数据存储和操作的改进的制作方法

专利名称：数据存储和操作的改进的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于存储和操作数据的.装置和方法。特别涉及WO 2004/038701中描述的技术的发展，其全部内容通过引用并入于此。
背景技术：
WO 2004/038701中描述了数据存储安排，其代表完全远离具有不断加快 旋转的盘以减少数据存取时间的传统硬盘模型的发展。WO 2004/038701的关 键主题之一是与允许非常快速存取数据而不需要快的旋转速度的数据存储构 件合作的数据读取头部的大阵列。该设计模型已经示出即使使用相对保守的实施方式，也能够结束作为计 算机性能的限制因素的大量数据存储介质的位置。然而因为发展了该技术的 应用以及优化了实施方式，所以更高数据率变得可能。这样在搡作以这样的 速度读出的数据的能力方面，当然会开始产生其固有的问题。发明内容本发明的目的是对高数据率的处理的改进，当从第一方面看时，本发明 提供一种lt据存储装置，包括数据构件，包括用于在其上存储数据的部件；以及数据取回(retrieval)构件，包括多个头部，用于从所述数据构件中读取数据；以及多个存储緩沖器，安排每个存储緩冲器，以存储从多个所述头部之一中 读取的数据；其中安排所述数据取回构件，以便顺序输出多个所述存储緩沖器中的内容。因此，本领域技术人员能够了解，根据本发明通过局部存储緩沖器中的 头部能够读取数据取回构件中的数据。数据从这些緩沖器的每一个中输出到 一个队列中，因此来自每个緩冲器的数据依次到达队列的前面。因为在单次扫描数据构件上的数据取回构件期间能够填满所有的存储緩冲器，然后每次 都顺序地输出而不是同时输出由单个头部读取的数据，所以该安排考虑了很 高的数据传输率。其中，如在一些实施例中优选地，存储緩冲器与每个头部 相关联，这样使在单个通道中读取数据构件的全部数据内容成为可能。
另外应该理解因为根据本发明提供的局部存储緩冲器代表存储数据的真 实映像，所以不需要高速緩存管理一緩冲器完全是透明的。根据本发明可获 得的另一优点是以更简单的实施方式提供单个处理实体在例如一行头部的末
端执行局部响应最大似然(PRML)处理的电压。PRML是公知的统计技术，
用于通过从非常弱的头部信号中恢复数据来得到更大的存储密度。
根据本发明的局部存储緩冲器的 一 个特别的优点是当同时从数据构件中 读取新数据时，能够从数据取回构件输出数据，但是更重要地是为了促进操 作大量数据，即使没有在读取新数据时，也能够从数据取回构件中输出数据。
这尤其是以T的情况其中优选地，因为在这样的安排中每个周期不可避免 地存在两次移动构件慢慢停止然后反向的"死时间"，在此期间不能从数据存 储构件中读取数据，所以数据构件和数据取回以相互振动的方式移动。然而 根据本发明，在该时期能够读取、或者继续读取存储数据。因此，通过使用 全部振动周期而不仅仅是当实际上读入数据时的那些部分，局部存储缓沖器 能使数据传输率最大化。
根据本发明存储緩冲器可以简单地存储由用于解码的头部所测量的磁通 量变化的基本模式一也就是将磁通量的变化解释为字符串1和0的模式一在 顺序输出之后。例如在行的末端。这样使得数据取回构件的结构简单。存储 能够是模拟的，由此每个寄存器阵列都以与电荷耦合装置存储关于数字照相 机等等中的光强度的电荷大致相同的方式存储代表在特定点的磁通量的模拟 值。另外磁通量信号能够是对存储磁通量信号的数字代表的緩冲器的数字采 样。在緩沖器中模拟存储需要的存储容量较小。不过，申请者理解在一些应 用中这样会限制能够在数据取回构件上存储数据并且最终仍然能被准确地解 码的最大面密度，因为緩冲器存储和到解码处理器的传输不可避免地在一定 程度上减弱了信号。
数字地采样信号有效地减轻了这个问题，所以在数据构件上能够支持相 对更高的面数据存储密度。然而，因为对于代表实际存储的数据位的每个磁 通量变化来说，很可能需要信号采样数据的多个字节，所以这会带来在緩沖器中对数据存储的需要相对较大的缺点。
然而至少在一些优选实施例中，数据取回构件包括用于解码由头部从数 据构件中读取的信号的部件。这可以放在緩冲器之后，但是优选地放在緩沖 器之前。这在允许将真正解码的数字数据存储在緩沖器中并且进行传输时是 格外优选的。在头部处执行如此处理具有能有效减少需要存储在缓沖器中和/ 或传输到中央处理器中的数据量的电压。还有它并不一定限制能够支持的面 数据存储密度。优选地，它允许在从数据构件读取的数据上执行局部处理。
解码部件可以简单地应用固定阈值将模拟磁通量信号转换为数字数据。 然而优选地，它包括用于处理头部信号以优化转换精度的部件。例如可以使 用PRML处理来处理信号以便改进从弱模拟头部信号到数字信号的转换。
其中，优选的，按如上所述提供解码部件，在头部处可得到存储在数据 构件上的实际数字数据。该数据能够按移位寄存器的方式，如更早解释所示 全面地、简单地记录输出时间。可是优选地数据取回构件还包括与处理所述 数字数据的一个或多个头部相关联的局部处理部件。
