CN101271393A - 便携式固态存储器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态存储装置，其具有至少根据一工业标准设计的数据接口。所述数据接口不同于使用于闪存式存储卡的接口比如USB或SD接口等。本发明中使用的所述数据接口具有较高的数据传输速率。所述固态存储装置内存储有操作系统数据，并可卸下的安装于电脑上。当电脑上电后，通过适当的BIOS可以将所述操作系统数据从固态存储装置中读出以启动所述电脑。同时其固态存储装置也可以具有另外一种数据接口，以便其固态存储装置可以像U盘一样用作为便携式存储器。

Description

便携式固态存储器

技术领域

本发明涉及数据存储装置领域，特别涉及固态存储器，其固态存储器适用于无硬盘电脑的启动和装置，其中操作系统(Operating System)的数据来自于便携式固态存储器或固态硬盘(Portable Solid State Disk)。

技术背景

一般来说，电脑都配置有硬盘以存储操作系统数据。当电脑上电后，通过设置于其内的基本输入/输出系统(BIOS)可以从硬盘中读出所述操作系统数据来启动电脑。这样，硬盘对于一台电脑(比如个人电脑)来说是必不可少的。其经常用于存储用户为该电脑设置的所有参数。

除了操作系统数据，个人电脑中的硬盘还经常用来存储用户数据，比如用户创建或下载的邮件、文件、视频或音频数据。需要在另一台电脑上使用所述用户数据时，用户不得不首先将所述用户数据从自己的个人电脑中拷贝到一便携式存储媒介上(比如U盘)，然后，将所述便携式存储媒介连接到所述另一台电脑上，之后，再将所需用户数据从所述便携式存储媒介中拷贝到所述另一台电脑中，这给用户带来了诸多不便。此外，如果在所述另一台电脑中对所述用户数据作了一些改动的话，那这些改动就不能反映到其原来电脑的原始数据中。因此，用户又不得不将更改后的用户数据更新至其原来电脑的原始数据中。

此外，当用户使用一台不是自己的电脑时，无论这台电脑是什么样的设置，所述用户都不得不接受。比如，一个用户习惯于有自己特定桌面背景的WindowsXP操作系统，同时在开始菜单中具有一系列选择项目。当这个用户使用一台安装WindowsVista操作系统的另一电脑时，该用户可能会感觉不舒服，因为使用Windows Vista操作系统的体验与使用Windows XP操作系统的体验是大不相同的，至少该用户所熟悉的一系列选择项目不会马上出现在所述另一电脑的开始菜单中。本质上讲，用户仅仅习惯使用自己的个人电脑，并不是很习惯实用别人的个人电脑。

便携式硬盘有助于使一台电脑符合自己的使用习惯。硬盘(有时也被称为硬盘驱动器，hard disk drive)通过磁化磁性物质的方式来记录数据，通过检测磁性物质的磁性将数据读出。普通的硬盘通常包括有转轴(spindle)、固持于转轴上的一个或多个被称为磁碟盘(platter)的扁平圆形盘片及数据读写头(read/write head)，所述磁碟盘是由玻璃或铝等非磁性物质制成，其上涂覆有很薄一层磁性物质以形成磁性表面，数据就记录在磁碟盘的磁性表面上。所述磁碟盘以很高的转速围绕转轴旋转，在磁碟盘转过位于其磁性表面很近的上方的读写头时，数据可以通过读写头被写入或读出磁碟盘。

虽然传统的硬盘在速度、容量及成本等方面在不断改进，但是它的基本工作原理没有改变多少，它仍然是以机械的方式在运行。意外跌落或突然的震动都可能导致硬盘损坏，甚至永久丢失其内存储的数据。

因此，希望提出一种无论谁使用一个人电脑都能将此个人电脑个性化的系统与方法。同时，也希望提出在不增加成本的同时能提供个人电脑系统让人上网的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供无硬盘电脑的启动方法和装置，其中操作系统(Operating System)的数据来自于便携式固态硬盘(Portable Solid StateDisk)。

为了达到上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供了一种固态存储装置，其包括：形成有第一数据区域与第二数据区域的数个存储芯片以及用于与主机通讯的第一接口，其中所述第一数据区域用来存储操作系统数据，所述第二数据区域用来存储用户数据，其中在所述固态存储装置连接到所述主机后，当所述主机上电时，通过所述第一接口将所述操作系统数据从所述第一数据区域读出以启动所述主机。

进一步的，所述固态存储装置能工作于无硬盘电脑上。

进一步的，所述固态存储装置进一步包括第二接口，其中所述第一接口的数据传输速率远大于所述第二接口的数据传输速率。

更进一步的，通过所述第二接口禁止访问所述第一数据区域。

更进一步的，当所述第二接口连接于一主机时，所述固态存储装置被用作一存储卡。

更进一步的，按照可用于传统硬盘的工业标准设计所述第一接口，按照可用于存储卡的工业标准设计所述第二接口，所述存储卡是USB闪存驱动器、安全数字卡、多媒体卡、智慧媒体卡、紧凑闪存卡或通常使用的闪存卡中的一种。

