[发明专利]直接存取长期存储装置的系统和方法

说明书

本发明涉及到获得最大的计算机长期存储器输入/输出率的领域，而更具体地涉及到下一领域：不经过中央处理器和主存而直接向/从长期存储装置输入/输入。

计算机系统一般包括一个中央处理器、一个输入/输出接口、多个输入/输入装置(键盘、显示器、打印机等)和一个存储系统。中央处理器使用存储系统来存储程序及其所用数据，根据现代计算机原理，存储系统是按层次结构加以组织的，也即，经常存取的数据存于高速的存储器中(也即高速缓存)，不很经常存取的数据存于主存中(随机存取存储器或RAM)，以及不常存取的数据存于低速的存储器内，例如硬盘或软盘，现在还包括如CDROM和数字磁带那样的装置。

在此层次结构内，存于盘上或其它长期存储装置上的数据由中央处理单元(CPU)复制写入主存，以供使用。存于长期存储装置上的数据也可传送出计算机系统之外，但通常要在CPU控制下通过主存送出即使使用直接存储存取(DMA)方式将数据传送入主存或从主存送出，系统仍从CPU“挪用周期”，因当DMA存取在进行时CPU无法访问存储器。这样来传送数据是比较慢的。其中CPU是一个典型的瓶颈，但对大多数交互式计算机程序和诸如声响或视频任务那样专门的数据传送系统来讲，它也是够用的了。

在计算机系统的数据传送中还有一个数据流瓶颈，就是输入/输出(I/O)接口装置。I/O接口装置一般是一个集中的系统，所有进入CPU和主存以及从它们出来的数据必须通过I/O接口装置。所有从磁盘系统输出到外界的数据必须先通过I/O装置进入主存，然后再从主存通过I/O装置输出到外界。

要求从大的长期存储系统传送大量数据的新的应用项目是点叫录像。在点叫录像中，顾客点叫一个电影或其它节目，系统进行响应，将此节目传送给顾客。这类节目以数字形式传送给装置顶盒转换器，而装置顶盒则将此节目转换成提供给电视装置的模拟量输入。由于节目是以数字形式存储的，它们存放在包括诸如CD ROM、计算机盘、大规模RAM阵列、和/或数字带那样的介质的大的计算机存储系统中。能将一个节目作多种放像，每个顾客可在不同时间从头观看每个可点叫的节目。因此，每个介质必须有能力读取同一个节目的多个不同位置的内容，而且同时传送每个节目内容。

使用现有技术的层次结构来建立点叫录像系统时，需要将数据从存储介质通过I/O系统送到主存，并在那里加以格式化，以便传给顾客。数据接着通过I/O系统送回到网络接口。按照点叫录像系统的需要，能够同时从多个存储介质和从每个介质的多个地址读取数据时系统需要一个非常快的处理器，速度很高的主存和一个复杂的I/O系统。要同时将所有数据通过I/O装置从存储介质传送到主存并接着通过I/O装置送到众多目的地，就要求同时进行多项操作，还可能要求对同样的数据进行多项操作，以便将同一个程序送往几个不同地点。此外，计算机必须接受顾客的点叫要求、记录记帐信息、向顾客显示用于停止、往后退、快速向前移或调换节目的信号。所有这些同时执行的功能要求CPU不丢失周期或具有大量的并行处理。

构成点叫录象系统的另一个问题是每个节目有其单独的频宽要求，而后者和其它节目不同。例如，单声道的黑白电影要求较少数据，因此比现代的耗费巨资拍摄的立体声的(或加强型立体声)彩色电影的频带要窄。所用频带愈宽，则CPU能完成处理操作(例如接受点叫要求)就愈少，因传送数据要占用CPU、主存和I/O装置。

因此，技术中的问题是没有系统可用于将大量的具有不同频宽要求的数据从长期存储器传送至外界装置而不必由中央处理器将数据送入主存。