根据本发明的这些优选实施例的安排的一个特别重要的应用是产生用于 内容可编址存储的电压。凭此这是一个概念而不是基于它在数据存储构件上 的物理位置(参见传统硬盘上的扇区号)而被取回的数据，取回以数据的实 际内容为基础。通过向局部緩冲器传达预定准则以及用能够用这样的准则比 较从数据构件中读取的数据的足够处理能力来装备它们，能够将它安排为只 能取回到与准则相匹配的数据。这样能够有效地提高所需数据返回的速度。 该搡作将与大量数据从存储介质中取回但是必须通过其它地方移动的情况进 行对比，在架构中更高。即使会出现后者包括从存储介质传输的大量数据的 情况，当未分类时，如此高的数据率也是不可靠的，因此大多数一般是无用 的。
因此在一些优选实施例中，局部处理部件包括用于存储预定准则以及用
预定准则比较从数据构件读取的数据的比较部件。比较部件可以位于数据存
储緩沖器之前或者之后，或者优选地是它不可分割的部分，以便允许当存储
数据时执行对数据的比较处理。这样有助于最小化在传输需要数据时可能产
生的延迟。比较部件能够向符合准则的数据中添加标志或者其它标记。另外
取决于匹配结果， 一个结果字符串组能够被写入。然而优选地比较结果用于
控制将数据写入到存储緩沖器中。例如如果符合预定准则，则比较部件可以用于将数据写入到緩冲器中，而如果不符合，则不写入。这样只能够返回符 合准则的数据。在一组优选实施例中，预定准则比较包括模式匹配。例如数 据本身或者为此的索引能够与一个或多个预定模式匹配。例如对于通信应用， 准则可以是注定到给定网络协议(IP)地址的所有数据。IP地址然后加载到 比较部件中并且只返回相关的数据。应该理解能够执行诸如如此接近于数据 存储的基本数据过滤，这是非常强大的并且对搜索响应时间和"真正的"数 据率具有有效的积极的效果。
当然可以应用其它准则，其并不一定是简单的模式匹配。例如对于与曰 期标识符一起存储的数据分组，准则可以是在给定日期范围内产生的所有数 据。
模式匹配或者其它准则比较也可以同样应用到写入功能中一例如只能向 数据构件提交具有预定义报头部的数据，其余的则被丢弃。
在另一组优选实施例中，局部处理部件用于在数据上执行一组指令。例 如，这样的一组指令可以在将它存储到緩沖器中之前改变数据，确定究竟是 将数据写入，还是用结果代替数据写入到緩沖器中。指令甚至可以使数据、 改变数据或者结果写回数据构件中。
迄今描述的发明在它的各种实施例中提供用于在数据构件上组织数据的 任意可能的方法。于是可以直接地或者通过简单改编来使用现有的任意数据 组织方案。在许多应用中数据构件将完全与大的同质数据存储区一样是最有 用的。然而申请者还理解在一些实施例中，将数据构件分成离散区是优选的。 这可以单纯逻辑地一即依靠内嵌的控制器来完成。另外可以有物理界限一例 如因此根据本发明，从每个区中顺序地读取数据，但是分开处理来自不同区 的数据。这指的是例如数据不是整行/列而是部分地读取，该划分取决于数据 构件上离散区的数量。
将数据构件分成离散区是有益的一个原因是为了便于在各个区之间复制 数据。换句话说，每个区都有效地充当独立的小数据构件。这样允许单个数
据构件代替冗余盘阵列(例如RAID),其必需标记通常指定用于重要数据的 日期。这里的关键点是至少本发明的优选实施例和在WO 2004/038701中公开 的基础技术使能缩放数据构件大小而不牺牲读取或者写入速度。当然通过按 比例放大单个数据构件而不是不得不提供盘阵列和相关联的硬件，很明显可 以实现成本的有效节省。在本发明最简单的实施例中，与每个头部相关联的存储緩沖器仅仅与它 们的邻居相连，使得数据总是在沿着 一 行头部的 一 个方向上记录离开时间。 数据取回构件可以再划分，使得每个连接行仅仅扩展它的部分。然而优选地
整行计时输出数据。它们可以连接在一起，使得一个緩沖器的输出直接馈给 下 一个的输入，使得每一位串行地通过緩冲器直到到达构件的边缘时为止。
了可替换地，可有緩冲器输出依次连接的公共通过总线(through-bus )。任何 方法都能够读取整行数据构件，并且数据在单个通道中从那里输出。例如对 于512头部的行来说，其每个扫描整行中的数据的512字节，代表数据的 2097152位。数据取回构件以每秒715通道进行振动(即357.5Hz)，數据读 取率大约是1.5Gbps (千兆位每秒)。这与当前希捷公司用于连接硬盘驱动与 个人计算机的串行高阶硬盘架构(SATA)接口所支持的数据率相匹配。
如果数据从数据取回构件中按行输出，则优选地存在用于数据取回构件
每一行的输出数据流。所有行的数据一般传输到用于执行其处理程度的数据 处理部件，例如如果还没有解码，则解码数据，或者将它合并成用于传递到 CPU上的单个流。
然而根据本发明按行记录数据的离开时间并不是唯一的选择。例如根据 一些优选实施例，不是仅仅将头部与它们的邻居相连接，其需要按行读取， 而是可以将它们连接到互连总线。例如这允许来自给定行的头部的数据在任 一方向读取一即到行的任一末端。扩展这里，优选地根据至少一些实施例，
头部还连接到列公共互连以形成允许数据在任何方向读取的矩阵。例如该安 排还允许数据按行读取，同时列用于写入。列还可以用来向头部传达信息， 诸如标记不再需要的数据行(即通过覆盖有效地删除数据)或者向头部传递 例如关于用于较早描述的局部处理的预定匹配准则的信息。
另一可能性是方向之一可用于管理数据的写入。因为写入数据需要更高 的电流，因此产生的热量比读取时多，可以想象限制相邻头部能够写入数据 的频率以避免局部过热是必要的。关于丰富的连接可能性，这能够以多种方 式来进行管理。
