CN111414131A - 数据存储装置、其操作方法和包括其的存储系统 - Google Patents

数据存储装置、其操作方法和包括其的存储系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种数据存储装置。该数据存储装置可以包括：存储器，包括多个存储块，该多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块；以及控制器，被配置成响应于主机装置的请求，控制存储装置的系统数据和用户数据的交换；并且基于多个存储块中的坏存储块的数量，确定是否满足对存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。

Description

数据存储装置、其操作方法和包括其的存储系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月7日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2019-0001699的韩国申请的优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
各个实施例总体涉及一种半导体设备，更具体地，涉及一种数据存储装置、其操作方法和包括该数据存储装置的存储系统。
背景技术
存储装置电连接到主机装置，并且根据主机装置的请求执行数据输入/输出操作。存储装置可以使用各种存储介质来存储数据。
存储装置可以将数据存储在诸如硬盘驱动器(HDD)的磁盘中，或者将数据存储在半导体存储器设备中，特别是诸如固态驱动器(SSD)或存储卡的非易失性存储器。
与基于磁盘的存储介质相比，使用闪速存储器的存储介质具有诸如大容量、非易失性、低单位成本、低功耗和高数据处理速度的优点。
在诸如闪速存储器的存储装置的情况下，不可能进行重写或现场(in-place)更新，并且装置的寿命是有限的。而且，由于这种存储装置使用年限或使用频率增加，因此一直在追求能够延长存储介质寿命的方法。
发明内容
在实施例中，一种数据存储装置可以包括：存储装置，包括多个存储块，该多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块；以及控制器，被配置为：响应于主机装置的请求，控制存储装置的系统数据和用户数据的交换；并且基于多个存储块中的坏存储块的数量，确定是否满足用于对存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
在实施例中，一种数据存储装置可以包括：存储装置，包括多个存储块和保留区域，该多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块，该保留区域包括多个第一空闲存储块；以及控制器，被配置为响应于主机装置的请求控制存储装置的系统数据和用户数据的交换，其中根据用户存储块之中的坏块的数量来改变保留区域内的空闲存储块的数量，并且其中控制器被配置为基于保留区域内的空闲存储块的数量来确定是否满足对存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
在实施例中，一种数据存储装置的操作方法，该数据存储装置包括：存储装置和控制器，存储装置包括多个存储块，该多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块，控制器响应于主机装置的请求控制存储装置的系统数据和用户数据的交换，该操作方法包括：通过控制器基于多个存储块中的坏存储块的数量来确定是否满足对存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
在实施例中，一种存储器系统可以包括：存储器装置，包括多个保留块和多个数据块；以及控制器，被配置为控制存储器装置以利用保留块中的一个来替换数据块之中的坏块；并且当数据块之中的空闲块的数量变得小于第一阈值并且剩余的保留块的数量大于第二阈值时，控制存储器装置对数据块执行垃圾收集操作。
附图说明
图1是示出根据实施例的数据存储装置的配置的示图。
图2是示出根据实施例的存储装置的配置的示图。
图3是示出根据实施例的控制器的配置的示图。
图4至图6是用于解释根据实施例的数据存储装置的操作方法的流程图。
图7是示出根据实施例的数据存储系统的示图。
图8和图9是示出根据实施例的数据处理系统的示图。
图10是示出根据实施例的包括数据存储装置的网络系统的示图。
图11是示出根据实施例的包括在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
