CN101430634A

CN101430634A - 存储装置

Info

Publication number: CN101430634A
Application number: CNA2007100478418A
Authority: CN
Inventors: 孙英菊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-05-13

Abstract

本发明公开了一种存储装置，其包括主板及数个存储模块。所述主板包括有处理器和主接口模块。所述数个存储模块通过主接口模块与主板连接。每个存储模块包括有接口模块、闪存控制器及存储器，每个存储模块相互独立的运作。其中所述闪存控制器用于协助接口模块与存储器之间的数据交换，所述主板用于检测存储模块的数量、将进入的数据分成数个数据块以及将这些数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块以便这些存储模块同时写入其相应存储器。这种平行处理方法，不但可以提高存储装置的容量也可以提高数据的读写速度。

Description

存储装置

技术领域

本发明涉及数据存储装置领域，特别涉及可适用于服务器应用的闪存式存储装置(flash memory-based storage device)。

技术背景

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。所述读写头用于快速的检测或修改其下方磁性物质的磁性。每个磁碟盘的磁性表面都对应有一个读写头，这些读写头被安装在一个共同的驱动臂上。所述驱动臂可以径向的驱动读写头以使读写头在磁碟盘旋转时可以访问磁碟盘的几乎所有磁性表面。

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。在降低尺寸、功耗方面的努力可能很快达到它的极限。因此，由于闪存(flash memory)的发展潜力，闪存式存储装置(flash memory-based storage device)开始引起存储业界的关注。

闪存是非易失性存储器，也就是说，它在掉电之后仍能保持住存储于其内的信息。另外，闪存具有比硬盘更快的读写速度及更好的抗震性能。然而，在过去的一段时间里，闪存的高价格阻止了其进入大容量存储装置领域，比如刀片服务器(blade sever)领域。

随着近几年闪存价格的大幅下降及容量的持续上升，闪存式数据存储解决方案在兼顾价格和性能的情况下开始变为现实，并具有能够帮助降低运转这种闪存式数据存储装置的总成本。另外，在硬盘驱动器中通常会出现磁头损毁的问题，在出现磁头损毁时，将可能导致存储于其上的部分或全部的数据丢失，而闪存式数据存储装置则完全不会出现这个问题，从这点来看，闪存式数据存储装置比硬盘驱动器更加安全可靠。

尽管如此，当闪存应用到大容量存储装置比如刀片存储装置(blade storagedevice)时，两个问题必须要考虑。一个是读写速度，另一个是磨损控制(wearingcontrol)。在目前闪存的手持存储装置应用领域中，比如在数码相机的USB1.0或USB2.0的记忆棒(flash memory stick)或安全数字卡(SD card)中，其容量相对小，由于所述闪存通常用于存储时间不敏感性数据(not time sensitivedata)，比如图像或手持数据，对闪存的读写速度的要求可能不会特别的严格。但是，在刀片存储装置中像500Gbytes这样的容量是比比皆是的，相对于刀片存储装置来说，上述应用中的闪存的容量是非常小的，替换刀片存储装置不是一般的工作量。因此，虽然磨损控制在小容量存储装置内是比较受重视的，但还是不像在大容量存储装置中要求的那样苛刻。此外，所述大容量存储装置经常被用来存储启动一个系统比如服务器的数据，对读写速度的要求特别高。

发明内容

有鉴于此，本发明的其中一个目的在于提供具有并行处理能力以保持高速读写速度的存储装置。本发明其中的另一个目的在于提供具有按照数据性质不同在不同闪存储存结构中储存数据以保持闪存储器最佳工作寿命。

为了达到上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供了一种存储装置，其包括主板及数个存储模块，所述主板包括有处理器和主接口模块；所述数个存储模块通过主接口模块与主板连接，每个存储模块包括有接口模块、闪存控制器及存储器，每个存储模块相互独立的运作。其中所述闪存控制器用于协助接口模块与存储器之间的数据交换，所述主板用于检测存储模块的数量、将进入的数据分成数个数据块以及将这些数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块以便这些存储模块同时把这些数据写入其相应存储器。

进一步的，所述处理器用于检测是否有存储模块与主接口模块脱离或是否有新存储模块与主接口模块建立连接，以至于存储模块的数据块分配可据此调整。

更进一步的，所述处理器用于确保各存储模块是平均使用的或使新存储模块比其它存储模块更经常地被使用。

更进一步的，所述处理器用于在数据独立时确保将该数据分配入同一个存储模块中。

更进一步的，每个存储模块的存储器包括有SLC闪存核和MLC闪存核。

再进一步的，所述处理器用于判断进入的数据的特性，如果是频繁使用的数据，将进入的数据存储入SLC闪存核，如果是较少频繁使用的数据，将进入的数据存储入MLC闪存核。

再进一步的，所述频繁使用的数据包括操作系统和数据库中需要不断更新的数据，所述较少频繁使用的数据包括经常被访问或读出的音频、图像或视频数据。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种存储装置，其包括主板及及数个存储模块，所述主板包括有处理器和主接口模块；所述数个存储模块通过主接口模块与主板连接，每个存储模块包括有接口模块、闪存控制器、第一类型闪存及第二类型闪存；其中所述主板用于检测存储模块的数量、将进入的数据分成数个数据块以及将这些数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块。

