CN105320466A - 固态硬盘安排操作的方法 - Google Patents
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Abstract
一种固态硬盘安排操作的方法,接收主机的存取操作,暂存存取操作,以短操作时间型态的存取操作优先处理,重新排列存取操作,分送至各闪存平行处理相同型态的存取操作,将处理存取操作的数据送至主机,以提高操作效能。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态硬盘,特别是涉及固态硬盘处理主机存取操作,对各闪存重新安排执行操作顺序的方法。
背景技术
固态硬盘(SolidStateDrive,简称SSD)由数个与非门闪存(NANDFlashMemory)整合成为单一储存装置。由于固态硬盘利用半导体变换电压存储的特性,传输数据非常快速,已成为大量信息储存的消费主流产品。
如图1所示的是现有技术固态硬盘数据传输的流程。现有技术固态硬盘由主机10发出数据的存取操作,由固态硬盘控制器11接收存取操作,并暂存在缓冲存储器12,再由固态硬盘控制器11依据接收存取操作的顺序,经各闪存14各自的先进先出(FirstInFirstOut,简称FIFO)管道,形成存取操作信道13a传送至各闪存14,各闪存14根据存取操作的顺序执行存取操作,将闪存14储存的数据,按照存取操作的指令进行处理数据,再由其先进先出管道传输处理数据,形成数据信道13b,依序送至主机10。因此,固态硬盘具有多个闪存14的先进先出管道,同时处理存取操作,可提高执行操作的效率。
然而,固态硬盘只要任一存取操作执行产生延迟,执行该存取操作的闪存受限于先进先出管道,后续未处理的存取操作也需静待处理,而主机也跟着延迟处理。此外,固态硬盘将相关的数据,随机分配储存在不同的闪存,纵使其它闪存已将处理数据送至主机,主机也需等待接收完闪存延迟处理的数据,才能进行处理,不仅引起主机效能的降低,更导致固态硬盘丧失高传输速度的特性。因此,固态硬盘在安排执行操作的方法上,仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态硬盘安排操作的方法,根据存取操作的型态,以短操作时间的操作型态为优先,重新排列闪存存取操作的顺序,以提高操作效能。
为了达到前述发明的目的,本发明固态硬盘安排操作的方法,接收主机的存取操作;暂存存取操作;以短操作时间型态的存取操作优先处理,重新排列存取操作;分送至各闪存处理存取操作;将处理存取操作的数据送至主机。
本发明另一目的是提供一种固态硬盘安排操作的方法,通过在各闪存平行处理相同型态的操作,减少主机等待时间,以加速主机的操作。
为了达到前述发明的目的,本发明固态硬盘安排操作的方法,接收主机的存取操作,暂存在固态硬盘的缓冲存储器,根据读取、修改、写入及擦除操作由短至长的操作时间顺序,重新排列存取操作,经先进先出管道分送至各闪存,由各闪存平行处理相同型态的存取操作,将处理存取操作的数据经先进先出管道送至主机。
附图标记
图1是现有技术固态硬盘数据传输的流程图。
图2是本发明使用的固态硬盘的结构图。
图3是本发明对不同安排操作效能的比较图。
图4是本发明固态硬盘安排操作的示意图。
图5是本发明固态硬盘安排操作的方法的流程图。
附图符号说明
20主机
21处理器
22动态随机内存
30固态硬盘
31控制器
32缓冲存储器
33先进先出管道
33a操作信道
33b数据信道
34闪存
具体实施方式
有关本发明为实现上述目的,所采用的技术手段及其功效,列举优选实施例,并结合附图加以说明如下。
请参阅图2,为本发明使用的公知固态硬盘的系统结构。其中主机20设置处理器21发送存取操作,且设有动态随机内存(DRAM)22暂存存取的数据备用。本发明的固态硬盘30连接主机10,固态硬盘30内设控制器31配合缓冲存储器32,控制由多个先进先出管道33一对一对应连接的多个闪存34,整合成为单一储存装置,作为主机的主要数据储存装置。本实施例虽以固态硬盘30包含第0至3个等4个闪存34为例说明,但包含且不限于4个闪存34,可依需要增减闪存34的数量调整存储器容量。