此外头部在矩形矩阵中的连接是不必要的。与 一个或多个头部相关联的 緩沖器能够对角连接以形成金刚石点阵；或者对角和正交两者地或者两个或 者其间任何多个的任何混合地连接。实际上不需要将头部或者它们的緩沖器之间的互连限制在单个平面内；可以有不同电平上的另一互连路径。这些电 平能够在单个衬底上建立或者能够由一个或多个附加衬底提供一即在其上构 造连接的另 一极低扩展玻璃构件。实际上可以装配数据取回构件而不需要在 头部或者它们的緩沖器之间进行连接，连接完全由一个或多个连接构件提供。 这可能允许将连接架构定制为特别的应用，同时使用公共基础数据取回构件。
从上文中很明显，单个头部或者存储緩沖器(可能不只一个头部)能够 正好连接到一个其它的或者连接到矩阵节点。如果连接到节点，则节点可以 具有许多连接，因此具有数据从緩冲器输出所采取的相对应的多种可能路径。
较早描述的数据按行记录输出时间的安排是简单的 一 个原因是单一 头部
/緩冲器不需要确定数据所到的地方；数据路径用连接架构设置。然而根据其 后描述的优选实施例组不只存在一种可能路径。因此优选地提供与至少一些 存储緩冲器相关联的部件，用于确定数据从緩冲器输出所采取的路径是多种 电压的数据路径的哪一个。这添加到每个头部/緩冲器所需要的电子元件上， 但是使数据存储装置非常强大以及灵活，并且产生一些非常有用的应用。
虽然在单一数据路径上仍然将数据从连接到该路径的緩冲器中顺序地输 出并且选择输出到其上，但是与多个数据路径一起出现的更多种可能性意指 在某些应用中数据在预定流中很少能得到满意的结果而在选择方式中却更 多。这特别应用在发生一些局部处理度以例如过滤数据的地方，因此只能读 取那些符合预定准则的数据。因此当从另一方面来看时，本发明提供一种数 据存储装置，包括数据构件，其包括用于在其上存储数据的部件；以及数据 取回构件，包括用于从所述数据构件中读取数据的多个头部；以及多个存 储缓冲器，其每个都用于存储从一个或多个所述头部中读取的数据，每个所 述緩沖器都连接到多个可能的数据输出路径；其中所述数据取回构件包括与 每个所述緩沖器相关联的部件，以便确定所述存储緩沖器的内容将输出到所 述多个数据路径的哪一个。
当然应该理解反过来适用于将数据写入到数据构件中。换句话说如果每 个头部/緩冲器连接到能够输出读取数据的多个可能数据路径上，则断定能够 在多个路径之一上接收用于写入的数据。
存在用于上述架构的各种可能的应用。然而申请者已经认识到能够非常 便利地应用它的一个区是网络数据交换区。关于能够在多个方向之一上接收 数据以及在另 一方向上输出数据的每个头部或者缓沖器，能够将单一数据路径看作是输入/输出端口，而头部/缓沖器看作是路由数据的小网络节点。虽然 在以上给出的示例中每个头部扫描相当少量的存储数据(例如512字节)，但 是这是没有限制的。根据本发明为这类应用建立的数据存储装置可能具有比 每个扫描更多存储位更小的头部密度，因此更多数据能够在每个"节点"有 效地排队。
申请者明白特别大的受益机遇是将以上想法应用到电信网络的交换中。 在进行更详细地描述之前，将给出一些背景技术。
近年来，在用于提供基于分组的电信网络中的交换功能的计算机硬件和 软件领域有了很快的发展。在基于分组的交换网络通信中非常简单化的数据 一例如代表数字化讲话一被分成包括网络中的目标地址的分组。数据分组通 过这样的交换经过网络进行传递，其必须尽可能有效地路由分组以便保证它
们不会花费太长的时间来到达它们的目标。清楚讲话数据是时间临界(time critical)并且当它到达时必须重新装配成正确的顺序。为了维持可理解性的 可接受电平，因此分组必须尽可能少地延迟。
电信交换一般具有能够用作输入/输出端口的多个端口 。当数据分组到达 端口之一时，交换工作是将它分配到输出端口之一。这个决定由基于诸如在 每个端口的目标地址和现有的队列长度的因素而控制交换的软件做出。 一旦 分配给端口，特别分组就马上排队直到它能够发送到下一节点时为止。然而 分组具有使用期，其意指如果分组留在队列中的时间太长，则它将被简单地 删除一例如通过标记它占有的用于覆盖的存储空间。
申请者已经认识到当接收分组时现有的交换将它们提交给特别队列的事 实意指因为队列的位移是不可预知的，其受外部网络条件的影响，因此分组 通过时间并不一定是最优的。然而根据上述本发明的实施例通过使用数据存 储装置实施电信交换，当分组进入时，它们不需要提交给特别端口，因为这 样的装置允许将数据从多于一个的可能路径上读取，其与将数据输出到多于 一个的可能端口上相对应。对于电信以及更一般地对于通信来说，这本身是 新颖和发明的，因此当从另一方面来看时，本发明提供一种通信交换，包括 数据存储装置，其包括每个都连接到多个可能的数据输出路径的多个存储区
域；其中所述数据存储装置包括与每个所述存储区域相关联的部件，以便确
定来自该存储区域的数据将输出到所述多个数据路径的哪一个上。数据存储 装置优选地根据本发明的其它方面。数据优选地是电信数据，例如语音数据。本发明还扩展为一种交换通信数据的方法，包括接收输入数据分组， 将所述分组存储到每个都连接到多个可能的数据输出路径的多个存储区域之
一；以及来自该存储区域的数据将输出到所述多个数据路径的哪一个上。数 据存储装置优选地根据本发明的其它方面。数据优选地是电信数据。