进一步的，所述存储芯片是第一种和第二种结构的存储芯片，所述第一数据区域是所述第一种结构存储芯片而所述第二数据区域是所述第一种结构存储芯片和/或第二种结构存储芯片。

进一步的，所述固态存储装置进一步包括至少一控制器，该控制器用于管理如何在所述数个存储芯片间分配需要保存的数据。

更进一步的，所述控制器用来将所述数据分割为数个数据块，在开始将一个数据块写入所述数个存储芯片中的一个后，开始将另一数据块写入所述数个存储芯片中的另一个，这样通过在所述数个存储芯片间轮换将所述数个数据块并行写入所述数个存储芯片。

再进一步的，所述控制器根据纠错方案为所述数据块加入纠错代码。

进一步的，所述固态存储装置进一步包括数个通道，每个通道包括一控制器，其中所述控制器用于在只有一存储芯片连接于该控制器的情况下管理如何将数据块存入该存储芯片，或所述控制器用于在多个存储芯片连接于该控制器的情况下管理如何将需要存储的数据块分配给所述多个存储芯片。

更进一步的，所述通道独立平行运行。

进一步的，需要存储于所述存储芯片的数据被分割为数个数据块，通过数个通道分配所述数个数据块，每个通道包括一连接于至少一个存储芯片上的控制器，所述控制器用于将所述数个数据块中的部分写入所述数个存储芯片中的至少一个中。

更进一步的，所述通道独立平行的运行以至于同时将所述数个数据块写入所述数个存储芯片中，通道的数目越多，讲数据写入存储芯片的写速度越快。

进一步的，并行的将所述存储芯片内的存储数据读出，并在一缓存中重新组合以复原成主机需求的初始数据。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种不具有硬盘的电脑，所述电脑包括通常用于传统电脑的所有部件，但所述电脑不具有内部的硬盘，所述电脑包括用于连接外置固态存储装置的高速接口，其中所述固态存储装置包括形成有第一数据区域与第二数据区域的数个存储芯片，其中所述第一数据区域用来存储操作系统数据，所述第二数据区域用来存储用户数据，在所述固态存储装置连接到所述电脑后，当所述电脑上电后，将所述操作系统数据从所述第一数据区域读出以启动所述电脑。

进一步的，所述固态存储装置包括第一接口与第二接口，在所述固态存储装置用于启动所述电脑时通过第一接口与电脑建立连接，其中所述第一接口的数据传输速率远大于所述第二接口的数据传输速率。

更进一步的，通过所述第二接口禁止访问所述第一数据区域。

更进一步的，当所述第二接口连接于一主机时，所述固态存储装置被用作一存储卡。

更进一步的，按照可用于传统硬盘的工业标准设计所述第一接口，按照可用于存储卡的工业标准设计所述第二接口，所述存储卡是USB闪存驱动器、安全数字卡、多媒体卡、智慧媒体卡、紧凑闪存卡或通常使用的闪存卡中的一种。

进一步的，所述存储芯片是第一种和第二种结构的存储芯片，所述第一数据区域是所述第一种结构存储芯片而所述第二数据区域是所述第一种结构存储芯片和或而第二种结构存储芯片。

进一步的，所述电脑进一步包括：容纳于一基体内的主板，其包括至少一主机接口、缓存、数据管理模组与数个卡接口；数个闪存卡，每个闪存卡通过卡接口与主板连接并收容于开设于基体上的数个开口中的一个内，其中每个闪存卡独立工作，其中通过更换任意一个闪存卡就可升级固态存储装置的存储容量。

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种提供网络访问方法，其包括：提供用于用户访问网络的电脑，所述电脑不具有硬盘，而具有一个接口；允许用户将自己的便携式固态存储装置用于所述电脑装置上；其中所述固态存储装置包括形成有第一数据区域与第二数据区域的数个存储芯片，其中所述第一数据区域用来存储操作系统数据，所述第二数据区域用来存储用户数据，在所述固态存储装置连接到所述电脑后，当所述电脑上电时，将所述操作系统数据从所述第一数据区域读出以启动所述电脑。

进一步的，所述用户工作在其熟悉的环境配置下，数据能直接保存入能带走的所述固态存储装置上。

更进一步的，所述固态存储装置包括第一接口与第二接口，在所述固态存储装置用于启动所述电脑时通过第一接口与电脑建立连接，其中所述第一接口的数据传输速率远大于所述第二接口的数据传输速率。

再进一步的，通过所述第二接口禁止访问所述第一数据区域。

再进一步的，当所述第二接口连接于一主机时，所述固态存储装置被用作一存储卡。

再进一步的，按照可用于传统硬盘的工业标准设计所述第一接口，按照可用于存储卡的工业标准设计所述第二接口，所述存储卡是USB闪存驱动器、安全数字卡、多媒体卡、智慧媒体卡、紧凑闪存卡或通常使用的闪存卡中的一种。

