專利名稱：高速緩存層次結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機體系結構，更具體地是涉及雙電源模式的計算機體系結構。
背景技術：
膝上型計算機即可使用線路電源也可使用電池電源來供電。膝上型計算機的處理器、圖形處理器、存儲器和顯示器在運行時要消耗相當大的功率。膝上型計算機的一個明顯限制就是膝上型計算機在不進行重新充電的情況下可利用電池運行的時間長短。膝上型計算機較高的功耗通常導致較短的電池壽命。
現(xiàn)參考圖1A，所示的示例性計算機體系結構4包括一個具有存儲器7(例如高速緩存或高速緩沖存儲器(cache))的處理器6。處理器6與輸入/輸出接口(I/O)8通信。諸如隨機存取存儲器10(RAM)之類的易失性存儲器9和/或其他合適的電子數(shù)據(jù)存儲器也與接口8通信。圖形處理器11和諸如高速緩存之類的存儲器12提高了圖形處理速度，并改進了性能。
一個或多個I/O設備例如鍵盤13和定點設備14(例如鼠標和/或其它合適的設備)與接口8通信。具有一個或多個直徑大于1.8”的盤片的大功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)例如硬盤驅(qū)動器，提供了非易失性存儲器，存儲數(shù)據(jù)并與接口8通信。HPDD 15在運行時的通常消耗較大功率。如果用電池來運行，頻繁使用HPDD 15會顯著降低電池壽命。計算機體系結構4也包括顯示器16、音頻輸出設備17例如音頻揚聲器和/或一般地標識于18處的其它輸入/輸出設備。
現(xiàn)參考圖1B，一種示例性的計算機體系結構20包括一個處理芯片組22和一個I/O芯片組24。例如，該計算機體系結構可以是北橋/南橋結構(處理芯片組對應北橋芯片組，而I/O芯片組對應南橋芯片組)或其它類似的體系結構。處理芯片組22經(jīng)由系統(tǒng)總線27與處理器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(例如外部DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)或其它存儲器)、外圍組件互連(PCI)總線30、和/或二級高速緩存32的交互。一級高速緩存33和34可以分別與處理器25和/或圖形處理器26相連。在一個替換實施例中，圖形加速端口(AGP)(未示出)取代和/或聯(lián)合圖形處理器26與處理芯片組22通信。處理芯片組22通常使用多個芯片來實現(xiàn)，但這并不是必需的。PCI插槽36與PCI總線30相連。
I/O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)標準體系結構(ISA)總線44與通用串行總線(USB)40、音頻設備41、鍵盤(KBD)和/或定點設備42以及基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)43通信。與處理芯片組22不同，I/O芯片組24通常(但并不是必需的)是使用與PCI總線30相連的單個芯片來實現(xiàn)。HPDD 50例如硬盤驅(qū)動器也與I/O芯片組24通信。HPDD 50可以存儲一個全特征(full-featured)操作系統(tǒng)(OS)例如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
一方面，本發(fā)明提供了一種處理設備，其包括一個主處理器，該主處理器以第一速度消耗功率并在計算機處于高功率模式時運行。該處理設備包括一個輔助處理器，該輔助處理器以低于第一速度的第二速度消耗功率并在計算機處于低功率模式時運行。
在其它特征中，所述主處理器是使用第一工藝制造的，所述輔助處理器是使用第二工藝制造的。第一工藝所涉及的特征尺寸小于第二工藝所涉及的特征尺寸。一個主圖形處理器與所述主處理器通信并在計算機處于高功率模式時運行。主處理器和主圖形處理器在計算機處于低功率模式時不運行。一個輔助圖形處理器與所述輔助處理器通信并在低功率模式期間運行。
在其它特征中，主易失性存儲器在高功率模式期間與主處理器通信，而在低功率模式期間與輔助處理器通信。主易失性存儲器在高功率模式期間與主處理器通信，而輔助易失性存儲器在低功率模式期間與輔助處理器通信。
在又一些其它特征中，主易失性存儲器在高功率模式期間與主處理器通信。輔助易失性存儲器嵌入輔助處理器內(nèi)。處理芯片組在高功率模式期間與主處理器和主圖形處理器通信，在低功率模式期間與輔助處理器和輔助圖形處理器通信。I/O芯片組在低功率模式期間與輔助處理器和輔助圖形處理器通信。
在另一些其它特征中，主處理器的晶體管以小于約20％的工作循環(huán)運行，而輔助處理器的晶體管以大于約80％的工作循環(huán)運行。主處理器的晶體管以小于約10％的工作循環(huán)運行，而輔助處理器的晶體管以約90％的工作循環(huán)運行。
在又一些其它特征中，主處理器在高功率模式期間執(zhí)行全特征操作系統(tǒng)，而輔助處理器在低功率模式期間執(zhí)行限制特征操作系統(tǒng)。
在其它特征中，低功率磁盤驅(qū)動器和/或閃存中的至少一個與輔助處理器通信并存儲限制特征操作系統(tǒng)，該限制特征操作系統(tǒng)在低功率模式期間由輔助處理器執(zhí)行。高功率磁盤驅(qū)動器與主處理器通信并存儲全特征操作系統(tǒng)，該全特征操作系統(tǒng)在高功率模式期間由主處理器執(zhí)行。一級高速緩存與主處理器相聯(lián)。二級高速緩存與主處理器通信。
在其它特征中，處理設備采用的高速緩存層次結構包括用于HP非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的高功率(HP)非易失性存儲器層、用于LP非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的低功率(LP)非易失性存儲器層、易失性存儲器層、用于二級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第二層、用于一級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第一層、和用于主處理器和/或輔助處理器中至少一個內(nèi)的數(shù)據(jù)的CPU層。
在其它特征中，主易失性存儲器與主處理器通信。易失性存儲器層對應高功率模式期間主易失性存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)。輔助易失性存儲器與輔助處理器通信。易失性存儲器層對應低功率模式期間輔助易失性存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)。輔助易失性存儲器嵌入輔助處理器內(nèi)。易失性存儲器層對應低功率模式期間嵌入式輔助易失性存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)。
在其它特征中，全特征操作系統(tǒng)和限制特征操作系統(tǒng)共享一種公共數(shù)據(jù)格式。
在其它特征中，HP非易失性存儲器包括具有直徑大于1.8”的盤片的高功率磁盤驅(qū)動器，而LP非易失性存儲器包括閃存和/或低功率磁盤驅(qū)動器中的至少一個，其中低功率磁盤驅(qū)動器具有直徑小于或等于1.8”的盤片。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種運行于低功率模式和高功率模式下的計算機系統(tǒng)，其包括易失性存儲器；非易失性存儲器，其包括低功率磁盤驅(qū)動器和閃存中的至少一個；和一個包括虛擬存儲器調(diào)節(jié)模塊的操作系統(tǒng)，該虛擬存儲器調(diào)節(jié)模塊使能指定所述非易失性存儲器的至少一部分用于頁面文件，以增大所述計算機系統(tǒng)的虛擬存儲器。
另一方面，本發(fā)明還提供了另一種具有高功率模式和低功率模式的處理設備，其包括一個第一非易失性存儲器，其與所述處理設備通信，并存儲第一操作系統(tǒng)，該第一操作系統(tǒng)在所述高功率模式期間由所述處理設備執(zhí)行；和一個第二非易失性存儲器，其與所述處理設備通信并存儲第二操作系統(tǒng)，該第二操作系統(tǒng)在所述低功率模式期間由所述處理設備執(zhí)行。
在其它特征中，所述處理設備進一步包括一個主處理設備，其與所述第一非易失性存儲器通信，并在所述高功率模式期間執(zhí)行所述第一操作系統(tǒng)；和一個輔助處理設備，其與所述第二非易失性存儲器通信，并在所述低功率模式期間執(zhí)行所述第二操作系統(tǒng)。所述第一操作系統(tǒng)是一個全特征操作系統(tǒng)，而所述第二操作系統(tǒng)是一個限制特征操作系統(tǒng)。
