(lián)的功率模式，寫數(shù)據(jù)的大小，寫數(shù)據(jù)的最后使用日期和寫數(shù)據(jù)的手動覆蓋狀態(tài)。LP永久性存儲器包括閃存和低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)中的至少一個。LPDD包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸。HP永久性存儲器包括硬盤驅(qū)動器，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸。
依據(jù)本發(fā)明，用于包括高功率和低功率模式的計算機的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)包括低功率(LP)永久性存儲器和高功率(HP)永久性存儲器。緩存控制模塊與低功率和高功率永久性存儲器通信，且包括一個驅(qū)動功率減少模塊。當(dāng)在低功率模式期間從高功率永久性存儲器讀取讀數(shù)據(jù)時，且所述讀數(shù)據(jù)包括一個順序存取數(shù)據(jù)文件，所述驅(qū)動功率減少模塊計算一個突發(fā)周期(burst period)，用于把讀數(shù)據(jù)片斷從HP永久性存儲器傳送到LP永久性存儲器。
在其他特征中，所述驅(qū)動功率減少模塊選擇所述突發(fā)周期，以減少低功率模式期間讀數(shù)據(jù)的讀出過程中的功率消耗。LP永久性存儲器包括閃存和低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)中的至少一個。LPDD包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸。HP永久性存儲器包括高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)。HPDD包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸。所述突發(fā)周期是基于至少以下之一LPDD的旋轉(zhuǎn)起動時間(spin-up time)、HPDD的旋轉(zhuǎn)起動時間、LPDD的功率消耗、HPDD的功率消耗、讀數(shù)據(jù)的讀出長度和LPDD的容量。
依據(jù)本發(fā)明的多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)包括一個高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸，和一個低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸。驅(qū)動控制模塊集中控制到LPDD和HPDD的數(shù)據(jù)存取。
依據(jù)本發(fā)明的獨立磁盤冗余陣列(RAID)系統(tǒng)包括一個第一磁盤陣列，其包括X個高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)，其中X大于或等于2。第二磁盤陣列包括Y個低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)，其中Y大于或等于1。陣列管理模塊與第一和第二磁盤陣列通信，且利用第二磁盤陣列來緩存數(shù)據(jù)到第一磁盤陣列和/或緩存來自第一磁盤陣列的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明應(yīng)用性的其他方面從以下提供的詳細描述將變得明顯。應(yīng)該理解的是，指出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細描述和特定示例僅僅是為了說明的目的，而不是用于限制本發(fā)明的范圍。


從詳細描述和附圖，可以更全面地理解本發(fā)明，其中圖1A和1B依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)說明了示例的計算機架構(gòu)；圖2A依據(jù)本發(fā)明說明了第一個示例的計算機架構(gòu)，其具有在高功率模式期間工作的主處理器、主圖形處理器和主易失性存儲器及與主處理器通信的從處理器和從圖形處理器，他們在低功率模式期間工作且在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖2B依據(jù)本發(fā)明說明了第二個示例的計算機架構(gòu)，其和圖2A類似，且包括連接到從處理器和/或從圖形處理器的從易失性存儲器；圖2C依據(jù)本發(fā)明說明了第三個示例的計算機架構(gòu)，其和圖2A類似，且包括嵌入的易失性存儲器，其和從處理器和/或從圖形處理器關(guān)聯(lián)；
圖3A依據(jù)本發(fā)明說明了第四個示例的計算機架構(gòu)，計算機具有在高功率模式期間工作的主處理器、主圖形處理器和主易失性存儲器及與處理芯片組通信的從處理器和從圖形處理器，它們在低功率模式期間工作且在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖3B依據(jù)本發(fā)明說明了第五個示例的計算機架構(gòu)，其和圖3A類似，且包括連接到從處理器和/或從圖形處理器的從易失性存儲器；圖3C依據(jù)本發(fā)明說明了第六個示例的計算機架構(gòu)，其和圖3A類似，且包括嵌入的易失性存儲器，其和從處理器和/或從圖形處理器關(guān)聯(lián)；圖4A依據(jù)本發(fā)明說明了第七個示例的計算機架構(gòu)，計算機具有從處理器和從圖形處理器，其與輸入/輸出芯片組通信，在低功率模式期間工作且在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖4B依據(jù)本發(fā)明說明了第八個示例的計算機架構(gòu)，其和圖4A類似，且包括連接到從處理器和/或從圖形處理器的從易失性存儲器；圖4C依據(jù)本發(fā)明說明了第九個示例的計算機架構(gòu)，其和圖4A類似，且包括嵌入的易失性存儲器，其和從處理器和/或從圖形處理器關(guān)聯(lián)；和圖5依據(jù)本發(fā)明說明了用于圖2A-4C的計算機架構(gòu)的緩存層次結(jié)構(gòu)；圖6是驅(qū)動控制模塊的功能塊圖，其包括最少使用塊(LUB)模塊，且管理數(shù)據(jù)在低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)和高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)之間的存儲和傳送；圖7A是說明由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的步驟的流程圖；圖7B是說明由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的替代步驟的流程圖；圖7C和7D是說明由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的替代步驟的流程圖；圖8A說明了緩存控制模塊，其包括一個自適應(yīng)的存儲控制模塊，且控制LPDD和HPDD之間的數(shù)據(jù)存儲和傳送；圖8B說明了一個操作系統(tǒng)，其包括一個自適應(yīng)的存儲控制模塊，且控制LPDD和HPDD之間的數(shù)據(jù)存儲和傳送；圖8C說明了一個主機控制模塊，其包括一個自適應(yīng)的存儲控制模塊，且控制LPDD和HPDD之間的數(shù)據(jù)存儲和傳送；圖9說明了由圖8A-8C的自適應(yīng)的存儲控制模塊執(zhí)行的步驟；圖10是一個示例表，說明了確定程序或文件在低功率模式期間將被使用的可能性的一個方法；圖11A說明了包括一個磁盤驅(qū)動功率減少模塊的緩存控制模塊；圖11B說明了包括一個磁盤驅(qū)動功率減少模塊的操作系統(tǒng)；圖11C說明了包括一個磁盤驅(qū)動功率減少模塊的主機控制模塊；圖12說明了由圖11A-11C的磁盤驅(qū)動功率減少模塊執(zhí)行的步驟；圖13說明了包括高