进一步的，所述存储芯片是第一种和第二种结构的存储芯片，所述第一数据区域是所述第一种结构存储芯片而所述第二数据区域是所述第一种结构存储芯片和或而第二种结构存储芯片。

这样与现有技术相比，在本发明提出的技术方案中，本发明通过将操作系统数据存储与便携式固态存储装置内，而在所述便携式固态存储装置与一电脑连接并开启该电脑后，操作系统数据就可以被读出以启动该电脑。

附图说明

图1A是本发明中一个实施例的便携式固态存储装置或固态硬盘(solid-statedrive，简称SSD)的结构方框图；

图1B是本发明中一个实施例中用于便携式固态存储装置或固态硬盘有第一数据区域与第二数据区域的数个存储芯片；

图1C是本发明中一个实施例的无硬盘电脑的内部结构框图；

图2A是本发明中一个实施例的固态硬盘(SSD)的内部结构框图；

图2B显示了将需要存入固态硬盘的数据分割成数个数据块，这个数据块将会被分配入各个闪存芯片中，其中每个数据块可以包含或不包含纠错代码，其中图2B还显示了通过在四个闪存芯片间轮换时序将数据块并行写入四个闪存芯片的时序图；

图2C显示了通过在四个闪存芯片间轮换时序将数据块并行写入四个闪存芯片中的三个的时序图；

图2D是本发明中另一个实施例的固态硬盘(SSD)的内部结构框图；

图2E是本发明一个实施例的集成电路的功能方框图，所述集成电路集成了图2D所示固态硬盘的大部分功能方块；

图3A是固态硬盘的两个接口的示例图，这样固态硬盘就可以像U盘那样被用做便携式存储装置；

图3B显示了操作系统数据存储于SLC闪存芯片内，而用户数据存储于SLC或MLC闪存芯片内；

图4显示了本发明一个实施例的闪存式存储装置的一个示例；和

图5是本发明中的闪存式固态硬盘(flash Solid State Disk，简称闪存式SSD)的一个实施例的结构方框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

图1A是本发明中一个实施例的便携式固态存储装置或固态硬盘(solid-statedrive，简称SSD)100的结构方框图。在一个较佳的实施例中，所述固态硬盘SSD100包括一个或多个接口，如果需要时，其中的一个(未图示)用于引入电源以给所述装置100供电。这取决于接口的特征，有的接口不提供电源线(如IDE)，这样就需要另引入电源，有的接口提供电源线(如USB 3.0)，这样就不需要另引入电源。其中的一个接口102用于与主机(未图示)连接。与通常使用的USB存储装置或SD存储装置的接口不同，所述SSD110的接口102可以插入接入主机的一个相应端口，从而可以通过接口102传输操作系统数据以启动所述主机。固态硬盘SSD100也可以(如关断电源后)任意卸下用于另一个主机。从技术角度来看，通常使用于USB存储装置或SD存储装置(Secure Digitalmemory device)的接口是用来从一个装置向另一个装置传输数据，而不适合用于启动一个系统(阅读速度不够理想)。所述接口102可以按照一工业标准进行设计，以使其具有足够快的速度去启动一台主机电脑。传统硬盘与主机通讯有很多这样的标准，比如SATA(serial advanced technology attachment)和IDE(integrated device electronics)等。

为人熟知的是，便携式存储装置比如USB或SD存储装置一般不能用于启动电脑。这些存储装置不能用于启动系统的一个原因就是它们只有有限的带宽或者说它们具有相对较低的读写速度。例如，USB2.0(通常用于便携式USB存储装置)的标准速度是480Mbits/秒，而SATA II(开始普通应用于硬盘)的标准速度是3.0Gbits/秒。在一个具体的实施例中，所述接口102可以设计为SATA接口。

由于所述接口102可以用于传输操作系统数据，因此所述固态硬盘SSD100就可以用来启动电脑。换句话说，所述电脑可以不需要必须具备它自己的硬盘。由于可以使用本发明的一个实施例的固态硬盘SSD，就可以不再需要电脑内的内部硬盘了。在本发明的一个实施例的可能应用中，可以使方便他人上网的网吧或类似店铺内的电脑变的更为简单，尤其是在没有硬盘的情况下，这样可以大大地降低运行或提供公共电脑的成本。用户更希望使用装配有他们自己带来的便携式盘(类似于所述SSD100的盘)的电脑。由于是用启动用户自己家中电脑的便携式盘来启动所述公共电脑，那对于这些用户来说，其中的一个优点和好处就在于他们使用的电脑看起来会与他们家里的电脑一模一样。更为重要的是，它们可以立即访问或修改存储在他们自己的便携式盘上的数据。而在这以后，在他们自己家的电脑上同样可以访问保存在同一便携式盘的任何在其它电脑上修改过的数据。

