JPH06168599A - フラッシュメモリを有する外部記憶装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体メモリを用いてファイル記憶装置を構
築する際に、コストを低減することを目的とする。 【構成】本外部記憶装置は、ファイルデータ格納領域１
と、不揮発性半導体メモリの一種であるフラッシュメモ
リ２と、同じく不揮発性半導体メモリの一種であるマス
クＲＯＭ３と、データコントローラ４と、バスインタフ
ェースコントローラ５と、システムバス６とを有する。
ファイルデータ格納領域１は、フラッシュメモリ２と安
価なマスクＲＯＭ３とを有する。データのうち書き換え
ることのないデータをマスクＲＯＭに格納し、フラッシ
ュメモリは書き換えの起こり得るデータを格納する。 【効果】 データによるメモリの使い分けを実現し、従
来高価なフラッシュメモリだけを用いて格納していた記
憶媒体のコストを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は携帯用の小型情報機器の
補助記憶装置にかかり、特にフラッシュメモリを使用し
た半導体ファイル装置およびこれを搭載する情報機器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】フラッシュメモリは電気的に書き替え可
能なＲＯＭであり、不揮発性メモリでありながらファイ
ル記憶装置の記憶媒体として期待されるメモリ素子であ
る。一種のＥＥＰＲＯＭと捉えることもできるが、一般
的なＥＥＰＲＯＭとの決定的な違いはデータの消去単位
が大きいことにより集積度を高くできることである。従
って大容量のファイル記憶装置を比較的安価に構築でき
る。このフラッシュメモリを使用したファイル記憶装置
の従来技術としては特開平２−２９２７９８号公報のフ
ラッシュＥＥＰＲＯＭシステムが挙げられる。これはフ
ラッシュメモリの素子的な欠点である書き替え回数の制
限を、システムとして保護する方式についての発明であ
り、フラッシュメモリチップの構造をファイル記憶装置
に適する専用チップとし、誤り訂正制御やファイル書き
換えの時間監視制御を行うことを提案した発明である。
これらの方式を採用することによりフラッシュメモリを
使用した記憶装置として実用的な寿命を確保することを
目的としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はファイ
ル記憶装置を構築するには大量のフラッシュメモリが必
要であることを問題視していない。つまりフラッシュメ
モリは集積度を高くできることにより比較的安価に半導
体ファイル記憶装置を構築できるが、補助記憶装置とし
て最も有力な磁気記憶装置の価格とは大きな差がある。
また書き換え回数の制限や書き込み消去速度の高速化等
においてデバイス技術のブレークスルーが必要であり、
プロセスの複雑さから今後メモリ価格が大きく下がるこ
とは考えられない。従って、小形軽量で耐衝撃性に優れ
た半導体ファイル記憶装置を搭載するのに最適な携帯型
の情報機器は低コストであることが不可欠であるため、
フラッシュメモリを使用した記憶装置はコストの面でネ
ックとなってしまう。

【０００４】本発明の第１の目的は、コストの低減を図
ったフラッシュメモリを使用した外部記憶装置を提供す
ることである。

【０００５】また、現状のフラッシュメモリの書き込み
消去時間の遅さは性能面でネックになっている。

【０００６】本発明の第２の目的は、さらに、書き込み
消去時間の遅さを改善したフラッシュメモリを使用した
外部記憶装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
るために、本発明は、上位システムからのデータ転送の
要求を受付け、上記要求にしたがって、データアクセス
の指示を出力するインタフェース制御手段と、上記デー
タアクセスの指示を受けて、データの入出力を指示する
指示信号を出力する記憶制御手段と、上記指示信号を受
けてデータを入出力するとともに、入出力されるデータ
をフラッシュメモリに記憶する記憶手段とを備えたフラ
ッシュメモリを有する外部記憶装置において、上記記憶
手段は、複数種類の不揮発性半導体メモリを有し、その
うちの１種類が上記フラッシュメモリであることとした
ものである。

【０００８】また、上記第２の課題を解決するために、
本発明は、フラッシュメモリを有する外部記憶装置にお
いて、上記記憶手段は、揮発性半導体メモリを備えたこ
ととしたものである。

