CN110858126A - 数据存储设备及其操作方法和具有该设备的存储系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数据存储设备，该数据存储设备包括：存储装置，被配置成包括至少一个管芯，该管芯包括多个平面，其中多个平面中的每一个包括一组多个存储块，每个存储块包括由多个存储器单元配置的多个页面；以及控制器，被配置成：根据从主机设备接收的请求来控制将数据输入到存储装置和从存储装置输出数据，从主机设备接收多个读取请求，该读取请求包括各自的访问地址和访问大小，从多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化，并且为配对读取请求中的每一对确定读取选项。

Description

数据存储设备及其操作方法和具有该设备的存储系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月23日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2018-0098485的韩国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
各个实施例总体可涉及一种半导体集成设备，且更特别地，涉及一种数据存储设备、数据存储设备的操作方法以及具有该数据存储设备的存储系统。
背景技术
各种设备中的任何一种可联接到主机设备，并根据主机设备的请求执行数据输入/输出操作。存储设备可采用各种存储介质来存储数据。
存储设备可包括被配置成将数据存储在诸如硬盘驱动器(HDD)的磁盘中的设备和被配置成将数据存储在诸如固态驱动器(SDD)或存储卡的半导体存储器装置(特别是非易失性存储器装置)中的设备。
采用闪速存储器的存储介质具有容量大、非易失性、成本低、功耗低和数据处理速率高的优点。
存储介质的性能可取决于高数据存储容量和高数据处理速率。
发明内容
在本公开的实施例中，一种数据存储设备可包括：存储装置，被配置成包括至少一个管芯，该管芯包括多个平面，其中多个平面中的每一个包括一组多个存储块，每个存储块包括由多个存储器单元配置的多个页面；以及控制器，被配置成：根据从主机设备接收的请求来控制将数据输入到存储装置和从存储装置输出数据，从主机设备接收包括各自的访问地址和访问大小的多个读取请求，从多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化，并且为配对读取请求中的每一对确定读取选项。
在本公开的实施例中，一种数据存储设备可包括：存储装置，包括多个平面；以及控制器，被配置成：响应于读取请求，同时从多个平面中的多个页面中读出数据，其中读取请求包括访问地址和访问大小，并且从多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域的大小最小化，其中，对于每一对配对读取请求，基于待在一次读取操作中访问的区域的大小，从第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项之中确定读取选项。
在本公开的另一实施例中，一种数据存储设备的操作方法，该数据存储设备包括：存储装置，被配置成包括多个平面；以及控制器，被配置成根据从主机设备传输的请求控制将数据输入到存储装置/从存储装置输出数据，该方法可包括：从主机设备接收包括各自的访问地址和访问大小的多个读取请求；通过将多个读取请求配对来生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化；并且为配对读取请求中的每一对确定读取选项。
在本公开的实施例中，一种存储系统可包括：主机设备；以及数据存储设备，该数据存储设备包括：存储装置，被配置成包括多个平面；以及控制器，被配置成根据从主机设备传输的请求来控制与存储装置的数据交换，其中控制器被配置成：从主机设备接收分别包括访问地址和访问大小的多个读取请求，从多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化，并且为配对读取请求中的每一对确定读取选项。
在本公开的另一实施例中，一种操作方法可包括：对多个读取请求之中的请求进行配对，这些请求具有在多个访问大小范围之中的一个范围内的各自的访问大小并且是针对单个管芯内的不同平面；并且根据配对的请求，控制存储器装置同时从不同的平面读取数据，其中对于每一对配对读取请求，根据多个访问大小中的较大者来读取数据。
下面描述这些和其它特征、方面和实施例。
附图说明
从以下结合附图的详细描述中将更清楚地理解本公开的主题的上述和其它方面、特征和优点，其中：
图1是示出根据本公开的实施例的数据存储设备的配置的框图；
图2是示出根据本公开的实施例的存储装置的配置的示图；
图3是示出根据本公开的实施例的控制器的配置的示图；
图4是示出根据本公开的实施例的读取控制部件的配置的示图；
图5A和图5B是说明根据本公开的实施例的平面交错操作的示图；
图6是说明根据本公开的实施例的请求配对方法的示图；
图7是示出根据本公开的实施例的数据存储设备的操作方法的流程图；
图8是示出根据本公开的实施例的数据存储系统的示图；
图9和图10是示出根据本公开的实施例的数据处理系统的示图；
图11是示出包括根据本公开的实施例的数据存储装置的网络系统的示图；并且
图12是示出包括在根据本公开的实施例的数据存储装置中的非易失性存储器装置的框图。
