新型智能磁带机及其数据处理方法

摘要

本发明公开了一种新型智能磁带机及其数据处理方法，属芯片与磁带结合的存储装置及其数据处理方法。包括设置在磁带盒内的存贮芯片及其接口电路，以及设置磁带机上的存储芯片读写模块及其接口电路，且两接口电路之间经一对金属触头电连接；磁带机处理器与存贮芯片读写模块连接后再经接口电路与存贮芯片连接；磁带上只有数据区；存贮芯片上分有目录索引区、写缓存区、读缓存区和其它数据区，对数据的读、写请求都是在存贮芯片的在读、写缓存中进行，一般不在磁带机上进行。它将磁带的顺序存储方式与芯片的随机存储方式相结合，减少磁带机频繁的机械运动，既提高了检索速度和存储效率，又延长了磁带机的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机数据存贮装置，具体来说是将磁带顺序存贮方式与半导体存贮芯片的随机存贮方式相结合的磁带机。

背景技术

数据流式磁带机是现在使用最为广泛的磁带机，它是数据备份的重要手段。但由于其存储方式是顺序的，磁带定位和检索所需的时间较长，导致磁带系统整体速度不高，检索非常不便。随着磁介质存储密度的不断增加，磁带的容量的也不断加大，这个问题更加突出。

磁带机的速度主要受磁带运动的影响。在磁带定位和检索过程中，磁带要不停地运动，定位到指定位置后才能开始读写。读写的时间与寻道的时间比较起来很长。这样，长时间的寻道不仅使磁带整体速度不高，频繁的磁带运动带来的张力还会导致磁带本身产生变形，并影响数据的准确性；另外磁头在寻道的过程中也要频繁接触磁带读取数据，导致磁头寿命缩短。如果能做到对磁带的快速检索和定位，减少磁带无谓的运动，不仅可以大大提高磁带机系统的寿命，还将极大提高磁带机的易用性能。

目前，磁带容量越来越大，可以实现数据的海量存储；同时，大容量半导体存储芯片也越来越便宜，可以实现快速的随机存储。如果将磁带的海量存储和半导体存储芯片的高速随机存储功能结合起来，可以实现新一代的结合两者优点的新型智能存储设备。

在国内到目前为止，尚未检索到类似技术或相关专利；在国外，SONY公司先进的智能磁带(AIT)技术与本发明中提及的技术类似，它脱离了传统的设计，采用辅助的电子芯片技术大大提高了访问存储数据的效率，即在磁性数据磁带内部加入一个不易丢失存储信息的存储器芯片(MIC)。这个存储器芯片能够直接且实时的同磁带机板上的处理器联系，从而实现迅速的媒介装载、快速访问所需文件、磁带上的多点装载与卸载，并且提供了关于磁带历史数据及当前状态的丰富数据，这对磁带数据的访问速度、安全性、可靠性都有所提高。但SONY公司的MIC芯片容量很小，存储容量(64kbit/16kbit)非常有限，在查找时还是必须到磁带上查找，只是在一定程度上提高了磁带的访问速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型智能磁带机，旨在将磁带的顺序存贮方式与半导体存贮芯片的随机存贮方式相结合，减少磁带机频繁的机械运动，从而提高检索速度和存储效率，同时延长磁带和磁带机的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供述智能磁带机的数据处理方法。

本发明的目的是这样实现的：一种新型智能磁带机，包括磁带、磁带机处理器，包括设置在磁带盒内的存贮芯片及其接口电路，以及设置磁带机上的存储芯片读写模块及其接口电路，且两个接口电路之间经一对金属触头电连接；磁带机处理器与存贮芯片读写模块连接后再经上述接口电路与存贮芯片连接；磁带上只有数据区；存贮芯片上分有目录索引区、写缓存区、读缓存区盒其它数据区。

上述存贮芯片的容量是磁带容量的0.5～10％。

上述存贮芯片的目录索引区中的索引数据包括原有磁带上的索引数据以及新增索引数据：数据块分配表、数据块摘要信息、数据块校验信息、标志块信息、关键数据块标志、关键数据块的快照数据；其它数据区中的其它信息包括最远查找信息缓存、日志信息。

本发明的另一个目的是这样实现的：当处理器收到写入请求时，先将数据放入到写缓存区中，等数据积累到一定数量后，或写缓存区写满后，再一次性将缓存中的数据写入到磁带，同时，将该数据在磁带中的索引信息写入存贮芯片上的索引数据中；当处理器收到读入请求时，先看读缓存区中是否有数据，有则直接使用，没有再查找数据相应的磁带位置，再从磁带上读入；当处理器收到查询请求时，查找数据时，首先在存贮芯片上查找，如果查找不到，再根据目录索引区信息定位到磁带上查找；磁带初始化、数据删除只在存贮芯片上进行，不对磁带进行操作。