进一步的，所述处理器用于判断进入的数据的特性，如果是频繁使用的数据，将进入的数据存储入SLC闪存核，如果是较少频繁使用的数据，将进入的数据存储入MLC闪存核。

更进一步的，所述频繁使用的数据包括操作系统和数据库中需要不断更新的数据，所述较少频繁使用的数据包括经常被访问或读出的音频、图像或视频数据。

这样与现有技术相比，在本发明提出的技术方案中，本发明通过所述主板将进入的数据分成复数数据块以及将复数数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块，这样并行处理数据可以使存储装置保持高速的读写速度。

附图说明

图1是本发明中的闪存式存储装置的一个实施例的结构方框图；

图2是本发明中的存储模块的一个实施例的方框图；和

图3是本发明中向存储模块写入数据的流程示意图。

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1是本发明中的闪存式存储装置(flash memory-based storage device)100的一个实施例的结构方框图。所述闪存式存储装置100包括主板102及数个存储模块104，所述数个存储模块可以被称为存储模块群。所述主板102包括接口模块106、缓存模块108、协议模块110及处理器112。所述接口模块106用于连接所述存储模块群104以至于数据可以写入任意一个存储模块104或从任意一个存储模块104读出。所述缓存模块108用于缓存任意一个存储模块104与主机(比如网络上的计算机)之间的交换数据。所述协议模块110用于提供数据交换所遵循的协议以方便数据交换的进行，所述协议可以是IDE(integrateddevice electronics)、SATA(serial advanced technology attachment)、SCSI(smallcomputer system interface)或USB3.0。

在一个实施例中，所述接口模块106可以自动检测挂于其上的存储模块群104的数量。根据存储容量的需要，每一存储模块104都可以被可卸下地连接于接口模块106上。如果需要更大的容量，一个额外的存储模块可以装上并被挂至接口模块106作为存储模块群104的一个存储模块。无论何时增加了存储模块或卸下了存储模块，所述接口模块106都能检测到。另外，所述接口模块106还保存着关于数据块被存入了存储模块群104的数据表。比如，为了平均的使用存储模块群104，一帧图像被分成数个数据块，这些数据块被大致平均的写入一些或全部存储模块群104中。

然而，在一个实施例中，如果需要存储的数据是相对独立的或尺寸比较小的，所述需要存储的数据的数据块可以不被分配到多个存储模块中储存，这样可以使访问该数据时比较容易，不容易出现由于一存储部分数据块的存储模块被卸下时而不能存取其数据。

像刀片服务器中，假设所有的存储模块群104是堆在搁班架上。当从搁班架上卸下一已存有几个数据块的存储模块时，所述接口模块106可以检测到所述存储模块的缺席。在读操作时，如果有部分数据块存储在已卸下的存储模块中，所述接口模块106会发出一个用于提醒重新安装该已卸下存储模块的提醒信号以保证所述读操作的顺利进行。同样的，当一全新的存储模块被加入搁班架时，所述接口模块106会记得它并分配更多的数据块给所述全新的存储模块。这样，所有的存储模块可以被平均的使用以延长存储模块的使用寿命。

图2是本发明中的存储模块200的一个实施例的方框图。所述存储模块200包括至少一个多层单元(Muti Level Cell，简称MLC)闪存核(flash memorycore)202、至少一个单层单元(single level cell，简称SLC)闪存核(flash memorycore)204、闪存控制器206、接口模块208及处理器210。MLC和SLC是闪存领域内的两种不同的技术，它们的主要区别是：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，所述闪存控制器206与处理器210被设置用来向SLC闪存核204写入频繁使用的数据，向MLC闪存核202写入较少频繁使用的数据。频繁使用的数据的例子可以包括操作系统和数据库中需要不断更新的数据。较少频繁使用的数据的例子可以包括经常被访问或读出的音频、图像或视频数据。不同的数据被分配入不同的闪存核，这样可以在不牺牲性能、寿命和可靠性的情况下，同时保持存储模块200的高容量。

另外，所述闪存控制器206还被用来在数据被读出或写入存储模块200时提供缺陷管理、磨损管理以及错误纠正编码的功能。在一个实施例中，所述闪存控制器206还可以在向闪存核写入数据时提供加密程序以加密有些特定数据。

所述接口模块208用于协调存储模块200与图1中的主板102之间的通讯。所述存储模块200无论何时被安装或附加到主板102上，所述接口模块208都会被激活。在具体实现时，所述接口模块208与接口模块106之间的通讯需遵循某协议，所述协议最好是高速协议，比如IDE、SCSI、SATA-I、SATA-II、USB3.0等。