本发明还扩展为 一种计算机软件产品，其当在数据处理部件上运行时执 行上述方法。
例如该实施方式，每个头部具有所有可能得到的希望输出端口，因此能 够由任意头部将输入数据写入到数据构件中，然后输出到适当的端口上。这 样的实施方式中的端口队列完全是逻辑的-存储在装置的另一部分或者其它 地方上。在其它实施方式中头部的某些子集可以与输出端口的某些子集相关 联。这里，根据优选特征，输入数据分组复制到不只一个存储区域上，因此 每个都能够输出到比仅仅与一个存储区相关联更多的端口上。当特别分组实 际上输出到端口上时，例如因为它已经到达分组队列的前面，所以其它存储 区中的其它分组复制能够删除或者为了删除而进行标记。
可以单纯逻辑地或者部分或者完全物理地定义存储区域。更进一步，在 一些实施例中，它们能够由分离数据取回构件提供一例如在较早描述的公共 衬底上提供的那些。实际上分离存储区域甚至可以由完全分离数据存储装置 提供。更进一步，不再一定需要单个数据存储装置是根据本发明的其它方面。 作为替代它们能够是如WO 2004/038701中描述所示。另外它们可以是数据存 储的任意其它已知的形式，诸如传统的硬盘。因此当从另一方面来看，本发 明提供一种通信数据交换系统，包括用于接收数据分组的至少 一个输入端口 以及多个数据输出端口 ，每个所述输出端口都具有与此相关联的用于存储在 该端口上发送的数据分组队列的数据存储部件，其中所述交换系统用于将输 入数据分组复制到多个所述存储部件上以及还用于当给定数据分组到达队列 的前面时，从其它队列中将它删除或者分配用于删除。
本发明还扩展为一种交换通信数据的方法，包括接收至少一个输入端 口上的数据分组，将所述数据分组复制到与各个输出端口相关联的多个数据 存储部件，在其中所述分组加入到在每个输出端口等候发送的数据分组的队 列中；以及当数据分组到达队列的前面时，将所述数据分组的复制从其它队 列中删除或者分配用于将其从其它队列中删除。
本发明还扩展为一种计算机软件产品，其中当在数据处理部件上运行时^Vf亍上述方法。
因此根据上述安排可看出，数据分组不是在接收时提交给单个端口的队 列，而是在实际上准备好送出之前不会被有效提交。这意指可以保持动态地 分配分组，从而允许数据分组从第一可用端口发送，因此最小化所产生的延 迟。
数据存储装置和将数据传递到装置中以及从装置中接收数据的数据操作 部件之间的通信优选地包括多个数据通信模块。这些一般与头部的连接模式 相匹配，这样如果头部被连接以便数据按行无方向性地读取，则优选地为每 一行提供一个数据通信模块。应该理解如果考虑到双向时钟，则每行将需要
两个模块；以及如果为其提供列读取/写入，则需要列模块。通常每个输入/
输出端口都需要模块。
数据通信模块可以采取任意便利的形式一例如硬接线连接，但是优选地 它们包括用于较高带宽和可靠性的光学连接。最优选地数据通信模块包括边 缘激光器一即比方说有从数据取回构件向光纤发送数据的边缘激光器行。例
如如果数据取回构件具有512行并且用简单的方式计录时间，则需要与512 单一光纤进行通信的512边缘激光器阵列。
优选地边缘激光器是动态可调谐的。这允许数据以宽辐射频谱的调制形 式进行发送。例如每个频谱都可以用64千字节数据进行编码。应该理解这是 类似于与基本杜比代码原则为基础的原则。
根据迄今描述的本发明的至少一些实施例，虽然可以在单一头部电平上
读取。这给极低延迟、高带宽大量数据存储装置开辟了道路。然而发明者理 解在此公开的和WO 2004/038701的想法的发展存在另外的可能。
根据另 一组优选实施例，数据取回构件包括与多个头部通信的处理器。 因此可以看出根据该安排能够执行比在来自一个头部的数据上进行的处理更 复杂的处理，因为在由处理器执行的处理的输入和/或输出端上包含来自多于 一个头部的数据。发明者已经认识到与具有随机存取存储器(RAM)和硬盘 驱动等等的中央处理单元的传统计算模型相比，直接到/从通向永久存储的处 理器的读取和写入的能力具有强大的优点。它意指将处理/计算周期和步骤直 接记录在大量存储介质上，例如反对存储在局部RAM中。这有效地给出状 态-安全处理器。虽然该安排具有例如电源中断的恢复非常简单的优点，但是更重要是它根本地改变包括如此存储装置的计算机的操作方式，因为数据构 件本质上充当逻辑与物理结构两者的计算装置。这意指数据读取和写入速度 的限制因素较少，因为它不是中央处理器和緩慢数据存储介质之间传送数据
所必需的。因此相对应地降低了管理数据流及其它"整理(housekeeping)" 的需求。
在如上所述该安排中在数据取回构件上提供的处理器在使用它们的方式 上不同于传统的微处理器。它们反而更像使用緩沖器和作为寄存器的介质构 件的运算单元。本质上数据存储装置本身是处理器。
这样的安排本身是新颖和有发明性的，因此当从另一方面来看时，本发 明提供一种数据存储装置，包括
数据构件,包括用于在其上存储数据的部件；以及
数据取回构件，包括
多个头部，用于从所述lt据构件读取数据；以及 处理器,与多个所述头部通信。
应该理解有能够认识到这个的多种可能的方式，以及最适当的将取决于 用于特别应用的最重要的特征。例如可以有与一些或者所有的头部通信的单 个处理器。如决定将数据存储的容量分成与处理器相关联的部分以及用作更 传统的大量存储的部分一例如用于远离装置的传统处理器，不需要与所有头 部通信。然而单个处理器模型使用于强大的状态-安全处理器的电压更清楚。