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)和低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)；圖14-17說明了圖13的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)的其他示例型的實施方式；圖18說明了低功率永久性存儲器比如閃存或低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)的使用，用于增加計算機的虛擬存儲；圖19和20說明了由操作系統(tǒng)執(zhí)行的步驟，以分配和使用圖18的虛擬存儲；圖21是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的獨立磁盤冗余陣列(RAID)系統(tǒng)的功能塊圖；圖22A是依據(jù)本發(fā)明的示例RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其具有包括X個HPDD的磁盤陣列和包括Y個LPDD的磁盤陣列；圖22B是圖22A的RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其中X和Y等于Z；圖23A是依據(jù)本發(fā)明的另一個示例RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其具有包括Y個LPDD的磁盤陣列，該陣列與包括X個HPDD的磁盤陣列通信；圖23B是圖23A的RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其中X和Y等于Z；圖24A是依據(jù)本發(fā)明的又一個示例RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其具有包括X個HPDD的磁盤陣列，該陣列與包括Y個LPDD的磁盤陣列通信；圖24B是圖24A的RAID系統(tǒng)的功能塊圖，其中X和Y等于Z；圖25是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)系統(tǒng)的功能塊圖；和圖26是依據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)系統(tǒng)的功能塊圖，其包括圖22A、圖22B、圖23A、圖23B、圖24A和/或24B的RAID系統(tǒng)和/或依據(jù)圖6-17的多驅(qū)動器系統(tǒng)。
具體實施例方式
以下描述的優(yōu)選實施例僅僅是示例性的，而且不打算限制本發(fā)明、其應(yīng)用或者使用。為了清楚，在附圖中使用相同的引用數(shù)字來標(biāo)識類似的元件。如在此使用的，術(shù)語模塊和/或設(shè)備指的是特定應(yīng)用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享的、專用的或組)和執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的存儲器、聯(lián)合邏輯電路、和/或提供所描述功能的其他合適組件。
如在此使用的，術(shù)語“高功率模式”指的是主機處理器和/或主機設(shè)備的主圖形處理器(GPU)的活動操作。術(shù)語“低功率模式”指的是低功率冬眠模式、關(guān)閉模式和/或當(dāng)從處理器和從圖形處理器可工作時，主處理器和/或主圖形處理器的非響應(yīng)模式?！瓣P(guān)閉模式”指的是當(dāng)主從處理器都關(guān)閉時的狀況。
術(shù)語“低功率磁盤驅(qū)動器”或LPDD指的是具有一個或多個直徑小于或等于1.8英寸的母板的磁盤驅(qū)動器和/或微驅(qū)動器。術(shù)語“高功率磁盤驅(qū)動器”或HPDD指的是具有一個或多個直徑大于1.8英寸的母板的硬盤驅(qū)動器。LPDD典型地具有低存儲容量且消耗的功率比HPDD少。LPDD旋轉(zhuǎn)的速度也比HPDD快。例如，LPDD可達到10000-20000RPM或更高的旋轉(zhuǎn)速度。
依據(jù)本發(fā)明的計算機架構(gòu)包括主處理器、主圖形處理器和主存儲器(如結(jié)合圖1A和1B描述的)，它們在高功率模式期間工作。從處理器和從圖形處理器在低功率模式期間工作。從處理器和從圖形處理器可連接到計算機的各種的組件，如以下描述的。在低功率模式期間，從處理器和從圖形處理器可使用主易失性存儲器。替代地，可使用從易失性存儲器，比如DRAM和/或嵌入的從易失性存儲器比如嵌入的DRAM，如以下將描述的。
當(dāng)在高功率模式中工作時，主處理器和主圖形處理器消耗相對高的功率。主處理器和主圖形處理器執(zhí)行功能完整的操作系統(tǒng)(OS)，這種操作系統(tǒng)要求相對大量的外部存儲。主處理器和主圖形處理器支持高性能的操作，包括復(fù)雜的計算和高級的圖形。功能完整的操作系統(tǒng)可以是基于Windows的OS比如Windows XP、基于Linux的OS和基于MAC的OS等等。功能完整的操作系統(tǒng)存儲在HPDD15和/或50中。
從處理器和從圖形處理器在低功率模式期間工作時消耗較少的功率(比主處理器和主圖形處理器少)。從處理器和從圖形處理器操作功能受限的操作系統(tǒng)，這種操作系統(tǒng)要求相對少量的外部易失性存儲。從處理器和從圖形處理器也可使用和主處理器相同的操作系統(tǒng)。例如，可以使用功能完整的操作系統(tǒng)的削減版本。從處理器和從圖形處理器支持較低性能的操作、較低的計算速率和不太高級的圖形。例如，功能受限的操作系統(tǒng)可以是Windows CE或任何其他合適的功能受限的操作系統(tǒng)。功能受限的操作系統(tǒng)最好存儲在永久性存儲器中，比如閃存和/或LPDD。在優(yōu)選實施例中，功能完整和功能受限的操作系統(tǒng)共享共同的數(shù)據(jù)格式以減少復(fù)雜性。
主處理器和/或主圖形處理器優(yōu)選包括晶體管，其使用具有相對小的特征尺寸的制造工藝制造。在一個實施方式中，這些晶體管是使用高級CMOS制造工藝制造的。在主處理器和/或主圖形處理器中使用的晶體管具有相對高的備用漏電(standby leakage)、相對短的通道且被制造成大小適合高速。主處理器和主圖形處理器最好主要利用動態(tài)邏輯。換句話說，它們不能夠被關(guān)閉。晶體管在少于約20％的占空度，且最好是少于約10％的占空度被切換，雖然可使用其他的占空度。
相反，從處理器和/或從圖形處理器優(yōu)選包括晶體管，其使用特征尺寸比用于主處理器和/或主圖形處理器的工藝大的制造工藝制造。在一個實施方式中，這些晶體管是使用常規(guī)CMOS制造工藝制造的。在從處理器和/或從圖形處理器中使用的晶體管具有相對低的備用漏電、相對長的通道且被確定大小以適合低功率消耗。從處理器和從圖形處理器優(yōu)選主要利用靜態(tài)邏輯而不是動態(tài)邏輯。晶體管在大于80％的占空度，且優(yōu)選是大于90％的占空度被切換，雖然可使用其他的占空度。
當(dāng)在高功率模式中工作時，主處理器和主圖形處理器消耗相對高的功率。當(dāng)在低功率模式中工作時，從處理器和從圖形處理器消耗較少的功率。但是，在低功率模式中，計算機架構(gòu)能夠比在高功率模式中工作時支持減少的特征和計算和較不復(fù)雜的圖形。如技術(shù)人員能夠理解的，有許多實現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的計算機架構(gòu)的方法。因此，技術(shù)人員將理解，以下結(jié)合圖2A-4C的描述僅僅是示例性的而不是限制性的。
現(xiàn)在參考圖2A，其顯示了第一個示例的計算機架構(gòu)60。在高功率模式期間，主處理器6、易失性存儲器9和主圖形處理器11與接口8通信，并且支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。在低功率模式期間，從處理器62和從圖形處理器64與接口8通信，并且支持較不復(fù)雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。在低功率和/或高功率模式期間，可選的永久性存儲器65比如LPDD66和/或閃存68與接口8通信，且提供數(shù)據(jù)的低功率永久存儲。HPDD15提供高功率/容量永久性存儲器。永久性存儲器65和/或HPDD15被用于在低功率模式期間存儲功能受限的操作系統(tǒng)和/或其他數(shù)據(jù)和文件。
