移動計算機系統以及操作移動計算機系統的方法
2023-06-01 19:51:11
專利名稱：移動計算機系統以及操作移動計算機系統的方法
技術領域：
本發明涉及一種移動計算機系統，尤其是筆記本計算機或膝上型計算機，其可選地由外部電源或者電池驅動，包括數據處理單元以及用來存儲數據的硬碟驅動器。本發明還涉及一種操作移動計算機系統尤其是筆記本計算機或膝上型計算機的方法，其中該移動計算機系統由外部電源或電池驅動，並且包括數據處理單元和用來存儲數據的硬碟驅動器。
背景技術：
移動計算機系統如膝上型計算機或筆記本計算機頻繁地使用硬碟來存儲數據。諸如這樣的行動裝置的一個常見問題是電池使用壽命。硬碟是基本功率吸收裝置之一，這樣它對於移動計算機系統如膝上型計算機或筆記本計算機可被使用的總時長負有相當的責任。
若干技術已被成功地用來優化膝上型計算機上的功耗。一般思想包括在3到60分鐘的指定時間之後停止硬碟。該時間典型地是用戶可選擇的，因為它取決於用戶行為。長的時間必須以較少的的使用時間為代價，而非常短的時間(例如，10秒)則將必須以低性能為代價，因為在若干具有硬碟訪問的程序中，將不得不非常頻繁地重新啟動硬碟(附加的功耗)。
實際上，該方案遠不是最佳的，因為作為通常習慣，用戶應當大約每5分鐘保存他/她的文檔工作-這在職業領域內是相當平常的。雖然非職業用戶不熟悉該『保存』態度，但是現代程序已經發明了在指定的時間範圍內自動執行該『保存』任務的自動文檔備份。然而，該自動機制將根據設置而大約每3-10分鐘啟動硬碟。
概括地說，可以認為，在移動計算機中『關閉』硬碟目前是最先進的用來降低硬碟功耗的技術，然而，這遠不是最優的，因為關閉循環不滿足應用需要的要求。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是降低移動計算機系統尤其是筆記本計算機或膝上型計算機的功耗，該移動計算機系統可選地由外部電源或電池驅動，包括數據處理單元以及用來存儲數據的硬碟驅動器。
本發明提供了一種新型移動計算機系統尤其是筆記本計算機或膝上型計算機，其可選地由外部電源或電池驅動，包括數據處理單元以及用來存儲數據的硬碟驅動器。
該新型移動計算機系統的特徵在於非易失性存儲器裝置被添加到硬碟驅動器。本發明使用非易失性存儲器裝置，以便對於特定數量的數據，虛擬替代硬碟驅動器。
該系統的優選實施例的特徵在於非易失性存儲器裝置被附連到硬碟驅動器，以對訪問進行緩存並且屏蔽硬碟驅動器不讓其旋轉，直到在非易失性存儲器裝置中不能找到信息(讀)或者由於非易失性存儲器裝置已滿而需要將信息寫入到硬碟驅動器為止。這考慮了這樣的事實，即在斷電時數據不應當丟失。典型地，硬碟驅動器的確保證這一點。然而，本發明提出了具有基於此的非易失性存儲器裝置，以防止硬碟驅動器被訪問。
該系統的另外優選實施例的特徵在於流控制器與數據處理單元協作，以便通過非易失性存儲器裝置傳遞(route)所有從數據處理單元到硬碟驅動器的讀/寫訪問。硬碟驅動器的尋址按照扇區、柱面或塊來進行。流控制器讓這些記錄的憑證(evidence)及其大小保存在非易失性存儲器裝置中。如果非易失性存儲器裝置溢出，則流控制器啟動硬碟驅動器，將非易失性存儲器裝置的內容刷新到所分派的記錄，這些記錄隨同實際信息一起已被存儲在非易失性存儲器裝置中。
本發明提供了一種操作移動計算機系統尤其是筆記本計算機或膝上型計算機的新方法，該移動計算機系統由外部電源或電池驅動，並且包括數據處理單元以及用來存儲數據的硬碟驅動器。
該新方法的特徵在於當移動計算機系統由電池驅動時，對硬碟驅動器的訪問由非易失性存儲器裝置進行緩存。當移動計算機系統由電池驅動時，使用非易失性存儲器裝置來屏蔽硬碟驅動器並且防止硬碟驅動器被訪問。當移動計算機系統由外部電源驅動時，可以直接訪問硬碟驅動器。