如果一台电脑具有它自己负责启动系统的硬盘，所述SSD100仍然可以用来访问其内的用户数据。这里使用的用户数据是指用户创建或获取的数据或除了操作系统数据之外的数据。如图1A所示，所述SSD100进一步包括第二接口104，该第二接口104类似于所述便携式闪存存储装置的接口。例如，所述接口104可以是USB或SD接口。这样，当SSD100用于已经启动了的或将要用自己的硬盘启动的电脑时，可以通过所述第二接口104访问其内的所述用户数据。

如图1B所示，所述SSD100具有两数据区域110，其中的第一数据区域112用来存储所述操作系统数据，其中的第二数据区域114用来存储所述用户数据。在一个实施例中，可以通过接口102来访问所述第一数据区域，然而可以通过接口102与104来访问所述第二数据区域。

如图1C所示，是本发明中一个实施例的无硬盘电脑的内部结构框图.除去一个内部的硬盘，所述电脑拥有普通电脑的大多数器件。根据本实施例，所述电脑有一硬盘接口(如：SATA或IDE)暴露于外部。这样一用户可以用自己根据本发明制造出的便携式固体存储器来连接所述硬盘接口。当所述电脑通电后，所述便携式固体存储器中的操作系统数据就被所述电脑读入以驱动所述电脑。

图2A是本发明中一个实施例的固态硬盘(SSD)200的内部结构框图。如图所示，所述SSD200包括至少一主机接口202、数据缓存204、控制器206、数据总线开关208和用作存储媒介的数个闪存芯片210。所述SSD200还配置有中央处理器(CPU)。在一个实施例中，所述主机接口202可以根据一个工业标准设计，比如IDE(integrated device electronics)、SATA(serial advanced technologyattachment)、SCSI(small computer system interface)或USB3.0等。在操作运行时，所述主机接口202连接到主机的相应接口上。当主机上电后，通过主机内的基本输入/输出系统(BIOS)从所述SSD200中读出操作系统数据以启动所述主机。存储于SSD200内的所有设置将决定主机的运行环境。

在一个实施例中，所述SSD200还包括有连接于数据缓存204上第二接口(未图示)。所述第二接口可以使SSD200用作一个便携式存储装置。像大多数USB驱动设备一样，所述SSD200也可以通过第二接口与主机通讯。用户可以通过所述第二接口访问用户数据，比如文件、邮件、音频或视频数据。在一个实施例中，通过一些运行于所述CPU上指令的限制，可以隐藏如图1B所示的第一数据区域112。换句话说，所述主机通过第二接口仅仅可以访问如图1B所示的第二数据区域114。通过第二接口的正确实现，可以将所述SSD实现为USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)闪存驱动器、安全数字卡(Secure digitalcards，简称SD卡)、多媒体卡(Multi-media card，简称MMC卡)、智慧媒体卡(SmartMedia card)、紧凑闪存卡(CompactFlash card，简称CF卡)或通常使用的大容量闪存卡。

所述数据缓存204用于缓存主机和所述SSD200之间的交换数据。在一具体实现时，所述缓存204缓存需要写入一个或多个闪存芯片的数据。在另一具体实现时，所述缓存204可以提供重新组合分别存储于多个闪存芯片上的数据的空间。

所述控制器206用来管理如何将数据通过总线开关208存入或读出各闪存芯片210。如图2B所示，当数据12需要存入所述SSD200时，所述控制器206用来将所述数据12分割为数个数据块，这个数据块将会被分配并写入各个闪存芯片210中，其中每个数据块可以包含或不包含纠错代码。在一个实施例中，所述数据块被顺序写入闪存芯片210中。这里假设有四个闪存芯片1、2、3和4且将一个数据块写入一个闪存芯片需要N个时钟(N clocks)。

如图2B所示，所述控制器206可以指令将第一数据块(block1)写入闪存芯片1。当闪存芯片1在进行写操作的同时(需要N个时钟才能写完)，控制器206又可以指令将第二数据块(block2)写入闪存芯片2。在闪存芯片1和2在进行写操作的同时，控制器又可以指令将第三块数据(block3)写入闪存芯片3。而在闪存芯片1、2和3在进行写操作的同时，所述控制器206又可以指令将第四块数据(block4)写入闪存芯片4。换句话说，将一块数据写入一闪存芯片内会花费一定的时间(N个时钟)，而在一块数据写入一闪存芯片的时间期间内，控制器206会通过轮换的方式控制将其他块数据并行写入其他闪存芯片。在将所述四个数据块写入所述四个闪存芯片后，准备下一组四个数据块并将它们写入所述四个闪存芯片。

在另一个实施例中，可以将数据块无特定顺序的写入闪存芯片内。如果控制器206检测到一个闪存芯片磨损的太厉害或很容易出错的话，那所述控制器206可以减少此闪存芯片的使用而增减其它闪存芯片的使用。这里同样假设有四个闪存芯片1、2、3和4且将一个数据块写入一个闪存芯片210的所分配的核内需要N个时钟(N clocks)。如图2C所示，如果检测到所述闪存芯片2很容易出错的话，那么将不会将数据块写入该闪存芯片2。