在這個實施例中，從處理器62和從圖形處理器64在低功率模式工作時利用易失性存儲器9(或主存儲器)。所以，在低功率模式期間，至少部分接口8被供電以支持與主存儲器的通信和/或在低功率模式期間被供電的組件之間的通信。例如，鍵盤13、指示設(shè)備14和主顯示器16在低功率模式期間可被供電和使用。在結(jié)合圖2A-4C描述的所有實施例中，在低功率模式期間也可提供和使用具有減少的功能的從顯示器(比如單色顯示器)和/或從輸入/輸出設(shè)備。
現(xiàn)在參考圖2B，顯示了和圖2A中的架構(gòu)類似的第二個示例的計算機架構(gòu)70。在這個實施例中，從處理器62和從圖形處理器64與從易失性存儲器74和/或76通信。從易失性存儲器74和76可以是DRAM或其他合適的存儲器。在低功率模式期間，除了圖2A中顯示和描述的主易失性存儲器9之外，從處理器62和從圖形處理器64分別利用從易失性存儲器74和/或76，和/或從處理器62和從圖形處理器64分別利用從易失性存儲器74和/或76而不是主易失性存儲器9。
現(xiàn)在參考圖2C，顯示了和圖2A類似的第三個示例的計算機架構(gòu)80。從處理器62和/或從圖形處理器64分別包括嵌入的易失性存儲器84和86。在低功率模式期間，從處理器62和從圖形處理器64分別利用嵌入的易失性存儲器84和/或86，除了主易失性存儲器之外和/或取代主易失性存儲器。在一個實施例中，嵌入的易失性存儲器84和86是嵌入的DRAM(eDRAM)，雖然可以使用其他類型的嵌入的易失性存儲器。
現(xiàn)在參考圖3A，其顯示了依據(jù)本發(fā)明的第四個示例的計算機架構(gòu)100。在高功率模式期間，主處理器25、主圖形處理器26和主易失性存儲器28與處理芯片組22通信，并支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。當(dāng)計算機處于低功率模式時，從處理器104和從圖形處理器108支持較不復(fù)雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。在這個實施例中，從處理器104和從圖形處理器108在低功率模式中工作時，利用了主易失性存儲器28。因此，在低功率模式期間，處理芯片組22可以被完全供電和/或部分供電，以便于它們之間的通信。在低功率模式期間，HPDD50可被供電以提供高功率易失性存儲器。低功率永久性存儲器109(LPDD110和/或閃存112)被連接到處理芯片組22、I/O芯片組24或者在其他位置，并為低功率模式存儲功能受限的操作系統(tǒng)。
處理芯片組22可以被完全供電和/或部分供電，以支持HPDD50、LPDD110和/或在低功率模式期間使用的其他組件的操作。例如，在低功率模式期間，可使用鍵盤和/或指示設(shè)備42和主顯示器。
現(xiàn)在參考圖3B，顯示了和圖3A類似的第五個示例的計算機架構(gòu)150。從易失性存儲器154和158分別連接到從處理器104和/或從圖形處理器108。在低功率模式期間，從處理器104和從圖形處理器108分別利用從易失性存儲器154和158，而不是主易失性存儲器28和/或還利用主易失性存儲器28。如果希望的話，可在低功率模式期間關(guān)閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。從易失性存儲器154和158可以是DRAM或其他合適的存儲器。
現(xiàn)在參考圖3C，顯示了和圖3A類似的第六個示例的計算機架構(gòu)170。從處理器104和/或從圖形處理器108分別包括嵌入的存儲器174和176。在低功率模式期間，從處理器104和從圖形處理器108分別利用嵌入的存儲器174和176，而不是主易失性存儲器28和/或還利用主易失性存儲器28。在一個實施例中，嵌入的易失性存儲器174和176是嵌入的DRAM(eDRAM)，雖然可以使用其他類型的嵌入的存儲器。
現(xiàn)在參考圖4A，其顯示了依據(jù)本發(fā)明的第七個示例的計算機架構(gòu)190。在低功率模式期間，從處理器104和從圖形處理器108與I/O芯片組24通信，并利用主易失性存儲器28作為易失性存儲器。處理芯片組22仍然完全供電和/或部分供電，以允許在低功率模式期間訪問主易失性存儲器28。
現(xiàn)在參考圖4B，顯示了和圖4A類似的第八個示例的計算機架構(gòu)200。從易失性存儲器154和158分別連接到從處理器104和從圖形處理器108，并在低功率模式期間被用于取代主易失性存儲器28和/或還利用主易失性存儲器28。在低功率模式期間，能夠關(guān)閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。
現(xiàn)在參考圖4C，顯示了和圖4A類似的第九個示例的計算機架構(gòu)210。除了主易失性存儲器28之外和/或取代主易失性存儲器28的是，嵌入的易失性存儲器174和176分別被提供給從處理器104和/或從圖形處理器108。在這個實施例中，在低功率模式期間，能夠關(guān)閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。
現(xiàn)在參考圖5，顯示了用于圖2A-4C中示例的計算機架構(gòu)的緩存層次結(jié)構(gòu)250。HP永久性存儲器HPDD50位于緩存層次結(jié)構(gòu)250的最低層254。如果HPDD50被禁用的話，那么在低功率模式期間可能使用或不使用層254，且如果在低功率模式期間HPDD50被啟用的話，那么使用層254。LP永久性存儲器比如LPDD110和/或閃存112位于緩存層次結(jié)構(gòu)250的下一層258。外部的易失性存儲器比如主易失性存儲器、從易失性存儲器和/或從嵌入的存儲器是緩存層次結(jié)構(gòu)250的下一層262，這取決于配置。2級緩存或從緩存包括緩存層次結(jié)構(gòu)250的下一層266。1級緩存是緩存層次結(jié)構(gòu)250的下一層268。CPU(主或從)是緩存層次結(jié)構(gòu)的最后一層270。主從圖形處理器使用類似的層次結(jié)構(gòu)。
依據(jù)本發(fā)明的計算機架構(gòu)提供支持較不復(fù)雜的處理和圖形的低功率模式。結(jié)果，計算機的功率消耗可顯著減少。對于筆記本計算機應(yīng)用，延長了電池壽命。
現(xiàn)在參考圖6，用于多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)的驅(qū)動控制模塊300或主機控制模塊包括一個最少使用塊(LUB)模塊304、一個自適應(yīng)存儲模塊306和/或LPDD維護模塊308。部分基于LUB信息，驅(qū)動控制模塊300控制高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)310比如硬盤驅(qū)動器，和低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)312比如微驅(qū)動器之間的存儲和數(shù)據(jù)傳送。通過管理高低功率模式期間HPDD和LPDD之間的數(shù)據(jù)存儲和傳送，驅(qū)動控制模塊300減少了功率消耗。
最少使用塊模塊304跟蹤LPDD312中的數(shù)據(jù)的最少使用塊。在低功率模式期間，最少使用塊模塊304識別LPDD312中的數(shù)據(jù)(比如文件和/或程序)的最少使用塊，以使當(dāng)需要時能夠取代它。某些數(shù)據(jù)塊或文件可免除最少使用塊監(jiān)視，比如只和功能受限的操作系統(tǒng)相關(guān)的文件、被手動設(shè)置存儲在LPDD312中的塊和/或僅僅在低功率模式運行的其他文件和程序?？梢允褂闷渌臏?zhǔn)則來選擇要被覆蓋的數(shù)據(jù)塊，如以下將描述的。