該方法的優選實施例的特徵在於通過非易失性存儲器裝置傳遞並且處理所有對硬碟驅動器的讀/寫訪問，使得可能從非易失性存儲器裝置中檢索數據以及將數據存儲在其中，以便防止硬碟驅動器被訪問。該創新方法的優點是，如果在非易失性存儲器裝置中可獲得適當的信息，則無需訪問硬碟驅動器。由於通過現今的技術，非易失性存儲器裝置可以達到可擔負得起的1GB容量，因此看上去存在大量可用的資源，使得節省移動計算機系統中的功率的期望效果非常有可能發生。
該方法的另外優選實施例的特徵在於當移動計算機系統由電池驅動時啟用非易失性存儲器裝置，而當移動計算機系統由外部電源驅動時禁用它。如果移動計算機系統連接到外部電源，則由於不存在功率節省問題而無需非易失性存儲器裝置。對硬碟驅動器的訪問由於不通過非易失性存儲器裝置來傳遞它而將更快。
該方法的另外優選實施例的特徵在於如果預期到應用將從/在硬碟驅動器上以流方式傳輸大量數據，則禁用非易失性存儲器裝置。非易失性存儲器裝置可被禁用，以便優化性能。這可以通過作業系統來完成，例如，如果知道應用將從/在硬碟驅動器上以流方式傳輸大量數據(例如，整夜運行的數據獲取)。
該方法的另外優選實施例的特徵在於每當需要啟動硬碟驅動器時，都啟動定時器，其保持硬碟驅動器打開，直到超過了指定的超時時間為止。在最大幾分鐘的時間段之後超過超時時間。這避免了不適當地頻繁啟動硬碟驅動器。每當啟動定時器時，都將非易失性存儲器(NVM)緩存刷新到硬碟驅動器。這不一定意味著刪除非易失性存儲器裝置存儲，其仍然可以保存內容以便被讀取。然而，當寫數據時，則非易失性存儲器裝置存儲中的數據在此時可能被覆寫，即，被刷新的非易失性存儲器將提供其完全大小以便寫入新數據，但是除非新數據不被寫入到非易失性存儲器裝置中，否則仍然可以訪問舊內容以便讀取。
本發明還涉及一種存儲在數字計算機的內部存儲器中的電腦程式產品，其包含用來執行上述方法的多個軟體代碼部分。
在下面詳細描述中，本發明的上述以及另外目的、特徵和優點將會變得清楚。
本發明的新穎特徵在所附權利要求中加以闡述。然而，通過下面結合附圖閱讀的對說明性實施例的詳細描述，本發明本身以及其優選使用模式、另外目的和優點將會得到最好的理解，其中圖1示出了具有非易失性存儲器緩存的移動計算機系統的示意圖；圖2示出了提高了性能的具有非易失性存儲器緩存的移動計算機系統的示意圖；圖3示出了硬碟實現上的快閃緩存的示意圖；圖4示出了移動個人計算機的示意圖；圖5示出了硬碟的開/關控制的示意圖；以及圖6示出了控制非易失性存儲器緩存的使用的基本控制程序。
具體實施例方式
本發明提出了將非易失性存儲器(NVM)緩存附連到現有的硬碟驅動器。硬碟驅動器也被稱作硬碟。硬碟驅動器可以包括硬碟。
圖1示出了具有數據處理單元2的移動計算機系統1的示意圖。數據處理單元2具有對非易失性存儲器(NVM)緩存6的讀/寫訪問4。非易失性存儲器緩存6對硬碟8進行緩存。
所有對硬碟8的讀/寫訪問4都將通過NVM緩存6來傳遞。這通過作為先進技術的經典緩存算法來實現。然而，與現有先進技術的主要差別是使用非易失性存儲器進行緩存。
這考慮了這一事實，即數據在斷電時不應當丟失。典型地，硬碟的確保證這一點。然而，本發明提出了基於此的另一種存儲器類型，以便防止硬碟被訪問。由於NVM存儲器不能如同RAM緩存硬碟驅動器一樣快地被寫入，因此除了使用NVM緩存的核心思想之外，本發明還提出了組合這兩種緩存類型。
圖2示出了具有數據處理單元12的移動計算機系統11的示意圖。數據處理單元12具有對易失性隨機存取存儲器(RAM)緩存15的讀/寫訪問14。RAM緩存15對非易失性存儲器(NVM)緩存16進行緩存。非易失性存儲器緩存16對硬碟18進行緩存。RAM緩存15與NVM存儲器16的組合允許從經典的意義上使用RAM緩存15以便優化性能。