在其它特征中，所述處理設備進一步包括一個主圖形處理設備，其在所述高功率模式期間支持全特征圖形處理；和一個輔助圖形處理設備，其在所述低功率模式期間支持限制特征圖形處理。
在其它特征中，所述全特征操作系統(tǒng)和所述限制特征操作系統(tǒng)共享一個公共數(shù)據(jù)格式。
另一方面，本發(fā)明還提供了另一種處理設備，其包括一個處理器；與所述處理器通信的低功率非易失性存儲器；和與所述處理器通信的高功率非易失性存儲器，其中所述處理設備利用一種高速緩存層次結構來管理數(shù)據(jù)，該高速緩存層次結構包括一個用于所述高功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的高功率(HP)非易失性存儲器層和一個用于所述低功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的低功率(LP)非易失性存儲器層，其中所述LP非易失性存儲器層在所述高速緩存層次結構中的層次比所述HP非易失性存儲器層的高。
在其它特征中，所述處理設備進一步包括與所述處理器相聯(lián)的一級高速緩存、與所述處理器通信的易失性存儲器、以及與所述處理器通信的二級高速緩存。所述高速緩存層次結構進一步包括一個易失性存儲器層、一個用于所述二級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第二層、一個用于所述一級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第一層、以及一個用于所述處理器內(nèi)數(shù)據(jù)的CPU層。
在其它特征中，所述HP非易失性存儲器包括一個具有直徑大于1.8”盤片的高功率磁盤驅(qū)動器。所述LP非易失性存儲器包括閃存和/或低功率磁盤驅(qū)動器中的至少一個，其中該低功率磁盤驅(qū)動器具有一個直徑小于或等于1.8”的盤片。
另一方面，本發(fā)明還提供了一種設備，其包括一個具有高功率模式和低功率模式的處理單元；一個第一操作系統(tǒng)，其在所述高功率模式期間由所述處理單元執(zhí)行；和一個第二操作系統(tǒng)，其在所述低功率模式期間由所述處理單元執(zhí)行。
在其它特征中，所述處理單元進一步包括一個主處理設備，其在所述高功率模式期間執(zhí)行所述第一操作系統(tǒng)；和一個輔助處理設備，其在所述低功率模式期間執(zhí)行所述第二操作系統(tǒng)。所述第一操作系統(tǒng)是一個全特征操作系統(tǒng)。所述第二操作系統(tǒng)是一個限制特征操作系統(tǒng)。所述處理單元進一步包括一個主圖形處理設備，其在所述高功率模式期間支持全特征圖形處理；和一個輔助圖形處理設備，其在所述低功率模式期間支持限制特征圖形處理。所述全特征操作系統(tǒng)和所述限制特征操作系統(tǒng)共享一個公共數(shù)據(jù)格式。
從下文的詳細描述中可以看到本發(fā)明其它的應用領域。應該理解的是，本發(fā)明中用于闡述優(yōu)選實施例的詳細描述和特定實例僅用于闡釋的目的，而非限制本發(fā)明的范圍。


根據(jù)詳細的說明和附圖，人們將會更加全面地理解本發(fā)明，其中圖1A和圖1B示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的示例性計算機體系結構；圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性計算機體系結構，其具有在高功率模式期間運行的主處理器、主圖形處理器和主易失性存儲器，以及與主處理器通信的輔助處理器和輔助圖形處理器，輔助處理器和輔助圖形處理器在低功率模式期間運行，并且在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性計算機體系結構，其類似于圖2A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的輔助易失性存儲器；圖2C示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性計算機體系結構，其類似于圖2A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的嵌入式易失性存儲器；圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的用于計算機的第四示例性體系結構，其具有在高功率模式期間運行的主處理器、主圖形處理器和主易失性存儲器，以及與處理芯片組通信的輔助處理器和輔助圖形處理器，輔助處理器和輔助圖形處理器在低功率模式期間運行并在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的第五示例性計算機體系結構，其類似于圖3A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的輔助易失性存儲器；圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的第六示例性計算機體系結構，其類似于圖3A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的嵌入式易失性存儲器；圖4A示出了根據(jù)本發(fā)明的用于計算機的第七示例性體系結構，其具有與I/O芯片組通信的輔助處理器和輔助圖形處理器，輔助處理器和輔助圖形處理器在低功率模式期間運行并在低功率模式期間利用主易失性存儲器；圖4B示出了根據(jù)本發(fā)明的第八示例性計算機體系結構，其類似于圖4A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的輔助易失性存儲器；圖4C示出了根據(jù)本發(fā)明的第九示例性計算機體系結構，其類似于圖4A的體系結構并包括與輔助處理器和/或輔助圖形處理器相連的嵌入式易失性存儲器；和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于圖2A-圖4C的計算機體系結構的高速緩存的層次結構；圖6是驅(qū)動控制模塊的功能框圖，該控制模塊包括最少使用塊(least used block，LUB)，并管理低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)和高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)之間的數(shù)據(jù)存儲和傳輸；圖7A的流程圖示出了由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的步驟；圖7B的流程圖示出了由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的替換步驟；圖7C和圖7D的流程圖示出了由圖6的驅(qū)動控制模塊執(zhí)行的替換步驟；圖8A所示的高速緩存控制模塊包括自適應存儲控制模塊，并控制LPDD和HPDD之間數(shù)據(jù)的存儲和傳輸；圖8B所示的操作系統(tǒng)包括自適應存儲控制模塊，并控制LPDD和HPDD之間數(shù)據(jù)的存儲和傳輸；圖8C所示的主機控制模塊包括自適應存儲控制模塊，并控制LPDD和HPDD之間數(shù)據(jù)的存儲和傳輸；圖9示出了由圖8A-圖8C的自適應存儲控制模塊執(zhí)行的步驟；圖10的示例性表格示出一種用于確定在低功率模式期間一個程序或文件被使用概率的方法；圖11A示出了一個高速緩存控制模塊，其包括磁盤驅(qū)動器功率減小模塊；圖11B示出了一個操作系統(tǒng)，其包括磁盤驅(qū)動器功率減小模塊；圖11C示出了一個主機控制模塊，其包括磁盤驅(qū)動器功率減小模塊；圖12示出了由圖11A-圖11C的磁盤驅(qū)動器功率減小模塊執(zhí)行的步驟；圖13示出了一個多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)，其包括高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)和低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)；