下面通过各个实施例并参照附图更详细地描述数据存储装置、其操作方法和包括该数据存储装置的存储系统。应注意的是，在整个说明书中，对“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。
如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也可包括复数形式，反之亦然。在本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。
图1是示出根据实施例的数据存储装置的配置的示图。
参照图1，数据存储装置10可以包括控制器110、存储装置120和缓冲存储器130。
控制器110可以响应于主机装置的请求来控制存储装置120。例如，控制器110可以允许在主机装置的编程(写入)请求下将数据编程在存储装置120中。此外，控制器110可以响应于主机装置的读取请求向主机装置提供写入在存储装置120中的数据。
在实施例中，控制器110可以包括块管理器201、后台操作控制器203和垃圾收集执行组件205。
块管理器201可以管理构成存储装置120的多个存储块的状态。
后台操作控制器203可以被配置为控制后台操作，后台操作为存储装置120的维护操作并且在没有主机装置的请求的等待时段中执行。在另一方面，后台操作可以是数据存储装置10的内部操作，并且可以在没有从主机装置接收到写入或读取请求时执行。
垃圾收集执行组件205可以通过将存储在一个(牺牲)存储块中的数据移动到另一(目标)存储块中来处理用于确保空闲块的一系列操作。牺牲存储块可以通过该操作变为空闲块。
在实施例中，可以通过控制器110的后台操作控制器203确定是否执行后台操作。后台操作控制器203可以基于可被预设的条件来确定是否执行后台垃圾收集操作。
当后台操作控制器203触发后台垃圾收集操作时，垃圾收集执行组件205可以执行垃圾收集执行操作的至少一个循环以获得一个或多个空闲块来满足条件。当垃圾收集执行组件205获得空闲块以满足条件时，后台操作控制器203可以结束后台垃圾收集操作。
存储装置120可以在控制器110的控制下写入数据或输出写入的数据。存储装置120可以包括易失性或非易失性存储器设备。在实施例中，存储装置120可以使用诸如以下的各种非易失性存储器装置中的任意一种来实现：电可擦除可编程ROM(EEPROM)、NAND闪速存储器、NOR闪速存储器、相变RAM(PRAM)、电阻式RAM(ReRAM)、铁电RAM(FRAM)和/或自旋转移力矩磁性RAM(STT-MRAM)。存储装置120可以包括多个管芯(管芯0至管芯n)、多个芯片或多个封装。另外，存储装置120可以配置有每个存储一位数据的单层单元或者每个存储多位数据的多层单元。
当数据存储装置10执行一系列操作，诸如与主机装置协作写入或读取数据时，缓冲存储器130可以用作能够临时存储数据的区域。尽管图1示出了缓冲存储器130位于控制器110的外部的示例，但是缓冲存储器130可以设置在控制器110的内部。
在实施例中，存储装置120可以具有一个或多个管芯的分层结构，每个管芯具有一个或多个平面，每个平面具有一个或多个块，每个块具有一个或多个页面。
存储装置120可以包括系统区域1211和用户区域1213，系统区域1211可以是用户或主机装置不可见或者不可访问的，用户区域1213可以是用户或主机装置可见或者可访问的。系统区域1211和用户区域1213中的每一个可以包括多个块，并且例如，可以如图2所示进行配置。
图2是示出根据实施例的存储装置120的配置的示图。
参照图2，存储装置120的系统区域1211可以包括元区域M、坏区域B和保留区域R。用户区域1213可以包括数据区域D和空闲区域F。
元区域M可以用于存储用于管理数据存储装置10的元数据。例如，元数据可以包括文件系统数据、块分配信息、包括块特定属性/有效页面数量/页面偏移/访问(编程或擦除)次数等的块元信息、主机装置的逻辑地址与存储装置120的物理地址之间的映射信息等。
坏区域B可以是一组不可用的块。坏区域B可以包括在制造过程中被分类为坏块的初始坏块和在数据存储装置10的使用期间被分类为坏块的运行时间坏块。在数据存储装置10的操作期间满足坏块条件的存储块可以被分类为运行时间坏块。在实施例中，编程/擦除周期的数量、擦除失败的数量等可以用于定义坏块条件；然而，本发明不限于此。
保留区域R可以包括为数据存储装置10的维护操作而保留的存储块。在实施例中，维护操作可以包括修整(TRIM)操作、垃圾收集操作、坏块替换操作等中的任意一个或全部。因此，尽管保留区域R中包括的保留存储块最初已经被分配给系统区域1211，但是可以通过维护操作将保留存储块合并到用户区域1213中。保留区域R也可以称为超量供应(overprovisioning)区域。当将存储装置120的一部分分配给保留区域R时，维护操作被平稳地执行，使得能够基本上保持数据存储装置10的性能并且延长数据存储装置10的寿命。为此，构成保留区域R的保留存储块可以仅由空闲块组成。
