CN203133824U - 一种计算机的数据存储系统及计算机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种计算机的数据存储系统，包括：若干易失性存储器、若干非易失性存储器、若干复用器、存储控制器；所述存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。在本实用新型中，充分发挥了非易失性存储器的并行处理能力，实现了易失性存储器与非易失性存储器各自性能的充分利用，避免了使用小容量的非易失性存储器，从而降低了计算机的数据存储系统的制造成本。

Description

一种计算机的数据存储系统及计算机系统

技术领域

本实用新型涉及计算机的存储技术领域，尤其涉及一种计算机的数据存储系统及计算机系统。 

背景技术

众所周知，计算机的数据存储系统以易失性存储器(Volatile Memory)为主。易失性存储器的特点为运行速度快，单位比特面积小，价格低廉，但当计算机在掉电情况下，该易失性存储器所临时存储的数据会消失。 

目前主流的技术是采用非易失性存储器(Non-Volatile Memory)作为数据存储介质。其使用闪存技术，将易失性存储器和非易失性存储器整合到一块双列存储器模块(DIMM)上，并使用不间断电源(Uninterruptable Power System)作为整个计算机系统的备用电源。在计算机掉电情况下，以不间断电源提供电源，将易失性存储器中的数据保存非易失性存储器中，以达到数据保存的目的。 

但是这种技术方案仍然存在以下技术缺陷： 

第一，现有的计算机主板中一条双列存储器模块(DIMM)上的非易失性存储器只能用于一个双列存储器接口，无法充分发挥非易失性存储器的多通道并行数据处理能力，导致现有技术中计算机的数据存储系统的性能偏低。 

第二，双列存储器模组(DIMM)上的单颗DRAM容量相对于市场流行的非易失性存储器的容量而言过小。这样就造成如果使用现有规格的DRAM与非易失性内存器相匹配的话，就需要多颗容量相对较小的非易失性存储器。而小容量的非易失性存储器的成本是比较昂贵的，因此造成整个计算机的数据存储系统的制造成本比较大。 

有鉴于此，有必要对现有技术中的计算机的数据存储系统予以改进，以解决上述技术缺陷。 

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于克服现有技术中的不足，揭示一种能够充分发挥非易失性存储器的并行处理能力，实现计算机的数据存储系统中易失性存储器与非易失性存储器各自性能的充分利用，降低计算机的数据存储系统的制造成本。 

为实现本实用新型的第一个发明目的，本实用新型提供了一种计算机的数据存储系统，包括： 

若干易失性存储器、若干非易失性存储器、若干复用器、存储控制器； 

所述存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。 

作为本实用新型的进一步改进，还包括电性连接的电源控制器和储能装置。 

作为本实用新型的进一步改进，所述电源控制器在存储控制器的控制下，在储能装置与易失性存储器之间建立电连接。 

作为本实用新型的进一步改进，所述储能装置包括电容、电池。 

作为本实用新型的进一步改进，所述电容选自超级电容。 

作为本实用新型的进一步改进，所述非易失性存储器包括NAND闪存或者相变存储器。 

作为本实用新型的进一步改进，所述复用器电性连接存储控制器，以形成若干并行的数据调取通道。 

作为本实用新型的进一步改进，所述存储控制器电性连接至少一个非易失性存储器。作为本实用新型的进一步改进，所有非易失性存储器的容量大于或者等于所有易失性存储器的容量。 

作为本实用新型的进一步改进，所述非易失性存储器包括两个或者两个以上容量相等的NAND闪存。 

作为本实用新型的进一步改进，所述非易失性存储器与存储控制器电性连接，以形成两个或者两个以上的并行的数据保存通道。 

作为本实用新型的进一步改进，所述易失性存储器包括动态随机存储器或者静态随机存储器。 

本实用新型的第二个目的在于揭示一种计算机系统，以克服现有技术中的不足，揭示一种能够充分发挥非易失性存储器的并行处理能力，实现计算机系统中易失性存储器与非易失性存储器各自性能的充分利用，并降低该计算机系统的制造成本。 

为实现本实用新型的第二个发明目的，本实用新型揭示了一种计算机系统，包括处理器， 

还包括数据存储系统； 

所述数据存储系统包括：若干易失性存储器、若干非易失性存储器、若干复用器、存储控制器； 

所述存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在本实用新型中，存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。从而充分发挥非易失性存储器的并行处理能力，实现了易失性存储器与非易失性存储器各自性能的充分利用，避免了使用小容量的非易失性存储器，从而降低了计算机的数据存储系统的制造成本。 