传统的磁带在B.O.T(磁带开始)后有一段存储数据索引信息的索引区，之后是数据区。当对磁带进行数据读写操作时，必须先将磁带缠绕到索引区，查找该数据相应的索引信息，然后再将磁带缠绕到该数据所在的位置，进行数据读写操作；当完成对磁带数据的读写操作后，还必须将磁带反向缠绕到索引区，更新索引区中该数据相应的索引信息。所有的这些都增加了磁带装载、读磁带、写磁带、以及磁带数据搜索操作的时间。最大的缺点是，因为经常性的集中使用索引区，磁头对磁带的索引区反复读写，严重影响磁带和磁头的持久耐用性；大量的磁带卷绕操作，使磁带容易产生变形，影响数据的准确性；同时，磁带机频繁的机械运动，大大减少了磁带机的使用寿命。

本发明通过增加大容量半导体存储芯片的方式，将磁带的顺序存储方式与半导体存储芯片的随机存储方式结合，最大限度减少对磁带的卷绕超作；将原磁带机的索引信息、标志块信息、数据块中取出的快照信息等全部保存在半导体存储器中，查找数据时无需在磁带上查找，对磁带本身的操作仅仅是定位和读写操作，从而实现磁带数据的快速定位和读写，极大地提高了磁带机的访问速度。由于本发明最大限度减少了对磁带本身的操作，减少磁带机频繁的机械运动，所以在大大提高检索速度和存储的效率的同时，也大大提高了磁带和磁带机的使用寿命。

本发明的有益效果是：

1、去掉了磁带在数据区和索引区的来回的运动，磁带可以通过一次定位完成读写和查找，使磁带寻道时间大大缩短。

2、去掉了对磁带索引区的反复读写，大大提高了磁带的持久耐用性；同时，避免了磁头频繁接触磁带读取数据，延长了磁头的使用寿命。加载和卸载磁带时，也不用再去读写索引区，只用读写半导体存储器，加快了磁带的加载与卸载。

3、由于采用了缓存方式，对于数据的读写一般不是真正的在磁带上操作，而是对半导体存储芯片进行读写操作，这样就减少了读写数据等待时间，大大提高了数据的读写效率。对缓存中已经存在的磁带数据进行反复的读写操作，也只是相当于对半导体存储芯片进行反复的读写操作，读写速度大大提高了。

4、磁带和磁带机的运动时间缩短，使磁带承受张力的时间缩短，使磁带机中机械部件的磨损降低，提高磁带和磁带机的寿命。

5、通过作为缓存的半导体存储器的中转，可实现数据及时快速的写入，实现短时或准实时的在线备份功能，扩大磁带机的使用范围。

附图说明

图1是本发明的硬件结构框图；

图2是图1所示硬件的立体示意图；

图3是存储芯片与磁带的安装位置关系示意图；

图4是已装有存储芯片的磁带(含磁带盒)与装有存储芯片读写电路的磁带机的安装位置示意图；

图5是图1所示智能磁带机的数据处理的程序流程图。

具体实施方式

图1图3示出，在磁带8上增加大容量半导体存储芯片4(如FLASH芯片)及相关接口电路5，增加该电路与磁带机接触的金属触点12(准确地说，存储芯片和其接口电路以及金属触点都在磁带盒9上)。半导体芯片的存储容量与磁带容量成比例，推荐范围为磁带容量的0.5～10％。例如对40G磁带，以磁带容量的2.5％计，推荐的半导体存储芯片容量为1G。

图1图4示出，在磁带机7上增加对大容量半导体存储芯片读写模块2及相关接口电路3，增加该电路与磁带上相应金属触点接触的弹簧片13。

存储芯片的接口电路5与磁带机上存储芯片读写模块的接口电路3之间经一对金属触点6、6a连接(图1)，具体来说，如：图3中的金属触点12和图4中的弹簧片13。当磁带盒在磁带机上就位时，弹簧片13与金属触点12接触连接。磁带机处理器(由图1中的主控芯片和磁带驱动器组成)与存储芯片读写模块2连接，存储芯片读写模块2经接口电路3、5与存储芯片4连接。两接口电路3、5之间可以用各种现成接口方案，如USB接口等；根据接口的类型决定上述触点的个数。磁带上触点的位置可以位于磁带的上下两面，左右侧面或磁带后部位置(如图1中，不影响磁带8与磁头1的接触的任何部分都可以作为触点的位置)。