数据区域D可以包括其中存储从主机装置输入的数据的多个存储块，并且可以被分配给用户区域1213。在用户区域1213内，存储数据的存储块可以被视为在数据区域D中，而没有存储有效数据的擦除存储块可以被视为在空闲区域F中。通过垃圾收集操作，可以选择存储块作为数据区域D内的牺牲块，并且可以将存储在牺牲块中的有效数据移动到被选为空闲区域F内的目标块的擦除块中。然后，可以擦除牺牲块以变成空闲块。现在，目标块可以变为数据区域D中的存储块，并且牺牲块可以成为空闲区域F中的空闲块。
空闲区域F可以包括其中没有存储有效数据并且可以被分配给用户区域1213的空存储块。
可以由控制器110的块管理器201执行构成存储装置120的每个块的分配、释放、改变等。
图3是示出根据实施例的控制器的配置的示图。
参照图3，控制器110可以包括中央处理单元(CPU)111、主机接口(IF)113、ROM1151、RAM 1153、存储器接口(IF)119、块管理器201、后台操作控制器203和垃圾收集执行组件205。
CPU 111可以被配置为将用于存储装置120的数据读取或写入操作的各种类型的控制信息传送到主机IF 113、RAM 1153和存储器IF 119。在实施例中，CPU 111可以根据针对数据存储装置10的各种操作设置的固件进行操作。在实施例中，CPU 111可以执行闪存转换层(FTL)的功能，以执行用于管理存储装置120的地址映射、损耗均衡等、检测和校正从存储装置120中读取的数据的错误的功能等。
主机IF 113可以提供用于从主机装置接收命令和时钟信号的通信通道，并且在中央处理单元111的控制下控制数据输入/输出。具体地，主机IF 113可以在主机装置和数据存储装置10之间提供物理连接。主机IF 113可以对应于主机装置的总线格式来提供与数据存储装置10的接口连接。主机装置的总线格式可以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)、串行连接SCSI(SAS)、外围组件互连(PCI)、高速PCI(PCI-E)和/或通用闪存(UFS)。
ROM 1151可以存储用于控制器110的操作的编程代码，例如固件或软件，并且存储由编程代码使用的代码数据等。
RAM 1153可以存储控制器110的操作所需的数据或由控制器110生成的数据。
存储器IF 119可以提供用于控制器110和存储装置120之间的信号传送/接收的通信通道。存储器IF 119可以在中央处理单元111的控制下将临时存储在缓冲存储器130中的数据写入存储装置120中。此外，存储器IF 119可以将从存储装置120读取的数据传送到缓冲存储器130以进行临时存储。
块管理器201可以管理构成存储装置120的多个存储块的状态。在实施例中，块管理器201可以被配置为将块分配信息、包括存储块的属性/有效页面数量/页面偏移/访问(编程或擦除)次数等的块元信息、逻辑地址和物理地址之间的映射信息等存储在存储装置120的元区域M中，并且被配置为更新或删除所存储的信息。
块的“属性”可以是指示块的状态的信息，例如块是开放块、闭合块、空闲块还是坏块。
开放块可以指当前正在使用以便处理写入请求的存储块。闭合块可以是不具有能够存储数据的空区域的块或不存储数据的块集。空闲块可以指可以写入数据的空块。坏块可以是不可用的块。
“有效页面数量”可以是指示每个块中包括的有效页面的数量的信息。
“页面偏移”可以指相应块中的随后被写入的页面的偏移信息。
后台操作控制器203可以控制后台操作的开始和结束。
后台操作可以是在没有主机装置的请求的等待时段中执行的存储装置120的维护操作。
后台操作可以包括将存储装置120中的存储块之中的一个存储块中存储的数据移动到另一存储块的垃圾收集操作、在存储装置120中的存储块之间交换数据的损耗均衡操作、将存储在控制器110中的映射数据存储在存储装置120的元区域M中的映射清除操作、检测和处理坏块的坏块管理操作等。
当满足后台操作条件时，后台操作控制器203可以控制在可以执行后台操作的时段中开始后台操作。这样的时段包括数据存储装置10进入掉电模式，以及数据存储装置10处于空闲状态的时段。然而，本发明不限于此。
在实施例中，后台操作控制器203可以触发后台垃圾收集操作。基于存储装置120的脏级别，后台操作控制器203可以初步确定是否触发后台垃圾收集操作，其中脏级别表示存储装置120的用户区域1213中的空闲区域F中的闭合块的数量。