在低功率模式期間，在數(shù)據(jù)存儲請求過程中自適應(yīng)存儲模塊306確定是否更可能在最少使用塊之前使用寫數(shù)據(jù)。自適應(yīng)存儲模塊306也確定在低功率模式期間，在數(shù)據(jù)檢索請求過程中是否可能只使用讀數(shù)據(jù)一次。在高功率模式期間和/或其他情況下，LPDD維護模塊308把舊的數(shù)據(jù)從LPDD傳送到HPDD，如以下將描述的。
選擇現(xiàn)在參考圖7A，顯示了由驅(qū)動控制模塊300執(zhí)行的步驟。控制始于步驟320。在步驟324，驅(qū)動控制模塊300確定是否存在數(shù)據(jù)存儲請求。如果步驟324為真，那么驅(qū)動控制模塊300在步驟328中確定在LPDD312上是否有足夠的空間可用。如果沒有，那么驅(qū)動控制模塊300在步驟330給HPDD310供電。在步驟334，驅(qū)動控制模塊300把最少使用的數(shù)據(jù)塊傳送給HPDD310。在步驟336，驅(qū)動控制模塊300確定在LPDD312上是否有足夠的空間可用。如果沒有，那么控制循環(huán)到步驟334。否則，驅(qū)動控制模塊300繼續(xù)到步驟340并關(guān)閉HPDD310。在步驟344，要被存儲的數(shù)據(jù)(例如來自主機)被傳送到LPDD312。
如果步驟324為假，那么驅(qū)動控制模塊300繼續(xù)到步驟350并確定是否存在數(shù)據(jù)檢索請求。如果沒有，控制返回到步驟324。否則，控制繼續(xù)到步驟354并確定數(shù)據(jù)是否位于LPDD312中。如果步驟354為真，那么驅(qū)動控制模塊300在步驟356中從LPDD312檢索數(shù)據(jù)，并繼續(xù)到步驟324。否則，驅(qū)動控制模塊300在步驟360給HPDD310供電。在步驟364，驅(qū)動控制模塊300確定在LPDD312上是否有足夠的空間可用于請求的數(shù)據(jù)。如果沒有，驅(qū)動控制模塊300在步驟366中把最少使用的數(shù)據(jù)塊傳送給HPDD310，并繼續(xù)到步驟364。當(dāng)步驟364為真時，驅(qū)動控制模塊300把數(shù)據(jù)傳送給LPDD312，并在步驟368從LPDD312檢索數(shù)據(jù)。在步驟370，當(dāng)?shù)絃PDD312的數(shù)據(jù)傳送完成時，控制關(guān)閉HPDD310。
現(xiàn)在參考圖7B，一種和圖7A所示類似的修改的方法，其包括一個或更多由自適應(yīng)的存儲模塊306執(zhí)行的自適應(yīng)步驟。在步驟328中，當(dāng)LPDD上有足夠的空間可用時，控制在步驟372確定要被存儲的數(shù)據(jù)是否可能在最少使用塊中的數(shù)據(jù)前面或者在被最少使用塊模塊識別的塊中的數(shù)據(jù)前面被使用。如果步驟372為假，那么驅(qū)動控制模塊300在步驟374把數(shù)據(jù)存儲到HPDD上，且控制繼續(xù)到步驟324。通過這樣做，節(jié)省了把最少使用塊傳送給LPDD所消耗的功率。如果步驟372為真，那么控制繼續(xù)到步驟330，如以上關(guān)于圖7A所描述的。
在數(shù)據(jù)檢索請求的過程中，當(dāng)步驟354為假，那么控制繼續(xù)到步驟376，并確定是否可能使用數(shù)據(jù)一次。如果步驟376為真，那么驅(qū)動控制模塊300在步驟378中從HPDD檢索數(shù)據(jù)，并繼續(xù)到步驟324。通過這樣做，節(jié)省了把數(shù)據(jù)傳送給LPDD所消耗的功率。如果步驟376為假，那么控制繼續(xù)到步驟360。如能夠理解的，如果可能使用數(shù)據(jù)一次，那么不需要把數(shù)據(jù)移動到LPDD。但是，HPDD的功率消耗不能避免。
現(xiàn)在參考圖7C，在低功率操作期間，也能夠執(zhí)行更簡化的控制形式。在高功率和/或低功率模式期間也能夠執(zhí)行維護步驟(使用LPDD維護模塊308)。在步驟328，當(dāng)LPDD上有足夠的空間可用時，在344步驟中數(shù)據(jù)被傳送到LPDD，且控制返回到步驟324。否則，當(dāng)步驟328為假，數(shù)據(jù)在步驟380被存儲到HPDD上，且控制返回到步驟324。如能夠理解的，圖7C說明的方法在容量可用時使用LPDD，且在LPDD容量不可用時使用HPDD。技術(shù)人員理解的是可以利用混合的方法，其可以使用圖7A-7D的步驟的各種組合。
在圖7D中，驅(qū)動控制模塊300在返回高功率模式時，和/或在其他時間執(zhí)行維護步驟，以刪除存儲在LPDD上的未使用文件或使用少的文件。這個維護步驟也可在低功率模式中、在發(fā)生事件時比如磁盤滿事件時和/或在其他情況下，在使用過程中定期執(zhí)行?？刂剖加诓襟E390。在步驟392，控制確定是否在使用高功率模式。如果不是，那么控制循環(huán)回到步驟392。如果步驟392為真，那么控制在步驟394確定上一個模式是否是低功率模式。如果不是，那么控制返回步驟392。如果步驟394為真，那么控制在步驟396執(zhí)行維護，比如把舊的文件或使用少的文件從LPDD移動到HPDD。也可作出關(guān)于未來可能使用哪些文件的自適應(yīng)決定，例如使用以上描述的準(zhǔn)則和以下結(jié)合圖8A-10描述的準(zhǔn)則。
現(xiàn)在參考圖8A和8B，顯示了存儲控制系統(tǒng)400-1、400-2、400-3。在圖8A中，存儲控制系統(tǒng)400-1包括具有自適應(yīng)存儲控制模塊414的緩存控制模塊410。自適應(yīng)存儲控制模塊414監(jiān)視文件和/或程序的使用，以確定是否可能在低功率模式或高功率模式中使用它們。緩存控制模塊410與一條或多條數(shù)據(jù)總線416通信，數(shù)據(jù)總線然后與易失性存儲器422比如L1緩存、L2緩存、易失性RAM比如DRAM和/或其他易失性電子數(shù)據(jù)存儲器通信?？偩€416也與低功率永久性存儲器424(比如閃存和/或LPDD)和/或高功率永久性存儲器426比如HPDD426通信。在圖8B中顯示了功能完整和/或功能受限的操作系統(tǒng)430，其包括自適應(yīng)存儲控制模塊414。合適的接口和/或控制器(沒有顯示)位于數(shù)據(jù)總線和HPDD之間，和/或數(shù)據(jù)總線和/或LPDD之間。
在圖8C中，主機控制模塊440包括自適應(yīng)存儲控制模塊414。主機控制模塊440與LPDD426′和硬盤驅(qū)動器426′通信。主機控制模塊440可以是驅(qū)動控制模塊、集成設(shè)備電路(IDE)、ATA、串行ATA(SATA)或其他控制器。
現(xiàn)在參考圖9，顯示了圖8A-8C中的存儲控制系統(tǒng)執(zhí)行的步驟。在圖9中，控制始于步驟460。在步驟462，控制確定是否存在到永久性存儲器的數(shù)據(jù)存儲請求。如果沒有，那么控制循環(huán)回到步驟462。否則，自適應(yīng)存儲控制模塊414在步驟464確定是否可能在低功率模式使用數(shù)據(jù)。如果步驟464為假，那么在步驟468把數(shù)據(jù)存儲在HPDD中。如果步驟464為真，那么在步驟474把數(shù)據(jù)存儲在永久性存儲器444中。
現(xiàn)在參考圖10，顯示了一種確定是否可能在低功率模式中使用數(shù)據(jù)塊的方法。表490包括數(shù)據(jù)塊描述符字段492、低功率計數(shù)器字段493、高功率計數(shù)器字段494、大小字段495、最后使用字段496和/或手動覆蓋字段497。當(dāng)在低功率模式或高功率模式期間使用特定的程序或文件時，計數(shù)器字段493和/或494就遞增。當(dāng)向永久性存儲器要求程序或文件的數(shù)據(jù)存儲時，就存取表492?？墒褂瞄撝蛋俜直群?或計數(shù)值進行評估。例如，如果文件或程序在低功率模式被使用的時間多于80％，那么文件可存儲在低功率永久性存儲器中，比如閃存和/或微驅(qū)動器。如果沒有達到閾值，那么文件或程序存儲在高功率永久性存儲器中。
如能夠理解的，可以定期重置計數(shù)器，在預(yù)定的樣本數(shù)量后(換句話說，提供滾動窗口)，和/或使用任何其他準(zhǔn)則。此外，可能性可被加權(quán)、或修改、和/或由大小字段495取代。換句話說，隨著文件大小增加，由于LPDD的有限容量，所需的閾值可能增加。
