JP2003122644A

JP2003122644A - 計算機及びその記憶装置

Info

Publication number: JP2003122644A
Application number: JP2001313382A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Matsumoto; 一人松本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、フラッシュメモリを用いたシリコン
ディスクにおける、フラッシュメモリの長寿命化と、ラ
イト速度の向上を目的とする。【解決手段】フラッシュメモリ２とＤＲＡＭ３，これら
メモリをコントロールするメモリコントローラ４，ホス
ト処理装置７と接続するホストバス１１とのアクセスを
受け持つホストバスコントローラ５、これらを制御する
制御用マイコン６から構成され、メモリコントローラ４
によりシステム起動時はフラッシュメモリ２の内容をＤ
ＲＡＭ３にコピーし、ホスト処理装置７からアクセスは
すべてＤＲＡＭ３で行い、定期的にＤＲＡＭ３内容をフ
ラッシュメモリ２に書き戻す制御を行うシリコンディス
ク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、書き換え可能な不
揮発性記憶媒体を用いた計算機及びその記憶装置に係
り、書き換え回数に1,000,000 回程度の限界があるフラ
ッシュメモリを適用した計算機及びその記憶装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＰＣ（パーソナルコンピュータの
略）を代表とする情報機器分野では、ＨＤＤ（ハードデ
ィスクドライブの略）に替わる補助記憶装置として、半
導体メモリを用いたシリコンディスクが脚光を浴びてい
る。従来は、ＤＲＡＭ(DynamicRandum Access Memoryの
略)、ＳＲＡＭ(Static Randum Access Memoryの略)が中
心となっていたが、両メモリとも揮発性メモリであり、
バッテリーバックアップが必要であったことなどから、
一般には普及しなかった。そして、近年、電気的に書き
換えが可能な不揮発性メモリであるフラッシュメモリ
は、バッテリーバックアップが不要であること、集積度
の向上により大容量化が可能となったこと、ＨＤＤと比
較し、耐震性において著しく優れていることなどから、
将来、ＨＤＤに代わる補助記憶装置として大いに期待さ
れている。

【０００３】フラッシュメモリは、データのリードはバ
イト／ワード単位でのアクセスが可能であるが、ライト
に関しては、アクセスサイズに一定の制限が存在する
上、メモリセルの特性が劣化する為、書き換え回数に制
限がある。このため、ライト動作時にフラッシュメモリ
のセルに対するストレスを緩和する工夫をして、フラッ
シュメモリの寿命を延ばす試みが行われてきた。

【０００４】このような従来の技術には、特開２０００
−１８１７８４号公報に記載のように、頻繁に書き換え
られる特定サイズのデータのライト動作に関しては別メ
モリを割り当て、フラッシュメモリの寿命が短くなるの
を防止しているものがある。又、特開平５−１５０９１
３号公報，特開平５−２０４５６１号公報に記載のよう
に、ファイルデータを記憶するデータメモリの他に、エ
ラーとなった領域を代替するエラー用のメモリを追加す
ることで、フラッシュメモリのライトエラーに関するリ
カバリー処置を行っているものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術によ
り、フラッシュメモリの寿命を延長することは可能とな
ったが、一般的にフラッシュメモリは書き換え回数が1,
000,000 回程度で寿命となり、書き換え回数をカウント
していつ寿命となるかを判定することは出来ないままで
ある。従って、フラッシュメモリを用いたシリコンディ
スクの寿命をある程度延ばすことは可能であるが、寿命
を定量的に推定できないという問題がある。

【０００６】又、フラッシュメモリはその特性上、一度
ライトされた領域に再度ライトを行う場合は、消去動作
を必要とし、また、消去動作はある程度まとまったサイ
ズ（ブロック単位）でしか、実行できない為、データを
ライトする場合、消去領域の待避・消去・ライトの順
で、すべてをブロック単位で実行する必要がある。この
ため、フラッシュメモリでは、一例として、１ブロック
消去に最長１０ミリ秒程度の時間がかかる。