随着存储装置120老化，坏块的数量不可避免地增加。当检测到坏块时，通过坏块管理操作利用分配给保留区域R的保留块来替换坏块，因此系统区域1211的保留区域R中的保留块的数量逐渐减少。在这种情况下，当仅基于用户区域1213的空闲块的数量触发后台垃圾收集操作时，即使执行垃圾收集，也可能无法确保空闲块的目标数量。这是因为保留区域R中的保留块的数量可能小于空闲块的目标数量。因此，由于垃圾收集重复多次，存储装置120可能会磨损。
在这方面，后台操作控制器203可以基于存储装置120的脏级别来初步确定是否触发后台垃圾收集操作，并且可以基于保留区域R的剩余保留块的数量来二次确定是否触发后台垃圾收集操作。
因此，当存储装置120的脏级别超过第一级别TH1并且保留块的数量等于或大于第二级别TH2时，后台操作控制器203可以允许触发后台垃圾收集操作。
当触发后台垃圾收集操作时，垃圾收集执行组件205可以执行至少一次垃圾收集循环，该垃圾收集循环通过将存储在存储块(源块或牺牲块)中的数据移动到另一存储块(目标块)来确保空闲块。
后台操作控制器203可以基于垃圾收集执行组件205的处理结果选择性地终止后台垃圾收集操作。在实施例中，当在垃圾收集执行组件205的垃圾收集操作之后，存储装置120的脏级别小于第三级别TH3时，后台操作控制器203可以结束后台垃圾收集操作。
如上所述，当分配给存储装置120中的用户区域1213的空闲块的数量小于预设阈值时，根据实施例的控制器110可以考虑到保留块的数量来控制开始后台垃圾收集操作。
在另一方面，当分配给存储装置120中的用户区域1213的空闲块的数量小于预设阈值时，控制器110可以考虑到保留区域R内的剩余保留块的数量来控制开始后台垃圾收集操作，其中保留区域R的容量根据坏块而改变。
此外，控制器110可以基于作为执行后台垃圾收集操作的结果而获得的空闲块的数量来控制结束后台垃圾收集操作。
图4至图6是用于解释根据实施例的数据存储装置的操作方法的流程图。
参照图4，控制器110的后台操作控制器203可以基于由块管理器201生成和管理的、存储装置120中的存储块的状态来确定是否触发后台垃圾收集操作BKGC(S101)。
在实施例中，如图5所示，后台操作控制器203可以基于表示存储装置120的用户区域1213中的空闲块的数量的脏级别来初步确定是否触发后台垃圾收集操作。在初步确定进程中，例如，后台操作控制器203可以确定存储装置120的脏级别是否超过第一级别TH1(S201)。
另外，当存储装置120的脏级别超过第一级别TH1时，后台操作控制器203可以考虑到存储装置120中的坏块的生成程度，来二次确定是否触发后台垃圾收集操作。例如，后台操作控制器203可以确认在利用系统区域1211中的保留区域R中的保留块替换坏块之后，剩余保留块的数量是否等于或大于第二级别TH2(S203)。
当保留块的数量等于或大于第二级别TH2时，后台操作控制器203可以触发后台垃圾收集操作(S205)。
重新参照图4，当后台操作控制器203触发后台垃圾收集操作时，垃圾收集执行组件205可以执行后台垃圾收集操作BKGC(S103)。
随着后台垃圾收集操作BKGC的循环的进行，后台操作控制器203可以基于是否满足终止、结束或退出(escape)条件来确定是否终止后台垃圾收集操作(S105)。
例如，如图6所示，后台操作控制器203可以在执行垃圾收集执行组件205的垃圾收集循环之后确认存储装置120的脏级别是否小于第三级别TH3(S301)，并且当脏级别恢复时(S301：否)结束后台垃圾收集操作。当未恢复脏级别时(S301：是)，可以再次执行垃圾收集循环。也就是说，作为垃圾收集操作的结果，后台操作控制器203可以根据在用户区域1213内生成的空闲存储块的数量来结束垃圾收集操作。
如上所述，当在系统区域1211中确保了待合并到用户区域1213中的空闲块时，执行后台垃圾收集操作，从而由于执行垃圾收集操作，能够确保用于存储用户数据的空闲块，并且结束后台垃圾收集操作。
图7是示出根据实施例的数据存储系统1000的示图。
参照图7，数据存储系统1000可以包括主机装置1100和数据存储装置1200。在实施例中，数据存储装置1200可以被配置为固态驱动器(SSD)。
数据存储装置1200可以包括控制器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可以控制数据存储装置1200的一般操作。控制器1210可以包括主机接口、控制组件、用作工作存储器的随机存取存储器、错误校正码(ECC)单元和存储器接口。在实施例中，控制器1210可以配置为图1和图2中所示的控制器110。
主机装置1100可以通过信号连接器1101与数据存储装置1200交换信号。信号可以包括命令、地址、数据等。