【０００９】

【作用】上記第１の課題を解決するために、インタフェ
ース制御手段は、上位システムからのデータ転送の要求
を受付け、上記要求にしたがって、データアクセスの指
示を出力する。記憶制御手段は、上記データアクセスの
指示を受けて、データの入出力を指示する指示信号を出
力する。記憶手段は、上記指示信号を受けてデータを入
出力するとともに、入出力されるデータをフラッシュメ
モリに記憶する。上記記憶手段は、複数種類の不揮発性
半導体メモリを有し、そのうちの１種類が上記フラッシ
ュメモリであることとしたものである。

【００１０】ファイル記憶装置に格納されるファイルデ
ータは、書き換えが頻繁に行われるものとほとんど書き
換えられない固定のものの二つに大きく分けられる。シ
ステムプログラムや重要なアプリケーションプログラム
が格納された記憶領域では全く書き換えが起きないとい
ってもよい。そこでこのようなデータが格納される領域
はマスクＲＯＭやＰＲＯＭ（Programable ＲＯＭ：ＯＴ
ＰＲＯＭやＥＰＲＯＭなど、メモリ製造後にデータの書
き込みが可能なＲＯＭ）などを用いて価格低減を図るこ
とにより上記問題点を解決することができる。書き換え
が行われるものがフラッシュメモリに格納される。

【００１１】また書き込み消去時間の遅さをカバーする
ために、フラッシュメモリよりも高速にライトアクセス
が可能な揮発性メモリを設け、作業中は高速のリードラ
イトアクセスが要求され、作業終了後は必要なくなるよ
うなデータを格納する領域として使用する。ＤＲＡＭや
ＳＲＡＭなどの揮発性メモリは書き込み時間がフラッシ
ュメモリに比べ１桁以上高速であり、またデータ消去の
処理が不要であるため、揮発性のデータを保持すること
とすれば、問題なく記憶装置としての性能向上が図れ
る。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例について図を用いて説
明する。図１は第１の実施例を示す構成図である。

【００１３】本外部記憶装置は、記憶手段であるファイ
ルデータ格納領域１と、不揮発性半導体メモリの一種で
あるフラッシュメモリ２と、同じく不揮発性半導体メモ
リの一種であるマスクＲＯＭ３と、記憶制御手段である
データコントローラ４と、インタフェース制御手段であ
るバスインタフェースコントローラ５と、システムバス
６とを有する。ファイルデータ格納領域１は、フラッシ
ュメモリ２とマスクＲＯＭ３とを有する。データコント
ローラ４は、フラッシュメモリ以外の不揮発性メモリに
たいして書き込み要求があったときに誤りを検知する手
段、報告する報告手段の機能を有する。

【００１４】システム制御プログラムや消去することの
ない重要なアプリケーションプログラムはあらかじめマ
スクＲＯＭ３に格納しておく。つまりマスクＲＯＭ製造
時にこれらのプログラムを書き込むことになる。システ
ムバス６は本発明の記憶装置を搭載する情報機器のシス
テムバスであり、記憶するファイルデータはこのバスに
よりやり取りする。

【００１５】そしてバスインタフェースコントローラ５
は、このやり取りに際し、上位システム側からのコマン
ド要求やステータスリード要求等を受け取り、対応する
制御を行い、ファイルデータのアクセスの指示をデータ
コントローラ４に与える。

【００１６】データコントローラ４はファイルデータの
アクセス要求を受け取り、対応するメモリを選択してア
クセスを行う。その際マスクＲＯＭ３にはリードアクセ
スしか行わないようにする。誤ってライトアクセスのコ
マンドが与えられた場合は、コマンドエラーとして扱う
ような制御をバスインタフェースコントローラ５などが
行う。

