CN100383760C - 延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法，其可延长该铁电存储器使用寿命。该系统包括一中央处理器、一铁电存储器、一同步动态存储器及一计时器。铁电存储器、同步动态存储器及计时器通过一数据总线与中央处理器相连。本发明在同步动态存储器中设置三个数据结构，通过该三个数据结构向铁电存储器存储资料，使得铁电存储器中所有区块都能平均使用，从而延长铁电存储器的使用寿命。

Description

延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种延长存储器使用寿命的系统及方法，尤其涉及一种用于延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法。

【背景技术】

随着信息产业蓬勃发展与信息媒体应用的日益普及，用于存储各类信息的存储器显得日益重要。其中，电子存储器无疑是最重要的一种。目前电子存储器依功能主要可分为两类，一类是强调高速存取的随机存储器(Random Access Memory，RAM)，其读写速度可在100奈秒(ns)以下，但却没有永久记忆的功能；另一类则为非挥发性(Non-Volatile)的只读存储器(Read Only Memory，ROM)，强调永久记忆的功能，但资料写入的速度却需微秒(ms)以上的时间。该两类存储器都无法同时具备两种功能，使得电子存储器在应用上受到颇多限制。为此，出现了铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)，其将铁电材料应用于存储器，从而具有高速读写的特性，并且能在没有电源的情况下保存其中资料。

目前，关于铁电存储器的系统或方法在很多专利文献中都有揭露，例如美国专利商标局于2002年4月7日公告之第6385078号专利，名称为“控制铁电存储器读写操作的装置及方法(Ferroelectric Random AccessMemory Device and Method for Controlling Read/Write OperationsThereof)”，该专利揭露了一种地址转换侦测电路生成一脉冲信号，该脉冲信号与被地址锁定电路锁定的一列地址相对应，标识信号产生电路产生一与内部芯片可用信号相对应的芯片可用标识信号，延时电路在预定时间内延迟该脉冲信号，同时使得在延迟时间内内部芯片可用信号不能使用，标识信号产生电路使芯片可用标识信号不能使用，从而阻止对铁电存储器的误读写操作，提高了读写的可靠性。但是由于铁电存储器具有读写次数的限制，整个存储空间往往不能平均使用，当使用到一定次数后就将失去其存储功能，而该发明只能阻止尖峰信号产生的对铁电存储器进行的误读写操作，并不能使得整个铁电存储器被平均使用，以延长其使用寿命，因此，用户无法长期使用同一铁电存储器。

为了克服上述先前技术之不足，需要提供一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法。

【发明内容】

本发明的主要目在于提供一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统及方法，其可平均使用整个铁电存储器存储空间，延长铁电存储器的使用寿命。

为达到上述发明目的，本发明提供一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统。该系统包括：一中央处理器、一铁电存储器、一同步动态存储器、一计时器及一数据总线。其中，铁电存储器，在逻辑上被划分为多个固定大小的存储区块，用于存储资料。同步动态存储器，用于存储需写入铁电存储器中的资料，其在逻辑上被划分为三个存储空间，每个存储空间在逻辑上又被划分为多个固定大小的存储区块，并在同步动态存储器中设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：队列一、队列二及Hash表。其中，队列一由空区块及存储未被使用资料的区块组成，该空区块及存储未被使用资料的区块与铁电存储器中空区块及存储未被使用资料的区块一一对应；队列二由存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块组成，该存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块与铁电存储器中的存储不再被使用资料的区块一一对应；Hash表记录存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块，该存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块与铁电存储器中存储正在使用资料的区块一一对应。中央处理器，用于划分铁电存储器区块及同步动态存储器区块，通过数据总线从外部资料源接收资料及将其储存于同步动态存储器中，并通过在同步动态存储器中设置三个数据结构读写铁电存储器与同步动态存储器中存储的资料。计时器用于记录铁电存储器区块中存储的资料未被读取的时间。

本发明还提供一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，该方法包括以下步骤：(a)将铁电存储器划分为多个区块；(b)将同步动态存储器划分为三个存储空间；(c)将每个存储空间划分为多个区块；(d)在同步动态存储器中设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：由空区块及存储未被使用资料的区块组成的队列一、由存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块组成的队列二及记录存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块的Hash表；(e)将队列一中空区块及存储未被使用资料的区块与铁电存储器中空区块及存储未被使用资料的区块一一对应、队列二中的存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块与铁电存储器中的存储不再被使用资料的区块一一对应、Hash表的存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块与铁电存储器中存储正在使用资料的区块一一对应；(f)读取外部资料源中的资料；(g)更新队列二中包含的区块；(h)判断该同步动态存储器的队列一中是否有空区块，如果该队列一中有空区块，则直接转入步骤(j)；(i)如果该队列一中没有空区块，则删除队列二中前多个区块及对应铁电存储器区块中存储的资料；并将队列二中该删除资料后的空区块放入队列一；(j)写入该资料到队列一的空区块中；(k)判断外部资料源中的资料是否已经读完，如果外部资料源中的资料未读完，则返回步骤(f)；(l)如果外部资料源中的资料已经读完，则查找队列二中是否有需写入铁电存储器的资料，如果队列二中是有该资料，则将存储该数据的区块放入Hash表，流程结束；(m)如果队列二中没有该笔资料，则查找队列一中是否有该资料，如果队列一中没有该资料，流程结束；(n)如果队列一中有该资料，读取该资料；(o)将该资料写入铁电存储器的对应区块，并将队列一中包含该资料的区块放入Hash表。