控制器1210可以分析和处理从主机装置1100接收的信号。控制器1210可以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可以临时存储待被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。进一步地，缓冲存储器装置1230可以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。临时存储在缓冲存储器装置1230中的数据可以根据控制器1210的控制被传送到主机装置1100或至少一个非易失性存储器装置1220-0至1220-n。
非易失性存储器装置1220-0至1220-n可以用作数据存储装置1200的存储介质。非易失性存储器装置1220-0至1220-n可以通过多个通道CH0至CHn分别与控制器1210联接。一个或多个非易失性存储器装置可以联接到一个通道。联接到每个通道的非易失性存储器装置可以与相同的信号总线和数据总线联接。
电源1240可以将通过电源连接器1103输入的电力提供给控制器1210、非易失性存储器装置1220-0至1220-n以及数据存储装置1200的缓冲存储器装置1230。电源1240可包括辅助电源。辅助电源可以提供电力以允许当发生突然电力中断时数据存储装置1200适当地终止。辅助电源可以包括足以存储所需电荷的大容量电容器。
根据主机装置1100和数据存储装置1200之间的接口方案，信号连接器1101可以被配置为各种类型的连接器中的任意一种。
根据主机装置1100的电力供应方案，电源连接器1103可以被配置为各种类型的连接器中的任意一种。
图8是示出根据实施例的数据处理系统3000的示图。参照图8，数据处理系统3000可以包括主机装置3100和存储器系统3200。
主机装置3100可以以诸如印刷电路板的板形式配置。虽然未示出，但是主机装置3100可以包括用于执行主机装置的功能的内部功能块。
主机装置3100可以包括连接端子3110，诸如插座、插槽或连接器。存储器系统3200可以与连接端子3110配合。
存储器系统3200可以以诸如印刷电路板的板形式来配置。存储器系统3200可以被称为存储器模块或存储卡。存储器系统3200可以包括控制器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可以以与图1和图2所示的控制器110相同的方式配置。
缓冲存储器装置3220可以临时存储待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可以临时存储从非易失性存储器装置3231和3232读取的数据。临时存储在缓冲存储器装置3220中的数据可根据控制器3210的控制而被传送到主机装置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可以将通过连接端子3250输入的电力提供到存储器系统3200的内部。PMIC 3240可以根据控制器3210的控制来管理存储器系统3200的电力。
连接端子3250可以联接到主机装置3100的连接端子3110。通过连接端子3250，可以在主机装置3100和存储器系统3200之间传送诸如命令、地址、数据等信号以及电力。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可以被配置成各种类型中的任意一种。如图所示，连接端子3250可以设置在存储器系统3200的一侧。
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4000可以包括主机装置4100和存储器系统4200。
主机装置4100可以以诸如印刷电路板的板形式配置。虽然未示出，但是主机装置4100可以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可以以表面安装类型封装的形式配置。存储器系统4200可以通过焊球4250安装到主机装置4100。存储器系统4200可以包括控制器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可以以与图1和图2所示的控制器110相同的方式配置。
缓冲存储器装置4220可以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可以临时存储从非易失性存储器装置4230读取的数据。临时存储在缓冲存储器装置4220中的数据可以根据控制器4210的控制而被传送到主机装置4100或非易失性存储器装置4230。
非易失性存储器装置4230可以用作存储器系统4200的存储介质。
