DE69315549T2 - Datenverarbeitungssystem mit netzausfallgeschütztem Speichermodul - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein Datenverarbeitungssystem dieses Typs ist aus der US-A-5,396,637 bekannt.
• Ein Grund für den wachsenden Erfolg von Mehrplatz-Rechensystemen beruht auf der Tatsache, daß sie einige Maßnahmen vorsehen, wie Energieausfällen begegnet werden kann. Solche Systeme haben Einrichtungen, aufgrund derer sich der Benutzer den Luxus eines Verlusts seiner Hauptenergieversorgung leisten kann, wobei das System die Verarbeitung wieder aufnehmen kann, als ob kein Ausfall der Versorgungsspannung aufgetreten ware. Im allgemeinen erfordern solche Systeme Backup-Batterien oder einen anderen Ersatz der Energieversorgung, der in dem Fall aktiviert wird, daß die Versorgung aus dem Wechselstromnetz ausfällt.
• Mit der zunehmenden Komplexität von Mehrplatz-Rechensystemen und dem resultierenden geometrischen Wachstum der Menge der verfügbaren Festkörperspeicher in solchen Systemen erfordert der Schutz gegen einen Energieausfall deutlich größere Mengen an Standby-Leistung. Genauer gesagt, die Backup-Energieversorgung muß die Möglichkeit bieten, Daten in der flüchtigen Speicherbank zu speichern, bevor gar keine Versorgungsspannung mehr vorhanden ist. Bei üblichen Geschwindigkeiten, und wenn eine Speicherplatte zum Speichern der Daten verwendet wird, die von dem flüchtigen Speicher ausgegeben werden, kann eine beträchtliche Zeitspanne notwendig sein, um die Speicherungen auszuführen. Wenn ein Mehrplatz-System z.B. 1 Gigabyte Daten umfaßt, würde diese Übertragung über 3 Minuten Plattenbetriebszeit benötigen. Es wird erwartet, daß die zukünftigen Systeme bis über 4 Gigabyte wachsen, und es würde daher theoretisch über 10 Minuten dauern, um die Daten zu speichern, sowie weitere 10 Minuten, um die Daten neu zu laden.
• Jüngste Fortschritte bei den Plattenlaufwerken haben zu der Einführung von extrem kleinen Plattenlaufwerken geführt, die sowohl kostengünstig sind als auch eine hohe Kapazität haben. Ein solcher Plattenantrieb verwendet z.B. 1,3 Inch-Platten, ist kleiner als eine normale Zigarettenschachtel, speichert 40 Megabyte und ist für Kosten von weniger als US $ 400 zu haben. Solche Plattenantriebe ermöglichen die Speicherung beträchtlicher Datenmengen in kleinen Packungen bei sehr geringen Kosten.
• Die JP-A-4,283,825 offenbart einen Halbleiter-Plattenantrieb mit einem Halbleiterspeicher, mehreren Speicherzugriffs- Steuerabschnitten, welche Daten in den und aus dem Halbleiterspeicher schreiben bzw. lesen, mehreren nicht-flüchtigen Medien-Steuerabschnitten, welche die von den Speicherzugriffs- Steuerabschnitten ausgelesenen Daten auf mehrere nicht-flüchtige Medien schreiben. Eine Steuereinrichtung sendet die Datenspeicher-Anzeige an die nicht-flüchtigen Medien-Steuerabschnitte und die Speicherzugriffs-Steuerabschnitte und ist so aufgebaut, daß die in dem Halbleiterspeicher gespeicherten Daten in gleiche Teile aufgeteilt und auf den nicht-flüchtigen Medien gespeichert werden. Die Daten in dem Halbleiterspeicher werden zu gleichen Teilen auf die nicht-flüchtigen Medien aufgeteilt, und zwar unabhängig von ihrer physischen Speicherposition.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Datenverarbeitungssystem mit einem flüchtigen Speichermodul vorzusehen, dessen Inhalt im Falle eines Energieausfalls geschützt ist.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Datenverarbeitungssystem mit einem Arbeitsspeicher mit Energieschutzfunktion vorzusehen, bei dem nicht-flüchtige Speichermodule ausschließlich für den Zweck des Speicherschutzes vorgesehen sind.
• Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Speicherschutzsystem vorzusehen, das es einem Rechner ermöglicht, nach dem Abschalten oder Ausfall der Leistung und einem nachfolgenden Einschalten der Leistung sofort einen Speicherzustand wiederherzustellen, der vor dem Abschalten oder Leistungsausfall existiert hat.
