CN116521057A - 数据处理系统、其操作方法及其存储装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种数据处理系统。该数据处理系统可以包括：存储装置，被配置为向外部传输针对每种功率模式的预测信息，并且通过响应于在存储装置的空闲状态下接收到的功率模式控制信号而切换到相应的功率模式，在空闲状态下执行后台操作，该预测信息指示执行用于管理存储器装置的后台操作的预测时间；以及控制装置，被配置为基于预测信息来确定存储装置的功率模式和在期间执行后台操作的空闲状态的空闲时间，将功率模式控制信号传输到存储装置，并且在空闲时间期间暂停执行传输到存储装置的命令处理请求。

Description

数据处理系统、其操作方法及其存储装置
相关申请的交叉引用
本专利申请文件要求于2022年1月20日提交的申请号为10-2022-0008520的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请通过引用整体并入本文作为本专利申请文件的公开内容的一部分。
技术领域
多种实施例总体上涉及一种半导体集成设备，并且更具体地，涉及数据处理系统、其操作方法及其存储装置。
背景技术
数据处理系统响应于接收到来自外部装置的一组输入和请求而产生一组输出。数据处理系统可以包括数据存储装置，以响应于外部装置的请求将输入数据和输出数据存储在数据存储介质中。
数据存储介质的示例可以包括非易失性存储器装置，诸如闪速存储器装置。
闪速存储器装置可以通过执行诸如数据迁移、垃圾收集和损耗均衡的整理操作(housekeeping operation)来管理存储空间。
整理操作可以保证数据存储的可靠性，获得数据存储空间。然而，由于另一个高优先级进程或外部请求而没有及时执行整理操作时，数据处理系统的整体性能可能会下降。
发明内容
基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统可以包括：存储装置，被配置为向外部传输针对每种功率模式的预测信息，并且通过响应于在存储装置的空闲状态下接收到的功率模式控制信号而切换到相应的功率模式，在空闲状态下执行后台操作，该预测信息指示用于执行用于管理存储器装置的后台操作的预测时间；以及控制装置，被配置为基于预测信息来确定存储装置的功率模式和在期间执行后台操作的空闲状态的空闲时间，将功率模式控制信号传输到存储装置，并且在空闲时间期间暂停执行传输到存储装置的命令处理请求。
基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的操作方法可以包括：生成预测信息，该预测信息指示针对每种功率模式预测执行用于管理存储器装置的后台操作所花费的时间；基于预测信息来确定存储装置的功率模式和用于执行后台操作的空闲时间，以将与功率模式相对应的功率模式控制信号传输到存储装置；在空闲状态下接收到功率模式控制信号时，通过切换到与功率模式控制信号相对应的功率模式来执行后台操作；并且在空闲时间期间暂停执行传输到数据处理系统的命令处理请求。
基于所公开技术的一些实施例的存储装置可以包括：存储器装置；以及存储器控制器，被配置为向外部传输针对每种功率模式的预测信息，并且通过响应于在空闲状态下从外部接收到功率模式控制信号而切换到相应的功率模式，对处于空闲状态下的存储器装置执行后台操作，该预测信息指示执行用于管理存储器装置的待执行的后台操作的预测时间。
附图说明
图1示出基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的示例。
图2示出基于所公开技术的一些实施例的外部装置的示例。
图3示出基于所公开技术的一些实施例的后台操作控制单元的示例。
图4示出基于所公开技术的一些实施例的存储器控制器的示例。
图5示出基于所公开技术的一些实施例的与外部装置通信以执行命令处理过程的存储器控制器的示例。
图6示出基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的操作方法的示例。
图7示出基于所公开技术的一些实施例的数据存储系统的示例。
图8示出基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的示例。
图9示出基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的示例。
图10是示出基于所公开技术的一些实施例的包括数据存储装置的网络系统的示例。
图11是示出基于所公开技术的一些实施例的数据存储装置中包括的非易失性存储器装置的示例。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更详细地描述本技术的实施例。
图1示出基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统10的示例。