【０００７】このように、フラッシュメモリのライト動
作は、ＨＤＤのライト動作と比較して桁違いに遅いた
め、通常のシステムでは、シリコンディスクに対するラ
イト動作は保守情報以外実行しないなど、極力控えるよ
うにし、主記憶（メインメモリともいう）上にシリコン
ディスク内の記憶内容をすべて展開して、主記憶上です
べての動作を行うようにしている。

【０００８】本発明の第１の目的は、シリコンディスク
としてのライト動作を速くでき、ＨＤＤ代替えの記憶装
置として利用することができる計算機及びその記憶装置
を提供することにある。

【０００９】本発明の第２の目的は、製品で保証してい
る可動時間においてもフラッシュメモリの寿命を保証で
きる計算機及びその記憶装置を提供することにある。

【００１０】本発明の第３の目的は、システム異常が生
じてもフラッシュメモリに書き戻し動作を完了すること
ができ、ファイルの消失によるダメージを低下させるこ
とができる計算機及びその記憶装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の計算機は、ＢＩＯＳとＣＰＵがバス
を介して接続されたホスト処理装置と、ホスト処理装置
とホストバスを介して接続された記憶装置がフラッシュ
メモリと、ＤＲＡＭと、フラッシュメモリ及びＤＲＡＭ
に接続されフラッシュメモリからＤＲＡＭへのコピーを
制御するメモリコントローラと、メモリコントローラ及
びホストバスと接続されたホストバスコントローラを備
えたことを特徴とする。

【００１２】又、記憶装置は、フラッシュメモリと、Ｄ
ＲＡＭと、フラッシュメモリ及びＤＲＡＭに接続されフ
ラッシュメモリからＤＲＡＭへのコピーを制御するメモ
リコントローラと、ＢＩＯＳを具備したホスト処理計算
機に接続されるホストバス及びメモリコントローラと接
続されたホストバスコントローラを備えたことを特徴と
する。

【００１３】上記第２の目的を達成するために、本発明
の計算機は、前記メモリコントローラがＤＲＡＭからフ
ラッシュメモリへの書き戻しを制御するものであって、
BIOSのメニュー画面により書き戻しの間隔を設定するも
のである。

【００１４】又、記憶装置は、前記メモリコントローラ
がＤＲＡＭからフラッシュメモリへの書き戻しをＢＩＯ
Ｓのメニュー画面により設定された間隔で制御するもの
である。

【００１５】上記第３の目的を達成するために、本発明
の計算機は、前記記憶装置がホストバスコントローラ内
の制御用レジスタと、ホストバスコントローラ及びメモ
リコントローラに接続された制御用マイコンを備え、ホ
スト処理装置がＯＳ監視プログラムを動作させて制御用
レジスタに定期的にアクセスするものであって、制御用
マイコンが前記制御用レジスタを参照することによりＯ
Ｓ監視プログラムが停止したことを検出した場合は、メ
モリコントローラがＤＲＡＭからフラッシュメモリへの
書き戻しを制御するものである。

【００１６】又、記憶装置は、前記ホストバスコントロ
ーラが記憶装置の動作状態を示す制御用レジスタを具備
したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１
から図３により説明する。図１は本実施例における計算
機及びその記憶装置の構成図である。

【００１８】図１に示すように、記憶装置であるシリコ
ンディスク１は、ホスト処理装置７とホストバス１１を
介して接続されている。シリコンディスク１には、ファ
イルデータを保存するフラッシュメモリ２，フラッシュ
メモリ２の内容をコピーするためのＤＲＡＭ３，フラッ
シュメモリ２およびＤＲＡＭ３にそれぞれ接続されフラ
ッシュメモリ２およびＤＲＡＭ３をコントロールするた
めのメモリコントローラ４，メモリコントローラ４と接
続されホストバス１１をコントロールするためのホスト
バスコントローラ５，メモリコントローラ４とホストバ
スコントローラ５を制御するための制御用マイコン６で
構成されている。ホストバスコントローラ５には、制御
用レジスタ１０が内蔵されており、この制御用レジスタ
１０には、フラッシュメモリ２からＤＲＡＭ３へのコピ
ー動作状態，ＤＲＡＭ３からフラッシュメモリ２への書
き戻し状態，ＯＳ監視用のレジスタなどが割り当てら
れ、シリコンディスク１をコントロールする。ここで、
ＤＲＡＭ３の記憶容量は、フラッシュメモリ２の記憶容
量以上に設定されている。