圖14-圖17示出了圖13的多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的其它示例性實施方式；圖18示出了采用低功率非易失性存儲器例如閃存或低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD)來增加計算機的虛擬存儲器；圖19和圖20示出了由所述操作系統(tǒng)執(zhí)行的步驟以分配和使用圖18的虛擬存儲器；圖21是根據(jù)現(xiàn)有技術的一種獨立磁盤冗余陣列(RAID)系統(tǒng)的功能框圖；圖22A是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性RAID系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)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)的功能框圖，其中X和Y都等于Z；圖23A是根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性RAID系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)具有包括Y個LPDD的磁盤陣列，該磁盤陣列與包括X個HPDD的磁盤陣列通信；圖23B是圖23A的RAID系統(tǒng)的功能框圖，其中X和Y都等于Z；圖24A是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性RAID系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)包括X個HPDD的磁盤陣列，該磁盤陣列與包括Y個LPDD的磁盤陣列通信；圖24B是圖24A的RAID系統(tǒng)的功能框圖，其中X和Y都等于Z；圖25是根據(jù)現(xiàn)有技術的一種網(wǎng)絡附加存儲器(NAS)系統(tǒng)的功能框圖；和圖26是根據(jù)本發(fā)明的一種網(wǎng)絡附加存儲器(NAS)系統(tǒng)的功能框圖，該系統(tǒng)包括圖22A、22B、23A、23B、24A和/或24B的RAID系統(tǒng)和/或根據(jù)圖6-圖17的多磁盤系統(tǒng)。
具體實施例方式
下述對優(yōu)選實施例的描述僅僅是示例性的，并無意限制本發(fā)明及其應用或用途。為清晰起見，附圖中用相同的附圖標記表示類似的部件。本文所用的術語“模塊”指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的處理器(共享的、專用的、或組群的)和存儲器、組合邏輯電路、和/或其它可以提供上述功能的合適部件。
本文所用的“數(shù)據(jù)處理設備”指的是包括處理器、存儲器、和輸入/輸出接口的任何系統(tǒng)。示例性的處理設備包括但并不限于桌面計算機、膝上型計算機、個人媒體播放器、個人數(shù)字助理和筆記本計算機，除了這些還涉及其它類型的處理設備。本文所使用的術語“高功率模式”指的是處理設備的主處理器和/或主圖形處理器的活動操作。術語“低功率模式”指的是，在輔助處理器和輔助圖形處理器可運行時主處理器和/或主圖形處理器的低功率睡眠模式、關閉模式和/或非響應模式。“關閉模式”指的是主處理器和輔助處理器都關閉時的情形。
術語“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”的盤片的磁盤驅(qū)動器和/或微驅(qū)動器。術語“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”的盤片的硬盤驅(qū)動器。LPDD的存儲能力和功耗通常都低于HPDD的存儲能力和功耗。LPDD的轉(zhuǎn)速也高于HPDD的轉(zhuǎn)速。例如，LPDD可以獲取10,000-20,000RPM(轉(zhuǎn)/分)的轉(zhuǎn)速。
根據(jù)本發(fā)明的計算機體系結構包括在高功率模式期間運行的主處理器、主圖形處理器和主存儲器(如結合圖1A和圖1B所述的那樣)。輔助處理器和輔助圖形處理器在低功率模式期間運行。輔助處理器和輔助圖形處理器可以連接到計算機的各種部件，如下所述。在低功率模式期間主易失性存儲器可以被輔助處理器和輔助圖形處理器所用?；蛘撸梢岳美鏒RAM之類的輔助易失性存儲器和/或諸如嵌入式DRAM之類的嵌入式輔助易失性存儲器，如下所述。
主處理器和主圖形處理器在高功率模式下運行時的功耗較高。主處理器和主圖形處理器執(zhí)行要求較大外部存儲器的全特征操作系統(tǒng)(OS)。主處理器和主圖形處理器支持包括復雜計算和高級圖形的高性能運行。全特征操作系統(tǒng)可以是諸如Windows XP之類的基于windows的操作系統(tǒng)、基于Linux的操作系統(tǒng)以及基于MAC的操作系統(tǒng)等等。全特征操作系統(tǒng)存儲在HPDD 15和/或50內(nèi)。
在低功率模式期間輔助處理器和輔助圖形處理器的功耗較低(比主處理器和主圖形處理器的功耗低)。輔助處理器和輔助圖形處理器執(zhí)行一個要求較小外部存儲器的限制特征操作系統(tǒng)(OS)。輔助處理器和輔助圖形處理器也可使用與主處理器相同的操作系統(tǒng)。例如，可以使用全特征OS的縮減版本。輔助處理器和輔助圖形處理器支持較低的性能運行、較低的計算速度和較不高級的圖形。例如，限制特征OS可以是Windows CE或任何其它合適的限制特征OS。限制特征OS優(yōu)選地存儲在非易失性存儲器內(nèi)例如閃存和/或LPDD。在一個優(yōu)選的實施例中，全特征操作系統(tǒng)和限制特征操作系統(tǒng)共享一個公共數(shù)據(jù)格式以降低復雜度。
主處理器和/或主圖形處理器優(yōu)選包括利用較小特征尺寸的制造工藝來實現(xiàn)的晶體管。在一種實施方式中，這些晶體管用先進CMOS制造工藝來實現(xiàn)。在主處理器和/或主圖形處理器內(nèi)實現(xiàn)的晶體管具有較高的備用泄漏(standby leakage)、較短的溝道，而且其尺寸被設計為用于高速情形。主處理器和主圖形處理器優(yōu)選地主要采用動態(tài)邏輯。換言之，它們不能關閉。這些晶體管轉(zhuǎn)換的工作循環(huán)(duty cycle)低于約20％的，而且優(yōu)選地小于約10％，雖然可以使用其它的工作循環(huán)。
相反，輔助處理器和/或輔助圖形處理器優(yōu)選地包括晶體管，實施這些晶體管所用的制造工藝的特征尺寸大于用于主處理器和/或主圖形處理器的工藝特征尺寸。在一個實施方案中，這些晶體管用普通CMOS制造工藝來實施。在輔助處理器和/或輔助圖形處理器內(nèi)實施的晶體管具有較低的備用泄漏、較長的溝道，而且其尺寸適于低功率耗散。輔助處理器和輔助圖形處理器優(yōu)選地主要采用靜態(tài)邏輯而不采用動態(tài)邏輯。這些晶體管以大于80％的工作循環(huán)轉(zhuǎn)換，而且優(yōu)選地，大于90％，雖然可以使用其它的工作循環(huán)。
當以高功率模式運行時，主處理器和主圖形處理器的功耗較高。當以低功率模式運行時，輔助處理器和輔助圖形處理器的功耗較低。然而，與高功率模式相比，計算機體系結構在低功率模式下只能支持較少的特征和運算以及較不復雜的圖形。本領域技術人員可以理解的是，可以有很多方法來實現(xiàn)本發(fā)明的計算機體系結構。因此，技術人員能夠理解下述結合圖2A-圖4C的體系結構僅是示例性的，而不是限制性的。
現(xiàn)在參考圖2A，示出了第一種示例性的計算機體系結構60。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，并在高功率模式期間支持復雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。輔助處理器62和輔助圖形處理器64與接口8通信，并在低功率模式期間支持較不復雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。可選的非易失性存儲器65例如LPDD 66和/或閃存68與接口8通信，并在低功率和/或高功率模式期間提供低功率的非易失性數(shù)據(jù)存儲。HPDD 15提供高功率/大容量的非易失性存儲。非易失性存儲器65和/或HPDD 15用于在低功率模式期間存儲限制特征OS和/或其它數(shù)據(jù)和文件。
在這個實施例中，在運行于低功率模式時輔助處理器62和輔助圖形處理器64采用了易失性存儲器9(或主存儲器)。因此，在低功率模式期間應該對至少部分接口8供電以支持與主存儲器和/或在低功率模式期間被供電的元件間進行通信。例如，鍵盤13、定點設備14和主顯示器16可以在低功率模式期間被供電和使用。在結合圖2A-圖4C描述的所有實施例中，也可以在低功率模式期間體提供和使用功率較小的輔助顯示器(例如單色顯示器)和/或輔助輸入/輸出設備。
