[发明专利]直插式非易失性存储器盘读取高速缓存和写入缓冲器

说明书

发明领域

本发明一般涉及计算机系统，尤其涉及改善硬盘驱动器的性能。

发明背景

计算机系统上使用某些永久性存储设备以便为该计算机系统的功能提供永久 性的存储。例如本领域内周知的磁性硬盘驱动器组合件。然而，这些永久性存储器 具有一些缺点。磁性硬盘驱动器准备读取或写入数据所需的时间很长。为了读写数 据，在大多数情况下，需要物理地启动磁盘旋转，并且需要在磁盘的适当位置上定 位读/写头。

尽管如此，计算机系统的微处理器仅执行来自诸如DRAM的快速随机可寻址 存储器或者其他类型的易失性电子存储器的指令。为了初始化该可寻址存储器以使 其引导操作系统，通常会在EPROM(电可编程只读存储器)或类似设备上提供小 量的非易失性引导存储器。当引导计算机时，就使用存储在上述非易失性存储器上 的引导程序。该引导程序包含用于读取在硬盘上该操作系统启动部分的代码，上述 启动部分用于该操作系统其余部分的载入与初始化。

从硬盘中传送操作系统、可执行文件及数据很慢，尤其是当该操作系统是大 型操作系统，或者文件很大等时。这种情况不但在引导计算机系统时常常出现，而 且在计算机系统从休眠模式中恢复时也会出现。传送时间的一个重要因素应归于磁 盘驱动器的起转速度。以相对较慢RPM旋转的相对较小的磁盘需要5至6秒加速 至可使用。诸如多盘片设备的大型磁盘以及以更快RPM旋转的磁盘需要10至12 秒甚至更多的时间来加速。在具有主要以顺序方式加速的数百至数千个磁盘驱动器 的服务器系统上，磁盘加速旋转时间能够占据服务器系统总引导时间的90％以上。 硬驱动器消耗了很大一部分由计算机系统使用的功率，产生大量热负载，并且会由 于冷却系统所需的风扇噪音引起PC噪声。

业已开发出用于增加计算机系统引导速度以及增加计算机系统从休眠中恢复 速度的方法。公开的一个示例是Feigenbaum等人的美国专利No.5,307,497。′497 专利教示了可以将操作系统的一部分存储在只读存储器(ROM)中用以在加电 或重启期间对该部分的快速访问。然而，存储在ROM内的该部分无法被改变。 换句话说，在′497专利中公开的方法不适于改变与操作系统设置和所使用应用 程序有关的用户参数，不适于计算机系统从休眠中恢复，也不适于操作系统的 更新或新版本。

业界研发的另一示例是将计算机存储器的状态存储到与磁盘驱动器分离的备 份存储器中，并且储存整个计算机存储器。该备份存储器很大，因为它存储了整个 计算机存储器。

发明概述

本发明改善了硬驱动器的读/写性能并且减少了访问该硬驱动器的次数。该操 作系统提供了将放入固态、非易失性(“NV”)存储器的数据的列表，其中该固 态、非易失性存储器位于直插在硬驱动器和主板上的一设备内并且附连至该硬盘驱 动器，由此允许将标准机械驱动器与标准主板一并使用。该数据包括要钉入NV 存储器的数据以及动态数据。被钉住的数据在NV存储器内持续存在，直到操 作系统命令该NV存储器刷新(flush)。动态数据是由操作系统按优先级排列 的数据，但可由硬驱动器控制器控制。

NV存储器由安装在硬驱动器的IDE连接器或者等效结构上的单元提供。 该单元可以跨接在硬驱动器上，从而使得将该单元从硬驱动器中移除变得相对 困难。跨接降低了断电之后该驱动器被从计算机系统中移除及被损坏的可能 性。在一个实施例中，该设备包括用于缓冲写入磁盘的数据突发脉冲串的快速 易失性存储器，以及在突然断电的情况下提供能够维持设备足够长的供电时间 用以将数据从易失性存储器中移至NV存储器移至磁盘驱动器盘片的储能设 备，诸如小电池。操作期间，单元的控制器高速缓存来自操作系统的命令并且 缓冲写入，以便机械磁盘得以减速旋转，由此缩短等待时间、减小功耗、并且 减轻对驱动器的磨损。

NV存储器在系统工作期间使用以临时缓冲写入驱动器数据。当NV存储 器上的可用资源降至阈值之下时，存储在NV存储器内的数据被传送至磁盘驱 动器。这样就减少了系统操作时磁盘驱动器加速旋转的次数。