然而，NVM緩存6、16的引入允許屏蔽硬碟8、18被訪問，直到NVM緩存6、16上的信息不可用(讀情形)或者由於需要刷新非易失性存儲器6、16而必須被寫入到硬碟驅動器8、18。如果NVM緩存1、16已滿或者由於某個所發起的操作例如關閉系統，發生『需要刷新』情形。
NVM緩存的優點是，如果在緩存中可獲得適當的信息，則無需訪問硬碟。由於通過現今的技術，NVM緩存可以達到可擔負得起的1GB容量，因此看上去存在大量可用資源，使得節省行動裝置中的功率的期望效果非常有可能發生。
本發明的思想顯著不同於使用非易失性存儲器來替代硬碟的思想。根據圖1和2的機器的實現和布局要求硬碟的存在，而『替代』思想在定義上就排除了硬碟(HD)的存在。
對所提出的系統的典型訪問可以如下所述。
讀訪問1.被搜索的數據在RAM緩存中嗎？是從RAM讀取；否進入步驟22.被搜索的數據在NVM緩存中嗎？是從NVM讀取；否進入步驟33.啟動硬碟(如果空閒)；從硬碟讀數據
4.在指定的時間之後停止硬碟(由於NVM緩存可以解決重新啟動問題，因此可以短於3分鐘)。
寫訪問1.有記錄要被提交嗎？是寫到RAM(2)，將RAM刷新到NVM(5)；否寫到NVM2.寫到RAM在RAM中空間足夠嗎？是寫到RAM；否進入步驟3(寫到NVM)3.寫到NVM在NVM中空間足夠嗎？是寫到NVM；否進入步驟4(寫到HD)4.寫到HD啟動硬碟；將NVM刷新到硬碟，將RAM刷新到硬碟5.刷新RAM使用RAM進入步驟3，清除RAM。
上述步驟是用來證明所提出的系統的可行性的粗略方案。NVM的容量越大，則無需訪問硬碟驅動器的時間就越長，由此硬碟驅動器可以保持空閒。
該系統的主要優點來自節省供給硬碟的功率。採用該方案，可以在行動裝置中實現關於電池使用壽命的顯著性能改善。
可以以兩種方式實現也被稱作快閃緩存的非易失性存儲器(NVM)。快閃緩存可以位於硬碟上，或者位於硬碟的外部。
圖3示出了硬碟實現上的快閃緩存的示意圖。非易失性存儲器位於硬碟上。硬碟的尋址按照扇區、柱面或塊來進行。流控制器使記錄的憑證及其大小保存在NVM緩存中。如果NVM緩存溢出，則流控制器啟動硬碟，將NVM的內容刷新到所分派的記錄，這些記錄隨同實際信息一起已被存儲在NVM緩存中。
然後，可能存在指定的超時時間，直到流控制可能開關(switch)硬碟驅動器為止。如果NVM可以存儲輸入信息或數據，或者請求存儲在NVM緩存中的數據，則流控制器可以對NVM緩存進行讀和寫，直到溢出為止，而不涉及硬碟驅動器。對於編輯文件並且出於防止數據丟失的原因而在會話期間幾次保存文件的場景，這特別有作用。對硬碟的開/關控制也由流控制器完成。
如果快閃緩存如圖4所示位於硬碟驅動器的外部，則在邏輯上如同前一章節所述應用相同的機制。然而，作業系統支持可以提高NVM緩存方案的效率。由於作業系統對於要被存儲的數據『知道』得更多(例如，它是否屬於一個或另一個文件)，因此它可能優化將數據放在何處的決策。
例如，作業系統在寫入實際數據之前可能知道要被寫入的數據量。因而，如果作業系統知道要被寫入的數據無論如何都大於NVM緩存大小，則它可以立即決定使用硬碟而不是經由NVM緩存。
圖5示出了硬碟的開/關控制(Ctrl)的示意圖。對硬碟旋轉的開/關控制應當變得足夠『智能』以涵蓋典型的場景。如果硬碟由於刷新或者『記錄不在NVM中』的原因一旦被啟動，則設置定時器，其保持硬碟打開，直到超過了指定的超時時間(最大幾分鐘)。這避免了不適當地頻繁啟動硬碟。
NVM緩存特性可被禁用，以便優化性能。這可以通過作業系統來完成，例如，如果知道應用將在/從硬碟上以流方式傳輸大量數據(例如，整夜運行的數據獲取)。