【００１７】次にデータコントローラ４の制御について
さらに詳細な説明を加える。一般的にファイル管理はホ
ストシステムにより行われ、ホストシステムはファイル
管理の参照ファイル（ファイルアロケーションテーブ
ル：以下ＦＡＴと称す）を作成し、これを記憶装置にフ
ァイルとして格納する。そしてあるファイルのアクセス
をするときにはまずＦＡＴをアクセスして目的のファイ
ルの格納場所を割り出して、アクセスを行う。このＦＡ
Ｔの作成はファイルの書き込みがあったときにそのファ
イルの位置を特定するように行われる。

【００１８】しかし本実施例においてはシステムプログ
ラムやアプリケーションプログラムはあらかじめメモリ
に格納されているため、ホストシステムはこれらのファ
イルを管理できるＦＡＴを作成することができない。そ
のため本実施例のデータコントローラ４がＦＡＴを作成
あるいは変更することが必要になる。

【００１９】図２はデータコントローラ４の制御をフロ
ーチャートとして表したものであり、この図により順を
追って説明する。図中の（ｆ）が検知する手段であり、
（ｅ）が報告手段である。

【００２０】まずＦＡＴを作成あるいは変更し、ホスト
システムが、あらかじめ格納されている書き換え不可能
なファイルの管理を行えるようにする（ａ）。次にアク
セス要求待ちになる（ｂ）。リードアクセス要求がある
と、マスクＲＯＭ３あるいはフラッシュメモリからデー
タを読み出してホストシステムにデータを渡す（ｃ）。
ライトアクセス要求の場合は、フラッシュメモリ領域へ
のアクセスであればフラッシュメモリへのデータライト
シーケンスによりデータ書き込みを行い（ｄ）、マスク
ＲＯＭに対するアクセスであればコマンドエラーをバス
インタフェースコントローラ５に報告し（ｅ、ｆ）、ア
クセス要求待ちに戻る。以上の制御により本実施例の目
的を達成する。

【００２１】なお（ａ）の動作は本記憶装置の最初の起
動時に行えばその後は２度と行う必要はないはずである
が、何らかの理由によりＦＡＴがシステムにより破壊さ
れてしまったときなどに再度行う必要性がある。

【００２２】以上が本実施例の構成と動作である。

【００２３】本実施例によればデータコントローラ４に
よりフラッシュメモリ２の格納データを制御し、記憶装
置としての寿命を延ばす方式を採り入れることが可能と
なる効果がある。

【００２４】また、ＲＯＭ領域への書き込み処理が要求
されたときに誤りであるため実行できなかった旨を報告
することにより誤動作を避けることができる。

【００２５】またバスインタフェースコントローラ５を
接続するシステムバスの種類に対応させることにより、
応用システムが広げられる効果がある。

【００２６】例えばＩＳＡバスのＨＤＤインタフェース
に対応すれば、ＩＳＡバスに接続するＨＤＤと完全互換
が図れる半導体記憶装置となる。

【００２７】なおマスクＲＯＭ３は、ＯＴＰＲＯＭやＥ
ＰＲＯＭに置き換えることにより、メモリ製造時にデー
タを書き込む必要がなくなり、システムとしての製品化
時にあるいは製品化後にボード上でのプログラムの書き
込みも可能となる。

【００２８】第１の実施例によれば、電気的に書き換え
ができない不揮発性メモリはフラッシュメモリよりも安
価であるため、これを記憶媒体の一部に採用することに
より、記憶媒体のコスト低減を図ることができる。

【００２９】また不揮発性メモリの中でもマスクＲＯＭ
はフラッシュメモリよりも集積度が高いため、これを記
憶媒体として採用することにより装置全体の小型化を測
ることができる。

【００３０】次に第２の実施例を図３により説明する。
図３は第２の実施例の構成図であり、図中、１１はＤＲ
ＡＭであり、他の既出の番号は先述の説明と同様のもの
である。

【００３１】ＤＲＡＭ１１には、フラッシュメモリ２や
マスクＲＯＭ３の格納データとは異なり電源遮断後は失
われても構わないデータを格納するものとする。

【００３２】例えば画像編集などでデジタイズされた画
像データを切り貼りして編集する場合、切り出して登録
したデータは作業終了後は必要なくなるデータである。
しかしデータ量は非常に大きいため主記憶上に残すのが
困難となるので、補助記憶装置のＤＲＡＭ領域に格納す
ればアクセスが高速化され、使い勝手が向上する。その
他の書き変えが起きないシステムプログラムや重要なア
プリケーションプログラムはマスクＲＯＭ３に、書き換
えが起き得るデータはフラッシュメモリ２に格納する点
は第１の実施例と同様である。

