JP4053067B2 - ハイブリッドストレージ、および、それを用いた情報処理装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明に係る第一の実施形態を、図1ないし図11を用いて説明する。
(I) 情報処理装置の構成
先ず、図1を用いて本発明の第一の実施形態に係る情報処理装置の構成について説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態のハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置の構成図である。
(II) 情報処理装置の動作モード
次に、図2ないし図6を用いて本発明のハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置の動作モードについて説明する。
図2は、各動作モードの状態遷移図である。
図3は、使用環境モード下でアクセスモードの様子を説明する図である。
図4は、HDD音と暗騒音の音圧レベルを状況により対比した図である。
図5は、音圧レベルの測定範囲を示した図である。
先ず、図2を用いて本発明のハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置の動作モードの概念とモード遷移の概要について説明する。
次に、使用環境対応モード下でのアクセスモードの切替え条件について説明する。使用環境対応モードの判断のための切替え要因としては、温度、衝撃、気圧、バッテリ、騒音などがある。また、説明しなかったが、これら以外の切替え要因としては、湿度等を加えてもよい。
(ケース1)温度・気圧・振動・衝撃に対する対応
HDD10はアクセス時、メカ駆動を伴うため、低・高温、低気圧、振動・衝撃時等の使用環境では、正常な動作がおこなえないことがある。したがって、そのような事態に対処するため、HDD10が正常な動作をおこなえる許容範囲を設定しておき、図1に示した温度センサ21、気圧センサ、加速度センサ23を用いて監視し、許容範囲を越えた場合、情報処理装置がアクセスする記憶媒体をHDD10からフラッシュメモリ11に切り替えるようにする。なお、電源投入時は、センサ情報を取得してどちらの記憶媒体を使用するかを決定する。
(ケース2)騒音に対する対応
HDDを組み込んだ情報処理装置を深夜の室内等の環境下で使用する場合、特にディスクの回転音やヘッドのシーク音等が耳ざわりになる。かといって、モータの回転数を下げたり、シーク速度を落とすと、HDDのアクセス性能の低下を招く。一方、人の耳は音のエネルギーに対し非常に感度が高く(10db(A)〜120db(A)超)、同じ音圧レベルの音でも周囲の暗騒音と同等であればほとんど気にならないが、周囲の暗騒音の音圧レベルが低いと非常に気になることが多い。
(ケース3)バッテリィの残量対応
携帯用の情報処理装置の場合、その情報処理装置を使用できるか否かのファクターとして、バッテリィ91の供給電力能力が極めて大きなものになる。
次に、ユーザ設定モードの詳細について説明する。
情報処理装置の電源投入/切断時に、特に、フラッシュメモリのみをアクセスするようにしたモードである。すなわち、情報処理装置が(i)電源投入・切断時、(ii)電源投入時、(iii)電源切断時のいずれかの一つの状態でフラッシュメモリ11のみをアクセスする様に設定する。
(表2―[2])「フラッシュメモリ優先」モード
可能な限りフラッシュメモリ優先して使うモードである。しかしながら、HDD10のアクセスを全くおこなわないのではなく、必要に応じてHDD10のアクセスをおこなう。
(表2―[3])「記憶媒体指定」モード
ユーザが明示的に、記憶媒体のアクセスを指定するモードである。
次に、使用環境対応モードでのアクセスモードの動作の詳細について説明する。
このときに、図3に示すようにHDD10へのアクセスは、優先アクセス、フラッシュメモリ11のアクセスは、補助アクセスという位置付けになる。
(III) 情報処理装置のファイル管理制御動作
次に、図6を用いて本発明の第一の実施形態に係るハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置のファイル管理制御動作について説明する。
図6は、本発明の第一の実施形態に係るハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置のファイル管理制御動作の説明図である。