有了上面写操作的详细描述，控制器206的读操作就很容易理解了。当主机发出一读文件请求时，首先需要访问一文件分配表(file allocation table)。在得知属于该文件的数据的位置后，所述控制器206依次或是同时访问所述闪存芯片以将相应的数据块读出。如果存在错误，则需要对所述数据块进行纠错。所述控制器208重新组合所述数据块以复原该文件，然后将该文件发送至所述主机。

请参阅图2D所示，其是本发明中另一个实施例的固态硬盘(SSD)220的内部结构框图。所述SSD220包括至少一主机接口222、数据缓存224、数据总线开关226、数个控制器228及作为存储媒介的数个闪存芯片230。所述SSD还配置有中央处理器(CPU)。在一个实施里中，所述主机接口222可以根据一个工业标准设计，比如IDE(integrated device electronics)、SATA(serial advancedtechnology attachment)、SCSI(small computer system interface)或USB3.0等。

在另一个实施例中，所述SSD220还包括有连接于数据缓存224上第二接口(未图示)。所述第二接口可以使SSD220用作一个便携式大容量存储装置(如128 MB)。就像上文描述的那样，用户可以通过所述第二接口访问用户数据，比如文件、邮件、音频或视频数据。通过一些运行于所述CPU上的指令的限制，可以隐藏如图1B所示的第一数据区域112。换句话说，所述主机通过第二接口仅仅可以访问如图1B所示的第二数据区域114，以确保第一数据区域112中的操作系统数据及其他有关的数据不会被误读写。通过第二接口的正确实现，可以将所述SSD实现为USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)闪存驱动器、安全数字卡(Secure digital cards，简称SD卡)、多媒体卡(Multi-media card，简称MMC卡)、智慧媒体卡(SmartMediacard)、紧凑闪存卡(CompactFlash card，简称CF卡)或通常使用的闪存卡。

所述数据缓存224和所述数据总线开关226与图2A中的相应模块大致相似。多控制器228的使用可以并行执行写操作或读操作。在写操作时，在将需要存入所述SSD的数据分割成数据块后，其中如果需要的话所述数据块中可以加入纠错代码，所述CPU将所述数据块导入相应的控制器228。然后，如上文所描述的那样，每个控制器228用来指令将其自己的数据块存入相应的闪存芯片230。这样，将数据块并行写入闪存芯片内。

有了上面写读操的详细描述，所述SSD220的读操作就很容易理解了。在主机发出一读文件请求后，首先需要访问一文件分配表(file allocation table)。在得知属于该文件的数据的位置后，所述CPU通知所述控制器228相应的数据块存在于那些相应的闪存芯片230内。各个控制器228相互独立并同时地访问相应的闪存芯片230，并在需要的情况下对数据进行纠错。重新组合所述数据块以复原该文件，然后将该文件发送至所述主机。

由于所有控制器228互相独立和并行工作，所述SSD220的一个优点、好处在于其内在的并行处理机制。随着使用的控制器数目的增加不但读/写速度增大，而且所述SSD220的存储容量也随之增加。

但是如果用集成电路来实现SSD220时，随着使用的控制器数目的增加，其集成电路管脚也增加。为了减少其集成电路管脚的数目，图2E是本发明一个实施例的集成电路240的功能方框图。所述集成电路240集成了图2D所示固态硬盘的大部分功能方块。为了减少集成电路240的管脚，在其中引入了两个额外的功能模块，其中一个是数据块组合单元242，另一个是数据块分割单元244。从它们的名称上可以看出，所述数据块组合单元242是用来组合来自于数据总线246的数据块，而所述数据块分割单元244是用来分割来自于输入端248的组合数据块。

为便于描述，所述集成电路240假设用于支持十六个闪存芯片。请参阅图2D所示，就像对图2A的描述一样，每个控制器228下面都支持并行轮换工作的四个闪存芯片。假设共有两个集成电路240并行工作，那么总共就可以支持32个闪存芯片。虽然两个集成电路240是相同，但工作时，假设两个集成电路240中的一个是主芯片，另外一个是副芯片。在操作时，当收到向配备有两个集成电路240的SSD存入数据的请求时，所述数据将被分成32个数据块，每个数据块对应一闪存芯片。在主集成电路里，将前16个数据块导入独立并行工作的四个控制器228，通过所述四个控制器228将所述前16个数据块分别写入支持的16个闪存芯片中。所述为副集成电路的16个闪存芯片分配的后16个数据块被主集成电路的数据块组合单元242组合后传输至副集成电路。

副集成电路在接收到来自输入端的组合数据块后，其数据块分割单元244分割所述组合数据块以还原得到后16个数据块，然后将所述后16个数据块分配给从集成电路的四个控制器。所述独立平行工作的四个控制器将所述后16个数据块分别写入支持的16个闪存芯片中。每个控制器轮换平行工作在其支持的四个闪存芯片间，这一点可以参考对图2A的说明。