【００１９】ホスト処理装置７は、演算処理を行うＣＰ
Ｕ８と、ホスト処理装置の起動時に各種ハードウェアの
初期化を行うＢＩＯＳ９(Basic Input/Output Systemの
略)と、ＣＰＵ８，ＢＩＯＳ９及びホストバス１１を接
続するバス１２で構成される。又、コピーや書き戻し状
態を監視し、ＯＳの起動を制御するプログラムであるＢ
ＩＯＳ９により、ホストバス１１を介して接続されたシ
リコンディスク１のＤＲＡＭ３からフラシュメモリ２の
コピー終了までＯＳを起動させないように制御してい
る。

【００２０】このように構成された計算機及びその記憶
装置の動作について、図２に示す流れ図により説明す
る。図２の流れ図では、横軸に時間軸をとり、その時間
軸に沿ってホスト処理装置７とシリコンディスク１の動
作の変化を示している。

【００２１】電源が切られている状態のシステム停止時
には、ファイルデータは不揮発性のメモリであるフラッ
シュメモリ２に保存し、揮発性のメモリであるＤＲＡＭ
３の記録状態は不定状態となっている。パワーオンでシ
ステム起動され電源が入ると、ＤＲＡＭ３等の初期化２
２が行われ、シリコンディスク１は使用可能状態とな
る。一方、ホスト処理装置７ではＢＩＯＳプログラムが
起動し、ホスト処理装置７の初期化２１が始まる。シリ
コンディスク１ではＤＲＡＭ３等の初期化２２が終了す
ると、フラッシュメモリ２に格納されたファイルデータ
をメモリコントローラ４により、ＤＲＡＭ３にファイル
データをコピー２３が行われる。このファイルデータの
コピーが終了するまではＤＲＡＭ３の記録内容が確定し
ないため、シリコンディスク１に対するアクセスは受け
付けられない。このため、本実施例では、ＯＳ起動前に
ＤＲＡＭ３にファイルデータのコピー２３が終了してい
るように、ＤＲＡＭ３にファイルデータのコピーとＯＳ
起動の調整をＢＩＯＳ９により行うようにしている。

【００２２】ホストバスコントローラ５内の制御用レジ
スタ１０には、ＤＲＡＭ３のファイルデータのコピー状
態を表すレジスタが割り当てられており、ＤＲＡＭ３に
ファイルデータのコピー２３がコピー終了した場合は、
コピー状態レジスタがコピー終了を示す状態となる。Ｂ
ＩＯＳ９はホスト処理装置７の初期化２１が終了する
と、コピー状態レジスタのチェック２４を制御用レジス
タ１０をポーリングしてコピー状態を表すレジスタをリ
ードすることにより、ＤＲＡＭ３にファイルデータのコ
ピー２３が終了したかを確認する。

【００２３】この結果、もしＤＲＡＭ３にファイルデー
タのコピー２３の方がＢＩＯＳの初期化処理よりも早く
終了した場合は、シリコンディスク１がアクセス可能状
態となっているため、ＯＳ起動に移る。又、ＤＲＡＭ３
にファイルデータのコピー２３が終了していない場合
は、ＤＲＡＭ３にファイルデータのコピー２３が終了す
るまではＯＳ起動を停止させる。ＤＲＡＭ３にファイル
データのコピー２３が終了したことをＢＩＯＳ９が確認
すると、ＯＳが起動され、ホスト処理装置７は稼動状態
２５となる。

【００２４】ホスト処理装置７の稼働中でのホスト処理
装置７からシリコンディスク１へのアクセス要求に対
し、ファイルデータのやり取りはメモリコントローラ４
の制御により、すべてＤＲＡＭ３との間で行い、フラッ
シュメモリ２にはホスト処理装置７から直接アクセスが
行われないように制御される。このように、ホスト処理
装置７の稼働中は、ＤＲＡＭ３との間でデータのやり取
りをするので、ライト動作の時間が短縮でき、シリコン
ディスク１としての動作を速くできる。