参照图1，基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统10可以包括与另一装置交换数据的存储装置200。在一些实施方式中，术语“存储装置”可以指示用于临时或永久保存数据的数据存储装置。在一些实施方式中，“另一装置”可以指示外部或控制装置或外部装置100，诸如存储装置200连接到的主机装置。在一些实施方式中，外部装置100可以包括数据处理系统10中的控制装置。
外部装置100和存储装置200可以通过第一接口IF1和第二接口IF2相互连接。在一些实施方式中，外部装置100可以包括位于数据处理系统10中的控制装置。
第一接口IF1可以包括允许外部装置100与存储装置200交互或通信的硬件和/或软件组件。第一接口IF1可以包括基于诸如安全数字、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)的标准接口协议的接口装置中至少一种。
第二接口IF2可以包括基于系统管理总线(SMBus)、内部集成电路(I2C)和改进的内部集成电路(I3C)协议的接口装置中的至少一种。
存储装置200可以包括存储器控制器210和存储器装置220。
存储器控制器210可以响应于外部装置100的请求而控制存储器装置220。例如，存储器控制器210可以响应于来自外部装置100的写入请求而允许在存储器装置220中编程数据。此外，存储器控制器210可以响应于来自外部装置100的读取请求，将记录在存储器装置220中的数据提供给外部装置100。
存储器装置220可以在存储器控制器210的控制下记录数据或输出所记录的数据。存储器装置220可以被配置为易失性或非易失性存储器装置。在实施例中，存储器装置220可以使用从诸如以下的各种非易失性存储器元件中选择的存储器元件来实施：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)和自旋转移力矩磁性RAM(STT-MRAM)。存储器装置220可以包括多个管芯Die0到Die n、多个芯片或多个封装。另外，存储器装置220可以包括在一个存储器单元中存储一位数据的单层单元(SLC)或在一个存储器单元中存储多位数据的多层单元(MLC)。
基于所公开技术的一些实施例的存储器控制器210可以被配置为向外部装置100传输通过针对每种功率模式预测后台操作所需的时间而获得的预测信息。后台操作可以包括针对存储器装置220的管理操作中的至少一种，诸如垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整(background trim)。
当在存储装置200的空闲状态下从外部装置100接收到功率模式控制信号时，存储器控制器210可以改变功率模式并且执行后台操作。此时，外部装置100可以识别出存储装置200处于空闲状态。
在实施例中，可以通过第二接口IF2传输/接收预测信息和功率模式控制信号；然而，本技术不限于此。
基于所公开技术的一些实施例的外部装置100可以包括后台操作(BGOP)控制电路120。BGOP控制电路120可以确定存储装置200的功率模式以及可分配的空闲时间，该可分配的空闲时间是预测信息通过第二接口IF2从存储装置200传输时用于处理后台操作的有意空闲时间(intentional idle time)。外部装置100可以将功率模式控制信号传输到存储装置200，并且暂停命令处理请求，使得在功率模式控制信号被传输之后的有意空闲时间期间，存储装置200不处理外部装置100的命令。在实施例中，功率模式控制信号可以包括有意空闲时间信息。
在实施例中，外部装置100可以参考数据处理系统10或存储装置200的温度来确定功率模式。为此，存储装置200可以传输包括温度信息的预测信息。
由存储装置200提供的预测信息例如可以包括预计针对每种功率模式执行的后台操作的预测时间或所需时间，如下面的[表1]所示。
[表1]
功率模式 后台操作所需时间(ms)
PL0 30
PL1 50
PL2 100
PL3 200
PL4 500
当响应于预测信息来确定功率模式时，外部装置100可以基于针对预测信息中包括的每种功率模式执行后台操作的所需时间或预测时间来确定有意空闲时间。以上述表1为例，当外部装置100确定功率模式是PL3时，有意空闲时间可以为[200ms+α]。值“α”可以是在外部装置100中设置的默认值或者设置为可由用户改变的值。
在空闲状态下接收到功率模式控制信号时，存储装置200可以通过切换到相应的功率模式来执行后台操作。由于在传输功率模式控制信号之后的有意空闲时间期间外部装置100暂停对存储装置200执行命令处理请求，因此存储装置200可以在不降低性能的情况下完成后台操作并且使数据处理系统10基本维持在最佳状态。
在经过有意空闲时间之后暂停执行命令的情况下，外部装置100可以通过将存储装置200转变为激活状态来请求执行或处理暂停的命令。