• Diese Aufgaben werden mit der Vorrichtung von Anspruch 1 gelöst.
• Ein Datenverarbeitungssystem bewahrt den Inhalt eines flüchtigen Speichers in dem Fall einer Leistungsunterbrechung und stellt den Inhalt beim Einschalten der Leistung wieder her. Das System umfaßt eine Wechselstromleitungsüberwachung, die signalisiert, wenn ein Leistungsverlust bevorsteht; flüchtige Speichermodule; und eine zentrale Verarbeitungseinheit, die in Verbindung mit diesen zu bestimmten Zeiten während der Programmausführung Programme ausführt, wobei der flüchtige Speicher Daten speichert, welche den Zustand des Systems angeben. Mit jedem flüchtigen Speichermodul ist ein Backup-Plattenlaufwerk verbunden, dem eine Backup-Batterie zugeordnet ist. Die Backup-Batterie hat eine begrenzte Kapazität und ermöglicht dem Plattenlaufwerk und dem flüchtigen Speicher gerade, den Speicherinhalt von dem flüchtigen Speicher auf dem Plattenlaufwerk abzulegen. Eine Logikschaltung spricht auf ein Signal von der Leitungsüberwachungseinrichtung an, um die Backup-Batterie zu aktivieren und das flüchtige Speichermodul und das Backup-Plattenlaufwerk zu steuern, um eine Übertragung aller gespeicherter Daten in dem flüchtigen Speicher zu bewirken. Beim nachfolgenden Einschalten kann somit ein Systemzustand, der zur Zeit des Leistungsausfalls bestand, wiederhergestellt werden, indem der Inhalt jedes Backup-Plattenlaufwerks in sein zugehöriges flüchtiges Speichermodul ausgelesen wird.
• Die Figur zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
• Wie in der Figur gezeigt, empfängt eine Energieversorgung 10 ihre Hauptversorgungsleistung von einer Wechselstromleitung 12. Die Energieversorgung weist ein Leitungsüberwachungsmodul 14 auf, welches die Spannungen auf der Wechselstromleitung 12 fortlaufend überwacht, um jede Änderung der Spannungspegel darauf zu ermitteln. Auf bekannte Weise erzeugt die Leitungsüberwachung 14 ein Signal auf der Leitung 16, das anzeigt, daß ein Leistungsausfall bevorsteht, wenn sie eine Spannungsänderung auf der Leitung 12 erfaßt, die unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt. Das Signal wird auf einen Bus 18 geschickt, der einen Hauptverbindungspfad für das Datenverarbeitungssystem vorsieht.
• Die Energieversorgung 10 hat auch einen Leistungsschalter 20, der den Ein- oder Aus-Zustand der Energieversorgung 10 steuert. Eine Leitung 22 signalisiert dem Bus 18 den Zustand des Leistungsschalters 20.
• Das Datenverarbeitungssystem der Fig. 1 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 24 und mehrere zugehörige Arbeitsspeichermodule (RAM) 26, 28, etc. Jedes RAM ist ein flüchtiger Speicher und schafft Arbeitsspeicher für die CPU 24. Das Datenverarbeitungssystem umfaßt auch einen Festspeicher (ROM) 30 und ein oder mehrere Plattenlaufwerke 32, die mit dem Bus 18 verbunden sind.
• Jedes RAM-Modul weist ein Backup-Plattenlaufwerk auf (z.B. die Plattenlaufwerke 34, 36 für die RAM-Module 26 bzw. 28). Jedem RAM-Modul ist ferner eine aufladbare Backup-Batterie (z.B. 38, 40) und ein Fehlerkorrektur-Steuermodul (z.B. 42 und 44) zugeordnet.
• Das RAM in dem Datenverarbeitungssystem der Figur ist in Speicherabschnitte mit Kapazitäten aufgeteilt, welche an die Speicherkapazität der jeweiligen Backup-Plattenlaufwerke angepaßt sind. Somit hat jedes RAM-Modul (z.B. 26) dieselbe Datenspeicherkapazität wie sein Backup-Plattenlaufwerk (z.B. 34). Auf diese Weise kann ein Backup-Plattenlaufwerk zu jedem Zeitpunkt den gesamten Inhalt eines zugehörigen RAM-Moduls speichern. Da jedes Backup-Plattenlaufwerk ein reserviertes Plattenlaufwerk ist, dient es keiner anderen Funktion, als einen Backup-Speicher für den Fall eines Leistungsausfalls vorzusehen.
