一種硬碟數據存儲與讀取方法
2023-09-21 17:49:50 2
專利名稱：一種硬碟數據存儲與讀取方法
技術領域：
本發明涉及信息保存，尤指一種硬碟數據存儲方法和對應的讀取方法。
背景技術：
目前比較流行的文件系統一般是FAT12，FAT16，FAT32，NTFS，EXT2，EXT3等，這些文件系統都由文件目錄索引表，簇表等組成，一個文件可能會佔據多個不連續的簇，因此當用戶需要對硬碟進行讀寫時，磁頭需要按照文件存儲地址進行跳轉和定位，如圖1所示，為現有技術硬碟存儲方式中讀取文件的流程圖，包括步驟首先定位文件索引表，查找出對應的文件；然後讀出存儲該文件的第一個簇的位置；硬碟磁頭跳到這個簇位置讀取文件內容，若文件內容沒有讀取完畢，則獲取該文件存儲的下一個簇的位置，繼續讀取文件內容，直到文件讀取完畢。這個定位過程是硬碟損耗的主要原因。對於寫操作，文件系統還需要查找空閒簇，這樣將造成很多硬碟碎塊，使得硬碟重新定位的操作越來越多。
對需要對大量數據進行處理的行業，如監控行業，需要將每天的錄像資料數據信息存儲在硬碟上，因此需要進行大量的硬碟寫操作，基於這種行業的特殊需求，如果採用傳統的FAT方式對硬碟進行管理和數據存儲，則由於硬碟磁頭操作頻繁，影響硬碟使用壽命，從而使行業管理成本提高。
發明內容
本發明提供一種硬碟數據存儲與讀取方法，解決現有技術中對硬碟進行讀寫數據時，硬碟磁頭需要頻繁定位的問題。
本發明提供的硬碟數據存儲方法，包括在硬碟0地址處保留一0地址存儲空間，用以寫入硬碟是否使用的標識信息和已存儲數據的當前物理地址信息；當使用該硬碟進行數據存儲時，執行下列步驟A、系統讀取所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息，將硬碟磁頭定位在其下一個物理地址；B、磁頭依照硬碟磁軌順序將數據按塊寫入硬碟保存。
根據本發明的上述方法，當系統發出停止數據存儲指令時，將當前寫入數據的硬碟物理地址刷新所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息。
根據本發明的上述方法，當硬碟為一新硬碟時，將所述0地址存儲空間中的標識信息和當前物理地址信息設置為全0。
根據本發明的上述方法，當對硬碟數據全部刪除時，將所述0地址存儲空間中保存的標識信息和當前物理地址信息刷新為全0。
根據本發明的上述方法，將需要存入硬碟的數據按設定的時長壓縮成數據包，並生成至少包含本數據包壓縮時間和壓縮率信息的數據包頭，當將所述數據包頭和對應的壓縮數據包一起存入硬碟。
根據本發明的上述方法，將所述硬碟劃分為若干個存儲空間，當將所述數據包頭和對應的壓縮數據包存入硬碟時，執行下列步驟a、系統根據本數據包的壓縮率和壓縮時長，計算出本數據包需要的存儲空間大小；b、判斷當前存儲空間的剩餘部分是否大於所需要的存儲空間大小，若是，則在本存儲空間寫入該數據包頭和對應的壓縮數據包；否則，將磁頭定位到劃分出的下一個存儲空間首地址，寫入所述數據包頭和對應的壓縮數據包。
所述劃分的若干個存儲空間大小相等。
本發明提供一種硬碟數據讀取方法，所述數據被存入硬碟時，按設定的時長壓縮成數據包，並生成至少包含本數據包壓縮時間和壓縮率信息的數據包頭，將所述數據包頭和對應的壓縮數據包一起依照硬碟磁軌順序存入硬碟；當需要讀取指定時刻開始存儲的數據時，包括下列步驟
步驟11系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊；步驟12查詢該數據塊是否包含數據包頭，若否，則執行步驟13；否則，轉至步驟14；步驟13按序讀取下一個數據塊，轉至步驟12；步驟14若所述數據包頭中記載的壓縮時間和指定時刻相同或者位於指定時刻一設定時間範圍內，則從該數據包開始讀取存儲數據，直到用戶發出停止讀取操作命令。
根據本發明的上述方法，所述硬碟劃分為N個大小相等的存儲空間，當需要讀取指定時刻開始存儲的數據時，系統首先定位出指定時刻的數據所在的存儲空間n；所述步驟11包括系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於該定位出的存儲空間n的、第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊。
所述定位出指定時刻的數據所在的存儲空間n，包括如下步驟步驟21根據數據包壓縮率和硬碟數據存儲的起始時間估算出指定時刻的數據所在的存儲空間n；步驟22將磁頭定位到存儲空間n的首地址，讀取第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則執行步驟23；否則轉至步驟25；步驟23將磁頭定位到第(n+1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否大於指定時刻，若是，則定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第n個存儲空間；否則，執行步驟24；步驟24使n＝n+1；轉至步驟23；步驟25將磁頭定位到第(n-1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第(n-1)個存儲空間；否則，執行步驟26；
步驟26使n＝n-1；轉至步驟25。
本發明的有益效果是有效減少硬碟磁頭在進行數據讀寫操作時的定位次數，延長硬碟使用壽命。