可替换的，凄t据取回构件上的一些或者所有头部能够组织成簇，每个簇 具有在该簇的头部之间共享的公共处理器。簇相互之间是无关的，仅仅与远 离数据取回构件的另 一数据操作和处理部件之间通信。然而在至少 一些优选 实施例中簇至少在某种程度上互联。这能够经过簇的各个处理器的互连。还 有这里有多种可能性，诸如每个都相互连接；星形或者环形网络；其它对 等网络；总线布局；树层次；或者当然这些的任意组合。另外或者其它的， 簇能够通过头部互连。换句话说一些或者所有的头部能够与不只一个处理器 通信。例如，这将给出头部和緩沖器之间的去耦程度，其将允许在簇准备接 收它之前将数据写入到下一簇。这能够被认为是两个簇之间的状态-安全寄存 器或者緩冲器。
通常如此蔟可以代替之前描述的任何拓朴图中的头部，簇的内部结构对 其它簇/节点等等是隐瞒的。在设想的一组优选实施例中，簇按神经元的方式互连一因此一些比另一 些更丰富地连接。连接不需要硬接线一它们与存储它们的连接列表的簇是虛 拟的，而不是实际进行的连接。因此每个簇优选地包括存储连接列表的部件。 更优选地所述列表包括每个连接的计算或者值。这允许数据构件和数据取回 以类似于脑的方式有效地起作用。该概念在分析和报告大量数据时是非常强 大的。不是在旧的模型中，不得不搜索大量数据来寻找符合特定准则的列表, 而是上述神经元模型本质上已经具有定义的关系，因此正好能够通过查找与 每个连接相关联的值来响应查询(或者节点的每个有序对，其中连接是实际 的)。因此即使用很慢的数据存取速度，由于本质上已经通过存储数据的方式 进行了处理，所以也能比传统模型更快地获得结果。通常是当更多数据被存储一即数据存储结构知道时更新连接和相关联的 值的情况。


将参考附图、以示例方式描述本发明的某些优选实施例，其中图la是根据本发明在头部构件上提供的读/写头部组件(head assembly ) 的物理代表；图lb是按行相互连接的图la的头部的小阵列的代表；图2是图1的头部组件的功能元件的示意图；图3a是与图lb相对应的成行连接的头部组件的示意图；图3b是按行连接的头部组件的另 一实施例的示意图；图4是根据本发明指示额外可用部分的数据构件的运动图；图5a是示出互连头部组件的另一方法的示意图；图5b是数据如何在图5a的布置中移动的图示；图6是将数据构件再划为独立数据区的示意图；图7是代表电信交换中的分组数据队列的示意图；图8是示出头部组件与公共处理器的互连的另 一实施例的示意图；图9是图8的实施例的物理表示；图IO示意地示出头部之间各种可能的互连；图11示出不同方向的选择的数据读取；图12示出多个连接的头部组件的物理表示；图13示意地示出通过边缘激光器、对数据存储装置的连接；以及 图14示出调制宽频谱的表示。
具体实施方式
图1示出磁读/写头部组件2,其与另一详情和可能性所参考的WO 2004/038701中描述的那些完全类似，进一步细节应参考WO 2004/038701。 因此这将在包括极低扩展玻璃衬底的数据取回构件(以下"头部构件")上进 行装配。在使用时，头部构件关于底层相对应的磁数据存储构件(以下"数 据构件")线性地振动，因此每个头部描述在小条数据构件上的扫描。头部组件2由在其上堆叠交替的铜和绝缘器的一系列沉淀层6的主多晶 硅岛(main polysilicon island) 4组成。在沉淀层6中由适当的透,兹合金定义 读取头部8和写入感应器10。同样在WO 2004/038701中对这进行了更详细 地描述。读取头部8和写入感应器10通过铜互连连接到多晶硅岛4的另 一区 域。在多晶硅岛的该部分上使用集成电路装配中公知的标准平版屏蔽技术来 建立一些电子元件16。这将在以下参考图2进行解释。在电子元件16的一 端的另一电气互联18将头部组件2连接到更大的铜连接轨道20上。图lb示 出由铜连接器20按行互连的头部组件2的小段矩形阵列。图2是头部组件2的元件的示意图。它们包括分别连接到读取前置放大 器22和写入放大器24的读取头部8和写入头部10。位于读取前置放大器输 出的是前置处理器模块26,其对来自读取头部8的磁通量变化信号应用部分 响应最大似然(PRML)算法以将信号解码为1和0序列一即恢复存储在数 据构件上的数据前置处理。然后该数字数据流传递到后置处理器模块28。后 置处理器模块28用预定模式加载并且能够比较它所接收的数据与该模式。该 比较使用简单的逻辑门来执行，如果数据与模式相匹配，则设置允许数据通 过的标志，数据传递并且存储在具有输入端30a和输出端30b的串行数据緩 沖器30中。当然只在某些环境下定义匹配模式；在其余时间数据能够直接通 过。同样可以省略后置处理器28，因此数据总是直接通过。如从图3a中可看 出，每个头部组件2的緩冲器30通过互连18连接到公共通信总线20。在数 据构件的每半个振荡期间，数据由头部8从数据构件中读取到各个緩沖器30 中(根据任意模式-匹配条件设置)。然后当它的数据输出时，通过连接到总 线20的各个緩沖器记录依次从每个头部计时输出(clock out)数据。