在磁带机内部原有的数据传输信道上增加与半导体存储芯片读写模块的接口，在物理上将磁带机对外操作数据接口、磁带读写数据接口、半导体芯片读写数据接口连接在同一个传输信道上。

在磁带机固件中增加对半导体存储芯片读写操作，修改磁带机固件程序的数据操作流程，对于不同特点的数据有选择的采用不同方式的数据操作(有的数据只写入存储芯片，有的数据既要写入存储芯片还要写入磁带，有的数据只写入磁带等等)。半导体存储芯片上的数据格式可以采用现在各种可用的文件系统类型，也可以是自定义类型。但是无论那种方式，如附图5所示，存储芯片上的信息分区为：目录索引区，写缓存区，读缓存区，其它数据区。

半导体存储器上存储的数据包括：新的磁带索引数据、写入缓存、读出缓存、其它信息。索引数据包括原来的索引数据(现有磁带上的索引区数据)和新增的索引数据。原磁带的索引区不再使用，磁带上只有数据区。

新增的索引数据包括：数据块分配表、数据块摘要信息、数据块校验信息、标志块信息、关键数据块标志、关键数据块的快照信息等。关键数据块的快照信息是该数据块关键扇区的镜像数据。

其它信息包括最近查找信息缓存、日志信息等数据。

参见图6，当收到写入请求时，数据不直接写入到磁带上，而是先将数据写入到缓存中，等数据积累到一定数量后，或缓存写满后，再一次性将缓存中数据写入到磁带，同时，将该数据在磁带中的索引信息写入半导体存储器的索引数据中；

当收到读入请求时，先查看缓存中是否有数据，有则直接使用，没有再查找数据相应的磁带位置，再从磁带读入。每次读入的数据量有一个最小值，当读入请求值小于该值时，仍将从磁带上读入该最小值的数据量；

数据查找时，如果在半导体存储器上的目录索引区、目录区的关键块、写入缓存、读入缓存、查找缓存中可以查找到的数据，不再到磁带上定位读取信息后查找；如果都无法查找到，才根据目录区信息定位到相应的数据块上，读入数据后查找；

磁带初始化、数据删除只在半导体存储器上进行，不对磁带进行操作；数据写操作基本上在存储芯片上完成相关数据操作后，再统一定位到磁带上写；数据读操作也是先在半导体存储芯片上定位后，再统一定位到磁带上读。

磁带上和半导体存储器上都有数据时，以半导体存储器上的数据为准。

对无芯片磁带机的兼容：对无芯片的磁带，如需要兼容时直接按原来方式读写。

实施例：

如附图3所示，首先在磁带上加上一个大容量半导体存储芯片1及其接口电路5。由于技术的发展，现在的存储芯片及其接口电路可以做得很小，可以直接放到磁带盒9中。磁带上的这些电路通过金属触点12与磁带机上相应的弹簧片13接触，从而与磁带机的电路相连接，磁带机通过存储芯片读写模块2实现对存储芯片的读写操作(图2中还示出磁带机7与计算机10、显示器11的连接关系)。

如附图4所示，磁带机上增加存储芯片读写模块2以及用作与磁带上金属触点12相接触的弹簧片13，并将其数据线连接到原有磁带机磁头读写的数据线上。修改磁带机的固件程序，使其可以读写半导体存储器。

同时，修改磁带机数据读写程序，如附图6所示。

当磁带机(即图1中由主控芯片和磁带控制电路5组成的磁带机处理器)收到主机的查询/修改/更新目录区命令或查找关键块命令时，直接在存储芯片上的目录区查找/修改/更新；

当磁带机收到主机的初始化/格式化或数据删除命令时，直接对存储芯片目录区操作，不再对磁带本身进行初始化/格式化或数据删除；

当磁带机收到主机的写命令/更新命令时，直接写入存储芯片上的暂存区；暂存区数据量达到最大容量的一个设定百分比(如80％)时，磁带机将暂存区的所有数据一起写入磁带/更新磁带内容，另外，考虑到数据安全，也可以设置一个时间间隔，定时的将暂存区的数据写入磁带，同时更新暂存区；

当磁带机收到主机的读命令时，如果读入数据为数据块前面扇区的信息，直接读入目录区中的该数据块的快照信息(快照信息就是该数据块前面几个扇区的完整信息)；否则在暂存区查找，如不存在再根据目录区查找到数据的位置，驱动磁带到该位置读取数据；一次最少要读取一个最少数量的数据；读取后的数据送出后，还要保存在暂存区中。