(1)OS50は、HDD10/揮発性メモリ2上のファイルに関し、階層管理と入出力管理を制御するとともに、アプリケーション52が要求するファイルに関しHDD制御モジュール51に対して、RD(ReaD)/WR(WRite)を要求する。
(2)HDD制御モジュール51の機能(タスク)は以下の通りである。
[1]HDD制御モジュール51は、OS51からのファイルのRD/WR要求に対し、HDDコントローラ12を介したハイブリッドストレージコントローラ16とインターフェイス制御をおこなって、RD/WRコマンドを発行する。
[2]ユーザ設定モードが有効になったときには、HDD制御モジュール51は、設定情報をHDDコントローラ12を介しハイブリッドストレージコントローラ16に通知する。
[3]後に説明するが、本発明の情報処理装置では、ユーザがフラッシュメモリに置くファイルを明示的に指定する機能がある。指定には、HDDのファイルをフラッシュメモリにコピーする指定、フラッシュメモリのファイルを削除する指定の二種類があるが、この指定をされたときには、HDD制御モジュール51は、ハイブリッドストレージコントローラ16にHDDコントローラ12を介して、(i)HDD10からフラッシュメモリ11へコピー転送すべきファイル、(ii)フラッシュメモリ11上の削除すべきファイルを通知する。
(3)ハイブリッドストレージコントローラ16は、例えば、必要に応じソフトウェアの組み込まれたLSIで構成され、機能(タスク)は以下の通りである。
[1]ハイブリッドストレージコントローラ16は、HDDコントローラ12を介し、HDD制御モジュール51とのインターフェイス制御をおこない、RD/WRコマンド、ユーザ設定コマンドを実行する。
[2]使用環境対応モードに関しては、ハイブリッドストレージコントローラ16は、以下の様に動作する。
(i)HDD10とフラッシュメモリ11上の同一ファイルには、HDD10の論理アドレスをそのままフラッシュメモリ11に割当てる。
(ii)センサ情報収集器20を制御してセンサ情報を収集し、使用環境対応モードの設定範囲と比較することでハイブリッドストレージの有効な記憶媒体を確定させ、必要に応じHDD/フラッシュメモリモードを切替える。
(iii)使用環境対応モードでは、フラッシュメモリ11上のファイルは、必ずHDD10上に存在し、上位であるOS05、および、HDD制御モジュール51にとって、HDD10、フラッシュメモリ11上の同一ファイルは、常に同じ状態で更新、新規作成されている様に見せることが必要である。そのために、ハイブリッドストレージコントローラ16は、以下の制御をおこなう。
A)HDD制御モジュール51のWR指示ファイルを、フラッシュメモリ11にWRした後、ハイブリッドストレージ中継器15を介してHDD10にafter_WRするか、または、HDD10とフラッシュメモリ11に同時WRする。
B)フラッシュメモリ11上の更新・新規作成ファイルを、ハイブリッドストレージ中継器15を介してHDD10にafter_WRする。
C)フラッシュメモリ11のファイル指定処理(指定ファイルのHDD10からフラッシュメモリ11へのハイブリッドストレージ中継器15を介したコピー転送、フラッシュメモリ11上の指定ファイルの削除)を実行する。
[3]ユーザ設定モードに関しては、ハイブリッドストレージコントローラ16は、以下の様に動作する。
(i)「電源投入・切断」の指定については、HDD制御モジュール51より電源投入・切断のイベント通知があると、フラッシュメモリで動作するようにする。
(ii)「フラッシュメモリ優先」の指定については、ハイブリッドストレージ30内での閉じた処理(ハイブリッドストレージコントローラ16は、フラッシュメモリ11のファイルの有無、空き容量等を判断しRD/WR可能であればフラッシュメモリ11をアクセスし、そうでない場合、HDD10とフラッシュメモリ11をアクセスする)であり、上位のHDD制御モジュール51には動きをみせない。
(iii)「記憶媒体指定」の指定については、HDD制御モジュール51からの指定情報(HDD/フラッシュメモリ)に従う。
(IV) ファイル管理制御のストレージアクセスの切り替え
本発明のハイブリッドストレージを組み込んだ情報処理装置では、HDD10とフラッシュメモリ11の切り替えをおこなうことを特徴とする。
(V) ファイル管理制御のストレージアクセスのための論理アドレスの取り扱い
次に、図7ないし図9を用いて本発明の情報処理装置におけるファイル制御のストレージアクセスの切り替えと、そのアクセスのための論理アドレスの取り扱いについて説明する。