因此首先连接最近的头部的头部的緩沖器，然后是它的邻居等等，直到已经连接了 行中的每个緩沖器并且输出它的数据(如有必要时)时为止。总线20将数据 传达到头部构件的边缘，从其中例如通过如图13中示出的动态可调谐端激光 器使其被传达离开数据构件。将每个数据路径20在头部构件的边缘连接到驱动相对应的动态调谐边缘激光器102的光电子模块100上。光纤阵列104将 其它地方的数据运送例如到数据操作部件或者光开关。图14示出典型的纤维104中的光的频谱。数据用于调制宽频谱，使得每 个纤维具有64千字节的带宽。如果有512行，则因此全部装置的带宽是32 Mb。图3a中示出另一实施例。在该实施例中每个头部组件2的緩沖器按行串 行连接，使得一个緩冲器30b的输出端连接到它的下游邻居的输入端30a以 形成单个长的移位寄存器。同样，在数据构件的每半个振荡期间，数据由头 部8从数据构件中读取到各个缓沖器30中(根据任意模式-匹配条件设置)。 然后通过缓冲器序列将数据计时到头部构件边缘，如之前所述，从其中使其 传递离开数据构件。该实施例优于先前的实施例的优点是因为不需要逻辑来 控制緩冲器到通信总线的连接，所以能够更简单地构造它。然而因为只允许 数据以所述前置配置串行方式读出，所以它缺少灵活性。图4是数据构件的转移相对于时间的示图。它由压电致动器驱动(如WO 2004/038701所述)以执行近似的正弦曲线运动。读取头部S感生的微弱信号 和相对高的噪音电平意指只有在lt据构件的运动为如曲线A的第 一 区所示的 近似线性期间，可能可靠地读取数据。然而因为根据本发明头部构件上的所 有的头部能够同时被读取并且随后按行/列等等顺序计时输出来自其中的数 据记录，这能够在当数据构件减速、停止以及反向时由B指示的、周期一部 分的期间执行。不使用此方法之前的"死"时间现在能够被完全地利用。如 图4所示，"死，，时间B是每个半周期非常有效的部分，比"有用的"读取时 间A大约长50°/。。可以看出上述布置允许数据构件上的所有头部从数据构件中读取数据以 及允许数据按行流出头部构件。在它的限制处，这意指可在单个半振荡内读 取全部数据表面，如应该理解的，这极强大。图5a和图5b示出本发明的另一实施例，其中头部组件2没有按行共同 串行连接，而是每个都连接到垂直与水平互连34、 36的矩阵网络的存取节点32上。显然，这在可从每个头部组件2读入或者读出数据的方向给出了很大 的灵活性。实际上这表示如图5b所示甚至可以沿着同一行在不同的方向上传
递数据，从而有效地"打断"行互联。当然应该理解使能该功能需要边缘激 光器或者在每一行和/或列的两端都需要用于将数据传输离开头部构件的其 它部件。
这些图中示出的矩阵与节点可以有多种不同的使用。例如数据能够沿着
行互连34以与参考图3所述的相同的方式读出；可将写入到介质构件的数据 沿着列互连36传递。可替换地，列互连36能用于将搜索模式传递到每个头 部组件2的后置处理器28以使能局部数据过滤。
图IO示意地示出可替换的连接结构。图10 (a)示出图5的矩形矩阵。 图10 (b)示出可替换的金刚石点阵连接结构。这里数据将从头部构件以并 行的对角线路径读出。图10(c)示出例如在头部构件上的一个矩阵110中单 个头部组件2如何可通过存取节点106连接到节点108,并且连接到另一玻 璃衬底上的另一矩阵114的节点112。
图11图示如何在各个方向上从头部中读出数据。因此在节点32a处的头 部向头部构件的上面读出；节点32b处的头部向右读出；节点32c处的头部 向左边读出；而最后的节点32d向下读出。
图12示出连接到多个电压数据路径20、 20'以及20"的头部组件2的物理 代表。
图6示出如何可将单个头部构件表面-即单个玻璃片划分为 一系列单一的 离散头部构件38 (这里为了进行说明示出十个)。这些可被指出切碎，并且 在表面装配完成之后在分离的驱动单元中使用，或者如所示，可以通过公共 驱动机制和数据构件将其连接在一起并使用。存在具有多个头部构件的许多 应用，因此多个数据构件是优点，例如，硬盘的冗余阵列将预先被使用。
参考图7描述另一特别有益的应用。这高度示意地示出位于诸如互联网 协议语音(VoIP)网络的分组交换电信网络中的节点的电信交换组件40。通 过通常跟随不同路径通过网络的分组，在分组交换网络中两方或更多方可进 行话音呼叫，其中每一方的讲话都被数字化和压缩,并且被分解成随后通过数 据网络路由的、具有通常跟随通过网络的不同路径的分组的数据分组序列。 在接收端按正确的顺序重构分组并且转换成听得见的讲话。VoIP网络使用标 准互联网协议来传送讲话数据分组，因此允许它们在公共互联网上传输。分组交换网络正在日益变得更有利于语音通信，因为它们比带宽在呼叫期间被 提交给双方的更传统的电路交换话音网络更有效地使用带宽。
回到图7中示出的节点40，其中示意地示出接收数据分组的第一端口 42 和代表交换能够将数据分组路由到的三个不同其它节点的三个可能的输出端 口 44a、 44b、 44c。每个输出端口与在输出到网络上之前分组能够在其上排队 的数据存储部分46a、 46b、 46c相关联。在一个实施例中，这些数据存储部 分由参考图6所示的公共滑动构件上的各自的单个数据存储元件38提供，虽 然它们可由完全分离的数据存储装置代替，或者将它们存储在单个同质装置 上并且仅仅逻辑上而不是物理上划分它们。实际上它们每一个都还可以是与 单个的各自的头部相关联的数据存储区域。