在给出了配备有两个集成电路240的SSD的写操作过程后，所属领域内的普通技术人员将会是很容易理解配备有两个集成电路240的SSD的读操作。为了避免混淆，这里省略了有关读操作的详细描述。图2E所示的集成电路架构的优点和好处在于：在减少集成电路管脚数目的同时，还可以增加读/写速度与配备有两个集成电路的SSD的存储容量。如果想要更多增加读/写速度或SSD的存储容量，可以使用两个以上类似集成电路240的芯片。有了上面的详细描述，所属领域内的普通技术人员是很容易理解使用两个以上类似集成电路240的芯片的操作和设计。

图3A显示了固态硬盘的两个接口302和304的示例300。所述第一接口302可以实现为SATAII接口，所述第二接口304可以实现为USB2.0接口。所述开关306用来确保接口302和304中只有一个处于工作状态。在一个实施例中，所述开关306与一控制器或CPU同步运行以限制通过接口304访问SSD内的某数据区域。在一个实施例中，可以限制通过接口304来访问存储操作系统数据的区域以防止破坏所述操作系统数据。相反，通过接口302就可以访问SSD内的所有数据区域。

从技术角度讲，当前有两种类型的闪存结构，一种是单逻辑单元(SingleLogic Cell，简称SLC)闪存，另一种是多逻辑单元(Muti LogicCell，简称MLC)闪存。MLC和SLC都是以与非为基础的非易失性存储技术。MLC和SLC的主要区别是：SLC是每单元存储一位数据，而MLC是通过利用多电压级技术使每个单元存储两位数据。因此，MLC比SLC提供了更高的数据存储密度。但是，每个单元能储存多个数据的能力也同时带来了可靠性和性能上的缺点。相对来说，SLC闪存比MLC闪存具有更好的性能、使用寿命和可靠性。

在一个实施例中，为了提高其容量并减少带来的成本，一固态硬盘(SSD)的闪存芯片包括部分SLC闪存芯片和部分MLC闪存芯片。这样，控制器内的数据管理模块可以确保将所述操作系统数据存储入所述SLC闪存芯片内，而将其他数据存储入所述SLC或MLC闪存芯片内。图3B显示了操作系统数据存储于SLC闪存芯片内，而用户数据存储于SLC或MLC闪存芯片内。

图4显示了本发明一个实施例的闪存式存储装置(SSD)400的一个示例。所述装置400包括具有数个开口404的基体402及通过对应开口404而接纳于基体402内的数个闪存式存储卡406。与传统硬盘相似，所述装置400也包括有一个或多个接口，如果需要，其中的一个(未图示)用于引入电源以给所述装置400供电。这取决于接口的特征，有的接口不提供电源线(如IDE)，这样就需要另引入电源，有的接口提供电源线(如USB 3.0)，这样就不需要另引入电源。其中的另一个408用于与主机连接。根据所述装置的不同应用环境，所述主机可能是电脑、可携式摄像机或可以配备传统硬盘的装置。换句话说，所述装置400可以轻松的替代传统硬盘。通过所述接口408，所述装置400可以与主机进行直接数据交换。在别的实施例中，未在SSD400图示但存在的有另一个接口。相当于接口图1的接口104，这样SSD400也可以用于便携式存储器。

多数闪存式SSD的闪存芯片都是永久性的安装(焊接)于板上(比如印刷电路板，Printed Cirtuit Board，简称PCB)。如果其中的一块闪存芯片出现问题，将可能会导致整个闪存SSD不能使用。如果一SSD的存储容量不够用了，那就不得不用一更高容量的新SSD替换掉旧SSD，增加使用成本。在一个实施例中，所述装置400自身不包括任何安装于板上的闪存芯片。与此相对应，所述装置400提供了数个凹槽以通过对应开口404接纳数个闪存卡406。

本发明中使用的闪存卡可以是普遍用于数码相机，用户用来传递数据用的，或者电子或电脑存储领域中已经商业化的闪存卡中的一种。所述闪存卡406包括但不限于USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)闪存驱动器、安全数字卡(Secure digital cards，简称SD卡)、多媒体卡(Multi-media card，简称MMC卡)、智慧媒体卡(SmartMedia card)和紧凑闪存卡(CompactFlash card，简称CF卡)。用户可以使用这些闪存卡来存储数码照片及其他个人数据。这些闪存卡大都具有不同的接口并具有各自的形状特点，但它们都具有类似的工作原理，这些闪存卡通常都包括有具有指定接口的控制器和一个或多个闪存芯片，所述控制器用于管理主机通过所述指定接口的数据交换，还用于负责错误纠正、缺陷以及磨损管理等。

有许多公司都生产上述闪存卡，比如美国加里福尼亚的Sandisk公司就几乎拥有所有类型的闪存卡以适合不同的应用，中国北京的华旗也有类似的闪存卡。为了确保闪存卡的质量，从硅晶片到最后的闪存卡需要进行多道测试或验证工序。