現(xiàn)參考圖2B，示出的第二種示例性計算機體系結構70類似于圖2A所示的體系結構。在這個實施例中，輔助處理器62和輔助圖形處理器64與輔助易失性存儲器74和/或76通信。輔助易失性存儲器74和76可以是DRAM或其它合適的存儲器。在低功率模式期間，輔助處理器62和輔助圖形處理器64分別使用輔助易失性存儲器74和/或76，而不使用圖2A所示的主易失性存儲器9和/或與圖2A所示的主易失性存儲器9一起使用。
現(xiàn)在參考圖2C，第三種示例性計算機體系結構80類似于圖2A所示的體系結構。輔助處理器62和/或輔助圖形處理器64分別包括嵌入式易失性存儲器84和86。在低功率模式期間，輔助處理器62和輔助圖形處理器64分別使用嵌入式易失性存儲器84和/或86，而不使用主易失性存儲器和/或與主易失性存儲器一起使用。在一個實施例中，嵌入式易失性存儲器84和86是嵌入式DRAM(eDRAM)，雖然可以使用其它類型的嵌入式易失性存儲器。
現(xiàn)參考圖3A，示出了根據(jù)本發(fā)明的第四種示例性計算機體系結構100。在高功率模式期間，主處理器25、主圖像處理器26和主易失性存儲器28與處理芯片組22通信并支持復雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。當計算機處于低功率模式時，輔助處理器104和輔助圖形處理器108支持較不復雜的數(shù)據(jù)和圖形處理。在這個實施例中，輔助處理器104和輔助圖形處理器108以低功率模式運行時利用主易失性存儲器28。因此，在低功率模式期間可以對處理芯片組22進行全部和/或部分供電以利于其間的通信。可以在低功率模式期間對HPDD 50供電以提供高功率易失性存儲器。低功率非易失性存儲器109(LPDD 110和/或閃存112)連接到處理器芯片組22、I/O芯片組24或另一位置，并存儲用于低功率模式的限制特征操作系統(tǒng)。
可以對處理芯片組22進行全部和/或部分供電以支持在低功率模式期間使用的HPDD 50、LPDD 110和/或其它部件的運行。例如，可以在低功率模式期間使用鍵盤和/或定點設備42以及主顯示器。
現(xiàn)參考圖3B，示出了類似于圖3A所示體系結構的第五種計算機體系結構150。輔助易失性存儲器154和158分別連接到輔助處理器104和/或輔助圖形處理器108。在低功率模式期間，輔助處理器104和輔助圖形處理器108分別使用輔助易失性存儲器154和158，而不使用主易失性存儲器28和/或與主易失性存儲器28一起使用。如果需要，可以在低功率模式期間關閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。輔助易失性存儲器154和158可以是DRAM或其它合適的存儲器。
現(xiàn)參考圖3C，示出了類似于圖3A所示體系機構的第六種示例性計算機體系結構170。輔助處理器104和/或輔助圖形處理器108分別包括嵌入式處理器174和176。在低功率模式期間，輔助處理器104和輔助圖形處理器108分別使用嵌入式存儲器174和176，而不使用主易失性存儲器28和/或與主易失性存儲器28一起使用。在一個實施例中，嵌入式易失性存儲器174和176是嵌入式DRAM(eDRAM)，雖然可以使用其它類型的嵌入式存儲器。
現(xiàn)參考圖4A，示出了根據(jù)本發(fā)明的第七種示例性計算機體系結構190。在低功率模式期間，輔助處理器104和輔助圖形處理器108與I/O芯片組24通信，并使用主易失性存儲器28作為易失性存儲器。在低功率模式期間保持對處理芯片組22進行全部和/或部分供電從而允許訪問主易失性存儲器28。
現(xiàn)參考圖4B，示出了類似于圖4A所示體系結構的第八種示例性計算機體系結構200。在低功率模式期間，輔助易失性存儲器154和158分別連接到輔助處理器104和輔助圖形處理器108，并被用來替代主易失性存儲器28和/或與主易失性存儲器28一起使用。在低功率模式期間，可以關閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。
現(xiàn)參考圖4C，第九種示例性計算機體系結構210類似于圖4A所示的體系結構。嵌入式易失性存儲器174和176分別用于輔助處理器104和/或輔助圖形處理器108，并可以聯(lián)合和/或替代主易失性存儲器28使用。在這個實施例中，在低功率模式期間可以關閉處理芯片組22和主易失性存儲器28。
現(xiàn)參考圖5，示出了一個用于圖2A-圖4C所示計算機體系結構的高速緩存層次結構250。HP非易失性存儲器HPDD 50處于高速緩存層次結構250的最低層254。如果HPDD 50在低功率模式期間被禁能(disable)，就可以使用或不使用層254，如果HPDD 50在低功率模式期間被使能(enable)，那么層254將會被使用。LP非易失性存儲器例如LPDD 110和/或閃存112處于高速緩存層次結構250的下一層258。外部易失性存儲器例如主易失性存儲器、輔助易失性存儲器和/或輔助嵌入式存儲器處于高速緩存層次結構250的下一層262，這取決于設置。二級或輔助高速緩存包括高速緩存層次結構250的下一層266。一級高速緩存是高速緩存層次結構250的下一層268。CPU(主CPU和/或輔助CPU)是高速緩存層次結構的最后一層270。主圖形處理器和輔助圖形處理器使用類似的層次結構。
根據(jù)本發(fā)明的計算機體系結構提供支持較不復雜的處理和圖形的低功率模式。因此，計算機的功耗將會顯著降低。對于膝上型的電腦應用而言，電池的壽命就會延長。
現(xiàn)參考圖6，用于多磁盤驅(qū)動系統(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、自適應存儲模塊306和/或LPDD維護模塊308。驅(qū)動控制模塊300部分地根據(jù)LUB的信息來控制諸如硬盤驅(qū)動器之類的高功率磁盤驅(qū)動器(HPDD)310和諸如微磁盤驅(qū)動器之類的低功率磁盤驅(qū)動器(LPDD) 312之間的數(shù)據(jù)存儲和傳輸。驅(qū)動控制模塊300通過在高功率模式和低功率期間管理數(shù)據(jù)HPDD和LPDD間的數(shù)據(jù)存儲和傳輸，來減小功耗。
最少使用塊模塊304一直跟蹤LPDD 312內(nèi)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LPDD 312內(nèi)數(shù)據(jù)(例如文件和/或程序)的最少使用塊，以便在需要時可以將其替換。某些數(shù)據(jù)塊或文件可以免受最少使用塊監(jiān)控，例如只與限制特征操作系統(tǒng)相關的文件、人工設置存儲在LPDD 312內(nèi)的數(shù)據(jù)塊、和/或其它只在低功率模式期間運行的文件和程序。還可用其它的標準來選擇將被改寫的數(shù)據(jù)塊，這將在后文描述。
在低功率模式期間，自適應存儲模塊306在一個數(shù)據(jù)存儲請求期間會確定，在最少使用塊之前寫數(shù)據(jù)是否更可能被使用。在一個數(shù)據(jù)檢索請求期間，自適應存儲模塊306也會確定讀數(shù)據(jù)是否在低功率模式期間可能只被使用一次。在高功率模式期間和/或在下文將要描述的其它情況下，LPDD維護模塊308將老化數(shù)據(jù)(aged data)從LPDD傳送到HPDD。
現(xiàn)參考圖7A，示出了由驅(qū)動控制模塊300執(zhí)行的步驟?？刂七^程開始于步驟320。在步驟324，驅(qū)動控制模塊300確定是否有數(shù)據(jù)存儲請求。如果步驟324為真，驅(qū)動控制模塊300會在步驟328確定LPDD312上是否有足夠的可用空間。如果沒有足夠的可用空間，驅(qū)動控制模塊300會在步驟330對HPDD 310供電。在步驟334，驅(qū)動控制模塊300將最少使用數(shù)據(jù)塊傳送到HPDD 310。在步驟336，驅(qū)動控制模塊300確定LPDD 312上是否有足夠的可用空間。如果沒有足夠的可用空間，控制過程回到步驟334。否則，驅(qū)動控制模塊300繼續(xù)進行步驟340，并關閉HPDD 310。在步驟344，待存儲的數(shù)據(jù)(例如來自主機的數(shù)據(jù))被傳送到LPDD 312。