另一選擇是取決於外部電源而自動抑制/激活NVM緩存。如果行動裝置連接到外部電源，則由於不存在功率節省問題而無需NVM緩存。對硬碟的訪問由於不通過NVM緩存傳遞它而將更快。當作業系統啟動時，由於數據的位置和數量將很有可能不與NVM緩存的內容匹配，因此應當不涉及NVM緩存。
圖6示出了控制與硬碟一起使用NVM緩存的基本算法。可以看出，每當需要啟動硬碟時，都啟動定時器，並且將NVM緩存刷新到硬碟。這不一定意味著刪除非易失性存儲器裝置存儲，其仍然可以保存內容以便被讀取。然而，當寫數據時，則NVM存儲中的數據在此時可能被覆寫，即，被刷新的NVM將提供其完全大小以便寫入新數據，但是除非新數據不被寫入到NVM中，否則仍然可以訪問舊內容以便讀取。
權利要求
1.一種移動計算機系統，尤其是筆記本計算機或膝上型計算機，其可選地由外部電源或電池驅動，包括數據處理單元(2；12)以及用來存儲數據的硬碟驅動器(8；18)，其特徵在於非易失性存儲器裝置(6；16)被添加到硬碟驅動器(8；18)。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於非易失性存儲器裝置(6；16)被附連到硬碟驅動器(8；18)，以便對訪問進行緩存並且屏蔽硬碟驅動器(8；18)不讓其旋轉，直到在非易失性存儲器裝置中不能找到信息(讀)或者由於非易失性存儲器裝置已滿而需要將信息寫入到硬碟驅動器(8；18)為止。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特徵在於流控制器與數據處理單元(2；12)協作，以便通過非易失性存儲器裝置(6；16)傳遞所有從數據處理單元(2；12)到硬碟驅動器(8；18)的讀/寫訪問。
4.一種如前面權利要求之一所述的移動計算機系統尤其是筆記本計算機或膝上型計算機的操作方法，該移動計算機系統由外部電源或電池驅動，並且包括數據處理單元(2；12)以及用來存儲數據的硬碟驅動器(8；18)，其特徵在於當移動計算機系統由電池驅動時，對硬碟驅動器(8；18)的訪問由非易失性存儲器裝置(6；16)進行緩存。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於通過非易失性存儲器裝置(6；16)傳遞並且處理所有對硬碟驅動器(8；18)的讀/寫訪問，使得可能從非易失性存儲器裝置(6；16)中檢索數據以及將數據存儲在其中，以便防止硬碟驅動器(8；18)被訪問。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於當移動計算機系統由電池驅動時啟用非易失性存儲器裝置(6；16)，而當移動計算機系統由外部電源驅動時禁用它。
7.根據權利要求4-6之一所述的方法，其特徵在於如果預期到應用將從/在硬碟驅動器(8；18)上以流方式傳輸大量數據，則禁用非易失性存儲器裝置(6；16)。
8.根據權利要求4-7之一所述的方法，其特徵在於每當需要啟動驅動器時，都啟動定時器，其保持硬碟驅動器(8；18)打開，直到超過了指定的超時時間為止。
9.一種存儲在數字計算機的內部存儲器中的電腦程式產品，包含用來執行根據權利要求4到8所述的方法的多個軟體代碼部分。
全文摘要
本發明提供了一種新型移動計算機系統，尤其是筆記本計算機或膝上型計算機，其可選地由外部電源或電池驅動，包括數據處理單元(2)以及用來存儲數據的硬碟驅動器(8)。該新系統的特徵在於非易失性存儲器裝置(6)被添加到硬碟驅動器(8)。本發明使用非易失性存儲器裝置，以便對於特定數量的數據，虛擬替代硬碟驅動器(8)。
文檔編號G06F3/06GK1790295SQ200510099979
公開日2006年6月21日 申請日期2005年9月12日 優先權日2004年12月14日
發明者赫爾穆特·舍爾策 申請人:國際商業機器公司