圖1為現有技術硬碟存儲方式下的文件讀取流程圖；圖2為本發明方法對被存儲數據進行壓縮處理示意圖；圖3為本發明方法數據存儲流程圖；圖4為本發明方法數據讀取流程圖之一；圖5為本發明方法數據讀取流程圖之二；圖6為本發明方法數據讀取流程圖之三。
具體實施例方式
本發明在硬碟0地址處保留一0地址存儲空間，用以寫入硬碟是否使用的標識信息和已存儲數據的當前物理地址信息；當使用該硬碟進行數據存儲時，系統首先讀取所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息，將硬碟磁頭定位在其下一個物理地址；然後磁頭依照硬碟磁軌順序將需要存入硬碟的數據按塊寫入硬碟保存。當系統發出停止數據存儲指令時，將當前寫入數據的硬碟物理地址刷新所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息。
在硬碟第一次使用，即硬碟為一新硬碟時，將所述0地址存儲空間中的標識信息和當前物理地址信息設置為全0；當對硬碟數據全部刪除時，也將所述0地址存儲空間中保存的標識信息和當前物理地址信息刷新為全0。用以表示該硬碟目前沒有存儲任何數據。
為方便存儲數據的查找和充分利用硬碟資源，在將數據存入硬碟前，將數據按設定的時長(以1分鐘為例)壓縮成數據包，並生成至少包含本數據包壓縮時間和壓縮率信息的數據包頭，當將所述數據包頭和對應的壓縮數據包一起依照硬碟磁軌順序存入硬碟。如圖2所示，假設需要將圖像數據存入硬碟，每幀圖像的數據量大約為40KB大小，設每秒鐘壓縮20幀，則1分鐘的數據量為48M，將每48M數據壓縮成一個數據包，並在每一個數據包的前面加上一個數據包頭，該數據包頭中記載本包的壓縮時間、壓縮率信息以及用戶定義的其它信息。
為方便查找某一時刻存入硬碟的數據信息，可以對硬碟進行存儲空間劃分，例如將整個硬碟以4G為單位劃分為若干個存儲空間，仍以將每分鐘數據壓縮成一個數據包為例，為使每個數據包頭和對應的壓縮後的圖像數據在各存儲空間對齊，在新的1分鐘數據開始存儲時，系統需要執行如圖3所示的如下步驟步驟S1按照當前壓縮率求出1分鐘圖像數據需要的存儲空間大小，如上例，1分鐘圖像數據為48M；步驟S2判斷當前4G存儲空間的剩餘部分是否大於需求空間的(1+a)倍，其中，a為當前壓縮率(假設為恆定速率壓縮)下可能產生的最大文件的超出部分與目標大小的比值，一般這是一個小於1的數；若是，則執行步驟S3；否則，執行步驟S4；步驟S3在當前4G空間依硬碟磁軌順序寫入該分鐘的數據包頭和壓縮圖像數據；步驟S4硬碟磁頭定位到下一個4G存儲空間的首地址，寫入該分鐘的數據包頭和壓縮圖像數據。
根據本發明的上述硬碟數據存儲方式，本發明提供相對應的數據讀取方法。
假設用戶需要查詢某一指定時刻存入該硬碟的圖像數據，若該硬碟沒有進行存儲空間劃分，其具體查詢過程參見圖4，包括下列步驟步驟11系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於硬碟第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊；
步驟12查詢該數據塊是否包含數據包頭，若否，則執行步驟13；否則，轉至步驟14；步驟13按序讀取下一個數據塊，轉至步驟12；步驟14若所述數據包頭中記載的壓縮時間和指定時刻相同或者位於指定時刻一設定時間範圍內，則從該數據包開始讀取存儲數據，直到用戶發出停止讀取操作命令。
根據本發明的上述方法，若將硬碟劃分為若干個4G存儲空間，當需要讀取指定時刻開始存儲的數據時，系統首先定位出指定時刻的數據所在的存儲空間，具體的定位方法如圖5所示，包括如下步驟步驟21根據數據包壓縮率和硬碟數據存儲的起始時間估算出指定時刻的數據所在的存儲空間n；步驟22將磁頭定位到存儲空間n的首地址，讀取第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則執行步驟23；否則轉至步驟25；步驟23將磁頭定位到第(n+1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否大於指定時刻，若是，則執行步驟27；否則，執行步驟24；步驟24使n＝n+1；轉至步驟23；步驟25將磁頭定位到第(n-1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則執行步驟28；否則，執行步驟26；步驟26使n＝n-1；轉至步驟25；步驟27定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第n個存儲空間，結束存儲空間定位流程；步驟28定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第(n-1)個存儲空間，結束存儲空間定位流程。
當定位出指定時刻數據所在的存儲空間後，再進一步定位出指定時刻數據在該存儲空間的確定的存址位置。其具體的定位方法參見圖6，包括下列步驟步驟31系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於該存儲空間中第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊；步驟32查詢該數據塊是否包含數據包頭，若否，則執行步驟33；否則，轉至步驟34；步驟33按序讀取下一個數據塊，轉至步驟32；步驟34若所述數據包頭中記載的壓縮時間和指定時刻相同或者位於指定時刻一設定時間範圍內，則從該數據包開始讀取存儲數據，直到用戶發出停止讀取操作命令。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種硬碟數據存儲方法，其特徵在於包括在硬碟0地址處保留一0地址存儲空間，用以寫入硬碟是否使用的標識信息和已存儲數據的當前物理地址信息；當使用該硬碟進行數據存儲時，執行下列步驟A、系統讀取所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息，將硬碟磁頭定位在其下一個物理地址；B、磁頭依照硬碟磁軌順序將數據按塊寫入硬碟保存。