如果步驟324為假，驅(qū)動控制模塊300繼續(xù)進行步驟350，并確定是否有數(shù)據(jù)檢索請求。如果沒有數(shù)據(jù)檢索請求，控制過程返回到步驟324。否則，控制過程繼續(xù)進行步驟354，并確定該數(shù)據(jù)是否位于LPDD312內(nèi)。如果步驟354為真，驅(qū)動控制模塊300在步驟356從LPDD 312中檢索出該數(shù)據(jù)，并繼續(xù)進行步驟324。否則，驅(qū)動控制模塊300在步驟360對HPDD 310供電。在步驟364，驅(qū)動控制模塊300確定LPDD312上對于所請求的數(shù)據(jù)是否有足夠的可用空間。如果沒有足夠的可用空間，驅(qū)動控制模塊300在步驟366將最少使用數(shù)據(jù)塊傳送到HPDD310，并繼續(xù)進行步驟364。如果步驟364為真，驅(qū)動控制模塊300在步驟368將數(shù)據(jù)傳送到LPDD 312，并從LPDD 312檢索出數(shù)據(jù)。在步驟370，當完成了數(shù)據(jù)到LPDD 312的傳送時，控制過程就關閉HPDD 310。
現(xiàn)參考圖7B，使用了類似于圖7A所示的改進方法，該方法包括由自適應存儲模塊306執(zhí)行的一個或多個自適應步驟。如果在步驟328中判斷LPDD上沒有足夠的可用空間，控制過程在步驟372確定是否待存儲數(shù)據(jù)可能在最少使用塊(一個或多個)中的數(shù)據(jù)之前被使用，其中最少使用塊是由最少使用塊模塊識別出的。如果步驟372為假，驅(qū)動控制模塊300在步驟374將數(shù)據(jù)存儲到HPDD上，而且控制過程繼續(xù)進行步驟324。通過這種方式，節(jié)省了將最少使用塊(或多個數(shù)據(jù)塊)傳送到LPDD所消耗的功率。如果步驟372為真，控制過程繼續(xù)進行步驟330，如上面參照圖7A所述。
在一個數(shù)據(jù)檢索請求期間，如果步驟354為假，控制過程就繼續(xù)進行步驟376并確定數(shù)據(jù)是否可能僅使用一次。如果步驟376為真，驅(qū)動控制模塊300在步驟378從HPDD檢索出該數(shù)據(jù)，并繼續(xù)進行步驟324。通過這種方式，節(jié)省了將數(shù)據(jù)傳送到LPDD所消耗的功率。如果步驟376為假，控制過程繼續(xù)進行步驟360?？梢岳斫獾氖牵绻摂?shù)據(jù)可能僅使用一次，就不需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到LPDD。然而，HPDD的功耗是不可避免的。
現(xiàn)參考圖7C，在低功率運行期間也可以執(zhí)行一個更簡化的控制過程。(使用LPDD維護模塊308)也可以在高功率和/或低功率模式期間執(zhí)行維護步驟。在步驟328，如果LPDD上有足夠的可用空間，在步驟344將數(shù)據(jù)傳送到LPDD，而且控制過程返回到步驟324。否則，如果步驟328為假，在步驟380將數(shù)據(jù)存儲到HPDD，而且控制過程返回到步驟324?？梢岳斫獾氖牵瑘D7C所示的方法在LPDD的容量夠用時用LPDD，在LPDD的容量不夠用時用HPDD。本領域普通技術人員應該理解的是，可以利用圖7A-圖7D中步驟的組合從而采用混合方法。
在圖7D中，當返回到高功率模式時和/或在其它的時候，由驅(qū)動控制模塊300執(zhí)行維護步驟以刪除LPDD上存儲的未使用的或很少使用的文件。這種維護步驟也可以在低功率模式下執(zhí)行、在使用期間周期性地執(zhí)行、在某個事件(例如磁盤占滿事件)出現(xiàn)時執(zhí)行、和/或在其它情形下執(zhí)行?？刂七^程從步驟390開始。在步驟392，控制過程確定是否在使用高功率模式。如果沒有使用高功率模式，控制過程返回到步驟7D。如果步驟392為真，控制模塊在394步驟確定最后的模式是否是低功率模式。如果不是低功率模式，控制模塊返回到步驟392。如果步驟394為真，控制過程在步驟396執(zhí)行維護工作，例如將老化或很少使用的文件從LPDD轉(zhuǎn)移到HPDD。對于哪些文件將來可能會使用，也可以作出自適應決判，例如使用上面所述的標準或下面結合圖8A-圖10所述的標準。
現(xiàn)參考圖8A和圖8B，示出了存儲控制系統(tǒng)400-1、400-2、400-3。在圖8A中，存儲控制系統(tǒng)400-1包括一個具有自適應存儲控制模塊414的高速緩存控制模塊410。自適應存儲控制模塊414監(jiān)控文件和/或程序的使用以確定它們是否可能在低功率模式或高功率模式下使用。高速緩存控制模塊410與一個或多個數(shù)據(jù)總線416通信，數(shù)據(jù)總線416又與易失性存儲器422通信，例如一級高速緩存、二級高速緩存、易失性RAM例如DRAM和/或其它易失性電子數(shù)據(jù)存儲器?？偩€416也與低功率非易失性存儲器424(例如閃存和/或LPDD)和/或高功率非易失性存儲器426例如HPDD 426通信。在圖8B中，所示的全特征和/或限制特征操作系統(tǒng)430包括自適應存儲控制模塊414。合適的接口和/或控制器(未示出)位于數(shù)據(jù)總線與HPDD和/或LPDD之間。
在圖8C中，主機控制模塊440包括自適應存儲控制模塊414。主機控制模塊440與LPDD 424’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、集成電路設備(IDE)、ATA、串行ATA(SATA)或其它控制器。
現(xiàn)參考圖9，示出了圖8A-圖8C中存儲控制系統(tǒng)執(zhí)行的步驟。在圖9中，控制過程開始于步驟460。在步驟462，控制過程確定是否有將數(shù)據(jù)存儲到非易失性存儲器的請求。如果沒有，控制過程返回到步驟462。否則，自適應存儲控制模塊414在步驟464確定數(shù)據(jù)是否可能在低功率模式下使用。如果步驟464為假，在步驟468將數(shù)據(jù)存儲到HPDD中。如果步驟464為真，在步驟474將數(shù)據(jù)存儲到非易失性存儲器444。
現(xiàn)參考圖10，示出了一種確定數(shù)據(jù)塊是否可能在低功率模式下使用的方法。表490包括數(shù)據(jù)塊描述符域或字段(field)492、低功率計數(shù)域(LP_Ctr)493、高功率計數(shù)域(HP_Ctr)494、尺寸域(Size)495、最后使用域(LastUse)496和/或人工超控域(Manual)497。當一個特定的程序或文件在低功率或高功率模式下使用時，計數(shù)域493和/或494就遞增。當要求將該程序或文件的數(shù)據(jù)存儲到非易失性存儲器時，就訪問表492。閾值百分比和/或計數(shù)值可以用于評價。例如，如果在低功率模式下一個文件或程序的使用大于80％的時間，該文件就可以存儲在低功率非易失性存儲器(例如，閃存和/或微驅(qū)動器)中。如果沒有達到閾值，該程序和文件就存儲在高功率非易失性存儲器中。
可以理解的是，這些計數(shù)器可以周期性地重置、在預定次數(shù)的采樣后重置(換言之提供滾動窗口)、和/或應用任何其它的標準來重置。另外，可以根據(jù)尺寸域495對可能性進行加權、或修正、和/或替換。換言之，隨著文件尺寸的增加，因為LPDD容量有限，所要求的閾值可以增大。
還可以根據(jù)由最后使用域496記錄的自文件最后使用后距現(xiàn)在的時間，來對使用判決的可能性進行進一步修正?？梢允褂瞄撝等掌诤?或可以使用自最后使用后距現(xiàn)在的時間來作為可能性確定的一個因子。雖然圖10示出了一個表格，但其中所用的一個或多個域可以存儲在其它位置和/或其它的數(shù)據(jù)結構中?？梢詫蓚€或更多個域使用一種算法和/或加權采樣。
使用人工超控域497允許使用者和/或操作系統(tǒng)能夠人工超越使用可能性確定。例如，人工超控域可以使得L狀態(tài)用于在LPDD中的缺省存儲、H狀態(tài)用于在HPDD中的缺省存儲、和/或A狀態(tài)用于自動存儲判決(如上述)。可以定義其它的人工超控分類。除了上述的標準，可以使用在LPDD中運行的計算機當前功率電平來調(diào)節(jié)判決。普通技術人員可以理解的是，其它用于確定文件或程序在高功率或低功率模式下使用可能性的方法也落入本發(fā)明的原理內(nèi)。
現(xiàn)參考圖11A和11B，示出了驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500-1、500-2和500-3(總稱500)。驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500周期性地或以其它根據(jù)向低功率非易失性存儲器突發(fā)一個較大的順序存取文件(例如但不限于音頻和/或視頻文件)的區(qū)段。在圖11A中，驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500-1包括一個具有驅(qū)動器功率減小控制模塊522的高速緩存控制模塊520。高速緩存控制模塊520與一個或多個數(shù)據(jù)總線526通信，數(shù)據(jù)總線526又與易失性存儲器530通信，例如一級高速緩存、二級高速緩存、易失性RAM例如DRAM、和/或其它易失性電子數(shù)據(jù)存儲器。在圖11B中，驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500-2包括一個具有驅(qū)動器功率減小控制模塊522的全特征和/或限制特征操作系統(tǒng)542。合適的接口和/或控制器(未示出)位于數(shù)據(jù)總線與HPDD和/或LPDD之間。