图2示出基于所公开技术的一些实施例的外部装置100的示例。
参照图2，外部装置100可以包括处理器110、BGOP控制电路120、提交队列(SQ)130和完成队列(CQ)140。
处理器110可以包括任何已知的CPU和/或FPGA，其被配置为执行指令并且与外部装置100中的其他组件和装置通信。
BGOP控制电路120可以基于从存储装置200传输的预测信息来确定存储装置200的功率模式和有意空闲时间。生成的功率模式控制信号可以被传输到存储装置200。当在存储装置200的空闲状态下接收到功率模式控制信号时，存储装置200可以通过切换到相应的功率模式来执行后台操作。预测信息可以包括针对每种功率模式的待执行的后台操作的预测时间，并且可以进一步包括数据处理系统10或存储装置200的温度信息。当预测信息包括温度信息时，BGOP控制电路120可以通过进一步参考温度信息来确定功率模式。
SQ 130可以是存储由外部装置100生成的命令的存储空间。CQ 140可以是用于在存储装置200处理命令时记录存储在SQ 130中的命令的处理结果的存储空间。
外部装置100和存储装置200基于包括SQ 130和CQ 140的队列对相互通信的方法被称为基于命令队列的接口方法。
在实施例中，BGOP控制电路120可以在有意空闲时间期间暂停更新与存储在SQ130中的命令相对应的提交队列门铃(doorbell)。
提交队列门铃是用于存储SQ 130的尾部指针的存储空间，并且可以被分配为存储装置200的存储器控制器210中包括的存储空间的一部分。当存储在提交队列门铃中的尾部指针被更新时，存储器控制器210可以识别出外部装置100已经请求了新命令。
下面将参照图5详细描述命令队列基础接口(command queue base interface)方法。
图3示出基于所公开技术的一些实施例的BGOP控制电路的示例。
参照图3，BGOP控制电路120可以包括监控电路121、功率设置电路123、时间计数器125和命令保持电路127。
监控电路121可以被配置为检查存储装置200是否传输预测信息以及存储装置200是否处于空闲状态。
当存储装置200转变为空闲状态时，功率设置电路123可以基于存储装置200传输的预测信息来确定存储装置200的功率模式和有意空闲时间。在实施例中，预测信息可以包括针对每种功率模式的待执行的后台操作的预测时间，并且可以进一步包括数据处理系统10或存储装置200的温度信息。当考虑温度信息以确定功率模式时，可以基本上防止由于数据处理系统10的温度升高而造成的损坏或故障。
由功率设置电路123生成的功率模式控制信号可以被传输到存储装置200。在空闲状态下接收到功率模式控制信号时，存储装置200可以通过切换到相应的功率模式来执行后台操作。
时间计数器125可以测量从功率设置电路123将功率模式控制信号传输到存储装置200的时间点开始的有意空闲时间。
当在时间计数器125到期之前将新命令存储在SQ 130中时，命令保持电路127可以被配置为暂停更新相应的提交队列门铃寄存器。当在时间计数器125到期之后SQ 130中存在未处理的命令时，命令保持电路127可以更新相应的门铃寄存器。
图4示出基于所公开技术的一些实施例的存储器控制器的示例。
参照图4，基于所公开技术的一些实施例的存储器控制器210可以包括处理器211、提交队列(SQ)门铃寄存器(DBR)213、完成队列(CQ)门铃寄存器(DBR)215、所需时间预测电路217、功率管理电路219和温度传感器221。
处理器211可以使用固件对存储装置200执行各种操作。在实施例中，处理器211可以执行与闪存转换层(FTL)相关联的操作，诸如整理操作，该整理操作包括诸如用于管理存储器装置220的垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整之类的后台操作，检测和校正从存储器装置220读取的数据的错误的错误检查和校正(ECC)功能等。
尽管在附图中未示出，但是存储器控制器210可以包括在存储装置200操作时可能需要的其他组件，诸如外部装置接口、存储器接口、RAM、ROM、缓冲存储器和缓冲存储器管理器或控制器。
SQ DBR 213和CQ DBR 215中的每一个是如下的寄存器：该寄存器用于管理或控制由外部装置100生成的队列对，即提交队列(图1的SQ 130)和完成队列(图1的CQ 140)。SQDBR 213和CQ DBR 215可以各自对应于一个队列对(SQ和CQ)。
提交队列(SQ)可以顺序存储由外部装置100生成的命令，并且SQ DBR 213可以存储指示提交队列(SQ)的最后一个命令存储位置的尾部指针。
在存储装置200处理命令然后在完成队列(CQ)中记录该命令的处理完成时，提交队列(SQ)的头部指针增加，并且CQ DBR 215可以从外部装置100接收完成队列(CQ)的头部指针并存储接收到的头部指针。
在实施例中，外部装置100可以在外部装置100确定的有意空闲时间期间暂停执行命令处理请求，可以包括用于暂停更新SQ DBR 213的操作。