具体实施方式
将参照附图更详细地描述本发明的各个实施例。附图是各个实施例和中间结构的示意图。这样，由于例如制造技术和/或容差而导致的图示配置和形状的变化是可预期的。因此，所描述的实施例不应被解释为受限于本文所示的特定配置和形状，而是可包括不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的配置和形状的偏差。
本文参照本发明的实施例的图示来描述本发明。然而，本发明的公开实施例和附图的细节都不应被解释为限制本发明构思。尽管示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施例中进行改变。在整个说明书中，对“实施例”、“另一实施例”等的参考不一定仅针对一个实施例，并且对任何这种短语的不同参考不一定针对相同的实施例。
图1是示出根据实施例的数据存储设备10的配置的框图。
参照图1，数据存储设备10可包括控制器110和存储装置120。
控制器110可响应于主机设备(未示出)的请求来控制存储装置120。例如，控制器110可根据主机设备的编程(写入)请求使数据能够被编程在存储装置120中。进一步地，控制器110可响应于主机设备的读取请求将写入存储装置120中的数据提供给主机设备。在实施例中，控制器110可将从主机设备传输的命令或请求存储在队列中，并且根据命令或请求的调度结果来处理命令或请求。
存储装置120可包括多个管芯120-1至120-n，并且根据控制器110的控制存储数据或输出存储在其中的数据。存储装置120可由易失性存储器装置或非易失性存储器装置来配置。在实施例中，存储装置120可使用从诸如以下的各种非易失性存储器装置中选择的存储器装置来实施：电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、NAND闪速存储器、NOR闪速存储器、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻式RAM(ReRAM)、铁电RAM(FRAM)和自旋力矩转移磁性RAM(STT-RAM)。存储装置120可包括至少一个管芯120-1至120-n。管芯120-1至120-n中的每一个可包括多个平面PL。平面PL中的每一个可包括至少一个或多个存储块，并且存储块中的每一个可具有层级结构，该层级结构包括至少一个或多个页面，页面包括多个存储器单元。例如，可以页面为单位执行读取和写入(编程)操作，并且可以块为单位执行擦除操作。可根据数据存储设备10的制造目的等来确定待读取或待写入数据的处理单位，以提高数据输入/输出(I/O)速率。进一步地，存储装置120可由单层单元(SLC)和多层单元(MLC)中的至少一个来配置，其中在单层单元(SLC)中，单个位数据(例如，1位数据)将被存储在一个存储器单元中，并且在多层单元(MLC)中，2位或更多数据将被存储在一个存储器单元中。
控制器110可控制存储装置120以根据平面交错操作或方案进行操作。根据平面交错方案，可将针对来自主机设备的请求而执行的操作(例如，读取或写入)分布在单个管芯内的不同平面之中以同时执行。在实施例中，控制器110可控制存储装置120以根据同步或同时平面交错方法或方案来执行访问操作，使得通过同时访问从相同管芯中的空闲平面中选择的存储块内具有相同偏移的页面或具有不同偏移的页面来处理具有相同大小的数据。根据同步平面交错方案，存储装置120可同时接收一对请求(例如，命令)，以访问处于空闲状态或待机状态的多个平面，或者从另一方面来说未处于忙碌状态的多个平面，并且共同且同时地处理与该对命令一起提供并具有相同大小的数据。参照图6描述对请求的配对。
控制器110可包括读取控制部件20。为了根据同步平面交错方案处理数据，读取控制部件20可通过从主机设备接收读取请求来对主机设备的读取请求进行配对，该读取请求包括存储装置120内待访问区域的地址和待访问区域的大小。在实施例中，读取控制部件20可基于包括在主机设备的读取请求中的大小来对读取请求进行配对。进一步地，读取控制部件20可确定配对读取请求的读取选项。
在实施例中，根据待在一个读取操作中访问的区域的大小，可将读取选项划分成第一读取选项FULL、第二读取选项HALF以及第三读取选项QUARTER，其中在第一读取选项FULL中，待访问的大小具有最大值，在第二读取选项HALF中，待访问的大小具有中间值，并且在第三读取选项QUARTER中，待访问的大小具有最小值。因此，待访问区域的大小越大，读取选项越高。
第一读取选项可以是通过控制器110读取具有被设置为默认值的访问大小的数据的操作模式。第二和第三读取选项可以是读取具有与默认值的一半和默认值的四分之一相对应的访问大小的数据的操作模式。
读取控制部件20可将关于不同平面的具有彼此相同读取选项的读取请求进行配对。可选地，读取控制部件20可将关于不同平面的具有彼此不同读取选项的读取请求进行配对。当将具有不同读取选项的读取请求进行配对时，读取控制部件20可对读取请求进行配对，使得待访问区域的大小最小化，并且基于配对读取请求中的较高读取选项来执行读取操作。
在另一方面，读取控制部件20可对读取请求进行配对，使得待访问区域的大小最小化，并且基于配对在一组中的读取请求的访问大小中的最大访问大小来确定读取选项。
图2是示出根据实施例的存储装置120的配置图。