• Die Fehlerkorrektur (ECC)-Module 42 und 44 erzeugen Fehlerkorrekturcodes zwischen den jeweiligen RAM und ihren Backup-Plattenlaufwerken. Jedes RAM-Modul, Backup-Plattenlaufwerk, ECC- Modul und jede Batterie können auf einer einzelnen, steckbaren Schaltungsplatte zusammengefaßt sein (die schematisch durch gestrichelte Kästen 45 und 47 dargestellt ist). Bei der in der Figur gezeigten 32 Megabyte-Konfiguration können Daten in dem RAM-Modul 26 in weniger als 10 Sekunden auf das Backup-Plattenlaufwerk 34 übertragen werden. Somit muß die Batterie 38 das RAM 26 und das Backup-Plattenlaufwerk 34 nur während 10 Sekunden mit Energie versorgen, die notwendig sind, um die Datenübertragung auszuführen. Selbstverständlich sollte die Batterie 38 eine gewisse zusätzliche Kapazität haben, um einen Sicherheitsbereich vorzusehen. Da die Datenübertragung so schnell erfolgen kann, muß die Batterie 38 gleichwohl keine große Speicherkapazität haben.
• Ein Leistungsausfall-Logikmodul 50 sieht die nötigen Steuersignale für die RAMs 26, 28 bzw. Backup-Plattenlaufwerke 34 und 36 vor, um eine Datenübertragung zwischen diesen zu ermöglichen. Ähnlich schaltet das Leistungsausfall-Logikmodul 50 die Batterien 38 und 40 in die Schaltkreise, damit ihre jeweils angeschlossenen Backup-Plattenlaufwerke und RAMs arbeiten können.
• Im Betrieb überwacht die Leitungsüberwachung 14 ununterbrochen die Wechselstromeingangsleitung 12, um zu ermitteln, wann und ob der Spannungspegel auf der Leitung unter einen vorgegebenen Schwellwert fällt. Beim Erfassen eines solchen Abfalls erzeugt die Leitungsüberwachung 14 ein Signal, daß ein Leitungsausfall bevorsteht, auf der Leitung 16, das von dem Bus 18 zu dem Leistungsausfall-Logikmodul 50 gespeist wird. Das Leistungsausfall-Logikmodul 50 reagiert, indem es die Batterien 38 und 40 in ihre jeweiligen Schaltkreise schaltet und den RAMs 26 und 28 signalisiert, ihre Daten an ihre jeweiligen Backup-Plattenlaufwerke 34, 36 abzugeben. Da die Backup-Plattenlaufwerke 34 und 36 ebenfalls direkt von der Energieversorgung 10 versorgt werden, laufen sie bereits, wenn das Signal zum Übertragen der Daten von dem Leistungsausfall-Logikmodul 50 kommt. Die Batterien 38 und 40 halten die Drehgeschwindigkeit der jeweiligen angeschlossenen Backup-Plattenlaufwerke zumindest solange aufrecht, bis die Datenübertragung von den jeweils angeschlossenen RAMs beendet ist.
• Beim nachfolgenden Einschalten der Leistung bewirkt die CPU 24, daß jedes der Backup-Plattenlaufwerke 34 und 36 seine gespeicherten Daten zurück in die jeweils angeschlossenen RAM- Module 26 und 28 lädt. Dadurch wird der Systemzustand identisch wiederhergestellt und entspricht dem, der beim Abschalten der Leistung existierte.
• Wenn das Datenverarbeitungssystem ein tragbarer Personalcomputer ist, ermöglicht das in der Figur gezeigte System auch, daß der Systemzustand gespeichert wird, wenn der Leistungsschalter 20 das System ausschaltet. Unter dieser Bedingung kann das Leistung-Aus-Signal auf der Leitung 22 dazu führen, daß die Leistungsausfallogik 50 die oben beschriebene Backup-Prozedur auslöst, um den Maschinenzustand des Datenverarbeitungssystems wiederherstellen zu können, wenn der Leistungsschalter 20 wieder eingeschaltet wird.
• Man muß verstehen, daß die obige Beschreibung nur ein Beispiel der Erfindung ist. Zahlreiche Alternativen und Modifikationen können von dem Fachmann erdacht werden, ohne die Erfindung zu verlassen. Die Kapazität jedes Backup-Plattenlaufwerks kann z.B. größer sein als die seines zugeordneten RAMs, wobei die überschüssige Plattenspeicherkapazität zum Speichern des Fehlerkorrekturcodes genutzt wird. Die Erfindung soll also alle die Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, die im Bereich der folgenden Ansprüche liegen.