2.如權利要求1所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於當系統發出停止數據存儲指令時，將當前寫入數據的硬碟物理地址刷新所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息。
3.如權利要求2所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於當硬碟為一新硬碟時，將所述0地址存儲空間中的標識信息和當前物理地址信息設置為全0。
4.如權利要求2所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於當對硬碟數據全部刪除時，將所述0地址存儲空間中保存的標識信息和當前物理地址信息刷新為全0。
5.如權利要求1所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於將需要存入硬碟的數據按設定的時長壓縮成數據包，並生成至少包含本數據包壓縮時間和壓縮率信息的數據包頭，當將所述數據包頭和對應的壓縮數據包一起存入硬碟。
6.如權利要求5所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於將所述硬碟劃分為若干個存儲空間，當將所述數據包頭和對應的壓縮數據包存入硬碟時，執行下列步驟a、系統根據本數據包的壓縮率和壓縮時長，計算出本數據包需要的存儲空間大小；b、判斷當前存儲空間的剩餘部分是否大於所需要的存儲空間大小，若是，則在本存儲空間寫入該數據包頭和對應的壓縮數據包；否則，將磁頭定位到劃分出的下一個存儲空間首地址，寫入所述數據包頭和對應的壓縮數據包。
7.如權利要求6所述的硬碟數據存儲方法，其特徵在於所述劃分的若干個存儲空間大小相等。
8.一種硬碟數據讀取方法，其特徵在於所述數據被存入硬碟時，按設定的時長壓縮成數據包，並生成至少包含本數據包壓縮時間和壓縮率信息的數據包頭，將所述數據包頭和對應的壓縮數據包一起依照硬碟磁軌順序存入硬碟；當需要讀取指定時刻開始存儲的數據時，包括下列步驟步驟11系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊；步驟12查詢該數據塊是否包含數據包頭，若否，則執行步驟13；否則，轉至步驟14；步驟13按序讀取下一個數據塊，轉至步驟12；步驟14若所述數據包頭中記載的壓縮時間和指定時刻相同或者位於指定時刻一設定時間範圍內，則從該數據包開始讀取存儲數據，直到用戶發出停止讀取操作命令。
9.如權利要求8所述的硬碟數據讀取方法，其特徵在於所述硬碟劃分為N個大小相等的存儲空間，當需要讀取指定時刻開始存儲的數據時，系統首先定位出指定時刻的數據所在的存儲空間n；所述步驟11包括系統根據數據包壓縮率計算出指定時刻數據包相對於該定位出的存儲空間n的、第一個數據包的最小偏移地址，讀取該偏移地址的數據塊。
10.如權利要求9所述的硬碟數據讀取方法，其特徵在於所述定位出指定時刻的數據所在的存儲空間n，包括如下步驟步驟21根據數據包壓縮率和硬碟數據存儲的起始時間估算出指定時刻的數據所在的存儲空間n；步驟22將磁頭定位到存儲空間n的首地址，讀取第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則執行步驟23；否則轉至步驟25；步驟23將磁頭定位到第(n+1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否大於指定時刻，若是，則定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第n個存儲空間；否則，執行步驟24；步驟24使n＝n+1；轉至步驟23；步驟25將磁頭定位到第(n-1)個存儲空間，並讀取其第一個數據包頭信息，判斷該數據包頭中記載的壓縮時間是否小於指定時刻，若是，則定位指定時刻的數據所在的存儲空間為第(n-1)個存儲空間；否則，執行步驟26；步驟26使n＝n-1；轉至步驟25。
全文摘要
本發明提供一種硬碟數據存儲方法，包括在硬碟0地址處保留一0地址存儲空間，用以寫入硬碟是否使用的標識信息和已存儲數據的當前物理地址信息；當使用該硬碟進行數據存儲時，系統讀取所述0地址存儲空間中的當前物理地址信息，將硬碟磁頭定位在其下一個物理地址；磁頭依照硬碟磁軌順序將數據按塊寫入硬碟保存。本發明另提供一種對應該種存儲方式的數據讀取方法。本發明能有效減少硬碟磁頭在進行數據讀寫操作時的定位次數，延長硬碟使用壽命。
文檔編號G11B27/32GK1622201SQ200410102539
公開日2005年6月1日 申請日期2004年12月24日 優先權日2004年12月24日
發明者遊明琦 申請人:北京中星微電子有限公司