【００３３】次にデータの格納方法に対する制御につい
て図４を用いて説明する。図４は本実施例の記憶装置を
補助記憶装置として搭載する情報処理装置のデータ管理
を説明するフローチャートであり、（１）は情報処理装
置のホストシステムの処理フロー、（２）は図２と基本
的に同一のデータコントローラ４の処理フローである。
この図を用いて動作の流れを順を追って説明する。情報
処理装置が、格納するデータを不揮発メモリにするか否
かを判別する手段の機能を有する。データコントローラ
４が、判別結果により選択して格納する手段の機能を有
する。

【００３４】あるファイルを補助記憶装置に格納する処
理を行うとき、ホストシステムはこのファイルが電源遮
断後にも残すべきデータか、あるいは電源遮断後には不
必要となるデータかを判断する（ａ）。この判断は単純
に情報処理装置のユーザが指定してもよいし、アプリケ
ーションプログラムが指定することとしてもよい。その
判断によりファイルに揮発性データ、不揮発性データと
いう属性情報を付加して補助記憶装置にファイルを転送
する（ｂ）。

【００３５】これを受けた補助記憶装置は、その属性情
報を読み取って、揮発性データであればＤＲＡＭ１１
に、不揮発性データであればフラッシュメモリ２に格納
する（ｃ）。他の制御は図２と同様である。

【００３６】本実施例によればＤＲＡＭは揮発性メモリ
の中では最も安価なメモリであり、現状ではフラッシュ
メモリよりも安価であるため、記憶装置全体としてコス
トダウンが図れる効果がある。

【００３７】性能向上の上ではＤＲＡＭの代わりにアク
セスがさらに高速なＳＲＡＭを採用すれば、さらにアク
セス性能が向上し、リフレッシュ制御が必要ない、また
バックアップ電池によるデータバックアップが容易とな
るなどの効果も得られる。

【００３８】また第１の実施例同様マスクＲＯＭをＯＴ
ＰＲＯＭやＥＰＲＯＭに置き換えることも、第１の実施
例の説明で記載したものと同様の効果が得られる。

【００３９】第２の実施例によれば、フラッシュメモリ
よりも高速に書き込みができる揮発性メモリを記憶媒体
の一部に採用することにより、アクセス性能向上を図る
ことができる。特にＤＲＡＭはフラッシュメモリよりも
コスト的にも集積度も有利な状態がしばらく続くと見ら
れる。またＳＲＡＭではよりいっそうの性能向上を図れ
るとともに、バッテリバックアップや制御の簡単化、そ
してＲＯＭとの載せ換えが可能などの効果がある。

【００４０】次に第３の実施例について図５を用いて説
明する。図５は第１の実施例の外部記憶装置をカード化
した場合の内部構成例であり、図５（ａ）はカード表面
の部品実装図、（ｂ）はカード裏面の部品実装図であ
る。図中、２１はカード筐体、２２は部品実装基板、２
３はホストのカードスロットに挿入し信号の入出力を行
うコネクタ、２４はバスインタフェースコントローラ、
２５はデータの制御管理とバス制御を行うデータコント
ローラであるワンチップマイコン、２６はフラッシュメ
モリ、２７はマスクＲＯＭである。

【００４１】本カードをホストのコネクタに挿入するこ
とにより動作を開始する。ホストは挿入されたカードの
属性情報を読み取り、それに適した制御を行うことにな
る。本カードはファイルデータの入出力を行うものであ
るため、ホストが格納したいデータをファイル形式にし
て入力し、格納してあるデータを取り出すときにもファ
イル形式にして取り出す。それらの制御はバスインタフ
ェースコントローラ２４がホストとの信号をやり取りし
て行う。従ってカードのコネクタに接続される信号線は
全てバスインタフェースコントローラ２４に配線され
る。