可以基于由最后使用字段496記錄的自從文件最后被使用的時間，進一步修改使用決定的可能性。可以使用閾日期和/或自從最后使用的時間作為可能性決定中的一個因素。雖然圖10顯示了表，但被使用的一個或多個字段可存儲在其他位置和/或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中?？梢允褂盟惴ê?或兩個或多個字段的加權(quán)采樣。
使用手動覆蓋字段497允許用戶和/或操作系統(tǒng)手動地覆蓋使用決定的可能性。例如，手動覆蓋字段可允許L狀態(tài)用于LPDD中默認存儲，H狀態(tài)用于HPDD中的默認存儲，和/或A狀態(tài)用于自動存儲決定(如以上描述的)?？梢远x其他的手動覆蓋類別。除了以上的準(zhǔn)則，在LPDD中工作的計算機的當(dāng)前功率級別可被用于調(diào)整所述決定。技術(shù)人員可理解的是存在其他方法，用于確定在高功率模式或低功率模式中使用文件或程序的可能性，這些方法屬于本發(fā)明的原理范圍。
現(xiàn)在參考圖11A和11B，顯示了驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500-1、500-2、500-3(總稱為500)。驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500周期性地或以其他方式猝發(fā)或突發(fā)較大順序存取文件到低功率永久性存儲器，比如音頻和/或視頻文件的片斷，但不限于這些文件。在圖11A中，驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500-1包括具有驅(qū)動功率減少控制模塊522的緩存控制模塊520。緩存控制模塊520和一條或多條數(shù)據(jù)總線526通信，數(shù)據(jù)總線526然后與易失性存儲器530比如L1緩存、L2緩存、易失性RAM比如DRAM和/或其他易失性電子數(shù)據(jù)存儲器、永久性存儲器534比如閃存和/或LPDD和HPDD538通信。在圖11B中，驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500-2包括具有驅(qū)動功率減少控制模塊522的功能完整和/或功能受限的操作系統(tǒng)542。合適的接口和/或控制器(沒有顯示)位于數(shù)據(jù)總線和HPDD之間，和/或數(shù)據(jù)總線和LPDD之間。
在圖11C中，驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500-3包括具有自適應(yīng)存儲控制模塊522的主機控制模塊560。主機控制模塊560和一條或多條數(shù)據(jù)總線564通信，數(shù)據(jù)總線564與LPDD534′和硬盤驅(qū)動器538′通信。主機控制模塊560可以是驅(qū)動控制模塊、集成設(shè)備電路(IDE)、ATA、串行ATA(SATA)和/或其他控制器或接口。
現(xiàn)在參考圖12，顯示了圖11A-11C的驅(qū)動功率減少系統(tǒng)500執(zhí)行的步驟。控制始于步驟582。在步驟584，控制確定系統(tǒng)是否處于低功率模式。如果不是，那么控制循環(huán)回到步驟584。如果步驟584為真，那么控制繼續(xù)到步驟586，在此控制確定大的數(shù)據(jù)塊存取是否典型地來自HPDD的請求。如果不是，則控制循環(huán)回到步驟584。如果步驟586為真，那么控制繼續(xù)到步驟590并確定數(shù)據(jù)塊是否被順序存取。如果不是，則控制循環(huán)回到步驟584。如果步驟590為真，那么控制繼續(xù)到步驟594并確定讀出長度。在步驟598，控制確定突發(fā)周期和頻率，用于把數(shù)據(jù)從高功率永久性存儲器傳送到低功率永久性存儲器。
在一個實施例中，突發(fā)周期和頻率被優(yōu)化以減少功率消耗。突發(fā)周期和頻率優(yōu)選是基于HPDD和/或LPDD的旋轉(zhuǎn)起動(spin-up)時間、永久性存儲器的容量、讀出速率(Playback Rate)、HPDD和/或LPDD的旋轉(zhuǎn)起動和穩(wěn)定狀態(tài)功率消耗、和/或順序數(shù)據(jù)塊的讀出長度。
例如，高功率永久性存儲器是HPDD，其在工作期間消耗1-2瓦特功率，具有4-10秒的旋轉(zhuǎn)起動時間和一般大于20Gb的容量。低功率永久性存儲器是微驅(qū)動器，其在工作期間消耗0.3-0.5瓦特功率，具有1-3秒的旋轉(zhuǎn)起動時間和1-6Gb的容量。如能夠理解的，前述的性能值和/或容量對于其他的實施方式會變化。HPDD可具有1Gb/s的數(shù)據(jù)傳送速率到微驅(qū)動器。讀出速率可以是10Mb/s(例如對于視頻文件)。如能夠理解的，HPDD的突發(fā)周期乘以傳送速率應(yīng)該不超過微驅(qū)動器的容量。突發(fā)之間的時間應(yīng)該大于旋轉(zhuǎn)起動時間加上突發(fā)周期。在這些參數(shù)內(nèi)，可優(yōu)化系統(tǒng)的功率消耗。在低功率模式中，如果HPDD工作以播放整個視頻比如電影，那么會消耗相當(dāng)多的功率。使用以上描述的方法，通過在固定間隔的多個突發(fā)段中以非常高的速率(例如讀出速率的100倍)選擇地把數(shù)據(jù)從HPDD傳送到LPDD，可極大減少功率消耗，然后HPDD可被關(guān)閉?？梢匀菀椎貙崿F(xiàn)大于50％的功率節(jié)省。
現(xiàn)在參考圖13，顯示了依據(jù)本發(fā)明的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)640，其包括一個驅(qū)動控制模塊650和一個或多個HPDD644和一個或多個LPDD648。驅(qū)動控制模塊650經(jīng)由主機控制模塊651與主機設(shè)備通信。對于主機，多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)640有效地操作HPDD644和LPDD648作為整體的磁盤驅(qū)動器，以減少復(fù)雜性、提高性能和減少功率消耗，如以下將描述的。主機控制模塊651可以是IDE、ATA、SATA和/或其他的控制模塊或接口。
現(xiàn)在參考圖14，在一個實施中，驅(qū)動控制模塊650包括一個硬盤控制器(HDC)653，其被用于控制HPDD和/或LPDD之一，或者這兩個都控制。緩沖區(qū)656存儲與HPDD和/或LPDD的控制關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，和/或主動地緩沖數(shù)據(jù)到HPDD和/或LPDD或緩沖來自HPDD和/或LPDD的數(shù)據(jù)，以通過優(yōu)化數(shù)據(jù)塊大小提高數(shù)據(jù)傳送率。處理器657執(zhí)行與HPDD和/或LPDD的操作相關(guān)的處理。
HPDD648包括一個或多個母板652，母板652具有存儲磁場的磁涂層。母板652被在654示意顯示的主軸電動機旋轉(zhuǎn)。一般主軸電動機654在讀/寫操作期間以固定的速度旋轉(zhuǎn)母板652。一條或多條讀/寫臂658相對于母板652移動，以讀取來自母板652的數(shù)據(jù)和/或?qū)憯?shù)據(jù)到母板652。由于HPDD648的母板比LPDD的大，所以主軸電動機654需要更多的功率來旋轉(zhuǎn)起動HPDD和高速維護HPDD。通常，HPDD的旋轉(zhuǎn)起動時間也更長。
讀/寫設(shè)備659位于靠近讀/寫臂658的末端處。讀/寫設(shè)備659包括寫元件比如產(chǎn)生磁場的電感器。讀/寫設(shè)備659還包括感應(yīng)在母板652上的磁場的讀元件(比如抗磁MR元件)。前置放大電路660放大模擬讀/寫信號。