在圖11C中，驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500-3包括一個具有自適應存儲控制模塊522的主機控制模塊560。主機控制模塊560與一個或多個數(shù)據(jù)總線564通信，數(shù)據(jù)總線564與LPDD 534’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、集成電路設備(IDE)、ATA、串行ATA(SATA)和/或其它控制器或接口。
現(xiàn)參考圖12，示出了圖11A-圖11C中驅(qū)動器功率減小系統(tǒng)500執(zhí)行的步驟?？刂七^程從步驟582開始。在步驟584，控制過程確定是否系統(tǒng)處于低功率模式。如果不是，控制過程返回步驟584。如果步驟584為真，控制過程繼續(xù)進行步驟586，在步驟586控制過程確定是否存在來自HPDD的大數(shù)據(jù)塊的存取請求。如果不是，控制過程返回到步驟584。如果步驟586為真，控制過程繼續(xù)進行步驟590并確定是否該數(shù)據(jù)塊是順序存取的。如果不是，控制過程返回584。如果步驟590為真，控制過程繼續(xù)進行步驟594并確定重放(playback)長度。在步驟598，對于從高功率非易失性存儲器到低功率非易失性存儲器的數(shù)據(jù)傳送，控制過程確定突發(fā)周期和頻率。
在一個實施方案中，對突發(fā)周期和頻率進行優(yōu)化以降低功率消耗。優(yōu)選地，突發(fā)周期和頻率基于HPDD和/或LPDD的轉(zhuǎn)讀時間(spin-uptime)、非易失性存儲器的容量、重放速度、HPDD和/或LPDD的轉(zhuǎn)讀和穩(wěn)態(tài)功耗和/或順序數(shù)據(jù)塊的重放長度。
例如，高功率非易失性存儲器是HPDD，其運行時功耗為1-2W，轉(zhuǎn)讀時間為4-10秒，容量通常大于20Gb。低功率非易失性存儲器是微驅(qū)動器，其運行時功耗為0.3-0.5W，轉(zhuǎn)讀時間為1-3秒，容量為1-6Gb?？梢岳斫獾氖?，對于其它的實施方案，上述的性能值和/或容量會有所變化。HPDD向微驅(qū)動器傳送數(shù)據(jù)的速度可為1Gb/s。重放速度可以是10Mb/s(例如對于視頻文件)?？梢岳斫獾氖?，HPDD的突發(fā)周期和傳送速度的乘積不應該超過微驅(qū)動器的容量。兩次突發(fā)的時間間隔應該大于轉(zhuǎn)讀時間與突發(fā)周期的和。在這些參數(shù)的范圍內(nèi)，系統(tǒng)的功耗可以被優(yōu)化。在低功率模式時，如果運行HPDD來播放一個整部視頻例如一部電影，將會消耗相當大的功率。利用上述的方法，有選擇地將數(shù)據(jù)以多個按固定間隔分開的突發(fā)區(qū)段從HPDD以非常高的速度(例如重放速度的100倍)傳送到LPDD，功耗就會顯著降低，然后可以關閉HPDD。可以輕易地節(jié)省超過50％的功率。
現(xiàn)參考圖13，所示的根據(jù)本發(fā)明的多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)640包括驅(qū)動控制模塊650和一個或多個HPDD 644和一個或多個LPDD 648。驅(qū)動控制模塊650通過主機控制模塊651與處理設備通信。對于主機而言，多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)640就像運行一個整體式磁盤驅(qū)動器那樣高效地運行HPDD 644和LPDD 648，從而降低復雜度、改進性能、并減小功率消耗，這將在后文詳述。主機控制模塊651可以是IDE、ATA、SATA和/或其它的控制模塊或接口。
現(xiàn)參考圖14，在一個實施方案中，驅(qū)動控制模塊650包括硬磁盤控制器(HDC) 653，用來控制LPDD和/或HPDD中的一個或兩個。緩沖器656儲存與控制HPDD和/或LPDD相關的數(shù)據(jù)，而且/或者通過優(yōu)化數(shù)據(jù)塊長度積極地緩沖傳向/來自HPDD和/或LPDD的數(shù)據(jù)以提高數(shù)據(jù)傳送速度。處理器657執(zhí)行與HPDD和/或LPDD相關的處理。
HPDD 648包括一個或多個盤片652，盤片具有存儲磁場的磁層。盤片652由主軸電機(spindle motor)轉(zhuǎn)動，在附圖標記654處機示意性地表示了主軸電標。在讀/寫操作期間，主軸電機654通常以固定的速率轉(zhuǎn)動盤片652。一個或多個讀/寫臂(read/write arm)658相對于盤片652移動以讀和/或?qū)憘飨?來自盤片652的數(shù)據(jù)。因為HPDD 648的盤片比LPDD的盤片大，因此主軸電機654需要更大的功率來使HPDD轉(zhuǎn)讀并使HPDD保持一定的速率。通常，HPDD的轉(zhuǎn)讀時間也較長。
讀/寫設備659鄰近讀/寫臂658的遠端設置。讀/寫設備659包括寫元件例如產(chǎn)生磁場的電感器。讀/寫設備659也包括對盤片652上的磁場進行感應的讀元件(例如磁阻(MR)元件)。前置放大器(preamp)電路660放大模擬讀/寫信號。
讀數(shù)據(jù)時，前置放大器電路660將來自讀元件的低電平(low level)信號進行放大，并將放大信號輸出到讀/寫通道設備。寫數(shù)據(jù)時，所產(chǎn)生的寫電流流經(jīng)讀/寫設備659的寫元件，并且被切換或轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生具有正極性或負極性的磁場。正極性或負極性由盤片652存儲，從而可以用來表示數(shù)據(jù)。LPDD 644也包括一個或多個盤片662、主軸電機664、一個或多個讀/寫臂668、讀/寫設備669以及前置放大器電路670。
HDC 653與主機控制模塊651通信，并與第一主軸/音圈電機(voicecoil motor(VCM))驅(qū)動器672、第一讀/寫通道電路674、第二主軸/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可以通過單片系統(tǒng)(system on chip，SOC)684來實施?？梢岳斫獾氖?，主軸VCM驅(qū)動器672和676和/或讀/寫通道電路674和678可以組合起來。主軸/VCM驅(qū)動器672和676控制主軸電機654和664，主軸電機654和664分別使盤片652和662轉(zhuǎn)動。主軸/VCM驅(qū)動器672和676也產(chǎn)生控制信號以分別對讀/寫臂658和668進行定位，例如用音圈致動器、步進電機或任何其它合適的致動器進行定位。
現(xiàn)參考圖15-圖17，示出了多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)的其它變型。在圖15中，驅(qū)動控制模塊650可以包括直接接口680以提供到一個或多個LPDD 682的外部連接。在一種實施方案中，直接接口是外圍組件互連(PCI)總線、PCI特快(PCI Express，PCIX)總線和/或任何其它合適的總線或接口。
在圖16中，主機控制模塊651與LPDD 644和HPDD 648通信。低功率驅(qū)動控制模塊650LP和高功率磁盤驅(qū)動控制模塊650HP與主機控制模塊直接通信。LP和/或HP驅(qū)動控制模塊中的零個、一個或兩個都可以實施成SOC。
在圖17中，所示的示例性LPDD 682包括接口690，該接口支持與直接接口680的通信。如上所述，接口680和690可以是外圍組件互連(PCI)總線、PCI特快(PCIX)總線和/或任何其它合適的總線或接口。LPDD 682包括HDC 692、緩沖器694和/或處理器696。如上所述，LPDD 682也包括主軸/VCM驅(qū)動器676、讀/寫通道電路678、盤片662、主軸電機665、讀/寫臂668、讀元件669和前置放大器670。或者，HDC 653、緩沖器656和處理器658可以組合起來并為兩個驅(qū)動器所用。同樣，可選地主軸/VCM驅(qū)動器和讀通道電路可以組合起來。在圖13-圖17的實施例中，對LPDD的積極緩沖可以用來改進性能。例如，緩沖器可以用來優(yōu)化數(shù)據(jù)塊長度以獲得主機數(shù)據(jù)總線上的最佳速率。