图5是基于所公开技术的一些实施例的解释命令处理过程的概念图。
存储装置200的存储器控制器210可以基于命令队列基础接口与外部装置100通信。可以基于队列对来执行命令队列基础接口操作，该队列对包括用于输入所请求的命令的提交队列(SQ)130和用于记录命令的处理结果的完成队列(CQ)140。
当外部装置100包括多个内核时，多个内核中的每一个可以基于一个队列对与存储装置200和存储器控制器210执行接口操作，该一个队列对包括一个提交队列(SQ)130和一个完成队列(CQ)140。
存储器控制器210可以包括用于执行命令队列基本接口操作的SQ DBR 213和CQDBR 215。
SQ DBR 213和CQ DBR 215中的每一个是用于管理或控制由外部装置100生成的队列对130和140的寄存器。SQ DBR 213和CQ DBR 215中的每一个可以对应于一个队列对。例如，SQ DBR 213和CQ DBR 215中的每一个可以存储指示提交队列(SQ)130的尾部的尾部指针和指示完成队列(CQ)的头部的头部指针。存储器控制器210可以通过访问与SQ DBR 213和CQ DBR 215中的每一个相对应的队列对来执行与外部装置100的接口操作。
具体地，外部装置100可以在外部装置100的存储器中生成提交队列130和完成队列140。
存储器控制器210可以通过SQ DBR 213和CQ DBR 215访问提交队列130和完成队列140，从而处理外部装置100请求的命令并且通知处理结果。
例如，外部装置100可以向提交队列130传输命令COMMAND，以便从存储装置200请求数据读取或写入操作(S1)。可以更新提交队列130的尾部指针，并且外部装置100可以将更新后的尾部指针记录在存储器控制器210的SQ DBR 213中以供更新(S2)。
存储器控制器210可以从提交队列130获取命令(S3)并且处理(或执行)获取的命令(S4)。在处理命令之后，存储器控制器210可以将完成命令处理记录在完成队列140中(S5)。此时，完成队列140的头部指针可以增加。在存储器控制器210生成中断信号(S6)时，外部装置100可以处理命令完成(S7)。外部装置100可以将完成队列(CQ)的更新后的头部指针记录在存储器控制器210的CQ DBR 215中以供更新。
在基于这种命令队列基础接口的命令处理过程中，基于所公开技术的一些实施例的BGOP控制电路120可以向处于空闲状态的存储装置200传输功率模式控制信号，然后暂停与存储在提交队列130中的命令相对应的SQ DBR 213的更新时间点，直到有意空闲时间到期，从而允许存储装置200在不处理外部装置100的请求的情况下执行后台操作。
返回参照图4，所需时间预测电路217可以通过针对每种功率模式预测存储器控制器210处理存储器装置220的后台操作所需的时间来生成预测信息。
以垃圾收集操作为例，当待获取的有效页面的数量为100时，可以根据如下[等式1]计算功率模式为最高(最大性能模式)时的所需时间。
[等式1]
所需时间_最高功率模式＝(100×(页面读取时间+页面编程时间))+(块擦除时间)
可能存在诸如最大性能模式的1/2性能和1/4性能之类的多种功率模式，并且所需时间随着性能模式量的减少而增加。例如，在1/2性能模式下，可能需要最大性能模式的大约两倍的时间，而在1/4性能模式下，可能需要最大性能模式的大约四倍的时间。
在一些实施方式中，除了上述等式之外，还可以使用或考虑环境变量(例如，存储装置200中的命令传输时间或响应时间)、存储器装置220的操作方法(诸如水平交错(planeinterleaving))、存储器装置220和缓冲存储器之间的总线带宽(未示出)以及处理器211的开销，以更精确地计算针对每种功率模式的后台操作所需的时间。
当在在忽略环境变量的状态下满足<条件1>时，可以根据如下[等式2]计算针对每种功率模式的后台操作所需的时间。
[条件1]
待获取的有效页面的数量＝100
总线带宽＝400MB/s
1个页面大小＝16KB
块擦除时间＝5ms
1个页面传输时间＝(400×1024KB)/16KB＝40us
[等式2]
所需时间_最高功率模式＝(100×(40us+40us)+5ms＝13ms
所需时间_1/2功耗模式＝26ms
所需时间_1/4功耗模式＝52ms
当存储装置200处于空闲状态时，功率管理电路219基于从外部装置100传输的功率模式控制信号来改变存储装置200的功率模式。在功率模式从空闲状态切换时，处理器211可以执行后台操作。
在一些实施方式中，后台操作可以具有按照例如垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整的顺序的优先级。
当在存储装置200的空闲状态期间切换功率模式时，处理器211可以按照它们的优先级顺序执行后台操作。当功率模式控制信号包括关于有意空闲时间的信息时，处理器211可以根据后台操作的优先级分配有意空闲时间并且顺序执行多个后台操作。