【００４２】そして実際のファイルデータの管理はバス
インタフェースコントローラ２４から受け取ったデータ
をワンチップマイコン２５がフラッシュメモリ２６やマ
スクＲＯＭ２７に格納および取り出しをしながら行う。

【００４３】ただしメモリの制御信号はバスインタフェ
ースコントローラ２４で生成し、これをマイコン２５が
制御してもよい。

【００４４】本実施例によれば、コネクタの信号を接続
するバスインタフェースコントローラ２４をコネクタ付
近に搭載したことにより配線が単純化され、また配線長
が短くなる効果がある。

【００４５】また基板の片面をメモリだけにしたことに
より、メモリのパッケージは高さ方向で統一できるた
め、カードの厚みに対し効率的な実装ができる。

【００４６】またファイルデータコントローラとしてワ
ンチップマイコンを採用しているため、データ管理をイ
ンテリジェントにかつフレキシブルに行える効果があ
る。ワンチップマイコンのマイクロプログラムを書き換
え可能にすればその効果はさらに増大する。

【００４７】また、このカード化した発明により、コス
ト低減を図ることができた記憶装置を小型軽量のカード
型筐体に収め、半導体記憶装置としての長所である小型
軽量化をさらに進めることができる。

【００４８】また１枚のカードに全てを収めているた
め、本体の情報機器に補助記憶装置の回路の一部または
全部を載せる必要がなく、補助記憶装置だけを移動可能
とし、かつ本体の情報機器の小型軽量化を図ることがで
きる。

【００４９】なお、本カードの厚さは、携帯性を考慮す
ると５mm以下が好ましい。

【００５０】次にフラッシュメモリとその他のＲＯＭを
同一チップ上に混在して形成する実施例について図６を
用いて説明する。図６は本実施例のチップ上の構成図を
示したもので、図中３１はフラッシュメモリセル、３２
は他の種類のＲＯＭであり、例えばマスクＲＯＭであ
る。３３はデータライン、３４はアドレスデコード領
域、３５はフラッシュメモリの書き込み制御信号、３６
は制御回路、３７はアドレスバスとその他のコントロー
ル信号である。

【００５１】メモリにアドレスとコントロール信号を与
え、メモリ内のデータを取り出す時は、制御回路３６と
アドレスデコード領域により任意のデータ幅分のセルが
選択され、リードアクセスが行われる。またフラッシュ
メモリセル３１への消去書き込みアクセスに対しては書
き込み制御信号３５、アドレスおよびその他の制御信号
３７を与えることにより、制御回路３６が目的のフラッ
シュメモリセル３１に処理を行う。

【００５２】本実施例によれば、フラッシュメモリセル
とマスクＲＯＭセルを混在して配置していないため、フ
ラッシュメモリセルとマスクＲＯＭセルの大きさの違い
に影響されず集積効率のよいメモリチップを作成できる
効果がある。

【００５３】またフラッシュメモリと他のＲＯＭを混在
したメモリチップを作成することにより、メモリチップ
数の削減を図れ、また同一チップ内にアプリケーション
ソフトとそのデータ領域を格納していて、かつ小型化で
あることにより使い勝手を向上させることができるよう
になる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、コストの低減を図った
フラッシュメモリを使用した外部記憶装置を提供でき
る。

【００５５】本発明によれば、さらに、書き込み消去時
間の遅さを改善したフラッシュメモリを使用した外部記
憶装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例のハードのブロック図。