当在端口 42上接收数据分组时，它复制到所有可能的输出端口队列46a、 46b、 46c中。这能够成为节点40所具有的全部输出端口队列或者只是成为它 们的子集一例如由已经达到最大长度的其它节点上的特别分组或者队列的目 标地址定义。数据分组通常将以不同速率进入队列46a、 46b、 46c,这些由外 部网络条件、特别是由连接各个端口 44a、 44b、 46c的节点处所普及的那些 确定。 一旦分组到达一个端口队列的前面，比方说第三端口 44c,第三端口 44c随后向命令它们从它们的队列46b、 46c中删除该分组的其它两个端口 44a、 44b发送信息。该方法允许数据分组尽可能有效地穿过节点，因为在实 际上准备在它们上面进行发送之前没有将它们分配给特别的输出。然而另一 方面，提供每个端口 44a, 44b, 44c的单一队列46a, 46b, 46c意指不会产 生降低节点40能够接收分组的速率的瓶颈，如可能是是否提供单个中央队列 的情况。它还允许基于适合于特别目标和/或饱和端口的端口而执行上述一些 分配。
在另一实施方式中，其中存储区域与各个单个的头部相关联，其中因为 如参考图5a、 5b、 10和11解释所示，每个头部能够输出到每个端口，所以 这并不是将分组复制到多个头部所必需的。
图8和9分别示出头部构件的另一实施例的示意图和物理代表，其中将 单一的头部48布置在共享公共处理器50的簇中。如从图9中可看出，头部 48的物理布局类似于参考图la所述的每个都由提供读出和写入头部8、 10 以及电子元件52的多晶硅岛4和沉淀层6组成的布局。然而这里的电子元件 不同。具体地，每个头部没有提供之前实施例中的它们自己的緩冲器；而是
20为并入公共处理器50的簇提供单个緩沖器。还有每个头部48仅仅具有到公 共处理器50的单个互连54。虽然簇同样能够直接相互连接，处理器50还是 具有到矩阵存取节点的互连56 (见图5a)。更一般地，在示出单个头部组件 的较早实施例中，这些同样能够由图8和9中所示的头部簇替代。因此簇逻 辑上充当单个头部并且总体上进行编址一它的内部结构对矩阵的其余部分是 不透明的。
单一头部中的电子元件52可以包括将模拟磁通量信号转换为数字数据 的解码器或者信号能够由公共处理器50解码。因为信号仅仅必须穿过分离头 部组件的左右，即几百微米左右，所以执行解码"远离"该布置中的读出头 部比在行的末端执行所述解码的缺点更少。因此信号一点也不会降低，所以 依次该布置不会过度限制数据构件的面密度。
上述簇拓朴图允许对包括来自不只一个头部的数据执行更复杂的处理。 此外内容编址可以是更复杂的，当数据可以通过不只一个头部发送时需要理 解数据一例如网络分组。
权利要求
1.一种数据存储装置，包括数据构件，包括用于在其表面上存储数据的部件；以及数据取回构件，包括多个头部，用于从所述数据构件读取数据；以及多个存储缓冲器，安排每个存储缓冲器，以储存从所述头部的一个或多个读取的数据；其中安排所述数据取回构件，以便顺序地输出多个所述存储缓冲器的内容。
2. 根据权利要求1所述的数据存储装置，包括与每个头部相关联的存储 緩沖器。
3. 根据权利要求1或者2所述的数据存储装置，其中安排所述所述数据 构件和数据取回，以相互振荡的形式移动。
4. 根据前述任一权利要求所述的数据存储装置，其中所述数据取回构件 包括用于解码由所述头部从所述数据构件读取的信号的部件。
5. 根据权利要求4所述的数据存储装置，其中将所述解码部件安排在所 述緩冲器之前。
6. 根据权利要求4或者5所述的数据存储装置，其中所述解码部件包括 用于处理所述头部信号的部件。
7. 根据权利要求4、 5或者6所述的数据存储装置，其中所述数据取回构 件还包括与用于处理所述数字数据的一个或多个头部相关联的局部处理部 件。
8. 根据权利要求7所述的数据存储装置，其中所述局部处理部件包括安 部件。
9. 根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述比较部件是所述数据 存储緩沖器不可分割的部分。
10. 根据权利要求8或者9所述的数据存储装置，其中安排所述比较部件， 使得比较的结果被用来控制将数据写入到所述存储缓沖器中。
11. 根据权利要求8至10的任一权利要求所述的数据存储装置，其中所述比较部件配置为测试与 一个或多个预定模式的匹配。
12. 根据权利要求7至11的任一权利要求所述的数据存储装置，其中安 排所述局部处理部件，以在所述数据上执行一组指令。
13. 根据前述任一权利要求所述的数据存储装置，包括用于在其上存储数 据的多个离散区。
14. 根据前述任一权利要求所述的数据存储装置，其中与每个头部相关联的所述存储緩冲器仅仅连接到它们的邻居。
15. 根据前述任一权利要求所述的数据存储装置，其中越过所述数据取回 构件、按行扩展取回的所有头部相互连接在一起，使得能够以整行计时输出 数据。
16. 根据权利要求14或者15所述的数据存储装置，包括用于所述数据取 回构件上的每行的输出数据流。
17. 根据权利要求1至13的任一权利要求所述的数据存储装置，其中将 与每个头部相关联的所述存储緩冲器连接到互联总线上。