温度传感器221可以感测或检测数据处理系统10或存储装置200的温度。在这种情况下，所需时间预测电路217可以将包括温度信息的预测信息传输到外部装置100。
图6是解释基于所公开技术的一些实施例的数据处理系统的操作方法的流程图。
参照图6，在外部装置100正在操作或等待时(S101)，存储装置200可以通过针对每种功率模式预测处理存储器装置220的后台操作所需的时间来生成预测信息(S103)，并且将预测信息传输到外部装置100(S105)。在实施例中，预测信息可以包括针对每种功率模式待执行的后台操作的预测时间或所需时间，并且除了预测时间或所需时间之外，预测信息可以进一步包括数据处理系统10或存储装置200的温度信息。
后台操作可以包括针对存储器装置220的管理操作，诸如垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整。
当从存储装置200传输预测信息时，外部装置100可以检查存储装置200是否处于空闲状态(S107)。
当存储装置200处于空闲状态(S107：是)时，外部装置100可以基于存储装置200传输的预测信息来确定存储装置200的功率模式和有意空闲时间，并且生成包括确定的功率模式和有意空闲时间的功率模式控制信号(S109)。当预测信息进一步包括温度信息时，外部装置100可以另外考虑温度信息以确定功率模式。
当存储装置200不处于空闲状态时(S107：否)，外部装置100可以请求存储装置200处理命令(S200)。命令处理过程(S200)可以例如基于图5所示的命令队列基本接口来执行。然而，所公开的技术不限于此。
在S109中由外部装置100生成的功率模式控制信号可以被传输到存储装置200(S111)。在空闲状态下接收到功率模式控制信号时，存储装置200可以根据功率模式控制信号中包括的功率模式来改变功率模式(S113)，并且执行后台操作(S115)。
在一些实施方式中，在将功率模式控制信号传输到存储装置200之后，外部装置100可以设置定时器并且对有意空闲时间是否已经到期进行计数(S117)。
外部装置100可以检查是否生成了新命令(S119)，当生成了命令(S119：是)时，外部装置100可以将生成的命令存储在提交队列中(S121)。将命令存储在提交队列中之后，当没有命令生成时(S119：否)，外部装置100可以检查定时器是否已经到期(S123)。
当定时器到期时(S123：是)，外部装置100检查提交队列中是否存在未处理的命令(S125)。
当存在未处理的命令时(S125：是)，外部装置100可以更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)(S127)，并且请求存储装置200处理命令。因此，存储装置200可以例如基于图5所示的命令队列基本接口来处理命令(S200)。
当不存在未处理的命令时(S125：否)，外部装置100可以处理另一操作或者可以转变为等待状态(S131)。
在一些实施方式中，当定时器未到期时(S123：否)，即在有意空闲时间剩余时，外部装置100可以检查是否需要更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)(S129)。需要更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)的情况可能是提交队列处于满状态的情况；然而，所公开的技术不限于此。
当不需要更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)时(S129：否)，外部装置100可以通过不更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)来暂停执行对存储装置200的命令处理请求。然后，外部装置100进行到S119以检查是否生成了新命令。
当因为提交队列充满了被暂停的命令而需要更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)时(S129：是)，外部装置100可以更新提交队列门铃寄存器(SQ DBR)(S127)并且存储装置200可以处理输入到提交队列的命令(S200)。
如上所述，存储装置200生成预测信息，该预测信息包括针对每种功率模式预测的、后台操作所需的所需时间，并且将生成的预测信息传输到外部装置100。此外，当从外部装置100传输功率模式控制信号时，处于空闲状态的存储装置200切换到相应的功率模式并且执行后台操作。
当存储装置200进入空闲状态时，外部装置100基于预测信息来确定存储装置200的功率模式和有意空闲时间，允许存储装置200转换为相应的功率模式，并且在确定的有意空闲时间期间暂停执行命令处理请求。因此，存储装置200可以通过在外部装置100确定的有意空闲时间期间稳定地执行后台操作以最佳性能响应外部装置100的请求。