附图说明

图1为本实用新型一种计算机的数据存储系统实施例一中的结构图； 

图2为实施例一中将数据写入易失性存储器过程的实施方式结构图； 

图3为实施例一中将数据从易失性存储器中调取至存储控制器过程的实施方式结构图； 

图4为实施例一中将数据从存储控制器保存至非易失性存储器过程的实施方式结构图； 

图5为实施例二中本实用新型一种计算机的数据存储系统将数据从存储控制器保存至非易失性存储器过程的结构图； 

图6为实施例三中本实用新型一种计算机的数据存储系统的结构图； 

图7为实施例四中本实用新型一种计算机系统第一种实施方式的结构图； 

图8为实施例五中本实用新型一种计算机系统第二种实施方式的结构图。 

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。 

实施例一 

请参图1至图4所示本实用新型一种计算机的数据存储系统的第一种实施方式。 

参图1所示，在本实施方式中，一种计算机的数据存储系统100，包括： 

若干易失性存储器101，以形成并行结构的易失性存储器组件10、若干非易失性存储器401，以形成并行结构的非易失性存储器组件40、若干复用器201，以形成并行结构的复用器组件20。具体的，该复用器201的数量与 易失性存储器101的数量相等，以及一存储控制器300。该存储控制器300分别连接复用器201与非易失性存储器401。 

在本实施方式中，该易失性存储器101包括动态随机动态存储器(DRAM)或者静态随机存储器(SRAM)，并优选为动态随机动态存储器(DRAM)。当然，该易失性存储器101并不限定于所述随机动态存储器(DRAM)或者静态随机存储器(SRAM)，也可为具有上电后高速保存数据的其他类型的临时数据存储器。 

进一步的，该非易失性存储器401包括NAND闪存或者相变存储器，并优先为NAND闪存。同时，该非易失性存储器401也可为阻变式存储器(RRAM)、磁性自旋转矩存储器(ST-RAM)或者磁阻式存储器(M-RAM)。 

具体的，主机内存控制器1通过计算机内部的系统总线5并行连接所有复用器201；存储控制器300并行连接所有复用器201；每个复用器201连接一易失性存储器101，以形成多个并行的数据写入通道15。 

在本实施方式中，该计算机的数据存储系统100还包括：电性连接的电源控制器500和储能装置501。该电源控制器500可在存储控制器300中设置的电源管理模块(未图示)的控制下，在储能装置501与易失性存储器101之间建立电连接。在正常供电情况下，储能装置501与易失性存储器101之间处于开路状态。主机电源2会通过电源控制器500向储能装置501中进行充电。 

复用器201择一地从主机内存控制器1中将数据写入易失性存储器101或从易失性存储器101调取数据至存储控制器300，并通过存储控制器300将数据保存至非易失性存储器401。 

复用器201是一种高速信号切换装置，其内部有受外部电压信号控制的多个高速电子开关，每个高速电子开关的通断与控制信号相互独立。具体而言，高速电子开关选自MOSFET，或者其他具高速开关性能的半导体器件。 

具体而言，该计算机的数据存储系统100存在两种工作情况，即正常供电情况和掉电情况。 

参图2所示，在正常供电情况下，主机电源2会通过双列存储器模块600向易失性存储器101及存储控制器300提供电源。计算机中的数据会通过主机内存控制器1通过计算机内部的系统总线5发送至所有复用器201，并通过复用器201写入易失性存储器101，以形成多个数据写入易失性存储器101的数据写入通道15。 

通过这种设置，充分发挥了易失性存储器101在多通道、高速并行数据处理方面的优势，提高了该计算机的数据存储系统100对数据临时写入易失性存储器101的效率。当然，也可同时提高计算机对易失性存储器101的访问的稳定性与数据安全性。 

参图3所示，该复用器201电性连接存储控制器300。当数据写入易失性存储器101后，复用器201会迅速关闭与主机内存控制器1的数据写入通道15，并在复用器201与存储控制器300之间分别建立并行的数据调取通道25，以将易失性存储器101中临时保存的数据调取出来，并且并行地调取至存储控制器300，完成对数据调取步骤。 

参图4所示，在本实施方式中，该存储控制器300电性连接多个非易失性存储器401。具体的，所述非易失性存储器401与存储控制器300电性连接，以形成两个或者两个以上的并行的数据保存通道35。 