参照图2，根据实施例的存储装置120可包括存储器控制逻辑121、多个平面PL1至PLk以及多个页面缓冲器PB1至PBk。平面PL1至PLk中的每一个可包括多个块BLK1至BLKj。块BLK1至BLKj中的每一个可包括多个页面PGx1至PGxm。
页面缓冲器PB1至PBk可对应于平面PL1至PLk。页面缓冲器PB1至PBk中的每一个可由包括在平面PL1至PLk的相应平面中的多个存储块BLK1至BLKj共享。例如，页面缓冲器PB1可由包括在相应平面PL1中的存储块BLK1至BLKj共享，并且可临时存储在控制器110与存储块BLK1至BLKj之间传输的数据。
存储器控制逻辑121可响应于从控制器110提供的请求来执行数据读取操作或数据写入操作。在数据读取操作中，存储器控制逻辑121可响应于从控制器110提供的读取请求，通过页面缓冲器PBx将相应存储器区域的数据输出到存储装置120的外部。在数据写入操作中，存储器控制逻辑121可响应于从控制器110提供的写入请求而将写入数据临时存储在页面缓冲器PBx中，并且然后可将页面缓冲器PBx的数据传输至相应存储器区域并将该数据存储到该相应存储器区域中。
为了以平面交错方案执行读取操作或写入操作，通过控制器110的控制，存储器控制逻辑121可同时选择通过主机设备指定并通过控制器110进行地址转换的多个目标平面，并且访问所选择目标平面的特定位置(例如，目标页面)。在以同步平面交错方案读取或写入操作期间，通过控制器110的控制，存储器控制逻辑121可同时选择处于空闲状态的多个平面，并且通过访问所选择目标平面的目标存储块内的目标页面来同时读取或写入具有相同大小的数据。
存储块BLK1至BLKj可具有彼此基本相同的配置。作为示例，存储块BLK1可包括多个页面PG11至PG1m。
页面PGx1至PGxm可以是在平面PL1至PLk中的每一个中执行读取或写入操作的存储器单位。当执行读取操作时，控制器110可在平面PL1至PLk之中选择一个或多个目标平面，并且读出存储在所选择目标平面的目标页面中的数据。存储装置120可通过多平面读取操作同时从两个或更多个目标平面内的存储块的目标页面读出数据。从目标页面读出的数据可通过相应页面缓冲器从存储装置120输出到外部装置。
存储块BLK1至BLKj中的每一个可包括各自具有设定或预定偏移的页面。例如，当存储块中的每一个中包括“m”个页面时，存储块BLK1至BLKj中的每一个可包括与从“1”到“m”的偏移相对应的页面。因此，页面的偏移可以是页面的地址。偏移可定义页面在存储块中的位置。不同存储块中的、具有相同偏移的页面可具有相应存储块的相同位置。不同存储块中的、具有相同偏移的页面可联接到相应存储块中的相同顺序的字线。
因此，控制器110可通过指定平面地址、存储块地址和偏移来指定和访问目标页面。
图3是示出根据实施例的控制器的配置的示图。
参照图3，根据实施例的控制器110可包括中央处理单元(CPU)111、主机接口113、ROM 1151、RAM 1153、存储器接口117和读取控制部件20。
CPU 111可被配置成将关于存储装置120的数据读取或写入操作所需的各种控制信息传输到主机接口113、RAM 1151和存储器接口117。在实施例中，CPU 111可根据为数据存储设备10的各种操作所提供的固件进行操作。在实施例中，CPU 111可执行诸如垃圾收集、地址映射、损耗均衡等管理存储装置120的闪存转换层(FTL)的功能，以及检测并校正从存储装置120读出的数据中的错误的功能等。
通过CPU 111的控制，主机接口113可从主机设备接收命令和时钟信号，并且提供用于控制数据输入/输出的通信通道。特别地，主机接口113可提供主机设备和数据存储设备10之间的物理连接。主机接口113可响应于主机设备的总线格式来提供与数据存储设备10的接口连接。主机设备的总线格式可包括诸如以下的标准接口协议中的至少一种：安全数字、通用串行总线(USB)、多媒体卡(MMC)、嵌入式MMC(eMMC)、个人计算机存储卡国际协会(PCMCIA)、并行高级技术附件(PATA)、串行高级技术附件(SATA)、小型计算机系统接口(SCSI)、串列SCSI(SAS)、外围组件互连(PCI)、高速PCI(PCI-E)和通用闪存(UFS)。
ROM 1151可存储程序代码，例如控制器110的操作所需的固件或软件，并且存储程序代码所使用的代码数据等。
RAM 1153可存储控制器110的操作所需的数据或通过控制器110生成的数据。
存储器接口117可提供用于在控制器110与存储装置120之间交换信号的通信通道。存储器接口117可根据CPU 111的控制将临时存储在缓冲存储器中的数据写入存储装置120中。存储器接口117可将从存储装置120读出的数据传输到缓冲存储器并将该数据临时存储在缓冲存储器中。
为了根据同步平面交错方案处理数据，读取控制部件20可通过从主机设备接收读取请求来存储包括待在存储装置120内访问的地址和大小的读取请求，并且对主机设备的读取请求进行配对。在实施例中，读取控制部件20可基于包括在主机设备的读取请求中的大小来对读取请求进行配对，以便访问最小的区域。进一步地，读取控制部件20可为配对的读取请求确定第一至第三读取选项之中的一个。在实施例中，读取控制部件20可基于配对读取请求的最大访问大小来确定读取选项。