图10是示出根据实施例的包括数据存储装置的网络系统5000的示图。参照图10，网络系统5000可以包括通过网络5500联接的服务器系统5300和多个客户端系统5410、5420和5430。
服务器系统5300可以响应于来自多个客户端系统5410至5430的请求提供服务数据。例如，服务器系统5300可以存储通过多个客户端系统5410至5430提供的数据。又例如，服务器系统5300可以向多个客户端系统5410至5430提供数据。
服务器系统5300可以包括主机装置5100和存储器系统5200。存储器系统5200可以被配置为由图1所示的存储器系统10、图7所示的数据存储装置1200、图8所示的存储器系统3200或图9所示的存储器系统4200。
图11是示出根据实施例的包括在诸如数据存储装置10的数据存储装置中的非易失性存储器装置300的框图。参照图11，非易失性存储器装置300可以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、电压生成器350和控制逻辑360。
存储器单元阵列310可以包括存储器单元MC，该存储单元MC布置在字线WL1至WLm、位线BL1至BLn彼此相交的区域中。
存储器单元阵列310可包括三维存储器阵列。例如，三维存储器阵列具有在基本垂直于半导体衬底的平坦表面的方向延伸的堆叠结构。此外，三维存储器阵列表示包括NAND串的结构，NAND串中包括的存储器单元垂直于半导体衬底的平坦表面堆叠。
三维存储器阵列的结构不限于上述实施例。存储器阵列结构可以以高度集成的方式形成并且具有水平方向性以及垂直方向性。在实施例中，在三维存储器阵列的NAND串中，存储器单元相对于半导体衬底的表面在水平和垂直方向上布置。存储器单元可以不同地间隔开以提供不同的集成度。
行解码器320可以通过字线WL1至WLm与存储器单元阵列310联接。行解码器320可以根据控制逻辑360的控制进行操作。行解码器320可以对来自外部装置(未示出)的地址进行解码。行解码器320可以基于解码结果来选择并驱动字线WL1至WLm。例如，行解码器320可以将由电压生成器350提供的字线电压提供至字线WL1至WLm。
数据读取/写入块330可以通过位线BL1至BLn与存储器单元阵列310联接。数据读取/写入块330可以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可以根据控制逻辑360的控制进行操作。数据读取/写入块330可以根据操作模式用作写入驱动器或读出放大器。例如，在写入操作中，数据读取/写入块330可以用作将从外部装置提供的数据存储在存储器单元阵列310中的写入驱动器。又例如，在读取操作中，数据读取/写入块330可以用作从存储器单元阵列310读出数据的读出放大器。
列解码器340可以根据控制逻辑360的控制进行操作。列解码器340可以对由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和RWn与数据输入/输出线或数据输入/输出缓冲器联接。
电压生成器350可以生成待被用于非易失性存储器装置300的内部操作的电压。由电压生成器350生成的电压可以应用于存储器单元阵列310的存储器单元。例如，编程操作中生成的编程电压可以应用于将执行编程操作的存储器单元的字线。又例如，在擦除操作中生成的擦除电压可以被施加到待执行擦除操作的存储器单元的阱区。再例如，在读取操作中生成的读取电压可以应用于待执行读取操作的存储器单元的字线。
控制逻辑360可以基于由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可以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。
虽然上面已经描述了各个实施例，但是本领域技术人员将理解的是，所描述的实施例仅是示例。因此，本发明不限于所描述的实施例。相反，本发明不仅包括所描述的实施例，而且还包括落入权利要求的范围内的所有修改和变化。

Claims (20)

1.一种数据存储装置，包括：
存储装置，包括多个存储块，所述多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块；以及
控制器：
响应于主机装置的请求，控制所述存储装置的所述系统数据和所述用户数据的交换；并且
基于所述多个存储块中的坏存储块的数量，确定是否满足对所述存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
2.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制器基于所述用户存储块中的空闲用户存储块的数量来确定是否满足所述开始条件。
