CN101996137A - 存储装置与其资料处理方法 - Google Patents

Abstract

一种存储装置与其资料处理方法，其特征在于，该存储装置包含：快闪记忆体、暂存单元和控制单元。快闪记忆体包含多个记忆区块，每个记忆区块分别包含多个记忆页。暂存单元接收并存储该主机系统传送的多个写入指令，每一笔写入指令分别对应一笔使用者资料。控制单元耦接暂存单元与快闪记忆体，根据使用者资料的大小和记忆区块中未使用的记忆页，调整写入指令的执行顺序。本发明的有益效果是：根据各笔写入指令对应的使用者资料长度，做适当的执行顺序排序，藉此可达到较佳的存储空间配置、较好记忆区块释放效益以及较快的资料处理响应时间之功效。

Description

存储装置与其资料处理方法

技术领域

本发明涉及一种存储装置及其资料处理方法，特别是涉及一种快闪记忆体存储装置及其资料处理方法。

背景技术

习知固态资料存储装置，如固态硬盘(Solid-State Disk，SSD)、U盘(USB Flash Drive，UFD)、存储卡等。目前大多采用NAND型快闪记忆体作为主要存储媒体。

举例说明，图1是固态硬盘的功能方块图。固态硬盘120通过磁盘驱动器接口130与主机系统相连，控制器140须执行主机系统100(Host System)透过系统接口110下达的指令(Command)，并依指令所指定的逻辑地址(Logical Address)，将资料写入快闪记忆体150，或自快闪记忆体150读取资料。为达成此功能，控制器140须具备逻辑-实体地址转换(Logical-to-Physical Address Translation)之功能，而须于控制器140内部内存放一逻辑-实体地址对应表(Logical-to-Physical Address Mapping Table，LTP)并于此对应表中，记录逻辑地址与实体地址的对应关系。

主机系统100传送存取资料的逻辑记忆页地址(Logical Page Address，LPA)给控制器140，控制器140透过逻辑-实体地址对应表，将逻辑记忆页地址转换为快闪记忆体的实体记忆页地址(Physical PageAddress，PPA)，藉此存取快闪记忆体150中的资料。

图2是逻辑地址与实体地址的对应关系图。若主机系统100依序传送三笔写入的使用者资料0至2给控制器140，其逻辑地址分别为逻辑区块0的逻辑记忆页0、逻辑区块1的逻辑记忆页0和1及逻辑区块0的逻辑记忆页1至4。控制器140收到主机系统100传来的资料写入命令后，透过查询逻辑-实体地址对应表可提供一个已抹除的实体区块0供使用者资料写入。接着控制器140将使用者资料0写到实体区块0的实体记忆页0中，然后在逻辑-实体地址对应表中纪录逻辑区块0的逻辑记忆页0与实体区块0的实体记忆页0间的对应关系。而使用者资料1继续写在实体区块0的实体记忆页1和2中，然后更新逻辑-实体地址对应表，将逻辑区块1的逻辑记忆页0对应至实体区块0的实体记忆页1，逻辑区块1的逻辑记忆页1对应至实体区块0的实体记忆页2。接着第三笔使用者资料2继续于实体区块0的实体记忆页3中写入，不过当写完位于逻辑区块0的逻辑记忆页2的使用者资料2后，实体区块0已无存储空间供位于逻辑区块0的逻辑记忆页3、4对应的使用者资料2写入。于是控制器140再透过逻辑-实体地址对应表，选择已抹除的实体区块1供未写完的使用者资料2继续写入。所以位于逻辑区块0的逻辑记忆页3、逻辑区块0的逻辑记忆页4的使用者资料2便分别写入实体区块1的实体记忆页0与实体区块1的实体记忆页1，然后更新逻辑-实体地址对应表，将逻辑区块0的逻辑记忆页1与2分别对应至实体区块0的实体记忆页3与4，而逻辑区块0的逻辑记忆页3与4则分别对应至实体区块1的实体记忆页0与1。