18. 根据权利要求17所述的数据存储装置，其中将与每个头部相关联的 所述存储緩沖器连接到柱状公共互连，以形成允许数据在任一方向被读出的 矩阵。
19. 根据权利要求17或者18所述的数据存储装置，其中与每个头部相关 联的所述存储緩冲器具有多个连接，使得能够从所述各个緩沖器中经由多个 路径输出数据。
20. 根据权利要求19所述的数据存储装置，包括与至少一些所述存储緩 沖器相关联的部件，以便确定从所述緩冲器输出数据时将采取所述多个电压 数据路径的哪一个。
21. —种数据存储装置,包括数据构件，包括用于在其表面上存储数据的部件；以及 数据取回构件，包括多个头部，用于从所述数据构件读取数据；以及多个存储緩冲器，安排每个存储緩冲器，以存储从一个或多个所述头部读取的数据，所述每个所述缓沖器都连接到多个可能的数据输出路径； 其中所述数据取回构件包括与每个所述緩沖器相关联的部件，以便确定所述存储緩沖器的所述内容将被输出到所述多个数据路径的哪一个上。
22. —种包括数据存储装置的通信交换，包括每个连接到多个可能的数据输出路径的多个存储区；其中所述数据存储装置包括与每个所述存储区相关 联的部件，以便确定来自所述存储区的数据将被输出到所述多个数据路径的 明卜个上。
23. —种通信交换，其中所述数据存储装置是根据权利要求1至20的任 一权利要求所述的数据存储装置。
24. —种交换通信的方法，包括接收输入数据分组，将所述分组存储到每 个连接到多个可能数据输出路径的多个存储区之一 中；以及确定来自所述存 储区的数据将被输出到所述多个数据路径的哪 一 个上。
25. —种计算机软件产品，其中当在数据处理部件上运行时，执行根据权 利要求24所述的方法。
26. 根据权利要求22或者23所述的电信交换，其安排以将输入数据分组 复制到多于一个的存储区域中，使得每个都能够被输出到多个端口，而不是 仅与 一个区域相关联的端口上。
27. —种通信数据交换系统，包括用于接收数据分组的至少一个输入端口 以及数据的多个输出端口 ，每个所述输出端口具有与之相关联的数据存储部 件，用于将用于发送的数据分组队列存储到所述端口上，其中安排所述交换 系统，将输入数据分组复制到多个所述存储部件上，并且还安排当给定数据删除。
28. —种交换通信数据的方法，包括在至少一个输入端口上接收数据分 组，将所述数据分组复制到与各个输出端口相关联的多个数据存储部件，在 其中这样的所述分组加入队列的分组数据在每个输出端口等候发送；以及当 数据分组到达队列的前面时，删除或者分配用于删除在其它队列中所述数据 分组的复制。
29. —种计算机软件产品，其中当在数据处理部件上运行时，执行根据权 利要求28所述的方法。
30. 根据权利要求27所述的通信数据交换系统，使用根据权利要求1至 21的任一权利要求所述的数据存储装置。
31. 根据权利要求27或者30所述的系统，包括多个数据通信模块，用于 使数据存储装置与数据操作部件进行通信，或者用于使所述数据存储装置与数据操作部件进行通信。
32. 根据权利要求31所述的系统,其中安排所述数据存储装置，以按行读出数据，以及包括用于每行的至少一个数据通信模块。
33. 根据权利要求31或者32所述的系统，其中所述数据通信模块包括光 学连接。
34. 根据权利要求31或者32所述的系统，其中安排所述数据通信模块包 括，以将it据从所述数据取回构件发送到光纤的边缘激光器。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中所述边缘激光器是动态可调谐的。
36. 根据权利要求1至21的任一权利要求所述的数据存储装置，其中所 述数据取回构件包括与多个头部通信的处理器。
37. —种数据存储装置,包括数据构件，包括用于在其上存储数据的部件；以及 数据取回构件，包括多个头部，用于从所述数据构件读取数据；以及处理器，与多个所述头部通信。
38. 根据权利要求36或者37所述的数据存储装置，其中能够以簇组织在 所述数据取回构件上的一些或者所有的所述头部，每个簇都具有在所述簇的 所述头部之间共享的公共处理器。
39. 根据权利要求38所述的数据存储装置，其中所述簇至少在某种程度 上互连。
40. 根据权利要求39所述的数据存储装置，其中各个簇具有不同数量的 连接。
41. 根据权利要求39或者40所述的数据存储装置，其中每个簇包括用于 存储连接列表的部件。
42. 根据权利要求41所述的数据存储装置，其中所述列表包括每个连接 的计数或者值。
全文摘要
一种数据存储装置，包括包括用于在其上存储数据的部件的数据构件；以及数据取回构件。数据取回构件包括用于从数据构件中读取数据的多个头部；以及多个存储缓冲器，其每个都用于存储从多个所述头部之一中读取的数据。如此安排取回构件以便顺序输出多个所述存储缓冲器的内容。这允许快速并且高效地读取所存储的数据。本发明还公开了一种可以使用这样的存储装置的电信交换。当输出路径可用于使排队延迟最小化时，交换向结点动态地分配数据分组。
文档编号H04Q11/00GK101317219SQ200680044183
公开日2008年12月3日 申请日期2006年9月26日 优先权日2005年9月26日
发明者加里·B·琼斯, 查尔斯·F·J·巴恩斯 申请人:查尔斯·F·J·巴恩斯;加里·B·琼斯