在实施例中，读取控制部件20可对来自主机设备的多个读取请求之中的两个进行配对，并且基于配对读取请求的大小来确定读取选项。如上所述，根据待同时访问的页面的大小，可将读取选项划分成第一读取选项FULL、第二读取选项HALF和第三读取选项QUARTER，其中第一读取选项FULL具有对应于默认值的访问大小，第二读取选项HALF用于访问对应于默认值的一半的区域，并且第三读取选项QUARTER用于访问对应于默认值的四分之一的区域。读取控制部件20可对读取请求进行配对，并且根据包括在配对读取请求中的读取请求的访问大小来确定第一至第三读取选项之中的一个，使得待访问区域和读取延迟都被最小化。
例如，读取控制部件20可基于包括在主机设备的读取请求中的访问大小来对读取请求进行配对。读取控制部件20可基于被配对在一组中的读取请求的访问大小中的最大访问大小来确定读取选项。
图4是示出根据实施例的读取控制部件20的配置图。
参照图4，读取控制部件20可包括请求管理器210、请求队列220、配对部件230、描述符队列240、模式确定部件250和读取处理部件260。
请求管理器210可以从主机设备接收的读取请求的输入顺序将读取请求存储在请求队列220中。主机设备的读取请求可包括逻辑地址和访问大小。可通过控制器110将包括在主机设备的读取请求中的逻辑地址转换为物理地址，并且可将该物理地址提供给请求管理器210。在实施例中，物理地址可包括平面地址、块地址和页面的偏移。请求管理器210可从请求队列220中删除完成处理的请求。
配对部件230可根据存储装置120的操作状态来搜索包括在请求队列220中的读取请求，并且将针对相同管芯中的不同平面的读取请求进行配对。在实施例中，配对部件230可将配对读请求存储在描述符队列240中。
在实施例中，配对部件230可基于包括在主机设备的读取请求中的访问大小来对读取请求进行配对。稍后将参照图6描述对请求的配对。
包括在主机设备的读取请求中的访问大小可落入以下三种情况中的任何一种中：
情况1：访问大小小于设置为默认值的访问大小的四分之一(即，小于第三读取选项QUARTER的值)；
情况2：访问大小大于设置为默认值的访问大小的四分之一并且小于设置为默认值的访问大小的一半(即，处于第三读取选项QUARTER的访问大小的值和第二读取选项HALF的访问大小的值之间)；以及
情况3：访问大小大于设置为默认值的访问大小的一半(即，大于第二读取选项HALF的访问大小的值)。
因此，可根据这三种情况来确定将进行配对的目标请求及其读取选项。
配对部件230可根据排队在请求队列220中的读取请求的访问大小来识别读取请求的读取选项，并且将具有相同读取选项的读取请求进行配对。
当排队的读取请求不具有相同的读取选项时，配对部件230可将不具有相同读取选项的读取请求进行配对，使得配对读取请求的访问区域最小化，从而防止不必要的读取操作。
例如，可利用第三读取选项来执行针对情况1中的读取请求的读取操作，可利用第二读取选项来执行针对情况2中的读取请求的读取操作，并且可利用第一读取选项来执行针对情况3中的读取请求的读取操作。因此，在读取延迟方面，通过将情况1中的读取请求与情况2中的读取请求进行配对来利用第二读取选项执行读取操作比通过将情况1中的读取请求与情况3中的读取请求进行配对来利用第一读取选项执行读取操作更为有利。
因此，当排队的读取请求不具有相同的读取选项时，配对部件230可对读取请求进行配对，使得待访问区域最小化。
模式确定部件250可确定配对读取请求的较高读取选项，并且将所确定的针对配对读取请求的读取选项存储在描述符队列240中。
读取处理部件260可通过参考描述符队列240，通过将配对读取请求和相应确定的读取选项(即，配对读取请求的较高读取选项)传输到存储装置120的存储器控制逻辑121来控制存储器控制逻辑121以执行读取操作。因此，存储器控制逻辑121可根据配对读取请求各自的读取选项来顺序地执行存储在描述符队列430中的配对读取请求。
在实施例中，当待以同步平面交错方案进行操作的所有平面都处于空闲状态时，可将配对读取请求顺序地输入到存储装置120，并且可并行地在多个平面中同时执行读取操作。
图5A和图5B是说明根据实施例的交错操作的示图。
参照图5A，数据存储设备10可同时执行关于“x”个目标平面PL1至PLx的读取操作。
目标平面PL1至PLx可包括目标存储块BLK1至BLKx，该目标存储块包括读取操作的目标页面PG1至PGx。例如，可选择关于各个目标平面PL1至PLx的各个存储块BLK1至BLKx作为目标块，并且可从各个存储块BLK1至BLKx中选择具有特定偏移的页面PG1至PGx作为目标页面。可同时访问从目标页面PG1至PGx开始的与主机设备的请求中的访问大小相对应的多个页面。例如，在读取操作中，可同时读出存储在从目标页面PG1至PGx开始的与配对的请求的访问大小相对应的页面中的数据，并且可将该数据存储在页面缓冲器PB1、PB2和PBx中。
在图5A所示的平面交错方案中，开始页面PG1至PGx可具有相同的偏移，并且可在它们各自的目标存储块BLK1至BLKx中位于相同位置。具有相同偏移的页面PG1至PGx可联接到它们各自的目标存储块BLK1至BLKx中的相同顺序的字线。
图5B是示出根据实施例的平面交错方案的另一示例的示图。
参照图5B，与图5A所示的平面交错方案不同，其目标平面PL1至PLx的目标页面PG11至PG13可具有彼此不同的偏移。具有不同偏移的目标页面PG11至PG13可在这些目标页面的目标存储块BLK1至BLKx内位于不同位置。数据存储设备10可同时访问处于空闲状态的目标平面PL1至PLx的目标页面PG11至PG13。例如，在读取操作中，可同时读取存储在目标页面PG11至PG13中的数据，并将该数据从页面缓冲器PB1、PB2和PBx输出到外部装置。