如上所述，使用者资料2将被分割存储于实体区块0和1中，若该笔资料因更新或是被系统删除时，将在两个实体区块中产生无效的实体记忆页。而随着实体区块中的无效实体记忆页越多，控制器在140执行无效资料回收作业时将得到较佳的存储空间释放效益。但若如前述的资料配置方式，一笔使用者资料被更新或删除后，之前占用的无效实体记忆页分布于两个不同的实体区块，其无法对提升无效资料回收的效益提供帮助，还增加了需要抹除的实体区块数。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种与其资料处理方法，用以提升存储装置的资料存取速度。

本发明提出一种存储装置，连接于主机系统，该存储装置包含：快闪记忆体、暂存单元和控制单元。快闪记忆体包含多个记忆区块，每个记忆区块分别包含多个记忆页。暂存单元接收并存储主机系统传送的多个写入指令，每一笔写入指令分别对应一笔使用者资料。控制单元耦接暂存单元与快闪记忆体，根据使用者资料的大小和记忆区块中未使用的记忆页，调整写入指令的执行顺序。

本发明亦提出一种资料处理方法，应用于存储装置，其中存储装置连接于主机系统，存储装置包含多个记忆区块，每个记忆区块包含多个记忆页，该资料处理方法包含下列步骤：接收并存储主机系统传送的多个写入指令，每一笔写入指令分别对应一笔使用者资料；根据使用者资料的大小和记忆区块中未使用的记忆页，调整写入指令的执行顺序。

本发明根据各笔写入指令对应的使用者资料的大小，做适当的执行顺序排序，藉此可达到较佳的存储空间配置、较好记忆区块释放效益以及较快的资料处理响应时间之功效。

附图说明

图1是固态硬盘的功能方块图；

图2是逻辑地址与实体地址的对应关系图；

图3是本发明的存储装置架构图；

图4A是使用者资料与写入指令对应关系图；

图4B是使用者资料的存储示意图；

图4C为无效记忆页回收作业示意图；

图5是大档案资料与小档案资料存储示意图。

具体实施方式

图3是本发明的存储装置架构图。存储装置320包括存储装置接口330、控制单元340、暂存单元350和快闪记忆体360。存储装置320通过存储装置接口330与主机接口310相连，从而可以与主机系统300进行资料交换。暂存单元350接收并存储主机系统300传来的多个指令，作为指令队列。快闪记忆体360包括多个记忆区块(即实体区块)，每个记忆区块包括至少一个记忆页(即实体记忆页)。控制单元340根据快闪记忆体360中记忆区块的配置情况，调整指令队列中指令的执行顺序。记忆区块中包含的记忆页的数目可以由用户设定，也可以根据存储装置320或主机的程序进行确定。其中，上述控制单元340与暂存单元350可包含在同一个控制器中，亦即暂存单元350为控制器本身所具有的缓存器。此外，暂存单元350也可独立于控制器外，也就是说，控制单元340即为控制器，而暂存单元350为额外设置的缓存器。

图4A是使用者资料与写入指令对应关系图。假设快闪记忆体360的一个记忆区块包含五个记忆页。若主机系统300依序传送五笔写入指令1至5，以及与该些写入指令对应的使用者资料1至5到存储装置320。若控制单元340依写入指令的顺序执行写入作业，那使用者资料3将被分割存储于记忆区块0和记忆区块1。依序写完使用者资料1与2后，记忆区块0将剩余两个记忆页，不够存储写入指令3对应的使用者资料3。因此，控制单元340通过逻辑-实体地址对应表，根据指令队列中各笔写入指令的地址与对应使用者资料的长度，在指令队列中找其它写入指令，而该笔写入指令所要写的使用者资料须小于记忆区块0剩下的存储空间。也就是说控制单元340检查指令队列中其它写入指令所要写入的使用者资料是否可完整的写入到记忆区块0剩下的存储空间，若找到一笔写入指令所要写的使用者资料可以被记忆区块0剩下的存储空间容纳的话，则优先执行该笔写入指令。