當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時，前置放大電路660放大來自讀元件的低電平信號，并輸出放大的信號到讀/寫通道設(shè)備。當(dāng)寫數(shù)據(jù)時，生成寫電流，其流過讀/寫設(shè)備659的寫元件，并被切換以產(chǎn)生具有正負級的磁場。正負級由母板652存儲，并被用于表示數(shù)據(jù)。LPDD644還包括一個或多個母板662、主軸電動機664、一條或多條讀/寫臂668、讀/寫設(shè)備669和前置放大電路670。
HDC653與主機控制模塊651和第一主軸電動機/音圈電動機(VCM)驅(qū)動器672、第一讀/寫通道電路674、第二主軸電動機/VCM驅(qū)動器676和第二讀/寫通道電路678通信。主機控制模塊651和驅(qū)動控制模塊650能夠由片上系統(tǒng)(SOC)684實現(xiàn)。如能夠理解的，主軸VCM驅(qū)動器672和676和/或讀/寫通道電路674和678可以合并。主軸電動機/VCM驅(qū)動器672和676控制主軸電動機654和664，其分別旋轉(zhuǎn)母板652和662。主軸電動機/VCM驅(qū)動器672和676也產(chǎn)生分別定位讀/寫臂658和668的控制信號，例如使用音圈致動器、步進電動機或任何其他合適的致動器。
現(xiàn)在參考圖15-17，顯示了多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)的其他變化形式。在圖15中，驅(qū)動控制模塊650可包括一個直接的接口680，用于提供到一個或多個LPDD的外部連接。在一個實施方式中，直接接口是外設(shè)部件互連(PCI)總線、PCI快速(PCIX)總線和/或任何其他合適的總線或接口。
在圖16中，主機控制模塊651既與LPDD644又與HPDD648通信。低功率驅(qū)動控制模塊650LP和高功率磁盤驅(qū)動器控制模塊650HP直接與主機控制模塊通信。0個、LP和/或HP驅(qū)動控制模塊之一或者兩者都能夠作為SOC實現(xiàn)。
在圖17中，顯示了一個示例的LPDD682，其包括一個支持與直接接口680通信的接口690。如以上闡述的，接口680和690可以是外設(shè)部件互連(PCI)總線、PCI快速(PCIX)總線和/或任何其他合適的總線或接口。LPDD682包括HDC692、緩沖區(qū)694和/或處理器696。LPDD682還包括主軸電動機/VCM驅(qū)動器676、讀/寫通道電路678、母板662、主軸電動機665、讀/寫臂668、讀元件669和前置放器670，如上所述。替代地，HDC653、緩沖區(qū)656和處理器658能夠被合并，并用于兩個驅(qū)動器。類似地，能夠可選地合并主軸電動機/VCM驅(qū)動器和讀通道電路。在圖13-17的實施例中，LPDD的主動緩沖被用于提高性能。例如，緩沖區(qū)被用來優(yōu)化數(shù)據(jù)塊大小，用于超過主機數(shù)據(jù)總線的最佳速度。
在傳統(tǒng)的計算機系統(tǒng)中，分頁文件是HPDD或HP永久性存儲器上的隱藏文件，HPDD或HP永久性存儲器被操作系統(tǒng)用于保存部分不適合計算機的易失性存儲器的程序和/或數(shù)據(jù)文件。分頁文件和物理存儲器，或RAM限定了計算機的虛擬存儲器。操作系統(tǒng)根據(jù)需要，把數(shù)據(jù)從分頁文件傳送給存儲器，并把數(shù)據(jù)從易失性存儲器返回給分頁文件，以為新數(shù)據(jù)騰出空間。分頁文件也被稱為交換文件。
現(xiàn)在參考圖18-20，本發(fā)明利用LP永久性存儲器比如LPDD和/或閃存來增加計算機系統(tǒng)的虛擬存儲。在圖18中，操作系統(tǒng)700允許用戶限定虛擬存儲器702。在操作期間，操作系統(tǒng)700經(jīng)由一條或多條總線704尋址虛擬存儲器702。虛擬存儲器702既包括易失性存儲器708又包括LP永久性存儲器710比如閃存和/或LPDD。
現(xiàn)在參考圖19，操作系統(tǒng)允許用戶分配部分或全部LP永久性存儲器710作為分頁存儲器，以增加虛擬存儲。在步驟720控制開始。在步驟724，操作系統(tǒng)確定是否請求了額外的分頁存儲。如果沒有，那么控制循環(huán)返回步驟724。否則，操作系統(tǒng)分配部分LP永久性存儲器用于分頁文件，以在步驟728增加虛擬存儲。
在圖20中，操作系統(tǒng)利用額外的LP永久性存儲器作為分頁存儲器?？刂剖加诓襟E740。在步驟744，控制確定操作系統(tǒng)是否正在請求數(shù)據(jù)寫操作。如果是，控制繼續(xù)到步驟748，并確定是否超出了易失性存儲器的容量。如果沒有，那么在步驟750使用易失性存儲器進行寫操作。如果步驟748為真，那么在步驟754數(shù)據(jù)被存儲在LP永久性存儲器的分頁文件中。如果步驟744為假，控制繼續(xù)到步驟760，并確定是否請求了數(shù)據(jù)讀操作。如果為假，控制循環(huán)返回步驟744。否則，控制在步驟764確定地址是否對應(yīng)于RAM地址。如果步驟764為真，控制在步驟766從易失性存儲器讀取數(shù)據(jù)并繼續(xù)到步驟744。如果步驟764為假，控制在步驟770從LP永久性存儲器中的分頁文件讀取數(shù)據(jù)，且控制繼續(xù)到步驟744。
如能夠理解的，和利用HPDD的系統(tǒng)相比，使用LP永久性存儲器比如閃存和/或LPDD來增加虛擬存儲器的大小將提高計算機的性能。此外，分頁文件的功率消耗比使用HPDD的系統(tǒng)更低。由于其增加的尺寸，HPDD需要額外的旋轉(zhuǎn)起動時間，與閃存和/或LPDD相比這增加了數(shù)據(jù)存取時間，其中閃存沒有旋轉(zhuǎn)起動等待時間，LPDD的旋轉(zhuǎn)起動時間更短且功率消耗更低。
現(xiàn)在參考圖21，顯示了獨立磁盤冗余陣列(RAID)系統(tǒng)800，其包括一個或多個與磁盤陣列808通信的服務(wù)器和/或客戶機804。一個或多個服務(wù)器和/或客戶機804包括磁盤陣列控制器812和/或陣列管理模塊814。磁盤陣列控制器812和/或陣列管理模塊814接收數(shù)據(jù)并執(zhí)行數(shù)據(jù)的邏輯到物理地址映射到磁盤陣列808。磁盤陣列典型地包括多個HPDD816。
多個HPDD816提供容錯(冗余)和/或提高的數(shù)據(jù)存取率。RAID系統(tǒng)800提供一種存取多個單獨的HPDD的方法，就好象磁盤陣列808是一個大的硬盤驅(qū)動器。磁盤陣列808總共可提供幾百Gb到10倍至100倍Tb的數(shù)據(jù)存儲。數(shù)據(jù)以各種方式被存儲在多個HPDD816上，以減少如果一個驅(qū)動器失效而丟失所有數(shù)據(jù)的風(fēng)險，且改善數(shù)據(jù)存取時間。
把數(shù)據(jù)存儲在HPDD816上的方法典型地并稱為RAID級別。存在各種RAID級別，包括RAID0級或者磁盤分段。在RAID0級系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)被寫入跨越多個驅(qū)動器的塊中，以允許一個驅(qū)動器寫或讀數(shù)據(jù)塊而同時另一個驅(qū)動器尋找下一個塊。磁盤分段的優(yōu)點包括更快的存取速率和充分利用陣列容量。缺點是沒有容錯。如果一個驅(qū)動器失效，那么陣列的整個內(nèi)容就變得不可存取。
RAID1級或磁盤鏡像通過寫兩次提供冗余——每個驅(qū)動器一次。如果一個驅(qū)動器失效，那么另一個包含數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確備份，且RAID系統(tǒng)能夠切換到使用鏡像驅(qū)動器，而用戶存取中沒有錯誤。缺點包括沒有提高數(shù)據(jù)存取速度和由于需要的驅(qū)動器數(shù)量增加(2N)而造成的更高的費用。但是，RAID1級提供數(shù)據(jù)的最佳保護，因為當(dāng)HPDD之一失效時，陣列管理軟件僅僅把所有的應(yīng)用請求引導(dǎo)到繼續(xù)存在的HPDD。