図7は、HDDとフラッシュメモリのファイル構成を説明する模式図である。
図8は、HDDとフラッシュメモリのファイル管理情報テーブルと、ファイルを格納している様子を示す模式図である。
図9は、HDD−フラッシュメモリアドレス変換テーブルの具体例を示す模式図である。
(VI) ファイル管理制御によるファイルの取扱い
次に、図10および図11を用いて本発明の情報処理装置のファイル管理制御によるファイルの取扱いについて説明する。
図10および図11は、各状態におけるファイルの状況を説明するための図である。
(1)フラッシュメモリへのファイル割り当て
フラッシュメモリ11は、HDD10に比べ容量が少ないため、HDD10に格納されるファイルの中で、[1]情報処理装置のユーザが明示的に指定したファイル、[2]情報処理装置が学習した使用頻度が高いファイル、または、最近アクセスしたファイル、[3]情報処理装置が学習した使用頻度が高い、または、最近アクセスしたアプリケーションがアクセスする可能性のあるファイル等を、優先的にフラッシュメモリ11に常駐させる。
(2)情報処理装置立上げ時(図10参照)
ハイブリッドストレージコントローラ16は、情報処理装置の立上げ直前、センサ情報収集器20を制御して必要なセンサ情報を取得し、表1の使用環境対応モードの判定条件にしたがって、HDDモード、または、フラッシュメモリモードいずれかを決定し、該当するHDD10、または、フラッシュメモリ11よりOS、管理ファイル等を読み出し、ROM搭載プログラムが、HDDコントローラ12を通して揮発性メモリ2に転送する(RD処理1−1)。
(3)HDDモードでの動作(図10参照)
ハイブリッドストレージコントローラ16は、アクセスモードがHDDモードであると確定した時点で、HDD10とフラッシュメモリ11のファイル管理情報テーブル101,102より、フラッシュメモリ11に存在し、HDD10に存在しないファイルを、フラッシュメモリ11からHDD10にコピー転送する(図10右下:WR処理1−2)。
(4)HDDモードからフラッシュメモリモードに移行する場合(図10参照)
ハイブリッドストレージ30がHDDモードからフラッシュメモリモードに移行した場合、情報処理装置では、揮発性メモリ2は保持された状態(引継ぎ処理1−9)で、ハイブリッドストレージコントローラ16がアクセスの対象をフラッシュメモリ11に切替え、アプリケーションとOSによる処理が引き続き実行される。
(5)フラッシュメモリモードでの動作(図11参照)
HDD制御モジュール51は、必要に応じ、ハイブリッドストレージコントローラ16にREADコマンドを発行し、ハイブリッドストレージコントローラ16はアプリケーションファイルやユーザファイルをフラッシュメモリ11から読み出し、HDD制御モジュール51は、HDDコントローラ12を経由し揮発性メモリ2に転送する(RD処理2−1)。ただし、ハイブリッドストレージコントローラ16は、HDD10とフラッシュメモリ11のファイル管理情報テーブル101,102を参照して、HDD10に存在し、フラッシュメモリ11に存在しないファイルで、フラッシュメモリモードでアクセスする可能性のあるファイルは、HDDモード時にHDD10からフラッシュメモリ11にコピー転送しておく。
(6)フラッシュメモリモードからHDDモードに移行する場合(図11参照)
ハイブリッドストレージ30がフラッシュメモリモードからHDDモードに移行した場合、情報処理装置では、揮発性メモリ2は保持された状態(引継ぎ処理2−5)で、ハイブリッドストレージコントローラ16がアクセスの優先対象をHDD10に切替え、アプリケーションとOSによる処理が引き続き実行される。
(7)情報処理装置シャットダウン時(図11参照)
ハイブリッドストレージ30がHDDモードもしくは、フラッシュメモリモードの何れかのモードで、情報処理装置のシャットダウン契機が発生した場合、ハイブリッドストレージコントローラ16は、HDD制御モジュール51からのWRITEコマンドに対し、フラッシュメモリモードであればフラッシュメモリ11に対し、HDDモードであれば、HDD10、フラッシュメモリ11の両方に管理ファイル等の更新ファイル、新規ユーザファイルを所定のアドレス空間に書き込む(WR処理2−11)。
(VII) フラッシュメモリに関するファイル操作
次に、図12ないし図14を用いてフラッシュメモリへのファイル操作について説明する。
図12は、フラッシュメモリへのファイル操作画面を示す模式図である。
図13は、図11の画面に加えて、エクスプローラ画面を示す模式図である。
