JP4985108B2 - データ記憶装置およびその制御方法 - Google Patents

データ記憶装置およびその制御方法 Download PDF

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本発明は、データ記憶装置およびその制御方法に関するものである。
従来から、NAND型の不揮発性半導体メモリ(フラッシュメモリ)を主たる記憶媒体とし、例えばPC(Personal Computer)や携帯電話機、携帯型AV(Audio/Video)機器等のホスト装置に着脱自在な可搬性のデータ記憶装置(いわゆるデータ記憶装置)が知られている。このデータ記憶装置においては、例えばFAT(File Allocation Tables)ファイルシステム等のホスト装置側のファイル管理システムによってデータの書き込み及び読み出しの管理が行われる。また、データ記憶装置内部では、不揮発性半導体メモリ内の物理領域は複数の物理ブロックに分割され、当該物理ブロックがデータの消去単位となっている。また、物理ブロックはさらに複数の物理ページに分割され、当該ページがデータの書き込み及び読み出し単位となっている(特許文献1参照)。
特開2003−308241号公報
データ記憶装置内で複数の物理ブロックを論理ブロックとして管理してデータの読み出しおよび書き込みを行うとき、論理ブロックはホストデータを書き込むためにファイル・データ・ブロックとして使用される場合と、ファイル・データ・ブロックに対して書き込みが行えない場合の、書き換え用のデータの一時書き込み用領域であるキャッシュ・ブロックとして使用される場合とがある。
キャッシュ・ブロックは、ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータの一部を書き換える場合に、新規の書き換え用のデータが書き込まれる。キャッシュ・ブロックの空き領域のサイズが新規に書き込むデータのサイズより小さくなった時、新たな論理ブロックを設定して、この新たな論理ブロックに、ファイル・データ・ブロックとキャッシュ・ブロックからそれぞれ読み出したデータをコピーしてマージ処理を行う。これにより、ファイル・データ・ブロックとキャッシュ・ブロックはともに不要になり、それぞれのデータを消去する。
ファイル・データ・ブロックに書き込まれるアドレス範囲は論理ページ単位で分割してFD Indexと呼ばれるアドレッシングで管理される。ファイル・データ・ブロックには同じFD Indexが複数存在することは許されず、もし同じFD Indexを書き込む必要がある場合はキャッシュ・ブロックを取得して、キャッシュ・ブロックへの書き込みが行われる。
しかしながら、この方式では、ファイル・データ・ブロックのデータとキャッシュ・ブロックの最新のデータとをマージする際に、論理ブロック内の論理ページの数だけ新規の論理ブロックへのコピー処理が発生してしまい、マージ処理の速度が非常に遅くなってしまう。
本発明は、かかる実情に鑑み、ファイル・データ・ブロックのデータとキャッシュ・ブロックの最新のデータとのマージ処理を高速化することのできるデータ記憶装置およびその制御方法を提供しようとするものである。
本発明のデータ記憶装置は、不揮発性半導体メモリの消去単位を物理ブロックとして、複数の物理ブロックを論理ブロックとして管理し、前記論理ブロックは所定数のセクタを組み合わせた論理ページの単位で分割されたデータ記憶装置であって、第1の論理ブロックをファイル・データ・ブロックとして設定してデータを書き込み、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、別の第2の論理ブロックをキャッシュ・ブロックとして設定して書き換えデータを書き込み、前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以下の場合に、新たな第3の論理ブロックを取得し、この第3の論理ブロックに前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーして、前記第3の論理ブロックを新たな前記キャッシュ・ブロックとして割り当てるように制御を行う制御部を有する。
本発明のデータ記憶装置によれば、キャッシュ・ブロックの設定後、ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、キャッシュ・ブロックに書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、論理ブロックの論理ページ数未満の予め決められた数以下ならば、その決められた数以下の回数のコピー処理だけでマージ処理を行うことができ、処理速度を大幅に向上させることができる。