图6是示出根据实施例的请求配对方法的示图。
请求管理器210可顺序地将来自主机设备的请求存储在请求队列220中。在图6的示例中，将八个读取请求存储在请求队列220中。
当待被同时操作的平面PL0和PL1处于忙碌状态时，读取控制部件20可对读取请求进行配对并确定配对读取请求的读取选项。然后读取控制部件20可将配对读取请求及其各自的读取选项排队在描述符队列240中。当待被同时操作的平面PL0和PL1从忙碌状态转换到空闲状态或待机状态时，可根据读取选项顺序地处理被排队在描述符队列240中的配对读取请求。
参照图6，第一读取请求(Req#1)可以是通过从开始页面(偏移0)开始以访问大小(大小8)访问平面PL0(PL#0)的目标块来执行读取操作的请求。在实施例中，第一读取选项的访问大小可以是16K字节，并且在这种情况下，第一读取请求的读取选项可在第二读取选项HALF中。
待与第一读取请求配对的读取请求优选是针对另一平面，例如平面PL1的读取请求。因为在针对平面PL1的第二、第五、第六、第七和第八读取请求(Req#2、5、6、7和8)之中存在具有与第一读取请求相同的读取选项的第六读取请求，所以可将第一读取请求和第六读取请求进行配对并利用第二读取选项HALF进行处理。
类似地，待与第二读取请求配对的读取请求可以是针对平面PL0的第三和第四读取请求中的一个。在这两者中，第三读取请求具有与第二读取请求相同的读取选项，因此可将该第三读取请求与第二读取请求进行配对。然后，可利用第三读取选项QUARTER来处理配对的第二和第三读取请求。
另一方面，待与第四读取请求配对的读取请求可以是针对平面PL1的第五、第七和第八读取请求之中的一个。可利用第二读取选项HALF来处理第四读取请求，并且因为在第五、第七和第八读取请求之中不存在具有与第二读取选项HALF相同的读取选项的读取请求，所以具有高于第二读取选项HALF的读取选项的第五和第八读取请求中的任何一个，例如，对应于第一读取选项FULL的第五读取请求，可与第四读取请求进行配对。然后，可利用第一读取选项FULL来处理配对的第四和第五读取请求。
当根据对应于默认值的访问大小来执行关于具有小于默认值的访问大小的读取请求的读取操作时，读取延迟可能减少。在本公开中，通过将读取请求进行配对以访问最小区域并利用能够满足配对读取请求两者的读取选项来执行读取操作，可提高读取速度。
图7是示出根据实施例的数据存储设备的操作方法的流程图。
参照图7，当从主机设备提供读取请求时，控制器110可将读取请求存储在请求队列220中(S101)。
主机设备的读取请求可包括逻辑地址和访问大小。可通过控制器110将包括在主机设备的读取请求中的逻辑地址转换为物理地址，并且该物理地址可包括平面地址、块地址和偏移。
控制器110可搜索请求队列220中的读取请求，并将针对相同管芯的不同平面地址的读取请求进行配对，以生成一个或多个配对读取请求(S103)。在实施例中，控制器110可将配对读取请求存储在描述符队列240中。
在实施例中，控制器110可基于主机设备的读取请求中的访问大小来对读取请求进行配对。例如，控制器110可根据排队的读取请求的访问大小来划分读取请求的读取选项，并将具有相同读取选项的读取请求进行配对。当不存在具有相同读取选项的读取请求时，控制器110可将不具有相同读取选项的读取请求进行配对，使得配对读取请求的整体访问区域最小化，从而防止不必要的读取操作。
在另一方面，当不存在用于利用相同的读取选项来执行读取操作的读取请求时，控制器110可对读取请求进行配对，使得待访问区域最小化。
对于配对读取请求中的每一对，控制器110可将配对读取请求的两个读取选项中的较高者确定为最终读取选项，并且将最终读取选项存储在与该配对读取请求相匹配的描述符队列240中(S105)。
控制器110可通过参考描述符队列240，通过将配对读取请求及其各自的读取选项传输到存储装置120来控制存储装置120执行读取操作。因此，存储器控制逻辑121可根据针对存储在描述符队列240中的配对读取请求中的每一对所确定的最终读取选项来顺序地执行这些配对读取请求中的每一对(S107)。
在实施例中，当将以同步平面交错方案进行操作的所有平面都处于空闲状态时，可将配对读取请求输入到存储装置120，并且可并行地在多个平面中同时执行读取操作。
图8是示出根据实施例的数据存储系统的示图。
参照图8，数据存储系统1000可包括主机装置1100和数据存储装置1200。在实施例中，数据存储装置1200可被配置成固态驱动器(SSD)。
数据存储装置1200可包括控制器1210、多个非易失性存储器装置1220-0至1220-n、缓冲存储器装置1230、电源1240、信号连接器1101和电源连接器1103。
控制器1210可控制数据存储装置1200的一般操作。控制器1210可包括主机接口、控制部件、用作工作存储器的随机存取存储器、错误校正码(ECC)部件和存储器接口。在实施例中，控制器1210可由如图1至图4所示的包括读取控制部件20的控制器110来配置。
主机装置1100可通过信号连接器1101与数据存储装置1200交换信号。信号可包括命令、地址、数据等。
控制器1210可分析和处理从主机装置1100接收的信号。控制器1210可根据用于驱动数据存储装置1200的固件或软件来控制内部功能块的操作。