其中步骤(g)更新队列二中包含的区块进一步包括如下步骤：(g1)初始化计时器为零；(g2)设置预定时间；(g3)判断计时器是否显示预定时间，如果计时器显示该预定时间，查找该时间内铁电存储器中未被使用的资料区块与队列一中对应区块；(g4)将该队列一中多个未被使用资料的存储区块放入队列二。

利用本发明设计的一种数据结构可以将铁电内存储器空间均匀使用，避免某些使用频繁的区域先行损坏，从而达到延长该铁电存储器使用寿命的目的。

【附图说明】

图1是本发明延长铁电存储器寿命的数据结构设计系统架构图。

图2是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的铁电存储器存储空间示意图。

图3是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的同步动态存储器存储空间示意图。

图4是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的Hash表结构示意图。

图5是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的同步动态存储器写入资料流程图。

图6是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的铁电存储器写入资料流程图。

图7是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的更新队列二中包含区块流程图。

【具体实施方式】

如图1所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的硬件架构图。该系统包括一中央处理器1、一铁电存储器2、一同步动态存储器3、一计时器4及一数据总线5。其中，铁电存储器2、同步动态存储器3分别通过数据总线5与中央处理器1相连。该铁电存储器2在逻辑上被划分为多个存储区块，用于存储资料。该同步动态存储器3用于存储需写入铁电存储器2中的资料。中央处理器1用于将铁电存储器2划分为多个固定大小的区块，并将同步动态存储器3在逻辑上划分为三个存储空间，再将每个存储空间在逻辑上划分为多个固定大小的存储区块，在同步动态存储器3中设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：队列一、队列二及Hash表，通过该三个数据结构对铁电存储器2与同步动态存储器3所存储的资料进行读写操作，或通过数据总线5从外部资料源(图中未画出)接收资料并将其储存于同步动态存储器3中。计时器4用于记录铁电存储器2区块中存储的资料未被读取的时间。

如2图所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的铁电存储器存储空间示意图。一铁电存储器2，其在逻辑上被划分为多个固定大小的区块BLOCK[0]、BLOCK[1]、...、BLOCK[w]，在本实施例中，每一区块具有1MByte容量的存储空间，用于存储一笔资料。

如图3所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的同步动态存储器存储空间示意图。一同步动态存储器3，其在逻辑上被划分为三个存储空间，每个存储空间在逻辑上又被划分为多个固定大小的存储区块，每一区块具有1MByte容量的存储空间。并在同步动态存储器3中设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：队列一、队列二及Hash表。其中，队列一由n个空区块及存储未被使用资料的n个区块BLOCK[0]、BLOCK[1]、......、BLOCK[n-1]组成，该2n个区块与铁电存储器2中空区块及未被使用资料的区块一一对应；队列二由m个已经不再使用且尚未从铁电存储器2中移除相关资料的区块BLOCK[n]、BLOCK[n+1]、......、BLOCK[n+m-1]组成，该m个区块与铁电存储器2中的存储不再被使用资料的区块一一对应；Hash表记录u个存储正在使用中且已在铁电存储器2中记录该资料的区块BLOCK[n+m]、BLOCK[n+m+1]、......、BLOCK[n+m+u-1]，该u个区块与铁电存储器2中存储正在使用资料的区块一一对应。

如图4所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统的Hash表结构示意图。Hash表是一个指针数组，每个数组元素对应一组具有相同Hash值的节点，每个节点即为存储的一笔资料的资料名。其中，数组元素分别为BLOCK[n+m]、BLOCK[n+m+1]、......、BLOCK[n+m+u-1]，数组元素BLOCK[n+m]对应正在使用的资料一，......，数组元素BLOCK[n+m+u-1]对应正在使用的资料U。如果需要查找某资料，中央处理器1根据其资料名，经过Hash函数计算后得到数组索引值，通过查找数组相应元素指向的节点可以找到需要的该资料。

如图5所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的同步动态存储器写入资料流程图。首先中央处理器1将铁电存储器2划分为多个区块(步骤S401)，并将同步动态存储器3划分为三个存储空间(步骤S402)，每个存储空间又被划分为多个区块(步骤S403)，再在同步动态存储器3中设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：队列一、队列二及Hash表(步骤S404)。中央处理器1将三个数据结构中的区块与铁电存储器中的区块一一对应(步骤S405)，接着中央处理器1通过数据总线5从外部资料源(未画出)读取资料(步骤S406)，并更新队列二中包含的区块(步骤S407)，判断该同步动态存储器3的队列一中是否有空区块(步骤S408)。如果该队列一中有空区块，则直接转入步骤S411；如果该队列一中没有空区块，则删除队列二中前多个区块及对应铁电存储器区块中的资料(步骤S409)。将队列二中上述删除资料后的空区块放入队列一(步骤S410)，再写入该资料到队列一的空区块中(步骤S411)。接着中央处理器1判断外部资料源中的资料是否已经读完(步骤S412)，如果尚未读完，流程返回步骤S407；如果已经读完，流程进入步骤A(请参考图6)。