また、本発明のデータ記憶装置において、前記制御部は、前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以上の場合に、新たな第4の論理ブロックを取得し、この第4の論理ブロックに、前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーするとともに、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれた、前記書き換えデータのアドレス範囲以外のデータをコピーして、前記第4の論理ブロックを新たな前記ファイル・データ・ブロックとして割り当てるように制御を行う。
本発明によれば、キャッシュ・ブロックの設定後、ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、キャッシュ・ブロックに書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、論理ブロックの論理ページ数未満の予め決められた数以下ならば、キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータのコピーと、ファイル・データ・ブロックに書き込まれた、書き換えデータのアドレス範囲以外のデータをコピーするだけでマージ処理を行うことができ、論理ブロック内の論理ページ数より少ない回数でマージ処理を行うことができる。
本発明のデータ記憶装置およびその制御方法によれば、ファイル・データ・ブロックのデータとキャッシュ・ブロックの最新のデータとのマージ処理を高速化することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は本発明の一実施形態に係るデータ記憶装置の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、データ記憶装置10は、不揮発性半導体メモリ1、制御部としてのプロセッサ2、内部RAM3、バッファRAM4、及びインターフェース部5を有する。データ記憶装置10は、例えばカード状の形態のいわゆるデータ記憶装置であり、PCやディジタルカメラ等のホスト装置(図示を省略)に対して抜き差し可能なリムーバブルメモリとして用いられる。
不揮発性半導体メモリ1は、複数のマルチレベルセルにより構成され、例えば各セルが4値(2ビット)を記憶するNANDフラッシュメモリである。
プロセッサ2は、データ記憶装置10の各ブロックを統括的に制御しながら、内部RAM3またはバッファRAM4と不揮発性半導体メモリ1との間でデータ転送を行い、データの読み出し、書き込み及び消去を行う。
内部RAM3は、プロセッサ2の作業用の記憶領域として用いられ、例えば、ホスト装置から転送されるプロセッサ2に対する動作制御コマンドや、当該コントロールコマンドを実行する際に必要な諸処のパラメータ、データ記憶装置10内の内部状態等を一時的に記憶する。また内部RAM3は、不揮発性半導体メモリ1から読み出されたデータを再度不揮発性半導体メモリ1へ書き込む際に、当該書き込みデータを一旦蓄える。
バッファRAM4は、いわゆるページバッファとして機能し、インターフェース部5を介してホスト装置側から転送された書き込みデータを一旦蓄えると共に、不揮発性半導体メモリ1から読み出されインターフェース部5を介してホスト装置側に転送されるデータを一旦蓄える。
インターフェース部5は、ホスト装置のホストインターフェース部11との間のインターフェースを取るためのものである。インターフェース部5は、例えば、シリアルプロトコルにより3本の信号線を用いてデータ転送を行うシリアルインターフェースと、パラレルプロトコルにより6本の信号線を用いてデータ転送を行うパラレルインターフェースとを有する。
図2は不揮発性半導体メモリ1における物理ブロック、論理ブロック、および論理ページ及び、FD Indexの関係を説明する図である。
不揮発性半導体メモリ1の記憶領域は消去単位である複数の物理ブロック21からなる。物理ブロック21は、データの読み出し単位である複数の物理ページ22からなる。論理ブロック31は複数の物理ページ32を論理的に1つのブロックとして管理する単位である。不揮発性半導体メモリ1のメモリ領域を512バイトに区切った単位をセクタを呼び、論理ページ32は論理ブロック31を複数のセクタ単位で分割した単位である。FD Indexは、論理ブロック31が持つ、ホスト装置から見たときのアドレス範囲を論理ページ31単位に分割してそれぞれのアドレス範囲に順番に番号を付けたものである。論理ブロック31をファイル・データ・ブロックとして使用する場合、論理ブロック31には一つのファイルのみのデータが書き込まれる。
図3は論理ブロックに割り当てられるホスト装置から見たときのアドレス範囲を0〜2047とし、論理ページのセクタ数を4としたこの場合の、FD Indexとホストから見たアドレス範囲との関係の例を示している。この例では、FD Index 1はホストから見たときのアドレス0〜3の範囲に相当し、FD Index 1はホストから見たときのアドレス4〜7の範囲に相当し、FD Index 2はホストから見たときのアドレス8〜11の範囲に相当する。