固态硬盘30的控制器31接收主机20的存取操作,暂存在缓冲存储器32,依序分配处理存取操作的存储器单元34,经各自的先进先出管道33,将存取操作分送至各闪存34。各闪存34依存取操作的顺序进行数据处理。闪存34具有数据区(DataArea)及备用区(SpareArea),每区各包含多个实体区块(Block),实体区块包含多个实体页,且以实体区块为单位进行擦除数据。闪存34操作时,由数据区的数据实体区块,读取(Read,简称R)实体页的数据,经由各自的先进先出管道33送出至动态随机内存22,供主机20备用,主机20修改(Modify,简称M)数据数据后,固态硬盘30在备用区选取一备用实体区块,再将修改数据写入(Write,简称W)备用实体区块的实体页,形成数据区的新数据实体区块,并更新逻辑-实体对照表。然后登录废弃原数据实体区块的逻辑页,以待擦除(Erase,简称E)废弃的数据实体区块,形成备用实体区块回收再利用。因此,主机20对固态硬盘30的存取操作,一般为指令固态硬盘30对闪存34进行读取(R)、修改(M)、写入(W)及擦除(E)数据等型态的操作。
如图3所示,为本发明对不同安排操作效能的比较图。本发明比较读取(R)、修改(M)、写入(W)及擦除(E)等操作型态的操作时间,读取操作通常读取多个实体页的数据,所需时间最短,约需75微秒(μs)。而写入操作须数据转换格式及分配写入的闪存34,操作时间比读取操作长,约需1300μs。因修改操作包含读取、修正及写入操作,操作时间约需1390μs。至于擦除操作需对整个数据实体区块的数据进行擦除,操作时间最长约需3000μs。由于固态硬盘的相关的数据分散储存在各闪存34,主机20必须等待各闪存34将相关的数据全部读出时,才能开始处理该相关的数据,否则必须等待,而等待时间的长短直接影响主机的效能。因此,为了避免操作时间长的操作,因先进先出管道阻碍后续的操作,本发明采取重新排列存取操作,以短操作时间型态的存取操作优先处理,以减少主机等待时间。
举具体数据说明,假如本发明固态硬盘接收主机对一闪存的存取操作序列A为擦除(E)、修改(M)、写入(W)、读取(R)操作,本发明将存取操作序列A,以短操作时间型态的操作优先处理,重新安排顺序为存取操作序列B为读取(R)、修改(M)、写入(W)、擦除(E)操作,比较两者处理完存取操作序列主机需要等待时间。首先将存取操作序列A送至闪存34的先进先出管道33的操作信道33a,闪存34依序先处理擦除操作,最后由先进先出管道33的数据管道33b送出通知主机完成的操作时间3000μs,主机也同样等待时间3000μs,才能接收完擦除操作处理的数据。接着处理修改操作,除了操作时间1390μs,因受先进先出管道33的限制,主机尚须加上等待擦除的操作时间3000μs,如图3底线显示,主机共计等待时间3000μs+1390μs=4390μs,才能接收完修改操作处理的数据。同样处理写入操作,除了操作时间1300μs,因受先进先出管道33的限制,主机尚须加上等待擦除的操作时间3000μs及修改操作1390μs,主机共计等待时间3000μs+1390μs+1300=5690μs,才能接收完写入操作处理的数据。同样处理读取操作,除了操作时间75μs,因受先进先出管道33的限制,主机尚须加上等待擦除的操作时间3000μs、修改操作时间1390μs及写入操作时间1300μs,主机共计等待时间3000μs+1390μs+1300+75=5765μs,才能接收完读取操作处理的数据。因此处理完成存取操作序列A,固态硬盘的操作时间共计3000μs+1390μs+1300μs+79μs=5765μs,而主机等待时间共计3000μs+4390μs+5690μs+5765μs=18845μs。
同样将本发明重新安排的存取操作序列B送至闪存34,依序先处理读取操作,最后由先进先出管道33的数据管道33b送出通知主机完成的操作时间75μs,主机也同样等待时间75μs,才能接收完读取操作处理的数据。同样处理写入操作,除了操作时间1300μs,主机尚须加上等待读取的操作时间75μs,主机共计等待时间75μs+1300μs=1375μs,才能接收完写入操作处理的数据。处理修改操作,除了操作时间1390μs,主机尚须加上等待读取及写入的操作时间,主机共计等待时间75μs+1300μs+1390μs=2765μs,才能接收完修改操作处理的数据。