【００２５】又、ホスト処理装置７の稼働中に偶発的な
故障により電源が切れてしまった場合などは、ＤＲＡＭ
３は揮発性メモリであるので、ＤＲＡＭ３の記録内容が
すべて消えることになる。ＤＲＡＭ３に記憶された新し
いファイルの消失によるダメージを極力低下させるた
め、ＤＲＡＭ３の記録内容を設定された間隔２６，２８
で、フラッシュメモリ２にファイルデータの書き戻し２
７，２９の動作を行うようにしている。すなわち、制御
用レジスタ１０には間隔２６，２８を記憶するレジスタ
が設けられており、システム起動時にＢＩＯＳ９がこの
レジスタを設定することで、書き戻し時間の間隔２６，
２８が設定される。この間隔２６，２８は、ＢＩＯＳ９
のメニュー画面等で調節することで任意の時間間隔に設
定することができるようになっている。このように、Ｂ
ＩＯＳ９のメニュー画面等で間隔２６，２８を調節する
ことにより、フラッシュメモリ２に対するライト頻度を
調整することが可能となり、シリコンディスク１の寿命
をシステム要求に合わせて調節することが可能となる。

【００２６】ＯＳをシャットダウンする場合、シャット
ダウン終了後は電源が切られてしまう為、揮発性である
ＤＲＡＭ３の内容を不揮発性であるフラッシュメモリ２
に書き戻す必要がある。通常のＯＳシャットダウン処理
では、シャットダウン処理が終了すると自動で電源が切
れるか電源を切ってもよい旨のメッセージが表示され
る。本実施例において、ＤＲＡＭ３の内容をフラッシュ
メモリ２に書き戻す作業が終了する前に電源が切られて
しまうとＤＲＡＭ３の内容が消失し、フラッシュメモリ
２には書き戻される前の古いファイルデータが残ること
となってしまう。そこで、ＯＳシャットダウン時は、Ｏ
Ｓ監視プログラムがＯＳシャットダウンを検出し、ＤＲ
ＡＭ３の内容をフラッシュメモリに書き戻す指示を与
え、書き戻しが終了するまでは、ＯＳシャットダウン処
理を終了させないようにする。以上により、電源が切ら
れる前に、ＤＲＡＭ３の内容をフラッシュメモリ２に待
避することができ、ＯＳシャットダウン時、ＤＲＡＭ３
に格納された最新のファイルデータをフラッシュメモリ
２へ確実に書き戻すことが可能となる。

【００２７】本実施例によれば、フラッシュメモリのラ
イト動作が遅いことを解消するため、フラッシュメモリ
の記録内容をＤＲＡＭにコピーし、シリコンディスクへ
のアクセス、応答はＤＲＡＭとの間で行うことにより、
フラッシュメモリのライト動作の遅さを解決することが
できる。

【００２８】また、ＤＲＡＭの記録内容を設定された間
隔でシリコンディスク内のフラッシュメモリに書き戻す
ことにより、ファイルデータを保護することができる。
又、書き戻す間隔は調整できるので、フラッシュメモリ
の寿命を保証するように調整することができる。例え
ば、書き戻し間隔を２時間と設定した場合、１０年間稼
動し続けたとしても、ライト回数は43,800回であり、フ
ラッシュメモリの一般的な書き換え回数制限である1,00
0,000 回を充分に下回るものとなり、シリコンディスク
の１０年間の寿命を保証できる。

【００２９】又、シリコンディスクを利用することで、
耐震性に優れた、高速・高信頼・長寿命のシステムを構
築することが可能となる。

【００３０】次に、システム異常時の計算機及びその記
憶装置の動作について、図３に示す流れ図により説明す
る。図３の流れ図では、横軸に時間軸をとり、その時間
軸に沿ってホスト処理装置７とシリコンディスク１の動
作の変化を示している。