在常規(guī)的計算機系統(tǒng)中，頁面文件是HPDD或Hp非易失性存儲器上的隱藏文件，其被操作系統(tǒng)用于保存未裝入計算機易失性存儲器的部分程序和/或文件。頁面文件和物理存儲器即RAM定義了計算機的虛擬存儲器。操作系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從頁面文件傳送到所需的存儲器，并從易失性存儲器返回數(shù)據(jù)到頁面文件從而為新數(shù)據(jù)騰出空間。頁面文件也稱為交換文件。
現(xiàn)參考圖18-圖20，本發(fā)明利用LP非易失性存儲器例如LPDD和/或閃存以增大計算機系統(tǒng)的虛擬存儲器。在圖18中，操作系統(tǒng)700允許用戶定義虛擬存儲器702。在運行期間，操作系統(tǒng)700通過一個或多個總線704來尋址虛擬存儲器702。虛擬存儲器702包括易失性存儲器708和LP非易失性存儲器710例如閃存和/或LPDD。
現(xiàn)參考圖19，操作系統(tǒng)允許用戶分配部分或全部的LP非易失性存儲器710作為分頁存儲器以增大虛擬存儲器。在步驟720，控制過程開始。在步驟724，操作系統(tǒng)確定是否要求額外的分頁存儲器。如果沒有要求，控制過程返回到步驟724。否則，操作系統(tǒng)在步驟728分配部分LP非易失性存儲器為頁面文件使用從而增大虛擬存儲器。
在圖20中，操作系統(tǒng)利用額外的LP非易失性存儲器作為分頁存儲器。控制過程從步驟740開始。在步驟744，控制過程確定操作系統(tǒng)是否要求數(shù)據(jù)寫入操作。如果步驟744為真，控制過程繼續(xù)進行步驟748并確定是否超過易失性存儲器的容量。如果沒有超過，在步驟750易失性存儲器用于寫操作。如果步驟748為真，數(shù)據(jù)在步驟754被存儲在LP非易失性存儲器內(nèi)的頁面文件中。如果步驟744為假，控制過程繼續(xù)進行步驟760并確定是否要求數(shù)據(jù)讀出。如果步驟760為假，控制過程返回步驟744。否則，控制過程在步驟764確定該地址是否對應RAM地址。如果步驟764為真，控制過程在步驟766讀出從易失性存儲器讀出數(shù)據(jù)并繼續(xù)進行步驟744。如果步驟764為假，控制過程在步驟770從LP非易失性存儲器內(nèi)的頁面文件中讀出數(shù)據(jù)，然后控制過程繼續(xù)進行步驟744。
可以理解的是，與采用HPDD的系統(tǒng)相比，采用LP非易失性存儲器例如閃存和/或LPDD增加虛擬存儲器的容量可以改進計算機的性能。另外，與將HPDD用于頁面文件的系統(tǒng)相比，功耗較低。HPDD因為其增大的尺寸需要額外的轉(zhuǎn)讀時間，這與閃存(無轉(zhuǎn)讀等待時間)和/或LPDD(轉(zhuǎn)讀時間較短且功耗較低)相比增加了數(shù)據(jù)存取時間。
現(xiàn)參考圖21，所示的獨立磁盤冗余陣列(RAID)系統(tǒng)800包括與磁盤陣列808通信的一個或多個服務器和/或客戶機804。所述一個或多個服務器和/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)，并對傳向磁盤陣列808的數(shù)據(jù)進行地址邏輯到物理地址的映射。磁盤陣列通常包括多個HPDD 816。
多個HPDD 816提供故障容差(冗余度)和/或提高的數(shù)據(jù)存取速度。RAID系統(tǒng)800提供了一種訪問多個獨立HPDD的方法，如同磁盤陣列808是一個大的硬盤驅(qū)動器。磁盤陣列808可以共同地提供數(shù)百Gb到數(shù)十甚至數(shù)百Tb的數(shù)據(jù)存儲。以多種方式將數(shù)據(jù)存儲在多個HPDD 816上可以降低一個驅(qū)動器失效時丟失所有數(shù)據(jù)的風險并改善了數(shù)據(jù)存取時間。
在HPDD 816上存儲數(shù)據(jù)的方法通常稱為RAID級。有多種RAID級，包括RAID級0即磁盤條帶化。在RAID級0系統(tǒng)中，跨越多個驅(qū)動器將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊的形式寫入，使得一個驅(qū)動器寫入或讀出數(shù)據(jù)塊同時下一個驅(qū)動器查找下一個數(shù)據(jù)塊。磁盤條帶化的優(yōu)點包括較高的存取速度和對陣列容量的充分利用。缺點就是沒有故障容差。如果一個驅(qū)動器失效，陣列的全部內(nèi)容都不可訪問。
RAID級1即磁盤鏡像通過對每個驅(qū)動器二次讀寫來提供冗余。如果一個驅(qū)動器失效，但另一個驅(qū)動器包含有數(shù)據(jù)的精確復制，且RAID系統(tǒng)切換從而使用在用戶可存取性方面未失效的鏡像驅(qū)動器。缺點包括在數(shù)據(jù)存取速度方面沒有改進，并且由于所需驅(qū)動器數(shù)目的增加(2N)使費用較高。然而，RAID級1對數(shù)據(jù)提供了最好的保護，因為當HPDD中的一個失效時，陣列管理軟件可以簡單地將所有的應用請求轉(zhuǎn)向剩余的HPDD。
RAID級3跨越多個驅(qū)動器使數(shù)據(jù)條帶化并具有額外的專用于奇偶校驗的驅(qū)動器，從而能夠進行錯誤校正/恢復。RAID級5提供了條帶化和奇偶校驗以進行錯誤校正/恢復。在RAID級5中，奇偶校驗塊分布在陣列的各個磁盤中，從而在驅(qū)動器間提供了更加平衡的存取負載。如果一個驅(qū)動器失效，奇偶校驗信息用于恢復數(shù)據(jù)。缺點是較慢的寫周期(對于每個寫入的塊需要2次讀出和2次寫入)。陣列容量為N-1，要求最少3個驅(qū)動器。
RAID級0+1包括條帶化和鏡像但沒有奇偶校驗。優(yōu)點是快速數(shù)據(jù)存取(同RAID級0)和單驅(qū)動器故障容差(同RAID級1)。RAID級0+1仍需要兩倍的磁盤數(shù)(同RAID級1)。可以理解的是，可以有其它的RAID級和/或方法來存儲陣列808上的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)參考圖22A和圖22B，根據(jù)本發(fā)明的RAID系統(tǒng)834-1包括具有X個HPDD的磁盤陣列836和具有Y個LPDD的磁盤陣列838。一個或多個客戶機和/或服務器840包括磁盤陣列控制器842和/或陣列管理模塊844。雖然示出了分離的設備842和844，但如果需要的話這些設備可以集成起來?？梢岳斫獾氖?，X大于或等于2，而Y大于或等于1。X可以大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，在圖22B所示的RAID系統(tǒng)834-1’中X＝Y＝Z。
現(xiàn)參考圖23A、23B、24A和24B，示出了RAID系統(tǒng)834-2和834-3。在圖23A中，LPDD磁盤陣列838與服務器/客戶機840通信，HPDD磁盤陣列836與LPDD磁盤陣列838通信。RAID系統(tǒng)834-2可以包括管理旁通路徑從而可以選擇性地繞開LPDD磁盤陣列838?？梢岳斫獾氖?，X大于或等于2，而Y大于或等于1。X可以大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，在圖23B所示的RAID系統(tǒng)834-2’中X＝Y＝Z。在圖24A中，HPDD磁盤陣列836與服務器/客戶機840通信，LPDD磁盤陣列838與HPDD磁盤陣列836通信。RAID系統(tǒng)834-2可以包括由虛線846所示的管理旁通路徑從而可以選擇性地繞開LPDD磁盤陣列838?？梢岳斫獾氖牵琗大于或等于2，而Y大于或等于1。X可以大于Y、小于Y和/或等于Y。例如，在圖24B所示的RAID系統(tǒng)834-3’中X＝Y＝Z。圖23A-圖24B所采用的策略可以包括直寫和/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來降低HPDD磁盤陣列836的功率消耗。通常，圖21中常規(guī)RAID系統(tǒng)的HPDD磁盤陣列808在運行期間一直保持開通以支持所需的數(shù)據(jù)存取時間。可以理解的是，HPDD磁盤陣列808的功耗較大。而且，因為大量的數(shù)據(jù)存儲在HPDD磁盤陣列808中，所以通常HPDD的盤片盡可能地大，從而需要負載量更高的主軸電機，并且由于讀/寫臂平均移動得更遠就增加了數(shù)據(jù)存取時間。