缓冲存储器装置1230可临时存储待存储在非易失性存储器装置1220-0至1220-n中的至少一个中的数据。此外，缓冲存储器装置1230可临时存储从非易失性存储器装置1220-0至1220-n中的至少一个读取的数据。根据控制器1210的控制，临时存储在缓冲存储器装置1230中的数据可被传输到主机装置1100或非易失性存储器装置1220-0至1220-n中的至少一个。
非易失性存储器装置1220-0和1220-n可用作数据存储装置1200的存储介质。非易失性存储器装置1220-0至1220-n可分别通过多个通道CH1至CHn与控制器1210联接。一个或多个非易失性存储器装置可联接到一个通道。联接到相同通道的非易失性存储器装置可联接到相同的信号总线和数据总线。
电源1240可将通过电源连接器1103输入的电力提供到数据存储装置1200内的部件。电源1240可包括辅助电源。辅助电源可提供电力以使数据存储装置1200能够在发生突然断电时正常地终止。辅助电源可包括大容量电容器。
信号连接器1101可根据主机装置1100与数据存储装置1200之间的接口方案而被配置成各种类型的连接器中的任何一种。
电源连接器1103可根据主机装置1100的供电方案而被配置成各种类型的连接器中的任何一种。
图9是示出根据实施例的数据处理系统的示图。参照图9，数据处理系统3000可包括主机装置3100和存储器系统3200。
主机装置3100可以诸如印刷电路板的板的形式来配置。虽然未示出，但主机装置3100可包括用于执行主机装置的功能的内部功能块。
主机装置3100可包括诸如插座、插槽或连接器的连接端子3110。存储器系统3200可被安装到连接端子3110。
存储器系统3200可以诸如印刷电路板的板的形式来配置。存储器系统3200可被称为存储器模块或存储卡。存储器系统3200可包括控制器3210、缓冲存储器装置3220、非易失性存储器装置3231和3232、电源管理集成电路(PMIC)3240和连接端子3250。
控制器3210可控制存储器系统3200的一般操作。控制器3210可以与如图1至图4所示的包括读取控制部件20的控制器110相同的方式来配置。
缓冲存储器装置3220可临时存储待被存储在非易失性存储器装置3231和3232中的数据。进一步地，缓冲存储器装置3220可临时存储从非易失性存储器装置3231和3232读取的数据。被临时存储在缓冲存储器装置3220中的数据可根据控制器3210的控制被传输到主机装置3100或非易失性存储器装置3231和3232。
非易失性存储器装置3231和3232可用作存储器系统3200的存储介质。
PMIC 3240可将通过连接端子3250输入的电力提供到存储器系统3200内的部件。PMIC 3240可根据控制器3210的控制来管理存储器系统3200的电力。
连接端子3250可联接到主机装置3100的连接端子3110。通过连接端子3250，诸如命令、地址、数据等信号及电力可在主机装置3100与存储器系统3200之间传输。根据主机装置3100和存储器系统3200之间的接口方案，连接端子3250可被配置成各种类型。连接端子3250可被设置在存储器系统3200上或其任何一侧中。
图10是示出根据实施例的数据处理系统的示图。参照图10，数据处理系统4000可包括主机装置4100和存储器系统4200。
主机装置4100可以诸如印刷电路板的板的形式来配置。虽然未示出，但主机装置4100可包括用于执行主机装置的功能的内部功能块。
存储器系统4200可以表面安装型封装的形式来配置。存储器系统4200可通过焊球4250安装到主机装置4100。存储器系统4200可包括控制器4210、缓冲存储器装置4220和非易失性存储器装置4230。
控制器4210可控制存储器系统4200的一般操作。控制器4210可以与如图1至图4所示的包括读取控制部件20的控制器110相同的方式来配置。
缓冲存储器装置4220可临时存储待被存储在非易失性存储器装置4230中的数据。进一步地，缓冲存储器装置4220可临时存储从非易失性存储器装置4230读取的数据。被临时存储在缓冲存储器装置4220中的数据可根据控制器4210的控制被传输到主机装置4100或非易失性存储器装置4230。
非易失性存储器装置4230可用作存储器系统4200的存储介质。
图11是示出包括根据实施例的数据存储装置的网络系统的示图。参照图11，网络系统5000可包括通过网络5500联接的服务器系统5300和多个客户端系统5410至5430。
服务器系统5300可响应于来自多个客户端系统5410至5430的请求来服务数据。例如，服务器系统5300可存储从多个客户端系统5410至5430提供的数据。再例如，服务器系统5300可将数据提供给多个客户端系统5410至5430。
服务器系统5300可包括主机装置5100和存储器系统5200。存储器系统5200可被配置成图1所示的存储器系统10、图8所示的数据存储装置1200、图9所示的存储器系统3200或图10所示的存储器系统4200。
图12是示出包括在根据实施例的数据存储装置中的非易失性存储器装置的框图。参照图12，非易失性存储器装置300可包括存储器单元阵列310、行解码器320、数据读取/写入块330、列解码器340、电压发生器350和控制逻辑360。
存储器单元阵列310可包括布置在字线WL1至WLm和位线BL1至BLn彼此交叉的区域处的存储器单元MC。
存储器单元阵列310可包括三维存储器阵列，其垂直于半导体衬底的平坦表面延伸。此外，三维存储器阵列表示包括其中存储器单元堆叠布置的NAND串的结构。