【図２】第１の実施例におけるデータ管理制御を説明す
るフローチャート。

【図３】第２の実施例のハードのブロック図。

【図４】第２の実施例におけるデータ管理制御を説明す
るフローチャート。

【図５】第１の実施例をカード化したもののレイアウト
の説明図。

【図６】複数種類のＲＯＭを同一メモリチップ内に混在
させた実施例の説明図。

【符号の説明】

１…ファイルデータ格納領域、２…フラッシュメモリ、
３…マスクＲＯＭ、４…データコントローラ、１１…Ｄ
ＲＡＭ、３１…フラッシュメモリセル、３２…マスクＲ
ＯＭセル、３６…制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柿 健一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マイクロエレクトロニク ス機器開発研究所内 (72)発明者 戸塚 隆 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体設計開発センタ内 (72)発明者 和田 武史 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体設計開発センタ内 (72)発明者 小西 義治 愛知県尾張旭市晴丘町池上１番地 株式会 社日立製作所旭工場内 (72)発明者 柳田 知彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所マイクロエレクトロニク ス機器開発研究所内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上位システムからのデータ転送の要求を受
   付け、上記要求にしたがって、データアクセスの指示を
   出力するインタフェース制御手段と、上記データアクセ
   スの指示を受けて、データの入出力を指示する指示信号
   を出力する記憶制御手段と、上記指示信号を受けてデー
   タを入出力するとともに、入出力されるデータをフラッ
   シュメモリに記憶する記憶手段とを備えたフラッシュメ
   モリを有する外部記憶装置において、 上記記憶手段は、複数種類の不揮発性半導体メモリを有
   し、そのうちの１種類が上記フラッシュメモリであるこ
   とを特徴とするフラッシュメモリを有する外部記憶装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載のフラッシュメモリを有する
   外部記憶装置において、 上記記憶手段が入出力するデータは、ファイルを構成す
   るデータであることを特徴とするフラッシュメモリを有
   する外部記憶装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載のフラッシュメモリ
   を有する外部記憶装置において、 上記記憶手段は、揮発性半導体メモリを備えたことを特
   徴とするフラッシュメモリを有する外部記憶装置。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載のフラッシュメ
   モリを有する外部記憶装置において、 フラッシュメモリ以外の種類の不揮発性メモリに対し、
   書き込み要求が上位システムより行われた場合は、誤っ
   た要求であることを検知する手段と、誤りを検知したこ
   とを上位システムに報告する報告手段とを備えたことを
   特徴とするフラッシュメモリを有する外部記憶装置。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４記載のフラッシ
   ュメモリを有する外部記憶装置において、 上記フラッシュメモリに、書き換える可能性のあるデー
   タまたはプログラムを格納し、 上記他の種類の不揮発性メモリに、書き換えることのな
   いデータまたはプログラムを格納することを特徴とする
   フラッシュメモリを有する外部記憶装置。
6. 【請求項６】請求項５記載のフラッシュメモリを有する
   外部記憶装置において、 上記書き換えることのないプログラムが、アプリケーシ
   ョンプログラムまたはあらかじめ上位システムが用意し
   ているシステムプログラムであることを特徴とするフラ
   ッシュメモリを有する外部記憶装置。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載の
   フラッシュメモリを有する外部記憶装置において、 上記記憶手段が有する複数種類のメモリは連続したアド
   レスが付されていることを特徴とするフラッシュメモリ
   を有する外部記憶装置。
8. 【請求項８】請求項１から７までのいずれかに記載のフ
   ラッシュメモリを有する外部記憶装置をカード形状の筐
   体に収納し、上位システムに設けられたコネクタに挿入
   することにより外部記憶装置として動作させることを特
   徴とするフラッシュメモリを有する外部記憶装置。
9. 【請求項９】請求項１から８までのいずれかに記載のフ
   ラッシュメモリを有する外部記憶装置と、中央処理装置
   と、主記憶装置とを備えたことを特徴とする情報処理装
   置。
10. 【請求項１０】中央処理装置と、請求項１から９までの
    いずれかに記載のフラッシュメモリを有する外部記憶装
    置とを有する情報処理装置において、 上記フラッシュメモリを有する外部記憶装置に格納する
    データを不揮発性メモリに格納するか、揮発性メモリに
    格納するかを判別する手段と、 判別結果に従い、不揮発性メモリと揮発性メモリとを選
    択して格納する手段とを有することを特徴とする情報処
    理装置。
11. 【請求項１１】半導体メモリであって、 同一半導体基板上にマスクＲＯＭと、電気的に消去可能
    なプログラマブルＲＯＭとを形成したことを特徴とする
    半導体メモリ。