次に、このデータ記憶装置においてファイル・データ・ブロックにファイルのデータを書き込む時の動作を説明する。
図4はホスト装置から見て8〜15のアドレスについてのデータをファイル・データ・ブロックに書き込みときの動作の例を示す図である。ファイル・データ・ブロックとして設けられた論理ブロックMに対して、ホスト装置から見て8〜15のアドレスについて書き込み命令が発行された場合、プロセッサ2は、論理ブロックMの先頭の論理ページにFD Index 2のデータを書き込み、次の論理ページにFD Index 3のデータを書き込むように制御を行う。
図5はホスト装置から再度8〜15のアドレスについてデータを書き込むときの動作を示す図である。この場合、プロセッサ2は、ファイル・データ・ブロックとして設定された論理ブロックMの8〜15のアドレスに既にデータが書き込まれていることを判断して、別の論理ブロックPを論理ブロックMに対するキャッシュ・ブロックとして割り当てる。そして、プロセッサ2は、このキャッシュ・ブロックの先頭の論理ページから順に、ホスト装置からのFD Index 2、FD Index 3のデータを書き込むように制御を行う。
次に、ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、キャッシュ・ブロックに書き換えデータを書き込むための論理ページが存在しない場合の動作を説明する。
図6はこの場合の書き込み動作を示すフローチャートである。図7および図8はこの書き込み動作の例を示す図である。なお、図8の例は、ホスト装置から見たときのアドレス21〜23に対して書き込み命令が発生した場合の例である。
まず、プロセッサ2は、キャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPに書き込まれているFD Indexの数を確認する(ステップS101)。ここで、FD Indexの数とは、異なるFD Indexの数のことである。例えば、図7の例では、キャッシュ・ブロックとして使用されている論理ブロックPに書き込まれているFD Indexの数は、FD Index 2とFD Index 3の2つである。一方、図8の例では、キャッシュ・ブロックとして使用されている論理ブロックPに書き込まれているFD Indexの数は、FD Index 2、FD Index 3、FD Index 4の3つである。
次に、プロセッサ2は、ステップS101で確認したFD Indexの数が、論理ブロックの論理ページ数未満のあらかじめ規定された数より少ないかどうかを判断する(ステップS102)。ここで、あらかじめ規定された数を仮に3とする。図7の例では、キャッシュ・ブロックとして使用されている論理ブロックPに書き込まれているFD Indexの数は2であるから、ステップS102でYESが判断される。一方、図8の例では、FD Indexの数は3であるからNOが判断される。
ステップS102でYESが判断された場合、図7に示すように、プロセッサ2は、新規に論理ブロックQを取得し、キャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPに書き込まれているデータのうち、書き換えに有効なデータを新規の論理ブロックQの先頭の論理ページから順にコピーする(ステップS103)。ここで、論理ブロックPに書き込まれているデータのうちの書き換えに有効なデータとは、異なるFD Indexごとに論理ブロックPに最後に書き込まれたデータである。すなわち、複数の論理ページに同じFD Indexが書き込まれている場合には、ページ番号が大きい方の論理ページに書き込まれているデータのことである。図7の例では、FD Index 2とFD Index 3のデータが新規の論理ブロックQの先頭の論理ページから順にコピーされることになる。次に、プロセッサ2は、新規の論理ブロックQを新たなキャッシュ・ブロックとして割り当てて、ホスト装置からの新たなデータをここに書き込み、この後、論理ブロックPのデータを消去して元のキャッシュ・ブロックを破棄する(ステップS104)。