然而，三维存储器阵列的结构不限于上述布置。相反，可以具有水平方向性和垂直方向性的高度集成的方式形成存储器阵列结构。
行解码器320可通过字线WL1至WLm而与存储器单元阵列310联接。行解码器320可根据控制逻辑360的控制来进行操作。行解码器320可对从外部装置(未示出)提供的地址进行解码。行解码器320可基于解码结果来选择并驱动字线WL1至WLm。例如，行解码器320可将从电压发生器350提供的字线电压提供给字线WL1至WLm。
数据读取/写入块330可通过位线BL1至BLn而与存储器单元阵列310联接。数据读取/写入块330可包括分别对应于位线BL1至BLn的读取/写入电路RW1至RWn。数据读取/写入块330可根据控制逻辑360的控制来操作。数据读取/写入块330可根据操作模式作为写入驱动器或读出放大器来操作。例如，在写入操作中，数据读取/写入块330可用作写入驱动器，将从外部装置提供的数据存储在存储器单元阵列310中。再例如，在读取操作中，数据读取/写入块330可用作读出放大器，从存储器单元阵列310读出数据。
列解码器340可根据控制逻辑360的控制来进行操作。列解码器340可对从外部装置提供的地址进行解码。列解码器340可基于解码结果将数据读取/写入块330的、分别对应于位线BL1至BLn的读取/写入电路RW1至RWn与数据输入/输出线或数据输入/输出缓冲器联接。
电压发生器350可生成将在非易失性存储器装置300的内部操作中使用的电压。通过电压发生器350生成的电压可被施加到存储器单元阵列310的存储器单元。例如，在编程操作中生成的编程电压可被施加到待执行编程操作的存储器单元的字线。再例如，在擦除操作中生成的擦除电压可被施加到待执行擦除操作的存储器单元的阱区域。又例如，在读取操作中生成的读取电压可被施加到待执行读取操作的存储器单元的字线。
控制逻辑360可基于从外部装置提供的控制信号来控制非易失性存储器装置300的一般操作。例如，控制逻辑360可控制非易失性存储器装置300的操作，诸如非易失性存储器装置300的读取操作、写入操作和擦除操作。
尽管已经示出和描述了各个实施例，但是本领域技术人员将理解，所描述的实施例仅为示例。因此，本文描述的数据存储装置、数据存储装置的操作方法以及包括数据存储装置的存储系统不应基于所述实施例而受到限制。
本发明的上述实施例旨在说明而非限制本发明。本领域技术人员根据本公开将认识到，各种替代方案和等同方案是可行的。本发明不限于本文所述的实施例。本发明也不限于任何特定类型的半导体器装置。本发明包括落入所附权利要求范围内的任何和所有添加、减少或修改。

Claims (24)

1.一种数据存储设备，包括：
存储装置，包括至少一个管芯，所述管芯包括多个平面，其中所述多个平面中的每一个包括一组多个存储块，每个存储块包括多个页面，所述页面包括多个存储器单元；以及
控制器：
根据从主机设备接收的请求来控制将数据输入到所述存储装置和从所述存储装置输出数据，
从所述主机设备接收多个读取请求，所述多个读取请求包括各自的访问地址和访问大小，
从所述多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化，并且
为所述配对读取请求中的每一对确定读取选项。
2.根据权利要求1所述的数据存储设备，
其中根据待在一次读取操作中访问的所述区域的大小，从第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项之中确定所述读取选项，并且
其中针对所述配对读取请求中的每一对，所述控制器将与该对读取请求中具有较大访问大小的读取请求相对应的读取选项确定为所述配对读取请求的所述读取选项。
3.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制器通过将关于不同平面的、具有相同读取选项的读取请求进行配对来生成所述一对或多对配对读取请求。
4.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中根据所述配对读取请求中的读取请求的访问大小的最大值来确定所述配对读取请求的访问大小。
5.根据权利要求4所述的数据存储设备，其中所述控制器将关于不同平面的、具有不同读取选项的读取请求进行配对，使得所述配对读取请求的所述访问大小最小化，并且基于所述配对读取请求中的读取请求的访问大小中的最大访问大小来确定所述读取选项。
6.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中从第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项之中确定所述读取选项，其中所述第一读取选项用于对与被设置为默认值的访问大小相对应的区域执行读取操作，所述第二读取选项用于对与所述默认值的一半相对应的区域执行读取操作，并且所述第三读取选项用于对与所述默认值的四分之一相对应的区域执行读取操作。
7.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中当待被同时操作的所有平面处于空闲状态时，所述控制器将所述配对读取请求提供给所述存储装置。
8.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制器通过同时访问关于存储块的、具有彼此相同的偏移的页面或具有彼此不同的偏移的页面来输入或输出具有相同大小的数据，所述存储块从处于空闲状态的多个平面中选择。