如图6所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的铁电存储器写入资料流程图。当需要在铁电存储器2中写入资料时，首先中央处理器1查找队列二中是否有需写入铁电存储器2的资料(步骤S501)。如果队列二中有该资料，则将存储该笔数据的区块放入Hash表，流程结束(步骤S502)；如果队列二中没有该资料，则中央处理器1查找队列一中是否有需写入铁电存储器2的资料(步骤S503)，如果队列一中有该资料，则中央处理器1读取该资料(步骤S504)，接着将该资料写入铁电存储器2的对应区块，并将队列一中存储该资料的区块放入Hash表(步骤S505)；如果队列一中没有该资料，流程结束。

如图7所示，是本发明延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法的更新队列二中包含区块流程图。首先中央处理器1初始化计时器4为零(步骤S601)，并设置一预定时间(步骤S602)，接着判断计时器4是否显示预定时间(步骤S603)，如果计时器4显示该预定时间，中央处理器1查找该时间内铁电存储器2中未被读取的资料区块及队列一中对应区块(步骤S604)。最后中央处理器1将该队列一中多个未被使用区块放入队列二(步骤S605)。

Claims (6)

1.一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计系统，其包括有一中央处理器、一铁电存储器、一同步动态存储器及一计时器，其特征在于：

铁电存储器连接一中央处理器，该铁电存储器在逻辑上被划分为多个固定大小的区块，用于存储资料；

同步动态存储器，用于存储需写入铁电存储器中的资料，其在逻辑上被划分为多个固定大小的区块，且在其中含有三个记录区块的用于使铁电存储器平均使用整个存储空间的数据结构：队列一、队列二及Hash表，其中，

队列一由空区块及存储未被使用资料的区块组成，且该空区块及存储未被使用资料的区块与铁电存储器中空区块及存储未被使用资料的区块一一对应，

队列二由存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块组成，且该存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块与铁电存储器中的存储不再被使用资料的区块一一对应，

Hash表记录存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块且，该存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块与铁电存储器中存储正在使用资料的区块一一对应；

中央处理器，用于通过数据总线从外部资料源接收资料，并通过该三个数据结构对铁电存储器与同步动态存储器所存储的资料进行读写操作；及

计时器，用于记录铁电存储器区块中存储的资料未被读取的时间。

2.一种延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将铁电存储器划分为多个区块；

将同步动态存储器划分为三个存储空间；

将每个存储空间划分为多个区块；

设置对应于该三个存储空间的三个数据结构：由空区块及存储未被使用资料的区块组成的队列一、由存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块组成的队列二及记录存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块的Hash表；

将队列一中空区块及存储未被使用资料的区块与铁电存储器中空区块及存储未被使用资料的区块一一对应、队列二中的存储已经不再使用且尚未从铁电存储器中移除相关资料的区块与铁电存储器中的存储不再被使用资料的区块一一对应、Hash表的存储正在使用中且已在铁电存储器中记录该资料的区块与铁电存储器中存储正在使用资料的区块一一对应；

读取外部资料源中资料；

判断同步动态存储器的队列一中是否有空区块；

若同步动态存储器的队列一中有空区块，则将上述该资料写入队列一的空区块中；

查找队列二中是否有需写入铁电存储器中的资料；

若队列二中没有需写入铁电存储器中的资料，则将队列一中需写入铁电存储器的资料写入铁电存储器的对应区块；

将队列一中存储上述写入铁电存储器资料的区块放入Hash表。

3.如权利要求2所述的延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，其特征在于，判断该同步动态存储器的队列一中是否有空区块还包括步骤：

如果队列一中没有空区块，则删除队列二中前多个区块及对应铁电存储器区块中的资料，并将队列二中删除资料后的空区块放入队列一。

4.如权利要求2所述的延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，其特征在于，查找队列二中是否有需写入铁电存储器中的资料还包括步骤：

如果队列二中有需写入铁电存储器的资料，则将存储该资料的区块放入Hash表。

5.如权利要求2所述的延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

更新队列二中包含区块。

6.如权利要求5所述的延长铁电存储器使用寿命的数据结构设计方法，其特征在于，更新队列二中包含区块还包括步骤：

初始化计时器为零；

设置预定时间；

判断计时器是否显示预定时间，如果计时器显示该预定时间，查找该时间内铁电存储器中未被使用的资料区块与队列一中对应区块；及将该队列一中多个未被使用资料存储区块放入队列二。

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