【００３１】本実施例では、システム異常を検出するた
め、ＯＳ監視プログラムを動作させている。このＯＳ監
視プログラムは、例えば１秒毎の定期的に、シリコンデ
ィスク１の制御用レジスタ１０にアクセスを行う。制御
用レジスタ１０がアクセスされると制御用レジスタ１０
のレジスタの状態はアクセスしたこと示す状態となり、
設定された時間後クリアされるか、アクセスした時刻情
報等を保持することによりＯＳ監視プログラムが停止し
たことを制御用レジスタ１０のレジスタを参照すること
により判別できるようになっている。

【００３２】システム異常などによりＯＳがクラッシュ
（停止）した場合は、ＯＳ監視プログラムも停止するの
で、制御用レジスタ１０へのアクセスも停止する。シリ
コンディスク１の制御用マイコン６は、ホストバスコン
トローラ５内の制御用レジスタ１０の監視を行ってお
り、レジスタを参照することによりＯＳ監視プログラム
が停止したことを検出した場合は、ＯＳ異常と判断して
メモリコントローラ４を制御してＤＲＡＭ３の記録内容
の保護動作を行う。

【００３３】図３に示すように、システム正常４１では
ＯＳ監視プログラムも正常に動作し、シリコンディスク
１も正常状態４２で動作している。ここで、何らかの要
因によりＯＳ停止４３に至ったとする。これによりＯＳ
監視プログラム停止４５が生じ、制御用レジスタ１０へ
の定期的なアクセスも停止する。制御用マイコン６は、
レジスタを参照することによりＯＳ監視プログラムが停
止したことを検出し、メモリコントローラ４を制御して
ＤＲＡＭ３の記録内容の待避動作に移る。この待避動作
では、ＤＲＡＭ３とフラッシュメモリ２の記録内容をリ
ードして内容を比較し、異なるファイルデータが格納さ
れているブロックのみをフラッシュメモリ２書き戻し動
作４６により、ファイルデータを不揮発性メモリである
フラッシュメモリ２に移してデータの保護を行う。

【００３４】フラッシュメモリ２書き戻し動作４６中
に、ＯＳ暴走によりリセット４７がなされたり、オペレ
ータがシステムを復旧させるためリセット４７を行った
場合は、制御用レジスタ１０のレジスタがＤＲＡＭ３か
らフラッシュメモリ２への書き戻しを示す状態となって
おり、ホスト処理装置７からシリコンディスク１へのリ
セット４７を受付けず、メモリコントローラ４により制
御されてフラッシュメモリ２書き戻し動作４６を継続す
る。

【００３５】ホスト処理装置７では、このリセット４７
により、ＢＩＯＳ９が再読込みされ、ホスト処理装置７
の初期化が始まる。初期化が終了後、ＯＳ起動に移る
が、ＯＳ起動時にフラッシュメモリ２書き戻し動作４６
が終了していない可能性があるため、本実施例では、Ｏ
Ｓ起動処理に移る前に、ＢＩＯＳ９が、制御用レジスタ
１０に設けられたフラッシュメモリ２書き戻し動作４６
が実行中であることを示すレジスタをチェックし、フラ
ッシュメモリ２書き戻し動作が終了していない場合は、
書き戻し終了までＢＩＯＳ９にてウエイト４９にてＯＳ
再起動を遅らせている。書き戻し終了５０となると、フ
ラッシュメモリ２書き戻し動作４６が実行中であること
を示すレジスタがクリアされるので、ＢＩＯＳ９がレジ
スタをチェックすることで、書き戻しが終了したことを
確認し、ＯＳ再起動処理に移る。これにより、ホスト処
理装置７は正常状態５２に、シリコンディスク１は正常
状態５１に復帰する。正常動作５１，５２に復帰後は、
図２に示すように、DRAM3の記録内容を設定された間隔
２６，２８で、フラッシュメモリ２にファイルデータの
書き戻し２７，２９の動作を行う。