该存储控制器300在主机控制器3的控制下，将自易失性存储器101中的调取所获得的数据通过若干数据保存通道35并行地保存至非易失性存储器401，从而完成数据保存处理。 

结合参照图3与图4所示，在数据并行调取至存储控制器300、以及从存储控制器300并行保存至非易失性存储器401的过程中，主机电源2会通过双列存储器模块600向存储控制器300提供电源。 

在本实施方式中，数据写入、数据调取、数据保存这三个步骤均为并行处理，从而实现了易失性存储器101数据处理速度快与非易失性存储器401的多通道并行数据存储能力的协调使用，提高了整个计算机的数据存储系统100对数据的处理速度和处理效率。 

重新参照图1所示，当计算机掉电后，主机电源2无法通过双列存储器模块600向易失性存储器101及存储控制器300提供电源。 

但是，当计算机掉电的瞬间，电压不会从正常值突然降为0V，其往往存在“滞后现象”。此时，主机控制器3会探测到主机电源2的不正常信号，并根据主机电源2的不正常信号生成控制信号，并发送至电源控制器500。从而驱动电源控制器500在易失性存储器101与储能装置501之间建立电连接；同时也可通过该储能装置501为存储控制器300提供电源。此时，该储能装置501起到了备用电源的作用。 

在本实施方式中，所述储能装置501包括电容、电池；优选的，该电容选自超级电容。 

超级电容(Super Capacitor)，又名电化学电容(Electro Chemical Capacitor)。超级电容是一种新型的储能装置，它是一种介于传统电容与电池之间，具有特殊性能的电源。其主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能，因而不同于传统的化学电源。超级电容的突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。 

当计算机掉电瞬间，复用器201与主机内存控制器1之间的系统总线5被复用器201关闭；同时，复用器201迅速与非易失性存储器401建立数据连接，并可从易失性存储器101中调取数据，并在复用器201与存储控制器300之间分别建立若干并行的数据调取通道25，以将易失性存储器101中临时保存的数据调取至存储控制器300。 

然后，在存储控制器300的控制下，将数据并行保存至多个非易失性存储器401中。从而保证易失性存储器101有一定时间完成数据保存至非易失性存储器401中，起到数据备份的作用，防止计算机掉电时的数据丢失。 

随着NAND闪存制造技术的发展，更大容量的NAND闪存是必然的趋势，而DRAM容量提升的速度相对缓慢。为了提高DRAM的数据并行处理能力。在本实施方式中，所有非易失性存储器401的容量大于或者等于所有易失性存储器101的容量。优选的，所有非易失性存储器401的容量等于所 有易失性存储器101的容量。 

具体的，该非易失性存储器401优选为两个或者两个以上的容量相等NAND闪存。当然也可以设置成若干彼此容量不相等的NAND闪存。 

在本实施方式中，该计算机的数据存储系统100，可设置四个均为4GB容量的易失性存储器101，例如DRAM；并设置两个8GB容量的非易失性存储器401，例如NAND闪存。从而实现整个计算机的数据存储系统100性能与成本的最佳比例。 

实施例二 

参图5所示的本实用新型一种计算机的数据存储系统的第二种实施方式。 

对比参照图5与图4所示，本实施方式与实施例一的主要区别在于，该计算机的数据存储系统100仅设置一个非易失性存储器402。即，该存储控制器300仅电性连接一个非易失性存储器402。该易失性存储器402与存储控制器300之间仅形成一个数据保存通道35。 

具体的，在本实施方式中，可设置四个4GB容量的易失性存储器101，例如DRAM；并匹配设置一个16GB容量的非易失性存储器402，例如NAND闪存。当然需要说明的是，为提高该计算机的数据存储系统100在数据备份方面的性能，也可匹配设置一个32GB或者更大容量的非易失性存储器402。 

NAND闪存的容量越高，单位存储单元的制造成本越低，可进一步降低整个计算机的数据存储系统100的制造成本。 

实施例三 

参图6所示的本实用新型一种计算机的数据存储系统的第三种实施方式。 

配合参照图1所示，本实施方式与前两种实施例的主要区别在于，该计算机的数据存储系统100不设置电源控制器500及储能装置501。易失性存储器101是通过双列存储器模块600向易失性存储器101及存储控制器300直接提供电源。通过这种设置，可进一步降低整个计算机的数据存储系统100 的制造成本。 