図14は、コピー完了後の確認画面を示す模式図である。
以下、本発明に係る第二の実施形態を、図15および図16を用いて説明する。
(I) 情報処理装置の構成
先ず、図15を用いて本発明の第二の実施形態に係る情報処理装置の構成について説明する。
図15は、本発明の第二の実施形態の情報処理装置の構成図である。
(II) 情報処理装置のファイル管理制御動作
次に、図16を用いて本発明の第二の実施形態に係る情報処理装置のファイル管理制御動作について説明する。
図16は、本発明の第二の実施形態に係る情報処理装置のファイル管理制御動作の説明図である。
(1)OS50対応ファイル入出力制御
HDD制御モジュール51は、OS50からのファイルのRD/WR要求に対し、HDDコントローラ12を介したHDD10とのインターフェイス制御をおこなない、HDD10に対しRD/WRコマンドを実行する。同様に、フラッシュメモリコントローラ13を介したフラッシュメモリ13とのインターフェイス制御をおこない、フラッシュメモリ11に対しRD/WRコマンドを実行する。
(2)使用環境対応モードに関しては、HDD制御モジュール51は以下の様に動作する。
[1]HDD10とフラッシュメモリ11上の同一ファイルには、HDD10の論理アドレスを、そのままフラッシュメモリ11に割当てる。
[2]センサ情報収集器20を制御してセンサ情報を収集し、使用環境対応モードの設定範囲と比較することでハイブリッドストレージの有効な記憶媒体を確定させ、必要に応じ、HDD/フラッシュメモリモードを切替える。
[3]本モードでは、フラッシュメモリ11上のファイルは必ずHDD10上に存在し、上位であるOS05、および、HDD制御モジュール51(記憶媒体のアクセスとファイル管理を受け持つ)にとって、HDD10、および、フラッシュメモリ11上の同一ファイルは常に同じ状態で更新、新規作成されている様にしておくことが必要であり、そのために、 HDD制御モジュール51は、以下の様に動作する。
A)HDD制御モジュール51は、OS50のWR要求に対し、指示ファイルを[1]フラッシュメモリコントローラ13を介しフラッシュメモリ11にWRした後、HDDコントローラ12を制御してHDD10にafter_WRする。または、[2]HDDコントローラ12、フラッシュメモリコントローラ13を制御してHDD10とフラッシュメモリ11に同時WRする。
B)フラッシュメモリ11上の更新・新規作成ファイルは、フラッシュメモリコントローラ13、HDDコントローラ12を制御してHDD10にafter_WRする。
C)フラッシュメモリ11のファイル指定処理(指定ファイルのHDD10からフラッシュメモリへのHDDコントローラ12、フラッシュメモリコントローラ13を介してのコピー転送の実行、フラッシュメモリ11上の指定ファイルの削除)を実行する。
(3)ユーザ設定モードに関しては、HDD制御モジュール51は、以下の様に動作する。
[1]「電源投入・切断」の指定については、これがユーザより指定されると、情報処理装置の立上げ/シャットダウンが検出されて、電源投入・切断のイベントが発生すると、HDD制御モジュール51は、ストレージのアクセスをフラッシュメモリモードに切り替える。
[2]「フラッシュメモリ優先」の指定については、これがユーザより指定されると、HDD制御モジュール51は、フラッシュメモリ11のファイルの有無、空き容量等を判断しRD/WR可能であれば、フラッシュメモリコントローラ13を介しフラッシュメモリ11をアクセスし、そうでない場合、HDDコントローラ12、フラッシュメモリコントローラ13を介しHDD10とフラッシュメモリ11をアクセスする。
[3]「記憶媒体指定」の指定については、情報処理装置のユーザが記憶媒体の情報に基き、 HDD制御モジュール51は、アクセスする記憶媒体を確定させ、その記憶媒体をアクセスする。
以下、本発明に係る第三の実施形態を、図17を用いて説明する。
図17は、本発明の第三の実施形態の情報処理装置の構成図である。
2…揮発性メモリ
3…内部バス
4…信号バス
5…ディスプレイ
6…ROM
10…HDD(磁気ディスク装置)
11…フラッシュメモリ
12…HDDコントローラ
13…フラッシュメモリコントローラ
14…DMA
15…ハイブリッドストレージ中継器
16…ハイブリッドコントローラ
17フラッシュメモリソケット
20…センサ情報収集器
21…温度センサ
22…気圧センサ
23…加速度センサ
24…マイク
30…ハイブリッドストレージ
90…電源
91…バッテリィ
92…パワー供給チェンジャー