【００３６】このように構成しているので、システム異
常が生じてもフラッシュメモリに書き戻し動作を完了す
ることができ、ファイルの消失によるダメージを低下さ
せることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、シリコンディスクにフ
ラッシュメモリとＤＲＡＭを記憶媒体として用いること
により、製品で保証している可動時間においてもフラッ
シュメモリの寿命を保証できる。又、シリコンディスク
としてのライト動作を速くできるので、ＨＤＤ代替の記
憶装置として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である計算機及びその記憶装
置の構成図である。

【図２】本実施例におけるシステム起動時の流れ図であ
る。

【図３】本実施例におけるシステム異常時のデータ書き
戻しの流れ図である。

【符号の説明】

１…シリコンディスク、２…フラッシュメモリ、３…Ｄ
ＲＡＭ、４…メモリコントローラ、５…ホストバスコン
トローラ、６…制御用マイコン、７…ホスト処理装置、
８…ＣＰＵ、９…ＢＩＯＳ、１０…制御用レジスタ、１
１…ホストバス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＢＩＯＳとＣＰＵがバスを介して接続され
たホスト処理装置と、該ホスト処理装置とホストバスを
介して接続された記憶装置で構成される計算機であっ
て、該記憶装置がフラッシュメモリと、ＤＲＡＭと、前
記フラッシュメモリ及びDRAMに接続されフラッシュメモ
リからＤＲＡＭへのコピーを制御するメモリコントロー
ラと、該メモリコントローラ及び前記ホストバスと接続
されたホストバスコントローラを備えたことを特徴とす
る計算機。
【請求項２】前記メモリコントローラがＤＲＡＭからフ
ラッシュメモリへの書き戻しを制御するものであって、
前記ＢＩＯＳのメニュー画面により書き戻しの間隔を設
定する請求項１に記載の計算機。
【請求項３】計算機起動により前記フラッシュメモリの
記憶内容を前記ＤＲＡＭにコピーするものであって、前
記ホスト処理装置からのアクセス要求に対し前記メモリ
コントローラが前記ＤＲＡＭとファイルデータのやり取
りを行うように制御する請求項１又は２に記載の計算
機。
【請求項４】前記ホストバスコントローラが制御用レジ
スタを具備し、計算機起動により前記フラッシュメモリ
の記憶内容を前記ＤＲＡＭにコピーするものであって、
前記ＢＩＯＳが前記制御用レジスタをポーリングするこ
とによりコピー完了後にＯＳの起動を行う請求項１又は
２に記載の計算機。
【請求項５】前記記憶装置がホストバスコントローラ内
の制御用レジスタと、前記ホストバスコントローラ及び
メモリコントローラに接続された制御用マイコンを具
え、前記ホスト処理装置がＯＳ監視プログラムを動作さ
せて前記制御用レジスタに定期的にアクセスするもので
あって、前記制御用マイコンが前記制御用レジスタを参
照することにより前記ＯＳ監視プログラムが停止したこ
とを検出した場合は、前記メモリコントローラがＤＲＡ
Ｍからフラッシュメモリへの書き戻しを制御する請求項
２に記載の計算機。
【請求項６】前記ホスト処理装置がリセットされた場
合、前記ＢＩＯＳが前記制御用レジスタをポーリングす
ることにより書き戻し完了後にＯＳの起動を行う請求項
５に記載の計算機。
【請求項７】フラッシュメモリと、ＤＲＡＭと、前記フ
ラッシュメモリ及びＤＲＡＭに接続されフラッシュメモ
リからＤＲＡＭへのコピーを制御するメモリコントロー
ラと、ＢＩＯＳを具備したホスト処理計算機に接続され
るホストバス及び前記メモリコントローラと接続された
ホストバスコントローラを備えたことを特徴とする記憶
装置。
【請求項８】前記メモリコントローラがＤＲＡＭからフ
ラッシュメモリへの書き戻しを前記ＢＩＯＳのメニュー
画面により設定された間隔で制御するものである請求項
７に記載の記憶装置。
【請求項９】前記ホストバスコントローラが記憶装置の
動作状態を示す制御用レジスタを具備した請求項７又は
８に記載の記憶装置。