图7示出基于所公开的技术的一些实施例的数据存储系统1000的示例的示图。
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)。
主机装置1100被配置为包括图1至图3所示的外部装置100。数据存储装置1200被配置为包括图1至图4所示的存储装置200。
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可以包括主机接口单元、控制单元、用作工作存储器的随机存取存储器、错误校正码(ECC)单元和存储器接口单元。在实施例中，控制器1210可以被配置为图1和图2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。该信号可以包括命令、地址、数据等等。
控制器1210可以分析和处理从主机装置1100接收到的信号。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，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。可以根据控制器1210的控制将临时存储在缓冲存储器装置1230中的数据传输到主机装置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联接到相同的信号总线和数据总线。
电源1240可以向数据存储装置1200的控制器1210、非易失性存储器装置1220-0至1220-n和缓冲存储器装置1230提供通过电源连接器1103输入的电力。电源1240可以包括辅助电源。辅助电源可以供应电力以在发生突然断电时允许正常终止数据存储装置1200。辅助电源可以包括足够存储所需电荷的大容量电容器。
根据主机装置1100与数据存储装置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一个或多个。
根据主机装置1100的供电方案，电源连接器1103可以被配置为各种类型的连接器中的一个或多个。
图8示出基于所公开的技术的一些实施例的数据处理系统3000的示例的示图。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被配置为包括图1至图3所示的外部装置100。数据存储器系统3200被配置为包括图1或图4所示的存储装置200。
主机装置3100可以以诸如印刷电路板的板的形式进行配置。尽管未示出，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的形式进行配置。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、功率管理集成电路(PMIC)3240以及连接端子3250。
控制器3210可以控制存储器系统3200的一般操作。控制器3210可以以与图1或图4所示的存储器控制器210相同的方式来配置。
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。此外，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。根据控制器3210的控制，可以将在缓冲存储器装置3220中临时存储的数据传输到主机装置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可以用作存储器系统3200的存储介质。
PMIC 3240可以向存储器系统3200的内部提供通过连接端子3250输入的电力。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，诸如命令、地址、数据等的信号以及电力可以在主机装置3100和存储器系统3200之间传送。根据主机装置3100与存储器系统3200之间的接口方案，连接端子3250可以被配置为各种类型中的一种或多种。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示出基于所公开的技术的一些实施例的数据处理系统4000的示例的示图。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的形式进行配置。尽管未示出，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。
主机装置4100被配置为包括图1至图3所示的外部装置100。存储器系统4200被配置为包括图1或图4所示的存储装置200。
存储器系统4200可以以表面安装型封装的形式来配置。可以通过焊球4250将存储器系统4200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可以控制存储器系统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相同的方式来配置。