3.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制器确定是否满足结束所述垃圾收集操作的结束条件。
4.根据权利要求3所述的数据存储装置，其中所述控制器基于作为所述垃圾收集操作的结果的、所述用户存储块之中生成的空闲存储块的数量来确定是否满足所述结束条件。
5.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制器确定满足所述开始条件，使得在没有接收到所述主机装置的请求的时段中执行所述垃圾收集操作。
6.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述存储装置包括保留区域，所述保留区域包括多个空闲存储块。
7.根据权利要求6所述的数据存储装置，其中所述控制器利用所述保留区域中包括的所述多个空闲存储块中的至少一个来替换所述坏存储块。
8.一种数据存储装置，包括：
存储装置，包括多个存储块和保留区域，所述多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块，所述保留区域包括多个第一空闲存储块；以及
控制器，响应于主机装置的请求控制所述存储装置的所述系统数据和所述用户数据的交换，
其中根据所述用户存储块之中的坏块的数量来改变所述保留区域内的空闲存储块的数量，并且
其中所述控制器基于所述保留区域内的空闲存储块的数量来确定是否满足对所述存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
9.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述控制器基于所述用户存储块中包括的第二空闲存储块的数量来确定是否满足所述开始条件。
10.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述控制器确定是否满足结束所述垃圾收集操作的结束条件。
11.根据权利要求10所述的数据存储装置，其中所述控制器基于作为所述垃圾收集操作的结果的、在所述用户存储块之中生成的第三空闲存储块的数量来确定是否满足所述结束条件。
12.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述垃圾收集操作在掉电模式或空闲状态下执行。
13.一种数据存储装置的操作方法，所述数据存储装置包括存储装置和控制器，所述存储装置包括多个存储块，所述多个存储块包括存储系统数据的系统存储块和存储用户数据的用户存储块，以及所述控制器响应于主机装置的请求控制所述存储装置的所述系统数据和所述用户数据的交换，所述操作方法包括：
通过所述控制器基于所述多个存储块中的坏存储块的数量来确定是否满足对所述存储装置执行垃圾收集操作的开始条件。
14.根据权利要求13所述的操作方法，其中所述控制器基于所述用户存储块中包括的空闲用户存储块的数量来确定是否满足所述开始条件。
15.根据权利要求13所述的操作方法，进一步包括：
通过所述控制器根据确定是否满足所述开始条件来执行所述垃圾收集操作；以及
确定是否满足结束所述垃圾收集操作的结束条件。
16.根据权利要求15所述的操作方法，其中所述控制器基于作为所述垃圾收集操作的结果的、在所述用户存储块之中生成的空闲存储块的数量来确定是否满足所述结束条件。
17.根据权利要求13所述的操作方法，其中所述控制器确定满足所述开始条件，使得在没有接收到所述主机装置的请求的时段中执行所述垃圾收集操作。
18.根据权利要求13所述的操作方法，
其中所述存储装置包括保留区域，所述保留区域包括多个空闲存储块，并且
其中所述垃圾收集操作包括利用所述保留区域中包括的所述多个空闲存储块中的至少一个来替换所述多个存储块中的所述坏存储块。
19.一种存储器系统，包括：
存储器装置，包括多个保留块和多个数据块；以及
控制器：
控制所述存储器装置以利用所述保留块中的一个来替换所述数据块之中的坏块；并且
当所述数据块之中的空闲块的数量变得小于第一阈值并且剩余的所述保留块的数量大于第二阈值时，控制所述存储器装置对所述数据块执行垃圾收集操作。
20.一种控制器的操作方法，所述控制器控制存储器装置，所述存储器装置包括多个保留块和多个数据块，所述操作方法包括：
控制所述存储器装置利用所述保留块中的一个来替换所述数据块之中的坏块；以及
当所述数据块之中的空闲块的数量变得小于第一阈值并且剩余的所述保留块的数量大于第二阈值时，控制所述存储器装置对所述数据块执行垃圾收集操作。
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