RAID3級分段數(shù)據(jù)跨越多個驅(qū)動器，且具有一個額外的驅(qū)動器專門用于奇偶校驗，用于錯誤改正/恢復(fù)。RAID5級提供分段以及奇偶校驗用于錯誤恢復(fù)。在RAID5級中，奇偶校驗塊在陣列的驅(qū)動器之間被分配，其提供了驅(qū)動器之間更平衡的存取負擔(dān)。如果一個驅(qū)動器失效，奇偶校驗信息被用于恢復(fù)數(shù)據(jù)。缺點是相對慢的寫周期(對寸每個被寫的塊需要兩次讀和兩次寫)。陣列容量是N-1，最少需要3個驅(qū)動器。
RAID0+1級包括分段和鏡像而沒有奇偶校驗。優(yōu)點是快速的數(shù)據(jù)存取(像RAID0級)和單個驅(qū)動器容錯(像RAID1級)。RAID0+1級仍然需要兩倍數(shù)量的磁盤(像RAID1級)。如能夠理解的，可以有其他的RAID級別和/或方法把數(shù)據(jù)存儲到陣列808上。
現(xiàn)在參考圖22A和22B，依據(jù)本發(fā)明的RAID系統(tǒng)834-1包括磁盤陣列836，它包括X個HPDD，和磁盤陣列838，它包括Y個LPDD。一個或多個客戶機和/或服務(wù)器840包括磁盤陣列控制器842和/或陣列管理模塊844。雖然顯示了分離的設(shè)備842和844，但如果需要，這些設(shè)備能夠集成。如能夠理解的，X大于或等于2，Y大于或等于1。X能夠大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，圖22B顯示的RAID系統(tǒng)834-1’，其中X＝Y(jié)＝Z。
現(xiàn)在參考圖23A、23B、24A和24B，顯示了RAID系統(tǒng)834-2和834-3。在圖23A，LPDD磁盤陣列838與服務(wù)器/客戶機840通信，且HPDD磁盤陣列836與LPDD磁盤陣列838通信。RAID系統(tǒng)834-2可包括管理繞道路徑，其選擇地避開LPDD磁盤陣列838。如能夠理解的，X大于或等于2，且Y大于或等于1。X能夠大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，圖23B顯示的RAID系統(tǒng)834-2’，其中X＝Y(jié)＝Z。在圖24A中，HPDD磁盤陣列836與服務(wù)器/客戶機840通信，且LPDD磁盤陣列838與HPDD磁盤陣列836通信。RAID系統(tǒng)834-2可包括由虛線846表示的管理繞道路徑，其選擇地避開LPDD磁盤陣列838。如能夠理解的，X大于或等于2，且Y大于或等于1。X能夠大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，圖24B顯示的RAID系統(tǒng)834-3’，其中X＝Y(jié)＝Z。在圖23A-24B中使用的策略可包括直寫和/或回寫。
陣列管理模塊844和/或磁盤控制器842利用LPDD磁盤陣列838來減少HPDD磁盤陣列836的功率消耗。典型地，在圖21的傳統(tǒng)RAID系統(tǒng)中的HPDD磁盤陣列808在工作期間總是保持打開，以支持所需的數(shù)據(jù)存取時間。如能夠理解的，HPDD磁盤陣列808消耗相對高的功率。此外，由于大量的數(shù)據(jù)存儲在HPDD磁盤陣列808中，所以HPDD的母板典型地盡可能地大，這需要更高容量的主軸電動機，且增加了數(shù)據(jù)存取時間，因為讀/寫臂平均移動更遠。
依據(jù)本發(fā)明，以上結(jié)合圖6-17描述的技術(shù)在如圖22B所示的RAID系統(tǒng)834中被選擇地使用，以減少功率消耗和數(shù)據(jù)存取時間。雖然沒有在圖22A和23A-24B中顯示，依據(jù)本發(fā)明的其他RAID系統(tǒng)也可使用這些技術(shù)。換句話說，在圖6和7A-7D中描述的LUB模塊304、自適應(yīng)存儲模塊306和/或LPDD維護模塊被磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844選擇地實現(xiàn)，以選擇地把數(shù)據(jù)存儲在LPDD磁盤陣列838上來減少功率消耗和數(shù)據(jù)存取時間。圖8A-8C、9和10中描述的自適應(yīng)存儲控制模塊414也可被磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844選擇地實現(xiàn)，以減少功率消耗和數(shù)據(jù)存取時間。圖11A-11C和12中描述的驅(qū)動功率減少模塊522也可由磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844實現(xiàn)，以減少功率消耗和數(shù)據(jù)存取時間。此外，圖13-17中顯示的多驅(qū)動器系統(tǒng)和/或直接接口可用HPDD磁盤陣列836中的一個或多個HPDD實現(xiàn)，以增加功能和減少功率消耗和存取時間。
現(xiàn)在參考圖25，顯示了依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)系統(tǒng)850，其包括存儲設(shè)備854、存儲請求器858、文件服務(wù)器862和通信系統(tǒng)866。存儲設(shè)備854典型地包括磁盤驅(qū)動器、RAID系統(tǒng)、磁帶驅(qū)動器、磁帶庫、光盤驅(qū)動器、自動點播機和要被共享的任何其他存儲設(shè)備。存儲設(shè)備854優(yōu)選但不一定是面向?qū)ο蟮脑O(shè)備。存儲設(shè)備854可包括I/O接口，用于請求器858的數(shù)據(jù)存儲和檢索。請求器858典型地包括共享和/或直接存取存儲設(shè)備854的服務(wù)器和/或客戶機。
文件服務(wù)器862執(zhí)行管理和安全功能，比如請求驗證和資源分配。存儲設(shè)備854依賴于文件服務(wù)器862的管理指示，而請求器858不承擔(dān)存儲管理，而是文件服務(wù)器862承擔(dān)這個責(zé)任。在更小的系統(tǒng)中，可能不要求專門的文件服務(wù)器。在這個狀況下，請求器可以承擔(dān)監(jiān)視NAS系統(tǒng)850的操作的責(zé)任。同樣地，文件服務(wù)器862和請求器858都被示出，以分別包括管理模塊870和872，雖然可提供一個或另一個和/或兩個管理模塊。通信系統(tǒng)866是物理的基本設(shè)施，NAS系統(tǒng)850的組件通過它通信。它優(yōu)選既具有網(wǎng)絡(luò)又有通道的屬性，能夠連接網(wǎng)絡(luò)中的所有組件，且具有典型地在通道中發(fā)現(xiàn)的低時延。
當(dāng)NAS系統(tǒng)850被通電時，存儲設(shè)備854相互識別或者識別其自身到共同的參考點，比如文件服務(wù)器862、一個或多個請求器858和/或到通信系統(tǒng)866。通信系統(tǒng)866典型地提供用于這點的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，通過連接到與所述通信系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的介質(zhì)，這些技術(shù)是容易獲得的。存儲設(shè)備854和請求器858登錄到所述介質(zhì)上。要確定操作配置的任何組件能夠使用介質(zhì)服務(wù)來識別所有其他組件。請求器858從文件服務(wù)器862了解是否存在它們能夠訪問的存儲設(shè)備854，而存儲設(shè)備854需要定位另一個設(shè)備或調(diào)用管理服務(wù)比如備份時，它會知道去哪里。類似地，文件服務(wù)器862能夠從介質(zhì)服務(wù)了解是否存在存儲設(shè)備854。取決于特定安裝的安全性，請求器可能被拒絕訪問某個設(shè)備。從可訪問的存儲設(shè)備組，它然后能夠識別文件、數(shù)據(jù)庫和可用的自由空間。
同時，每個NAS組件能夠識別它應(yīng)該了解的任何特殊考慮到文件服務(wù)器862。任何設(shè)備級服務(wù)屬性應(yīng)該被一次傳達到文件服務(wù)器862，所有其他組件能夠從文件服務(wù)器862了解它們。例如，請求器可能希望在啟動之后被告知引入了額外的存儲器，這由請求器登錄到文件服務(wù)器862上時設(shè)置的屬性觸發(fā)。當(dāng)新的存儲設(shè)備被增加到配置時，文件服務(wù)器862就自動這樣做，包括傳送重要的特征，比如其是RAID5、被鏡像等等。