Claims (4)

1. Datenverarbeitungssystem, bei dem in einem flüchtigen Speicher gespeicherte Daten für den Fall einer Leistungsunterbrechung geschützt werden, mit folgenden Merkmalen:

eine Leistungsüberwachungsvorrichtung (14), die mit einer Leistungsquelle (12) verbunden ist, um zu signalisieren, wenn eine Leistungsunterbrechung bevorsteht;

eine flüchtige Speichervorrichtung (26, 28);

eine zentrale Verarbeitungsvorrichtung (24) zum Ausführen von Programmen in Verbindung mit der flüchtigen Speichervorrichtung (26, 28), wobei die flüchtige Speichervorrichtung (26, 28) Daten speichert, welche einen Systemzustand des Datenverarbeitungssystems während der Ausführung der Programme wiedergeben;

eine Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) welche mit der flüchtigen Speichervorrichtung (26, 28) verbunden ist;

eine Backup-Batterievorrichtung (38, 40), die mit der Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) und der flüchtigen Speichervorrichtung (26, 28) verbunden ist; und

eine Logikvorrichtung (50), welche auf ein Signal von der Leistungsüberwachungsvorrichtung (14) anspricht, um die Backup-Batterievorrichtung (34, 36) zu aktivieren und die flüchtige Speichervorrichtung (26, 28) und die Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) zu steuern, um eine Übertragung aller gespeicherten Daten in der flüchtigen Speichervorrichtung (26, 28) auf die Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) zu bewirken, wobei bei einem nachfolgenden Hochfahren ein Systemzustand, der zur Zeit des Signals von der Leistungsüberwachungsvorrichtung (14) existierte, wiederhergestellt werden kann, indem der Inhalt der Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) in die flüchtige Speichervorrichtung (26, 28) ausgelesen wird, wobei

die Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) mehrere Plattenlaufwerke (34, 36) aufweist und die flüchtige Speichervorrichtung (26, 28) mehrere Random-Access- Speicher (RAM)-Module (26, 28) aufweist, wobei jedes RAM- Modul (26, 28) über einen dedizierten Backup-Bus mit einem getrennten Backup-Plattenlaufwerk (34, 36) verbunden ist und jedes Backup-Plattenlaufwerk (34, 36) ausreichend Speicherkapazität hat, um alle Daten in einem angeschlossenen RAM-Modul (26, 28) unterzubringen;

jeder Verbund aus RAM-Modul (26, 28) und Backup- Plattenlaufwerk (34, 36) eine dedizierte Backup-Batterie (38, 40) mit ausreichend Leistungskapazität hat, um eine vollständige Übertragung der Daten in dem RAM-Modul (26, 28) auf das entsprechenden Backup-Plattenlaufwerk (34, 36) zu ermöglichen;

jeder Verbund aus RAM-Module (26, 28) und Backup- Plattenlaufwerk (34, 36) mit einer Fehlerkorrekturcode- Erzeugungsvorrichtung (42, 44) verbunden ist, um die Unversehrtheit der zwischen dem RAM-Modul (26, 28) und einem Backup-Plattenlaufwerk (34, 36) übertragenen Daten zu gewährleisten; und

jeder Verbund aus RAM-Modul (26, 28), Backup-Plattenlaufwerk (34, 36), dedizierter Batterie (38, 40) und Fehlerkorrekturcode-Erzeugungsvorrichtung als eine integrale Einheit auf einer austauschbaren Speicherkarte (45, 47) montiert ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsüberwachungsvorrichtung (14) eine Leitungsüberwachungsvorrichtung zum Signalisieren eines Leistungsabfalls aufweist.

3. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Backup-Batterievorrichtung (38, 40) eine vorgegebenen elektrische Speicherkapazität hat und nachladbar ist, die Backup-Batterievorrichtung (38, 40) eine vollständige Übertragung der Daten in der flüchtigen Speichervorrichtung (26, 28) auf die Backup-Plattenspeichervorrichtung (34, 36) ermöglicht, und die vorgegebene elektrische Speicherkapazität es der Backup-Batterievorrichtung (38, 40) erlaubt, die Übertragung der Daten mit einer Leistungs-Sicherheitsmarge durchzuführen.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Leistungsschaltvorrichtung (20), die mit der Leistungsquelle (12) für das Datenverarbeitungssystem verbunden ist, um den Ein/Aus-Zustand der Leistungsquelle (12) zu steuern, wobei die Leistungsüberwachungsvorrichtung (14) eine Ein/Aus-Überwachungsvorrichtung aufweist, um zu signalisieren, wenn die Leistungsquelle (12) aus ist.