根據(jù)本發(fā)明，上述結合圖6-圖17所述的技術可以選擇性地實施在圖22B所示的RAID系統(tǒng)834中以降低功耗和數(shù)據(jù)存取時間。雖然在圖22A和圖23A-圖24B中沒有示出，根據(jù)本發(fā)明的其它RAID系統(tǒng)也可以使用這些技術。換言之，圖6和圖7A-圖7D所述的LUB模塊304、自適應存儲模塊306和/或LPDD維護模塊可以選擇性地實施在磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844中，以選擇性地在LPDD磁盤陣列838上存儲數(shù)據(jù)從而降低功耗和數(shù)據(jù)存取時間。圖8A-圖8C、圖9和圖10所述的自適應存儲控制模塊414也可以選擇性地實施在磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844中，以降低功耗和數(shù)據(jù)存取時間。圖11A-圖11C和圖12所述的驅(qū)動器功率減小模塊522也可以實施在磁盤陣列控制器842和/或陣列管理控制器844中，以降低功耗和數(shù)據(jù)存取時間。另外，圖13-圖17所示的多驅(qū)動器系統(tǒng)和/或直接接口可以與一個或多個HPDD一起實施在HPDD磁盤陣列836中，以增加功能性并降低功耗和存取時間。
現(xiàn)參考圖25，所示的根據(jù)現(xiàn)有技術的一種網(wǎng)絡連接存儲器(NAS)系統(tǒng)850包括存儲設備854、存儲請求器858、文件服務器862和通信系統(tǒng)866。存儲設備854通常包括磁盤驅(qū)動器、RAID系統(tǒng)、磁帶驅(qū)動器、磁帶庫、光驅(qū)動器、自動電唱機和任何其它被共享的存儲設備。存儲設備854，優(yōu)選地但不是必需地，為面向?qū)ο蟮脑O備。存儲設備854可以包括I/O接口以便通過請求器858進行數(shù)據(jù)存儲和檢索。請求器858通常包括服務器和/或客戶機，該服務器和/或客戶機共享和/或直接訪問存儲設備854。
文件服務器862執(zhí)行管理和安全功能例如請求驗證和資源定位。存儲設備854根據(jù)文件服務器862來指導管理，而請求器858就被免除了存儲管理功能從而由文件服務器862來執(zhí)行該項職責。在較小的系統(tǒng)中，可以不需要專用的文件服務器。在這種情況下，請求器可以擔當起監(jiān)視NAS系統(tǒng)850運行的職責。這樣，所示的文件服務器862和請求器858分別包括管理模塊870和872，雖然可以是兩者中的一個或另一個和/或兩個都配有管理模塊。通信系統(tǒng)866是物理結構，通過該系統(tǒng)NAS系統(tǒng)850的部件可以通信。它優(yōu)選地具有網(wǎng)絡和信道的特性，即，能把網(wǎng)絡內(nèi)的所有部件連接起來，又具有信道中通常具有的短等待時間。
如果NAS系統(tǒng)850被加電，存儲設備854要向彼此或向一個公共參考點標識自己，其中公共參考點例如文件服務器862、一個或多個請求器858和/或通信系統(tǒng)866。通信系統(tǒng)866通常提供在此使用的網(wǎng)絡管理技術，通過連上與通信系統(tǒng)相連的媒體就可以使用這些技術。存儲設備854和請求器858登錄到該媒體上。想確定運行配置的任何部件可以使用媒體服務來識別所有其它的部件。通過文件服務器862，請求器858可以得知它們可以使用的存儲設備854的存在，而存儲設備854在需要定位另一個設備或調(diào)用類似管理服務備份時可以知道到什么地方去找。同樣地，文件服務器862可以從媒體服務中得知存儲設備854的存在。根據(jù)某個特定安裝的安全度，請求器可以被拒絕使用某些設備。通過可訪問的存儲設備組，它就可以識別文件、數(shù)據(jù)庫和可用的剩余空間。
同時，每個NAS部件可以向文件服務器862識別任何它想要得知的具體細節(jié)。任何設備層服務屬性都可以一次傳遞到文件服務器862，所有其它部件都可以從文件服務器獲知這些屬性。例如，請求器可以希望被通知啟動后另外的存儲器的加入，當請求器登錄到文件服務器862上時就可以通過屬性組觸發(fā)這個事件。不管什么時候向該配置加入新的存儲設備，文件服務器862可以自動地這樣做，包括傳遞重要的特征信息，例如它是RAID 5、鏡像的等等。
如果請求器必須打開一個文件，它可以能直接到存儲設備854或它可以必須到文件服務器獲得許可和位置信息。文件服務器854對存儲設備的使用控制到何種程度是安裝的安全要求的功能。
現(xiàn)參考圖26，根據(jù)本發(fā)明的一種網(wǎng)絡連接存儲器(NAS)系統(tǒng)900包括存儲設備904、請求器908、文件服務器912和通信系統(tǒng)916。存儲設備904包括以上圖6-圖19所述的RAID系統(tǒng)834和/或多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)930。存儲設備904也可以包括磁盤驅(qū)動器、RAID系統(tǒng)、磁帶驅(qū)動器、磁帶庫、光驅(qū)動器、自動電唱機和/或上面所述的被共享的任何其它存儲設備?？梢岳斫獾氖牵酶倪M的RAID系統(tǒng)和/或多磁盤驅(qū)動系統(tǒng)930可以降低NAS系統(tǒng)900的功耗和數(shù)據(jù)存取時間。
根據(jù)以上描述，本領域普通技術人員可以理解的是，本發(fā)明寬廣的原理可以實施成各種形式。因此，雖然結合了特定的實施例來描述本發(fā)明，但本發(fā)明的真正范圍并不應該被限制于此，因為通過對附圖、說明書和所附權利要求的研究，其它變化對于普通技術人員而言是顯而易見的。
權利要求
1.一種處理設備，其包括一個處理器；與所述處理器通信的低功率非易失性存儲器；和與所述處理器通信的高功率非易失性存儲器，其中所述處理設備利用一種高速緩存層次結構來管理數(shù)據(jù)，該高速緩存層次結構包括一個用于所述高功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的高功率(HP)非易失性存儲器層和一個用于所述低功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的低功率(LP)非易失性存儲器層，其中所述LP非易失性存儲器層在所述高速緩存層次結構中的層次比所述HP非易失性存儲器層的高。
2.根據(jù)權利要求1所述的處理設備，進一步包括與所述處理器相連的一級高速緩存、與所述處理器通信的易失性存儲器、以及與所述處理器通信的二級高速緩存。
3.根據(jù)權利要求2所述的處理設備，其中所述高速緩存層次結構進一步包括一個易失性存儲器層、一個用于所述二級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第二層、一個用于所述一級高速緩存內(nèi)數(shù)據(jù)的第一層、以及一個用于所述處理器內(nèi)數(shù)據(jù)的CPU層。
4.根據(jù)權利要求1所述的處理設備，其中所述HP非易失性存儲器包括一個具有直徑大于1.8”盤片的高功率磁盤驅(qū)動器。
5.根據(jù)權利要求1所述的處理設備，其中所述LP非易失性存儲器包括閃存和/或低功率磁盤驅(qū)動器中的至少一個，其中該低功率磁盤驅(qū)動器具有一個直徑小于或等于1.8”的盤片。
全文摘要
本發(fā)明涉及計算機體系結構，更具體地是涉及雙電源模式的計算機體系結構。提供了一種處理設備，其包括一個處理器；與所述處理器通信的低功率非易失性存儲器；和與所述處理器通信的高功率非易失性存儲器，其中所述處理設備利用一種高速緩存層次結構來管理數(shù)據(jù)，該高速緩存層次結構包括一個用于所述高功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的高功率(HP)非易失性存儲器層和一個用于所述低功率非易失性存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)的低功率(LP)非易失性存儲器層，其中所述LP非易失性存儲器層在所述高速緩存層次結構中的層次比所述HP非易失性存儲器層的高。
文檔編號G06F12/08GK1866162SQ20051007322
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權日2004年6月10日
發(fā)明者S·蘇塔迪加, H-Y·陳 申請人:馬維爾國際貿(mào)易有限公司