处理擦除操作,除了操作时间3900μs,主机尚须加上等待读取、写入及修改的操作时间,主机共计等待时间75μs+1300μs+1390μs+3900μs=5765μs,才能接收完擦除操作处理的数据。因此处理完成存取操作序列B,固态硬盘的操作时间共计3000μs+1390μs+1300μs+79μs=5765μs,而主机等待时间共计75μs+1375μs+2765μs+5765μs=9780μs。虽然存取操作序列A与存取操作序列B的固态硬盘的操作时间同为5765μs,但重新排序后存取操作序列B的主机等待时间9780μs,与存取操作序列A的主机等待时间18845μs相比,约减少一半的等待时间,而可大幅提高主机的效能。
如图4所示,为本发明固态硬盘安排操作的示意图。例如本发明固态硬盘接收主机的存取操作序列C为E0-R2-M0-R1-W0-R3-W2-R0-E1-W1-E2-M2,其中操作后标的数字,代表存取操作的闪存。根据公知固态硬盘依序处理存取操作,存取操作将由固态硬盘送至闪存0-3,如图4中虚线所示排列。其中显示纵使闪存1-3能在很快处理出短操作时间的读取操作R1-R2-R3,读出相关数据送至主机,主机也必须等待闪存0先处理完长操作时间的E0-M0-W0操作,才能接收完读取的相关数据,导致主机延迟处理读取数据。同样情况也发生在后续操作W0-W2,受操作E1的阻碍,等待W1,以及操作M0,受操作E2的阻碍,等待M2,导致主机延迟处理数据。
经过本发明采取以短操作时间型态的操作优先处理的原则,根据读取(R)、修改(M)、写入(W)、擦除(E)操作型态的顺序,重新排列存取操作序列C’为R0-R1-R2-R3-W0-W1-W2-M0-M2-E0-E1-E2,由固态硬盘送至闪存0-3,排列如图4中黑实线所示。首先读取操作R0-R1-R2-R3,可在第一时间由各闪存0-3平行处理读取数据至主机,主机仅需等待一读取的操作时间75μs,就可完成处理读取数据,同样写入操作W0-W1-W2也可由各闪存0-2平行处理,主机等待一写入的操作时间1300μs,就可完成处理写入数据。修改操作M0-M2也可由各闪存0,2平行处理,主机仅需等待一修改的操作时间1390μs,就可完成处理修改数据。擦除操作E0-E1-E2也可由各闪存0-3平行处理,主机仅需等待一擦除的操作时间3900μs,就可完成处理擦除数据。让主机在各型态操作减少等待,以提高执行效能。
如图5所示,为本发明固态硬盘安排操作的方法的流程图。本发明固态硬盘安排操作的方法的详细步骤说明如下:在步骤S1,接收主机的存取操作;在步骤S2,暂存存取操作在缓冲存储器;步骤S3,以短操作时间型态的存取操作优先处理原则,根据读取(R)、修改(M)、写入(W)、擦除(E)操作型态顺序,重新排列存取操作;进入步骤S4,经先进先出管道分送至各闪存;步骤S5,由各闪存平行处理相同型态的存取操作;最后进入步骤S6,将处理存取操作的数据经先进先出管道送至主机。
由前述的步骤,本发明固态硬盘安排操作的方法,就可根据存取操作,以短操作时间型态的操作为优先,重新排列闪存的存取操作顺序,经由先进先出的管道,分送至各闪存,平行处理相同型态的操作,减少主机等待时间,以提高操作效能
以上所述仅为用以方便说明本发明的优选实施例,本发明的范围不限于这些优选实施例,凡依本发明所做的任何变更,在不脱离本发明的精神的范围内,均落入本发明申请专利的范围。
Claims (6)
1.一种固态硬盘安排操作的方法,其步骤包含:
接收主机的存取操作;
暂存存取操作;
以短操作时间型态的存取操作优先处理,重新排列存取操作;
分送至各闪存处理存取操作;以及
将处理存取操作的数据送至主机。
2.如权利要求1所述的固态硬盘安排操作的方法,其中存取操作暂存在固态硬盘的缓冲存储器。
3.如权利要求1所述的固态硬盘安排操作的方法,其中,存取操作由短至长的操作时间顺序为读取、修改、写入及擦除操作。
4.如权利要求1所述的固态硬盘安排操作的方法,其中存取操作经先进先出管道分送至各闪存。
5.如权利要求1所述的固态硬盘安排操作的方法,其中各闪存平行处理相同型态的存取操作。
6.如权利要求1所述的固态硬盘安排操作的方法,其中该处理存取操作的数据经先进先出管道送至主机。
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