[發明專利]面向復雜實時應用的艦載多級存儲體系結構及存儲方法

在審

• 申請號: 201710730477.9
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107391048A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 胡洋;陳杰;張劍;呂遐東;馮浩
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種多級存儲體系及存儲方法，具體涉及一種面向復雜實時應用的艦載多級存儲體系結構及存儲方法，屬于信息系統技術領域。

背景技術

傳統計算機存儲體系結構為三層結構，緩存、內存、外存，如附圖1所示。通常緩存又分為一級緩存和二級緩存，緩存通常采用靜態隨機存儲器（SRAM）作為存儲介質，SRAM具有讀寫速度塊的特點，但是受制造工藝的影響，SRAM的成本較高，因此緩存的存儲容量通常較低；內存通常采用動態隨機存儲器（DRAM）作為存儲介質，DRAM讀寫速度較快，但其讀寫速度低于SRAM，但因為DRAM需要不斷刷新，所以DRAM會耗費大量電能，其成本較低；外存通常采用磁介質，例如硬盤，外存讀寫速度最慢，成本最低，以硬盤為代表的外存有個顯著的特點，即設備內部存在大量精密機械部件，受其影響，在很多非穩定平臺上無法使用，例如船舶平臺、飛行器平臺等。

在傳統計算機存儲體系結構中，三種存儲器件組成金字塔型的存儲體系結構：緩存處于最高端，內存處于中端，外存處于底端。設計這種結構原因在于，緩存速度最快、價格最高，在金字塔結構中，采用少量緩存（通常是在幾百KB到十幾MB之間）存放經常讀寫的數據；內存速度，價格居中，在金字塔結構中，采用一定量的內存，存放較多的經常使用的數據；外存速度低但價格低廉，在金字塔結構中，采用大量的外存，存放所有的數據。

這種金字塔型的存儲體系結構的設計綜合考慮了不同存儲介質的速度、成本特點，隨著各種應用對計算機性能提出越來越高的要求之后，原有的金字塔型的存儲體系結構呈現出諸多缺陷：為提高系統性能，通常的做法是增加內存容量，這帶來的問題是，內存將耗費大量電能，這導致整個系統的能耗劇增，可靠性降低；另外，由于內存與外存之間速度差距較大，導致需要訪問外存時，對性能有較大影響。

目前，大量新型存儲介質不斷出現，閃存存儲器和相變存儲器是目前成熟度較高的半導體新型存儲器件。半導體存儲器件的特點是，讀寫速度較磁介質器件快，但慢于內存介質；其能耗低于內存介質及磁介質。相變存儲盤由相變存儲器和動態隨機存儲器組成，其中，相變存儲器容量較大，動態隨機存儲器容量較小，通常動態隨機存儲器容量為相變存儲器容量的5％以下，動態隨機存儲器用作相變存儲盤的內部緩存。閃存存儲盤由閃存存儲器和動態隨機存儲器組成，其中，閃存存儲器容量很大，動態隨機存儲器容量小，通常動態隨機存儲器容量為閃存存儲器容量的1％以下，動態隨機存儲器用作閃存存儲盤的內部緩存。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向復雜實時應用的艦載多級存儲體系結構，用以替代現有金字塔型存儲體系結構，能夠在提高計算機系統可靠性的同時，降低系統能耗。

本發明是這樣實現的：

一種面向復雜實時應用的艦載多級存儲體系結構，是由閃存存儲盤、相變存儲盤、以及處理器的緩存組成的三角形存儲結構；

在三角型存儲結構中，任何一方均可與另一方進行數據交互訪問。

閃存存儲盤和相變存儲盤共同組成統一存儲層。

通常，常用數據存放在系統緩存中，系統緩存中存放不下的較為常用的數據存放在相變存儲器，其它不經常使用的數據存放在閃存存儲器中。

本發明還提供了面向復雜實時應用的艦載多級存儲方法，包括讀數據過程和寫數據過程，具體為：

在讀出數據的過程中，當數據存在于系統緩存中時，直接從系統緩存中讀取數據；當數據不在系統緩存中時，需要訪問相變存儲盤；當數據不在相變存儲盤中時，需要訪問閃存存儲盤。

在寫入數據的過程中，根據數據的類型，選擇寫入的目標地址：當數據是經常讀寫的熱點數據，將其存放在系統緩存中；當數據是不經常讀寫的冷數據，將其存放在閃存存儲盤中；其它數據存放在相變存儲盤中。

本發明提出了適合艦載應用的新型存儲結構：三角型存儲結構。該結構具有低功耗，高可靠的特點。該結構采用全半導體存儲介質，未使用機械裝置（磁盤），因此具有低功耗特點；該結構采用相變存儲盤與閃存存儲盤組成統一存儲層，替代掉電易失的動態隨機存儲器，而相變存儲盤與閃存存儲盤均為非易失存儲介質，因此該結構掉電后，數據仍然存在于存儲盤中；并且，該結構采用半導體存儲介質替代機械裝置，具備抗震動、防鹽霧的能力。因此，該結構具有高可靠的特點。

附圖說明

圖1傳統存儲體系金字塔結構；

圖2本發明提供的多級存儲體系結構示意圖；

圖3本發明提供的多級存儲體系結構讀操作流程；

圖4本發明提供的多級存儲體系結構寫操作流程。