举例来说，一个闪存卡生产厂商从其他生产厂商处购买控制器和闪存等组件，在将各部分组件组装成最后的闪存卡后且在将所述最后的闪存卡推入市场前，所述闪存卡生产厂商必须负责对每个闪存卡进行广泛的测试或验证。本发明的一个目的、特点或好处在于可以使闪存SSD的生产厂商采用已经经过广泛测试的闪存卡。这样，当SSD使用了其他厂商提供的闪存卡时，采用本发明技术方案的闪存SSD生产厂商就不需要提供测试闪存SSD的费用和人员，甚至没必要堆积闪存芯片作为库存。

图5是本发明中的闪存式固态硬盘(flash Solid State Disk，简称闪存式SSD)500的一个实施例的结构方框图。所述SSD可以被使用于图4所示装置400的内部。如图5所示，所述SSD500包括数个卡接口502、主机接口504、缓存506、数据管理单元508和中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)510。每个卡接口502被设计用来与一闪存卡进行连接和通讯。换句话说，如果所述SSD500被设计用来接纳具有安全数字接口(Secure Digital Interface，SD接口)的闪存卡，那么每个卡接口502都会被设计成SD接口。在具体实现时，当一个闪存卡通过一开口504插入所述装置500时，所述装置500中将会有一个相应的卡接口对所述闪存卡供电并识别所述闪存卡以进行数据通讯。

在一个实施例中，所述卡接口502可以兼容多种接口类型，这样不同类型的闪存卡都可以适用于所述SSD500。然而，不同类型的闪存卡具有不同的形状特点，因此，图4中所示的开口404被设计成可以容纳共同使用的不同类型的闪存卡。

在另一个实施例中，所述卡接口502可以被设计成具有特定形状特点的特定接口。所述特定接口可以是由SSD生产厂商自己定义的，闪存卡的生产厂商需要提供满足这个SSD生产厂商特定要求的闪存卡，这样组成的SSD才会满足以SSD生产厂商自己定义的特定标准。一般来讲，由于闪存SSD可能会被用于存储启动操作系统的数据，因此闪存SSD较闪存卡需要具有更高的标准，其中读速度、写速度、错误纠正能力、缺陷/磨损控制能力等等都需要满足闪存SSD的设定标准。这样设置具有特定形状特点的特定接口迫使闪存卡的生产厂商提供满足SSD特定要求的闪存卡。

所述主机接口504用来协助主机和所述装置500根据协议进行数据交换，所述协议可以是一特定协议，如IDE(integrated device electronics)、SATA(serialadvanced technology attachment)、SCSI(small computer system interface)或USB3.0。举例来说，当所述装置500连接至具有IDE接口主机时，所述主机接口504可以被设计成IDE接口以协助主机和所述装置500的数据通讯。

所述缓存506用来缓存所述主机与所述装置500之间的交换数据。在一具体实现时，所述缓存506缓存需要写入一个或多个闪存卡的数据。在另一具体实现时，所述缓存506可以在分别存储于多个闪存卡上的数据重新组合时为其提供空间。

所述数据管理单元508用来管理如何将数据通过卡接口502存储于各闪存卡506中。在具体实现时，所述数据管理单元508可以有不同的实现方式。在一个实施例中，数据管理单元508被设计用来与闪存卡506的控制器进行通讯以获知每个闪存卡的状态，比如，一个闪存卡可能较其他闪存卡更新，这样数据管理单元508可使该较新的闪存卡比其它闪存卡更频繁的被使用。所述数据管理单元508还可通过闪存卡的控制器访问该闪存卡的闪存使用缺陷图。

在另一个实施例中，所述数据管理单元508可提示哪个闪存卡即将到达其使用寿命的终点以至于需要替换掉该闪存卡。在另外一个实施例中，比如在准备替换掉一闪存卡时，所述数据管理单元508可用于将存储于该闪存卡中的数据转移至另一个闪存卡中。在一个实施里中，一闪存卡内可储存一应用软件，所述应用软件可以很有效地帮助用户去将一个闪存卡中的数据转移至另一个闪存卡中。所述应用软件包括一个图像界面以展示每个闪存卡的使用寿命及容量。由于在闪存卡中的闪存芯片具有有限的读写访问寿命，所述图像界面还可展示可能的剩余寿命以便使用户知道何时去替换掉相应的闪存卡。

在另外的一个实施例中，所述数据管理单元508用于管理数据的完整性，所述数据的完整性非常的重要。如果储存有数据的数个闪存卡中的一个被取走、出现缺陷、或被另外一个闪存卡所取代，所述数据管理单元508将会察觉并发出一个指令提醒用户，显示所需要的数据存储于当前不能使用或不在的闪存卡内。

在另外的一个实施例中，所述数据管理单元508还用于确保数据被均匀的写入各闪存卡506中或创建多余的拷贝以防止数据的丢失。在再一个实施里中，所述数据管理单元508还用于确保频繁使用或更新的数据被储存入闪存卡的特定闪存结构中。这样，所述数据管理单元508可以确保将频繁使用或更新的数据，比如用于操作系统的数据，存储入SLC闪存，将非频繁更新的数据比如视频或图像数据存储入MLC闪存。