在本实施方式中，复用器201仍然会择一地从主机内存控制器1中将数据写入易失性存储器101或从易失性存储器101调取数据至存储控制器300，并通过存储控制器300将数据保存至非易失性存储器401。从而实现数据高速并行地进行数据写入易失性存储器101、数据通过复用器201调取至存储控制器300、以及将数据保存至非易失性存储器401中。 

需要说明的是，本实施方式中，该数据存储系统100中执行数据并行写入、数据并行调取、数据并行保存的具体过程与实施例一相同。 

实施例四 

参图7所示的本实用新型计算机系统的第一种实施方式的结构图。 

在本实施方式中，一种计算机系统，包括处理器4，该处理器4与主机内存控制器1通过系统总线5相连。该主机内存控制器1可访问处理器4中的高速缓存所临时存储的数据。 

在本实施方式中，该计算机系统还包括数据存储系统100。 

所述数据存储系统100包括：若干易失性存储器101、若干非易失性存储器401、若干复用器201、存储控制器300。 

所述存储控制器300并行连接若干复用器201，每个复用器201连接一易失性存储器101，所述复用器201择一地从主机内存控制器1中将数据写入易失性存储器101或从易失性存储器101调取数据至存储控制器300，并通过存储控制器300将数据保存至非易失性存储器401。 

在本实施方式中，数据存储系统100中执行数据并行写入、数据并行调取、数据并行保存的具体过程与实施例一相同。 

实施例五 

参图8所示的本实用新型计算机系统的第二种实施方式的结构图。 

对比参照图8与图7所示，本实施方式与实施例四的主要区别在于，该计算机的数据存储系统100不设置电源控制器500及储能装置501。易失性存储器101是通过双列存储器模块600向易失性存储器101及存储控制器300 直接提供电源。通过这种实施方式，可进一步降低整个计算机系统的制造成本。 

在本实施方式中，复用器201仍然会择一地从主机内存控制器1中将数据写入易失性存储器101或从易失性存储器101调取数据至存储控制器300，并通过存储控制器300将数据保存至非易失性存储器401。从而实现数据高速并行地进行数据写入易失性存储器101、数据通过复用器201并行调取至存储控制器300、以及将数据并行保存至非易失性存储器401中。 

本实用新型充分发挥非易失性存储器101的并行处理能力，实现了易失性存储器101与非易失性存储器401各自性能的充分利用，避免了使用小容量的非易失性存储器401，从而降低了计算机的数据存储系统的制造成本。同时数据在该存储控制器300内部可以进行压缩、加密、解密、就错等处理，进一步加强了计算机系统中数据的安全性。 

本实用新型所揭示的计算机系统不仅包括个人电脑，还包括服务器、云计算系统、智能手机、平板电脑、路由器、交换机等。 

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起 见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 

Claims (13)

1.一种计算机的数据存储系统，其特征在于包括： 

若干易失性存储器、若干非易失性存储器、若干复用器、存储控制器； 

所述存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。 

2.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，还包括电性连接的电源控制器和储能装置。 

3.根据权利要求2所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述电源控制器在存储控制器的控制下，在储能装置与易失性存储器之间建立电连接。 

4.根据权利要求2所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述储能装置包括电容、电池。 

5.根据权利要求4所述的计算机数据存储系统，其特征在于，所述电容选自超级电容。 

6.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述非易失性存储器包括NAND闪存或者相变存储器。 

7.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述复用器电性连接存储控制器，以形成若干并行的数据调取通道。 

8.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述存储控制器电性连接至少一个非易失性存储器。 

9.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所有非易失性存储器的容量大于或者等于所有易失性存储器的容量。 

10.根据权利要求6或9所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述非易失性存储器包括两个或者两个以上容量相等的NAND闪存。 

11.根据权利要求10所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所 述非易失性存储器与存储控制器电性连接，以形成两个或者两个以上的并行的数据保存通道。 

12.根据权利要求1所述的计算机的数据存储系统，其特征在于，所述易失性存储器包括动态随机存储器或者静态随机存储器。 

13.一种计算机系统，包括处理器， 

其特征在于，还包括数据存储系统； 

所述数据存储系统包括：若干易失性存储器、若干非易失性存储器、若干复用器、存储控制器； 

所述存储控制器并行连接若干复用器，每个复用器连接一易失性存储器，所述复用器择一地将数据写入易失性存储器或从易失性存储器调取数据至存储控制器，并通过存储控制器将数据保存至非易失性存储器。 

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