图4B为使用者资料的存储示意图。承前述，由于记忆区块0上剩余的记忆页3与4，可以存储使用者资料4与5，于是控制单元340便于指令队列中将与该两笔资料对应的写入指令4与5排到写入指令3前先执行。所以使用者资料4与5便分别被配置到记忆区块0上的记忆页3与4，然后更新逻辑-实体地址对应表上的逻辑与实体地址的对应关系。在执行完写入指令4与5后，记忆区块0上的存储空间皆已填满使用者资料。所以接着执行写入指令3时，将于快闪记忆体360上再挑选一个已抹除的记忆区块来存储使用者资料3。于是控制单元340将使用者资料3写入记忆区块1的记忆页0至3，并更新逻辑-实体地址对应表，如此使用者资料3可存储于同一个记忆区块中。

承前述，在执行写入指令3后，记忆区块1剩下一个记忆页的存储空间。所以若接下来的写入资料大于一个记忆页的空间，控制单元340便暂缓处理该笔写入指令，而先执行指令队列中写入资料小于或等于一个记忆页的写入指令，然后再执行先前暂缓执行的写入指令。

图4C为无效记忆页回收作业示意图。假设使用者资料N写入记忆区块1的记忆页4，以及使用者资料3因为被更新或是被删除，所以记忆区块1的记忆页0至3便成为无效的记忆页。控制单元340在执行无效资料回收作业时，需要在快闪记忆体360中挑选包含较多无效资料的记忆区块。若挑到记忆区块1，则控制单元340将记忆区块1的记忆页4中的使用者资料N复制到已抹除的记忆区块2的记忆页0中，然后更新逻辑-实体地址对应表，以及抹除记忆区块1，释放出记忆区块2上记忆页1至4的存储空间。由此可看到同一笔使用者资料记录于同一记忆区块的好处，当该笔资料被无效时，无效的使用者资料会集中产生于一记忆区块中，有利于控制单元340搜寻包含较多无效资料的记忆区块，提高无效资料回收作业的效益。

本发明的方法除了提高无效资料回收效益外，因为可提前处理部份小的使用者资料，所以还可加快存储装置320处理小资料时的响应主机系统300的时间，藉此提升存储装置320的工作效能。

本发明再提供另一指令执行顺序排序的方法。快闪记忆体360中的记忆区块包括用于存储大档案资料的大档案记忆区块，以及用于存储小档案资料的小档案记忆区块。若大档案记忆区块的存储空间不足以存储下笔大档案资料的时候，即可如前述方法将适当大小的写入资料填入该记忆区块中剩余的存储空间。而档案资料的大小可透过一预设值来定义，从而将大部分的大档案资料与小档案资料分别存储于不同的记忆区块中。

图5是大档案资料与小档案资料存储示意图。主机系统300依序传送使用者资料1至7到控制单元340，其中使用者资料1、3、4、6与7的大小均为一个记忆页，使用者资料2的大小为三个记忆页，使用者资料5的大小为两个记忆页。若控制单元340设定资料大小预设值为一个记忆页资料的大小，则使用者资料大于一个记忆页的为大档案资料，反之则为小档案资料。因此控制单元340在处理使用者资料1至7时，将小档案资料1、3、4、6与7存储在快闪记忆体360的记忆区块M中，而将大档案资料2、5存储在快闪记忆体另一记忆区块N中。

另外，执行指令的顺序可以有两种排序方法。第一种指令排序方法：根据控制单元340当下在存取的记忆区块的类型来决定。也就是当控制单元340正在存取小档案记忆区块时，则重新排序指令队列，优先执行小档案资料的写入指令。另一方面，若控制单元340正在存取大档案记忆区块时，便重新排序指令队列，优先执行大档案资料的写入指令。

如图5，控制单元340先收到使用者资料1，并将使用者资料写入记忆区块M。后续于指令队列中将后续资料重新排序，先执行小档案资料的写入指令。所以控制单元340便依序将使用者资料3、4、6与7写入记忆区块M，控制单元340写完使用者资料7后，再将属于大档案资料的使用者资料2与5写入记忆区块N中。