从本质上讲，图1中的每个存储模块104或存储模块200都是独立运行的。存储模块包括它自己的处理器、一个或多个闪存控制器、储模块或闪存核、随机存取存储器(RAM，未图示)及其他逻辑电路(未图示)。当存储模块连接至主板102时，它就开始运行并且与主板上的处理器112保持同步。所述处理器112用于分配数据至部分或所有挂于其上的存储模块中并管理存储模块的所有数据操作。

图3是本发明中向存储模块写入数据的流程示意图。所述流程或者说方法300可以结合图1和图2来理解，其可以被实现为一种硬件，也可以被实现为软硬件的结合。在一个实施例中，在步骤302中，所述主板102确定存储模块的数量。这个步骤是必要的，其可以使处理器112在可利用的存储模块中分配数据储存。在一个实施例中，所述主板102包括一个板上存储器，所述板上存储器可存储每个挂于主板102上的存储模块的使用寿命以及使用情况，这些数据可以从每个存储模块的闪存控制器中获取或在一个新的存储模块第一次使用时自动生成。

在步骤304中，需要判断是否有数据需要写入存储模块。当有数据从主机(比如网络计算机)进入时，所述方法300才开始进行。在步骤306中，确定数据的特性。在步骤308中，如果数据是频繁使用的或更新的，所述方法300进入步骤310以指示所述数据需要被写入SLC闪存核。在具体实现时，所述处理器112可以发送指令以使所选存储模块的闪存控制器将所述数据写入其相应的SLC闪存核或在所述数据中植入引导其进入相应SLC闪存核的标志。在步骤314中，所述数据被划分成数个数据块，所述这些数据块被分配写入部分或所有存储模块上的SLC闪存核中。

回到步骤308，如果数据是较少频繁使用的，所述方法300进入步骤312以指示所述数据需要被写入MLC闪存核。在具体实现时，所述处理器112可以发送指令以使所选存储模块的闪存控制器将所述数据写入其相应的MLC闪存核或在所述数据中植入引导其进入相应MLC闪存核的标志。在步骤316中，所述数据被划分成的数个数据块，所述这些数据块被分配入部分或所有存储模块的MLC闪存核中。

本发明的一个目的在于提供具有并行处理能力以保持高速读写速度的固态存储装置。籍此，时间敏感性数据也可以保存在此类存储装置内。这种固态存储装置可以用于起动一个计算机系统(比如：操作系统)。

本发明的另一个目的在于通过将频繁使用的数据写入其中一种闪存、将较少频繁使用的数据写入其中另一种闪存，以此来兼备此两种闪存的优点。

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

1、一种存储装置，其包括主板及数个存储模块，其特征在于，

所述主板包括有处理器和主接口模块；

所述数个存储模块通过主接口模块与主板连接，每个存储模块包括有接口模块、闪存控制器及存储器，每个存储模块相互独立的运作，其中所述闪存控制器用于协助接口模块与存储器之间的数据交换，所述主板用于检测存储模块的数量、将进入的数据分成数个数据块以及将这些数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块以便这些存储模块同时把这些数据写入其相应存储器。

2、如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述处理器用于检测是否有存储模块与主接口模块脱离或是否有新存储模块与主接口模块建立连接，以至于存储模块的数据块分配可据此调整。

3、如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述处理器用于确保各存储模块是平均使用的或使新存储模块比其它存储模块更经常地被使用。

4、如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，所述处理器用于在数据是独立数据时确保将该数据分配入同一个存储模块中。

5、如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，每个存储模块的存储器包括有SLC闪存核和MLC闪存核。

6、如权利要求5所述的存储装置，其特征在于，所述处理器用于判断进入的数据的特性，如果是频繁使用的数据，将进入的数据存储入SLC闪存核，如果是较少频繁使用的数据，将进入的数据存储入MLC闪存核。

7、如权利要求6所述的存储装置，其特征在于，所述频繁使用的数据包括操作系统和数据库中需要不断更新的数据，所述较少频繁使用的数据包括经常被访问或读出的音频、图像或视频数据。

8、一种存储装置，其包括主板及及数个存储模块，其特征在于，

所述主板包括有处理器和主接口模块；

所述数个存储模块通过主接口模块与主板连接，每个存储模块包括有接口模块、闪存控制器、第一类型闪存及第二类型闪存；

其中所述主板用于检测存储模块的数量、将进入的数据分成数个数据块以及将这些数据块通过主接口模块分配给部分或全部存储模块。

9、如权利要求8所述的存储装置，其特征在于，所述处理器用于判断进入的数据的特性，如果是频繁使用的数据，将进入的数据存储入第一类型闪存，如果是较少频繁使用的数据，将进入的数据存储入第二类型闪存。

10、如权利要求9所述的存储装置，其特征在于，所述频繁使用的数据包括操作系统和数据库中需要不断更新的数据，所述较少频繁使用的数据包括经常被访问或读出的音频、图像或视频数据。