缓冲存储器装置4220可以临时存储待存储在非易失性存储器装置4230中的数据。进一步，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。根据控制器4210的控制可以将在缓冲存储器装置4220中临时存储的数据传输到主机装置4100或非易失性存储器装置4230。
非易失性存储器装置4230可以用作存储器系统4200的存储介质。
图10是示出基于所公开的技术的一些实施例的包括数据存储装置的网络系统5000的示例的示图。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以及多个客户端系统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的请求而服务数据。例如，服务器系统5300可以存储由多个客户端系统5410至5430提供的数据。再如，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。主机装置5100被配置为包括图1至图3所示的外部装置100。存储器系统5200被配置为包括图1或图4所示的存储装置200。
图11是示出基于所公开的技术的一些实施例的诸如数据存储装置10的数据存储器装置中包括的非易失性存储器装置300的示例的框图。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，存储器单元MC设置在字线WL1至WLm和位线BL1至BLn彼此相交的区域处。
存储器单元阵列310可以包括三维存储器阵列。例如，三维存储器阵列具有方向垂直于半导体衬底的平面的堆叠结构。此外，三维存储器阵列是指包括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面堆叠。
三维存储器阵列的结构不限于上述实施例。可以以高度集成的方式形成具有水平方向性和垂直方向性的存储器阵列结构。在实施例中，在三维存储器阵列的NAND串中，存储器单元被布置在相对于半导体衬底的表面的水平方向上和垂直方向上。存储器单元可以以各种方式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的控制来操作。行解码器320可以对由外部装置(未示出)提供的地址进行解码。行解码器320可以基于解码结果来选择并且驱动字线WL1至WLm。例如，行解码器320可以向字线WL1至WLm提供由电压生成器350提供的字线电压。
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可以分别包括与位线BL1到BLn相对应的读取/写入电路RW1至RWn。数据读取/写入块330可以根据控制逻辑360的控制来操作。根据操作模式，数据读取/写入块330可以作为写入驱动器或读出放大器进行操作。例如，数据读取/写入块330可以作为写入驱动器进行操作，在写入操作中，该写入驱动器将由外部装置提供的数据存储在存储器单元阵列310中。再如，数据读取/写入块330可以作为读出放大器进行操作，在读取操作中，该读出放大器从存储器单元阵列310读出数据。
列解码器340可以根据控制逻辑360的控制来操作。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可以基于解码结果，将分别与位线BL1至BLn相对应的数据读取/写入块330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。
电压生成器350可以生成待在非易失性存储器装置300的内部操作中使用的电压。可以将由电压生成器350生成的电压施加到存储器单元阵列310的存储器单元。例如，可以将在编程操作中生成的编程电压施加到待执行编程操作的存储器单元的字线。再如，可以将在擦除操作中生成的擦除电压施加到待执行擦除操作的存储器单元的阱区。又再如，可以将在读取操作中生成的读取电压施加到待执行读取操作的存储器单元的字线。
基于由外部装置提供的控制信号，控制逻辑360可以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。
尽管本专利申请文件在所公开的示例中包括了许多细节，但是这些细节不应解释为限制任何主题或可能要求保护的内容的范围，而应解释为对可能特定于特定实施例的特征的描述。本专利申请文件中在不同实施例的背景下描述的某些特征也可以在单个实施例中以组合的方式实施。相反地，在单个实施例的背景下所描述的各种特征也可以分别在多个实施例中实施或以任何合适的子组合实施。此外，尽管以上特征可能被描述为以某些组合的方式发挥作用，甚至最初这样要求保护，但是可以在某些情况下从要求保护的组合中去除该组合的一个或多个特征，从而该要求保护的组合可以指子组合或子组合的变体。