9.一种数据存储设备，包括：
存储装置，包括多个平面；以及
控制器：
响应于读取请求，从所述多个平面中的多个页面中同时读出数据，其中所述读取请求包括访问地址和访问大小，并且
从多个读取请求之中生成一个或多个配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域的大小最小化，其中，对于每一对配对读取请求，基于待在一次读取操作中访问的所述区域的大小，从第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项之中确定读取选项。
10.根据权利要求9所述的数据存储设备，其中针对所述配对读取请求中的每一对，所述控制器将与该对读取请求中具有较大访问大小的读取请求相对应的读取选项确定为所述配对读取请求的所述读取选项。
11.根据权利要求9所述的数据存储设备，其中当待被同时操作的所有平面处于空闲状态时，所述控制器进一步将所述配对读取请求提供给所述存储装置。
12.一种数据存储设备的操作方法，所述数据存储设备包括存储装置以及控制器，所述存储装置包括多个平面，所述控制器根据从主机设备传输的请求来控制与所述存储装置的数据交换，所述方法包括：
从所述主机设备接收多个读取请求，所述多个读取请求包括各自的访问地址和访问大小；
通过对所述多个读取请求进行配对来生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化；并且
为所述配对读取请求中的每一对确定读取选项。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中根据待在一次读取操作中访问的所述区域的大小，将所述读取选项划分为第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项，并且
其中确定所述读取选项包括：针对所述配对读取请求中的每一对，将与该对读取请求中具有较大访问大小的读取请求相对应的读取选项确定为所述配对读取请求的所述读取选项。
14.根据权利要求12所述的方法，其中通过对关于不同平面的、具有相同读取选项的读取请求进行配对来实施生成所述一对或多对配对读取请求。
15.根据权利要求12所述的方法，其中根据所述配对读取请求中的读取请求的访问大小的最大值来确定所述配对读取请求的访问大小。
16.根据权利要求15所述的方法，
其中生成所述配对读取请求包括：对关于不同平面的、具有不同读取选项的读取请求进行配对，使得所述配对读取请求的所述访问大小最小化，并且
确定所述读取选项包括：基于所述配对读取请求中的读取请求的访问大小中的最大访问大小来确定所述读取选项。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述读取选项包括：第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项，其中所述第一读取选项用于对与被设置为默认值的访问大小相对应的区域执行读取操作，所述第二读取选项用于对与所述默认值的一半相对应的区域执行读取操作，并且所述第三读取选项用于对与所述默认值的四分之一相对应的区域执行读取操作。
18.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：当待被同时操作的所有平面处于空闲状态时，将所述配对读取请求提供给所述存储装置。
19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：通过同时访问关于存储块的、具有彼此相同的偏移的页面或具有彼此不同的偏移的页面来输入或输出具有相同大小的数据，所述存储块从处于空闲状态的多个平面中选择。
20.一种存储系统，包括：
主机设备；以及
数据存储设备，包括：
存储装置，包括多个平面，以及
控制器，根据从所述主机设备传输的请求来控制与所述存储装置的数据交换，
其中所述控制器：
从所述主机设备接收分别包括访问地址和访问大小的多个读取请求，
从所述多个读取请求之中生成一对或多对配对读取请求，使得待在一次读取操作中访问的区域最小化，并且为所述配对读取请求中的每一对确定读取选项。
21.根据权利要求20所述的存储系统，
其中根据待在一次读取操作中访问的所述区域的大小，从第一读取选项、第二读取选项和第三读取选项之中确定所述读取选项，并且
其中针对所述配对读取请求中的每一对，所述控制器将与该对读取请求中具有较大访问大小的读取请求相对应的读取选项确定为所述配对读取请求的所述读取选项。
22.根据权利要求21所述的存储系统，其中当待被同时操作的所有平面处于空闲状态时，所述控制器将所述配对读取请求提供给所述存储装置。
23.根据权利要求21所述的存储系统，其中所述控制器进一步通过同时访问关于存储块的、具有彼此相同的偏移的页面或具有彼此不同的偏移的页面来输入或输出具有相同大小的数据，所述存储块从处于空闲状态的多个平面中选择。
24.一种存储器系统的操作方法，所述方法包括：
对多个读取请求之中的请求进行配对，所述请求具有在多个访问大小范围之中的一个范围内的各自的访问大小并且是针对单个管芯内的不同平面；并且
根据所配对的请求，控制存储器装置以从所述不同平面同时读取数据，其中对于每一对配对读取请求，根据所述多个访问大小中的较大者来读取数据。
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