93…バッテリィチェッカー
94…スイッチ
95…電源線
101…ファイル管理情報テーブル(HDD用)
102…ファイル管理情報テーブル(フラッシュメモリ用)
103…HDD−フラッシュメモリアドレス変換テーブル
50…OS
51…HDD制御モジュール
52…AP(アプリケーション)。
Claims (21)
- 計算機に接続されるストレージであって、
前記計算機から入出力されるデータを格納するディスク装置と、
前記計算機から入出力されるデータを格納する不揮発性半導体メモリと、
前記ディスク装置および前記不揮発性半導体メモリに対して、前記計算機からのデータの入出力を制御する制御部とを有し、
前記ディスク装置および前記不揮発性半導体メモリは、それぞれ、格納するデータの識別情報と該データのアドレス情報とを含む管理情報テーブルを有し、
前記制御部は、前記ディスク装置と前記不揮発性半導体メモリとのいずれか一方の記憶媒体に対して前記計算機からのデータの入出力を制御し、設定されたモードに基づいて、前記一方の記憶媒体とは異なる他方の記憶媒体を、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として選択し、前記管理情報テーブルに基づいて、前記一方の記憶媒体に格納され、選択した前記他方の記憶媒体に格納されていないデータを判定し、該判定したデータを前記選択した他方の記憶媒体に複製し、前記一方の記憶媒体内の前記データに対する前記計算機からのアクセス要求を、前記他方の記憶媒体内の複製したデータに対するアクセス要求に切り替えることを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記一方の記憶媒体に対して前記計算機が入出力したデータと、前記選択した記憶媒体内に複製したデータとに、同一の論理アドレスを割当て、前記計算機に提供することを特徴とするストレージ。 - 請求項2に記載のストレージであって、
前記不揮発性半導体メモリは、前記ディスク装置に格納されるデータの論理アドレスと、該不揮発性半導体メモリに格納されるデータの物理アドレスとを対応付ける変換テーブルを有し、
前記制御部は、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択した場合、前記変換テーブルに基づいて、前記計算機からのアクセス要求に含まれる前記ディスク装置内のデータの論理アドレスを、前記不揮発性半導体メモリ内に複製したデータの物理アドレスに変換することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記設定されたモードは、当該ストレージの稼動状態の情報と所定の条件とを比較して、前記制御部が設定することを特徴とするストレージ。 - 請求項4に記載のストレージであって、
温度センサ、気圧センサ、および加速度センサを有し、
前記制御部は、当該ストレージの稼動状態の情報として、前記温度センサ、前記気圧センサ、および前記加速度センサから、それぞれ、温度情報、振動・衝撃情報、および気圧情報を取得し、少なくとも一つ以上の前記ストレージの稼動状態の情報が所定の閾値を超える場合、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項4に記載のストレージであって、
集音装置を有し、
前記制御部は、当該ストレージの稼動状態の情報として、前記集音装置から前記ディスク装置の発生音情報を取得し、所定の閾値を超える場合、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項6に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記集音装置から前記ディスク装置を停止した状態における音情報を取得し、前記発生音情報と前記音情報との差分の値が所定の閾値を超える場合、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項4に記載のストレージであって、