仅描述一些实施方案和示例，并且可以基于本专利申请文件中描述和示出的内容得到其他实施方案、增强形式和变型形式。

Claims (19)

1.一种数据处理系统，包括：
存储装置，向外部传输针对每种功率模式的预测信息，并且通过响应于在所述存储装置的空闲状态下接收到的功率模式控制信号而切换到相应的功率模式，在所述空闲状态下执行所述后台操作，所述预测信息指示执行管理存储器装置的后台操作的预测时间；以及
控制装置，基于所述预测信息来确定所述存储装置的功率模式和在期间执行所述后台操作的所述空闲状态的空闲时间，将所述功率模式控制信号传输到所述存储装置，并且在所述空闲时间期间暂停执行传输到所述存储装置的命令处理请求。
2.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中所述控制装置包括与新生成的命令相对应的提交队列，
所述存储装置包括提交队列寄存器，所述提交队列寄存器存储指示所述提交队列的最后一个命令存储位置的尾部指针，并且
所述控制装置暂停更新所述尾部指针，以便暂停执行所述命令处理请求。
3.根据权利要求2所述的数据处理系统，其中所述控制装置在所述空闲时间期间，在所述提交队列变满时更新所述尾部指针。
4.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中所述存储装置进一步包括温度传感器，并且所述预测信息进一步包括温度信息。
5.根据权利要求4所述的数据处理系统，其中所述控制装置通过进一步参考所述温度信息来确定所述存储装置的所述功率模式和所述空闲时间。
6.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中所述存储装置在所述空闲时间期间基本上保持空闲状态。
7.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中所述预测信息和所述功率模式控制信号通过基于系统管理总线协议即SMBus协议、内部集成电路协议即I2C协议和改进的内部集成电路协议即I3C协议的接口装置中的一个来传输或接收。
8.根据权利要求1所述的数据处理系统，其中所述后台操作包括垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整中的至少一种。
9.一种数据处理系统的操作方法，所述操作方法包括：
生成预测信息，所述预测信息指示针对每种功率模式预测执行管理存储器装置的后台操作所花费的时间；
基于所述预测信息来确定所述存储装置的功率模式和执行所述后台操作的空闲时间，以将与所述功率模式相对应的功率模式控制信号传输到所述存储装置；
在空闲状态下接收到所述功率模式控制信号时，通过切换到与所述功率模式控制信号相对应的功率模式来执行所述后台操作；并且
在所述空闲时间期间暂停执行传输到所述数据处理系统的命令处理请求。
10.根据权利要求9所述的操作方法，其中所述数据处理系统包括外部装置和存储装置，其中所述外部装置包括与新生成的命令相对应的提交队列，
所述存储装置包括提交队列寄存器，所述提交队列寄存器存储指示所述提交队列的最后一个命令存储位置的尾部指针，并且
其中暂停执行所述命令处理请求包括暂停更新所述尾部指针。
11.根据权利要求10所述的操作方法，进一步包括：
在所述空闲时间期间，在所述提交队列变满时更新所述尾部指针。
12.根据权利要求9所述的操作方法，其中所述数据处理系统进一步包括温度传感器，并且生成所述预测信息，进一步包括温度信息。
13.根据权利要求12所述的操作方法，进一步包括在生成所述功率模式控制信号时参考所述温度信息。
14.根据权利要求9所述的操作方法，进一步包括在所述空闲时间期间保持空闲状态。
15.根据权利要求9所述的操作方法，其中所述预测信息和所述功率模式控制信号通过基于系统管理总线协议即SMBus协议、内部集成电路协议即I2C协议和改进的内部集成电路协议即I3C协议的接口装置中的一个来传输或接收。
16.根据权利要求9所述的操作方法，其中所述后台操作包括垃圾收集、数据迁移、损耗均衡、读取刷新和后台修整中的至少一种。
17.一种存储装置，包括：
存储器装置；以及
存储器控制器，向外部传输针对每种功率模式的预测信息，并且通过响应于在空闲状态下从所述外部接收到功率模式控制信号而切换到相应的功率模式，对处于所述空闲状态下的所述存储器装置执行所述后台操作，所述预测信息指示执行管理所述存储器装置的待执行的后台操作的预测时间。
18.根据权利要求17所述的存储装置，其中所述存储器控制器包括提交队列寄存器，所述提交队列寄存器存储由所述外部更新的尾部指针并且在所述尾部指针更新之前执行所述后台操作。
19.根据权利要求17所述的存储装置，其中所述存储装置进一步包括温度传感器，并且所述预测信息进一步包括温度信息。
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