所述中央处理器510用于驱动所述SSD 500的各功能块的同步操作及执行这里提到的多种功能。在一个实施例中，一组指令集(也可以被称为管理软件firmware)用来指导所述中央处理器510的工作。所述CPU510可以是通用微处理器(比如ARM耗能低的RISC微处理器)或特别设计的微处理器。

在操作过程中，当来自主机的数据需要写入闪存卡时，所述数据首先被放入所述缓存506中。在数据管理单元508和中央处理器510的操作下，所述缓存的数据通过数据总线512被分配入一个或多个指定的闪存卡中。需要注意的是，所述SSD500的存写速度要比单个闪存卡的存写速度要快的多。比如，假设四个闪存卡中的每一个的存写速度是N且需要写入的数据被平均的写入这四个闪存卡中，所述数据管理单元508将所述数据划分成四份，每一份被写入其中的一个闪存卡中。由于四份数据同时被写入四个闪存卡，因此所述SSD的存写速度实际上是4*N，也就是单个闪存卡写入速度的四倍。由于存储的数据同时从四个闪存卡中被读出，所以所述SSD 200的阅读速度具有相似的特点。所属领域的普通技术人员可以理解的是所述数据总线512可以根据需要进行扩充以容置更多的闪存卡，相应的，所述SSD 500的写或读速度也会相应增大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1、一种固态存储装置，其特征在于，其包括：

形成有第一数据区域与第二数据区域的数个存储芯片，其中所述第一数据区域用来存储操作系统数据，所述第二数据区域用来存储用户数据；

用于与主机通讯的第一接口，其中在所述固态存储装置连接到所述主机后，当所述主机上电时，通过所述第一接口将所述操作系统数据从所述第一数据区域读出以启动所述主机。

2、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，所述固态存储装置能工作于无硬盘电脑上。

3、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，其进一步包括第二接口，其中所述第一接口的数据传输速率远大于所述第二接口的数据传输速率。

4、如权利要求3所述的固态存储装置，其特征在于，通过所述第二接口禁止访问所述第一数据区域。

5、如权利要求3所述的固态存储装置，其特征在于，当所述第二接口连接于一主机时，所述固态存储装置被用作一存储卡。

6、如权利要求3所述的固态存储装置，其特征在于，按照可用于传统硬盘的工业标准设计所述第一接口，按照可用于存储卡的工业标准设计所述第二接口，所述存储卡是USB闪存驱动器、安全数字卡、多媒体卡、智慧媒体卡、紧凑闪存卡或通常使用的闪存卡中的一种。

7、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，所述存储芯片是第一种和第二种结构的存储芯片，所述第一数据区域是所述第一种结构存储芯片而所述第二数据区域是所述第一种结构存储芯片和/或第二种结构存储芯片。

8、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，其进一步包括至少一控制器，该控制器用于管理如何在所述数个存储芯片间分配需要保存的数据。

9、如权利要求8所述的固态存储装置，其特征在于，所述控制器用来将所述数据分割为数个数据块，在开始将一个数据块写入所述数个存储芯片中的一个后，开始将另一数据块写入所述数个存储芯片中的另一个，这样通过在所述数个存储芯片间轮换将所述数个数据块并行写入所述数个存储芯片。

10、如权利要求9所述的固态存储装置，其特征在于，所述控制器根据纠错方案为所述数据块加入纠错代码。

11、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，其进一步包括数个通道，每个通道包括一控制器，其中所述控制器用于在只有一存储芯片连接于该控制器的情况下管理如何将数据块存入该存储芯片，或所述控制器用于在多个存储芯片连接于该控制器的情况下管理如何将需要存储的数据块分配给所述多个存储芯片。

12、如权利要求11所述的固态存储装置，其特征在于，所述通道独立平行运行。

13、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，需要存储于所述存储芯片的数据被分割为数个数据块，通过数个通道分配所述数个数据块，每个通道包括一连接于至少一个存储芯片上的控制器，所述控制器用于将所述数个数据块中的部分写入所述数个存储芯片中的至少一个中。

14、如权利要求13所述的固态存储装置，其特征在于，所述通道独立平行的运行以至于同时将所述数个数据块写入所述数个存储芯片中，通道的数目越多，讲数据写入存储芯片的写速度越快。

15、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，并行的将所述存储芯片内的存储数据读出，并在一缓存中重新组合以复原成主机需求的初始数据。

16、如权利要求1所述的固态存储装置，其特征在于，其进一步包括：

容纳于一基体内的主板，其包括至少一主机接口、缓存、数据管理模组与数个卡接口；

数个闪存卡，每个闪存卡通过卡接口与主板连接并收容于开设于基体上的数个开口中的一个内，其中每个闪存卡独立工作，其中通过更换任意一个闪存卡就可升级固态存储装置的存储容量。

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