前記制御部は、当該ストレージの稼動状態の情報として、当該ストレージのバッテリィ残量情報を取得し、所定の閾値を満たさない場合、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記設定されたモードは、当該ストレージのユーザの指定に応じて、前記制御部が設定することを特徴とするストレージ。 - 請求項9に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記ユーザからの指定に応じて、当該ストレージの電源投入時または電源遮断時に、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項9に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記ユーザからの指定に応じて、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として、優先して前記不揮発性半導体メモリを選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項9に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記ユーザからの指定に応じて、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として、前記ディスク装置と前記不揮発性半導体メモリとのいずれか一方の記憶媒体を選択することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記ディスク装置を選択した場合、前記不揮発性半導体メモリに格納され、前記ディスク装置に格納されていないデータを、任意の契機に前記不揮発性半導体メモリから前記ディスク装置へ転送することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記計算機からのアクセス頻度の高いデータを、前記不揮発性半導体メモリに格納することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記ディスク装置および前記不揮発性半導体メモリに、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、ユーザデータを格納することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
当該ストレージの電源遮断時にデータの入出力の対象としていた記憶媒体と、電源投入時にデータの入出力の対象とする記憶媒体とが異なっている場合、前記制御部は、電源投入時に選択した前記他方の記憶媒体にアクセスすることを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
前記制御部は、前記計算機から入出力されるデータを格納する対象として前記不揮発性半導体メモリを選択する場合、前記不揮発性半導体メモリに格納されていないデータのみ前記ディスク記憶装置から読み出して複製することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
データを一時的に記憶する揮発性メモリを有し、
前記データを格納する対象とする記憶媒体として前記ディスク装置が選択されている場合、前記制御部は、前記データのリード要求に対して、前記ディスク装置から該データを読み出して前記揮発性メモリに転送するストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
データを一時的に記憶する揮発性メモリを有し、
前記データを格納する対象とする記憶媒体として前記ディスク装置が選択されている場合、前記制御部は、あるデータのライト要求に対して、該データを前記揮発性メモリに格納し、前記揮発性メモリに格納した前記データを前記ディスク装置に格納することを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
データを一時的に記憶する揮発性メモリを有し、
前記データを格納する対象とする記憶媒体として前記不揮発性半導体メモリが選択されている場合、前記制御部は、前記データのリード要求に対して、前記ディスク装置に格納され、前記不揮発性半導体メモリに格納されていないデータを前記不揮発性半導体メモリに複製し、前記不揮発性半導体メモリから読み出すことを特徴とするストレージ。 - 請求項1に記載のストレージであって、
データを一時的に記憶する揮発性メモリを有し、
前記データを格納する対象とする記憶媒体として前記不揮発性半導体メモリが選択されている場合、前記制御部は、あるデータのライト要求に対して、該データを前記揮発性メモリに格納し、前記揮発性メモリに格納した前記データを前記前記不揮発性半導体メモリに格納することを特徴とするストレージ。
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