當(dāng)請求器必須打開一個文件時，它能夠直接到存儲設(shè)備845或者它可能不得不到達文件服務(wù)器獲得許可和位置信息。文件服務(wù)器854控制訪問存儲器的程度是安裝的安全要求的功能。
現(xiàn)在參考圖26，顯示了依據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)附屬存儲(NAS)系統(tǒng)900，其包括存儲設(shè)備904、請求器908、文件服務(wù)器912和通信系統(tǒng)916。存儲設(shè)備904包括RAID系統(tǒng)834和/或多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)930，如圖6-19所描述的。存儲設(shè)備904典型地還包括磁盤驅(qū)動器、RAID系統(tǒng)、磁帶驅(qū)動器、磁帶庫、光盤驅(qū)動器、自動點播機和/或如上所述的要被共享的任何其他存儲設(shè)備。如能夠理解的，使用改進的RAID系統(tǒng)和/或多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)930將減少NAS系統(tǒng)900的功率消耗和數(shù)據(jù)存取時間。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從前面的描述能夠理解本發(fā)明的主要原理能夠以各種形式實現(xiàn)。因此，雖然本發(fā)明是結(jié)合其特定示例描述的，但是本發(fā)明的真正范圍應(yīng)該不是受限于此，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附說明書和所附的權(quán)利要求之后，其他的修改將變得明顯，因此，本發(fā)明的保護范圍以所附的權(quán)利要求書要求保護的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其包括高功率磁盤驅(qū)動器HPDD，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸；低功率磁盤驅(qū)動器LPDD，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸；和驅(qū)動控制模塊，其集中控制到所述LPDD和所述HPDD的數(shù)據(jù)存取。
2.如權(quán)利要求1所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，進一步包括主機控制模塊，其提供所述驅(qū)動控制模塊和主機計算機之間的接口。
3.如權(quán)利要求2所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊包括硬盤控制器HDC，其與所述主機控制模塊通信；高功率HP和低功率LP主軸電動機/音圈電動機VCM驅(qū)動器，他們分別與所述HDC、所述HPDD和所述LPDD通信；和HP和LP讀/寫通道電路，他們分別與所述HDC、所述HPDD和所述LPDD通信。
4.如權(quán)利要求3所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊包括與所述HDC通信的驅(qū)動處理器；和與所述HDC通信的緩沖區(qū)。
5.如權(quán)利要求2所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊和所述主機控制模塊被實現(xiàn)成片上系統(tǒng)SOC。
6.如權(quán)利要求1所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，進一步包括接口，用于把所述LPDD直接連接到所述驅(qū)動控制模塊。
7.如權(quán)利要求6所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述接口是外設(shè)部件互連PCI和PCI快速PCI Express之一。
8.如權(quán)利要求2所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊包括高功率控制模塊，其包括與所述主機控制模塊通信的第一硬盤控制器HDC；與所述第一HDC和所述HPDD通信的第一主軸/音圈電動機VCM驅(qū)動器；和與所述第一HDC和所述HPDD通信的第一讀/寫通道電路。
9.如權(quán)利要求8所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述高功率控制模塊是由片上系統(tǒng)SOC實現(xiàn)的。
10.如權(quán)利要求8所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述高功率驅(qū)動控制模塊包括與所述第一HDC通信的第一驅(qū)動處理器；和與所述第一HDC通信的第一緩沖區(qū)。
11.如權(quán)利要求2所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊包括低功率控制模塊，其包括與所述主機控制模塊通信的第二硬盤控制器HDC；與所述第二HDC和所述LPDD通信的第二主軸/音圈電動機VCM驅(qū)動器；和與所述第二HDC和所述LPDD通信的第二讀/寫通道電路。
12.如權(quán)利要求11所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述低功率控制模塊是由片上系統(tǒng)SOC實現(xiàn)的。
13.如權(quán)利要求11所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述低功率驅(qū)動控制模塊包括與所述第二HDC通信的第二驅(qū)動處理器；和與所述第二HDC通信的第一緩沖區(qū)。
14.如權(quán)利要求2所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述驅(qū)動控制模塊包括與所述主機控制模塊通信的第一硬盤控制器HDC；與所述第一HDC和所述HPDD通信的第一主軸/音圈電動機VCM驅(qū)動器；與所述第一HDC和所述HPDD通信的第一讀/寫通道電路，和與所述LPDD通信的第一接口。
15.如權(quán)利要求14所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述HPDD進一步包括與所述第一HDC通信的第一驅(qū)動處理器；和與所述第一HDC通信的第一緩沖區(qū)。
16.如權(quán)利要求14所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中，所述LPDD包括與所述第一接口通信的第二接口；與所述第二接口通信的第二硬盤控制器HDC；與所述第二HDC通信的第二主軸/音圈電動機VCM驅(qū)動器；和與所述第二HDC通信的第二讀/寫通道電路。
17.如權(quán)利要求16所述的多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其中所述LPDD進一步包括與所述第二HDC通信的第二驅(qū)動處理器；和與所述第二HDC通信的第二緩沖區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)，其包括高功率磁盤驅(qū)動器HPDD，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑大于1.8英寸；低功率磁盤驅(qū)動器LPDD，其包括一個或多個母板，其中所述一個或多個母板的直徑小于或等于1.8英寸；和驅(qū)動控制模塊，其集中控制到所述LPDD和所述HPDD的數(shù)據(jù)存取。
文檔編號G06F12/08GK1866163SQ20051007719
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
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