一方、ステップS102でNOが判断された場合、図8に示すように、プロセッサ2は、新規に論理ブロックQを取得し、ホスト装置からのデータが書き込まれようとしているアドレスを含むFD Index以下のFD Indexのデータを、キャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPまたはファイル・データ・ブロックとして設定された論理ブロックMから、新規に取得した論理ブロックQにコピーする。この際、キャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPからデータを読み出して新規に取得した論理ブロックQへのコピーを先に行い、このキャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPに書き込まれていないFD Indexのデータについては、ファイル・データ・ブロックとして設定された論理ブロックMからデータを読み出して新規に取得した論理ブロックQへのコピーを行う。続いて、プロセッサ2は、ホスト装置が書き込みを行おうとしているデータを新規に取得した論理ブロックQにコピーする。最後に、プロセッサ2は、ホスト装置が書き込みを行おうとしているアドレスを含むFD Index以上のFD Indexのデータを、キャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPまたはファイル・データ・ブロックとして設定された論理ブロックMから新規に取得した論理ブロックQにコピーする。このときもキャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPからのコピーを先に行い、このキャッシュ・ブロックとして設定されている論理ブロックPに書き込まれていないFD Indexのデータについては、ファイル・データ・ブロックとして設定された論理ブロックMからのデータのコピーを行う(ステップS105)。この後、プロセッサ2は、論理ブロックPおよび論理ブロックMのデータを消去して、元のキャッシュ・ブロックおよびファイル・データ・ブロックを破棄する(ステップS106)。
従来のマージ処理方式では、ファイル・データ・ブロックのデータとキャッシュ・ブロックの最新のデータとをマージする際に、論理ブロック内の論理ページの数だけ新規の論理ブロックへのコピー処理が発生してしまうためにマージ処理に時間がかかってしまうのに対し、この実施の形態のデータ記憶装置によれば、キャッシュ・ブロックに書き込まれているFD Indexの数が論理ブロックの論理ページ数未満の予め決められた数以下の場合に、その決められた回数以下のコピー処理だけでマージ処理を行うことができ、処理速度を大幅に向上させることができる。すなわち、図6の例では、3回のコピー処理でマージ処理を完了させることができる。
特に、FATファイルシステムによって不揮発性半導体メモリ1に対するデータの書き込み及び読み出しの管理が行われる場合、サブディレクトリエントリが書き込まれる論理ブロックには同じFD Indexが複数回書き込まれることが予想される。この場合、本実施形態で説明したマージ処理方式を採用することによって、格段にマージ処理にかかる時間を短縮することができる。具体的な例として、論理ブロック内のFD Indexの数が512であるとき、サブディレクトリエントリに使用するFD Indexの数が4つだったとすると、一般的なマージ処理方式では512回のコピー処理が発生するが、本実施形態で説明したマージ処理方式によると4回のコピー処理を行うことでマージ処理が終了する。
また、この実施の形態のデータ記憶装置によれば、キャッシュ・ブロックに書き込まれているFD Indexの数が論理ブロックの論理ページ数未満の予め決められた数以上の場合には、キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータのコピーと、ファイル・データ・ブロックに書き込まれた、キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータのFD Index以外のデータをコピーするだけでマージ処理を行うことができ、論理ブロック内の論理ページ数より少ない回数でマージ処理を行うことができる。
尚、本発明のデータ記憶装置およびその制御方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明の一実施形態に係るデータ記憶装置の構成を示すブロック図である。 不揮発性半導体メモリにおける物理ブロック、論理ブロック、および論理ページ及び、FD Indexの関係を説明する図である。 FD Indexとホストから見たアドレス範囲との関係の例を示す図である。 ファイル・データ・ブロックへのデータの書き込み動作の例を示す図である。 ファイル・データ・ブロックのデータを書き換える動作の例を示す図である。 ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、キャッシュ・ブロックに書き換えデータを書き込むための論理ページが存在しない場合の動作を示すフローチャートである。 図6の具体的な書き込み動作の例を示す図である。 図6の他の具体的な書き込み動作の例を示す図である。
符号の説明
1 不揮発性半導体メモリ
2 プロセッサ
3 内部RAM
4 バッファRAM
5 インターフェース部
10 データ記憶装置
21 物理ブロック
22 物理ページ
31 論理ブロック
32 論理ページ

Claims (8)