反之，若控制单元340正在存取的是大档案记忆区块，则可优先处理大档案资料的写入指令，直到该记忆区块的存储空间小于下一笔写入指令所对应的使用者资料。此时，可于指令队列中挑选一适当大小的写入资料(可为大档案资料与小档案资料)，写入剩余的存储空间。

第二种指令排序方法：优先执行小档案资料的写入指令，藉此加快存储装置320响应主机系统300的时间。承前述，主机系统300依序传送写入使用者资料1至7的写入指令，于是控制单元340便先执行属于小档案资料的使用者资料1、3、4、6、7的写入指令，将使用者资料1、3、4、6、7依序写入快闪记忆体360的一个记忆区块，然后再处理使用者资料2和5的写入指令，将使用者资料2和5写入另一记忆区块。

综上所述，本发明根据各笔写入指令对应的使用者资料长度，调整指令执行顺序，藉此可达到较佳的存储空间配置、较好记忆区块释放效益以及较快的资料处理响应时间之功效。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种存储装置，连接于主机系统，其特征在于，该存储装置包含：

快闪记忆体，包含多个记忆区块，每个该记忆区块分别包含多个记忆页；

暂存单元，接收并存储该主机系统传送的多个写入指令，每一笔该写入指令分别对应一笔使用者资料；及

控制单元，耦接该暂存单元与该快闪记忆体，根据该使用者资料的大小和该记忆区块中未使用的该记忆页，调整该写入指令的执行顺序。

2.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，该控制单元比对该使用者资料与预设值，大于该预设值为大档案资料，小于该预设值为小档案资料，并根据该记忆区块存储的资料类型，将该些记忆区块分为用于存储该小档案资料的小档案记忆区块，与用于存储该大档案资料的大档案记忆区块。

3.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，该控制单元根据正存取的该记忆区块的类型而调整该写入指令的执行顺序，若正在执行该小档案记忆区块的该写入指令，则调整该写入指令的执行顺序为优先执行该小档案资料的该写入指令；若正在执行该大档案记忆区块的该写入指令，则调整该写入指令的执行顺序为优先执行该大档案资料的该写入指令。

4.如权利要求2所述的存储装置，其特征在于，该控制单元优先执行该小档案资料所对应的该写入指令。

5.如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，该控制单元根据该记忆区块中未使用的记忆页，选择小于等于该些未使用的记忆页的该使用者资料，而优先执行该使用者资料所对应的该写入指令。

6.一种资料处理方法，应用于存储装置，该存储装置连接于主机系统，该存储装置包含多个记忆区块，每个该记忆区块均包含多个记忆页，该资料处理方法包含下列步骤：

接收并存储该主机系统传送的多个写入指令，每一笔该写入指令分别对应一笔使用者资料；及

根据该使用者资料的大小和该记忆区块中未使用的该记忆页，调整该写入指令的执行顺序。

7.如权利要求6所述的资料处理方法，其特征在于，所述的资料处理方法还包含下列步骤：

比对该使用者资料与预设值，大于该预设值为大档案资料，小于预设值为小档案资料；及根据该记忆区块存储的资料类型，将该些记忆区块分为用于存储该小档案资料的小档案记忆区块，与用于存储该大档案资料的大档案记忆区块。

8.如权利要求7所述的资料处理方法，其特征在于，其中调整该写入指令的执行顺序的步骤，还包含下列步骤：

根据当前存取的该记忆区块的类型，调整该写入指令的执行顺序；

若当前正写入该使用者资料至该小档案记忆区块，调整该写入指令的执行顺序为优先写入该小档案资料；及

若当前正写入该使用者资料至该大档案记忆区块，调整该写入指令的执行顺序为优先写入该大档案资料。

9.如权利要求7所述的资料处理方法，其特征在于，其中调整该写入指令的执行顺序的步骤，还包含下列步骤：

调整该写入指令执行顺序为优先写入该小档案资料。

10.如权利要求6所述的资料处理方法，其特征在于，所述的资料处理方法还包含下列步骤：根据该记忆区块中未使用的记忆页，选择小于等于该些未使用的记忆页的该使用者资料，而优先执行该使用者资料所对应的该写入指令。

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