  1. 不揮発性半導体メモリの消去単位を物理ブロックとして、複数の物理ブロックを論理ブロックとして管理し、前記論理ブロックは所定数のセクタを組み合わせた論理ページの単位で分割されたデータ記憶装置であって、
    第1の論理ブロックをファイル・データ・ブロックとして設定してデータを書き込み、
    前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、別の第2の論理ブロックをキャッシュ・ブロックとして設定して書き換えデータを書き込み、
    前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以下の場合に、新たな第3の論理ブロックを取得し、この第3の論理ブロックに前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーして、前記第3の論理ブロックを新たな前記キャッシュ・ブロックとして割り当てるように制御を行う制御部を有することを特徴とするデータ記憶装置。
  2. 請求項1記載のデータ記憶装置であって、
    前記制御部は、新たなキャッシュ・ブロックを割り当てた後、前記第2の論理ブロックのデータを消去するように制御を行うことを特徴とするデータ記憶装置。
  3. 請求項1記載のデータ記憶装置であって、
    前記制御部は、前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以上の場合に、新たな第4の論理ブロックを取得し、この第4の論理ブロックに、前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーするとともに、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれた、前記書き換えデータのアドレス範囲以外のデータをコピーして、前記第4の論理ブロックを新たな前記ファイル・データ・ブロックとして割り当てるように制御を行うことを特徴とするデータ記憶装置。
  4. 請求項3記載のデータ記憶装置であって、
    前記制御部は、新たなファイル・データ・ブロックを割り当てた後、前記第1の論理ブロックおよび前記第2の論理ブロックのデータを消去することを特徴とするデータ記憶装置。
  5. 不揮発性半導体メモリの消去単位を物理ブロックとして、複数の物理ブロックを論理ブロックとして管理し、前記論理ブロックは所定数のセクタを組み合わせた論理ページの単位で分割されたデータ記憶装置の制御方法であって、
    第1の論理ブロックをファイル・データ・ブロックとして設定してデータを書き込むステップと、
    前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、別の第2の論理ブロックをキャッシュ・ブロックとして設定して書き換えデータを書き込むステップと、
    前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以下の場合に、新たな第3の論理ブロックを取得し、この第3の論理ブロックに前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーして、前記第3の論理ブロックを新たな前記キャッシュ・ブロックとして割り当てるステップと
    を具備することを特徴とするデータ記憶装置の制御方法。
  6. 請求項5記載のデータ記憶装置の制御方法であって、
    前記新たなキャッシュ・ブロックを割り当てた後、前記第2の論理ブロックのデータを消去することを特徴とするデータ記憶装置の制御方法。
  7. 請求項5記載のデータ記憶装置の制御方法であって、
    前記キャッシュ・ブロックの設定後、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれたデータを書き換えるとき、前記キャッシュ・ブロックに前記書き換えデータを書き込むための論理ページが存在せず、かつ、前記キャッシュ・ブロックに書き込まれている有効な書き換えデータの数が、前記論理ブロックの前記論理ページ数未満の予め決められた数以上の場合に、新たな第4の論理ブロックを取得し、この第4の論理ブロックに、前記キャッシュ・ブロック内の有効な書き換えデータをコピーするとともに、前記ファイル・データ・ブロックに書き込まれた、前記書き換えデータのアドレス範囲以外のデータをコピーして、前記第4の論理ブロックを新たな前記ファイル・データ・ブロックとして割り当てるステップをさらに具備することを特徴とするデータ記憶装置の制御方法。
  8. 請求項7記載のデータ記憶装置の制御方法であって、
    前記新たなファイル・データ・ブロックを割り当てた後、前記第1の論理ブロックおよび前記第2の論理ブロックのデータを消去することを特徴とするデータ記憶装置の制御方法。
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