JPH09319645A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH09319645A
JPH09319645A JP15304896A JP15304896A JPH09319645A JP H09319645 A JPH09319645 A JP H09319645A JP 15304896 A JP15304896 A JP 15304896A JP 15304896 A JP15304896 A JP 15304896A JP H09319645 A JPH09319645 A JP H09319645A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電気的に書き換え可能な不揮発性半導体記憶装
置への書き込みデータの割付を効率的に行う。 【解決手段】不揮発性半導体記憶装置へデータが書き込
まれるときに、書き込まれるデータのサイズと消去ブロ
ックのサイズとを比較し（図１の１８）、消去ブロック
の大きさ分のデータは、書き込み可能な消去ブロックに
書き込み、消去ブロックの大きさに満たない分のデータ
は書き込み可能な領域に書き込むことをそれぞれ割り付
ける手段を有する（図１の１Ａ〜１Ｄ）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は不揮発性半導体記憶
装置に関し、特に不揮発性半導体記憶装置のデータの書
き込み及び書き換え方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、パーソナル・コンピュータ（以下
「パソコン」と略記する）などにおいて外部記憶装置と
して使用されるディスク装置は、ハード・ディスク装
置、フロッピー・ディスク装置、光磁気ディスク装置な
どが主流であるが、近年半導体メモリを用いた半導体記
憶装置の普及も著しい。半導体記憶装置は、記憶容量あ
たりのコストは前述のディスク装置に対して未だ高いと
いう欠点を有している反面、機構部品が少ない、小型軽
量化が容易である。耐湿性が高い、耐衝撃性が高い、高
速である、低消費電力であるという利点をもち、複数の
半導体メモリをカード形状の筐体に収納したメモリ・カ
ードとして携帯機器へ適用などが有望である。
【０００３】半導体記憶装置を構成する半導体メモリ
は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒ
ｙ）とＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙとに
大きく分類される。ＲＡＭは揮発性であり、記憶された
データを保持し続けるにはバック・アップ用の電源が必
要となり消費電力が増える。一方、ＲＯＭは不揮発性で
データの保持にバック・アップ用の電源を必要としない
ため低消費電力を実現する上では最適である。ＲＯＭに
はＭＲＯＭ（Ｍａｓｋ ＲＯＭ）、ＵＶＥＰＲＯＭ（Ｕ
ｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ
Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ
（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎ
ｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）がある。
【０００４】このうちＭＲＯＭはコストが安いが、デー
タの書き換えが不可能なためにその用途は限定される。
またＵＶＥＰＲＯＭはデータの書き換えは可能である
が、データの書き換えに先だった旧データの消去時に紫
外線照射が必要であり、ＭＲＯＭほどではないが用途が
限定される。ＥＥＰＲＯＭは紫外線照射を必要とせずに
電気的にデータの書き換えが可能であることから半導体
ディスクに適したメモリであるといえる。
【０００５】ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去及び書き換え
可能な読み出し専用メモリ）にはバイト単位でデータを
消去するバイト消去型ＥＥＰＲＯＭと、チップ内の全デ
ータを一括またはバイト単位よりも大規模なブロック単
位で消去するＦｌａｓｈ型ＥＥＰＲＯＭ（以下「フラッ
シュ・メモリ」という）とがある。
【０００６】バイト消去型ＥＥＰＲＯＭはフラッシュ・
メモリに比べ、バイト単位で消去するための消去回路構
成が複雑、素子数が増えるなどのデメリットを有するた
めに、半導体記憶装置の大容量化を実現するにはフラッ
シュ・メモリほど適していないといえる。また、チップ
内のデータを一括に消去してしまうタイプのフラッシュ
・メモリでは、一部分のデータの書き換えを行うような
時でも書き換える必要のないデータを待避させるため
の、フラッシュ・メモリと同一な容量をもつバッファ・
メモリが必要になってしまうことと、書き換え時間が長
くなるといったデメリットがあるために、近年はブロッ
ク単位で消去可能なフラッシュ・メモリが半導体記憶装
置に搭載されることが多い。
【０００７】以下にフラッシュ・メモリを用いた不揮発
性半導体記憶装置（以下「半導体ディスク」という）の
動作について説明する。
【０００８】図６は、フラッシュ・メモリを用いた半導
体ディスクを含む携帯機器装置のシステム全体の構成概
要を、図７には半導体ディスクの構成概要を、図８には
フラッシュ・メモリの構成概要をそれぞれ示す。
【０００９】図６に示すように、半導体ディスク２０
は、バス２４を介し、コネクタなどの外部と電気的に接
続可能な手段（不図示）により携帯機器装置２１に接続
されている。半導体ディスク２０は、一般的には、図７
に示すように、１個、またはそれ以上の個数のフラッシ
ュ・メモリ３０ａ〜３０ｃ（参照符号３０でも指示す
る）と、半導体ディスク２０からのデータの読み出し、
半導体ディスクへのデータの書き込みや書き換えといっ
た携帯機器装置２１と半導体ディスク２０との間のデー
タ処理全般を制御するカード・コントローラ３１と、こ
れらデータを一時的に格納するためのバッファＲＡＭ３
３とから構成されている。
【００１０】半導体ディスク２０に搭載されているフラ
ッシュ・メモリ３０は、図８に示すように、チップ内を
１つ、またはそれ以上の個数のブロック４０ａ〜４０ｆ
（参照符号４０でも指示する）に分割されており、これ
らのブロック４０は全体の動作を制御する全体制御回路
４２と、各ブロックに対応するブロック制御回路４１ａ
〜４１ｆ（参照符号４１でも指示する）の制御のもと
で、ブロック単位でデータを消去することができるよう
になっている。なお、全体制御回路４２と、ブロック制
御回路４１の詳細な制御内容の記載は省略する。
【００１１】例えば、１６Ｍビットのフラッシュ・メモ
リなどでは、６４Ｋバイトの１消去ブロックとしている
ものや、８Ｋバイトを１消去ブロックとしているものな
どがある。
【００１２】一般的に、携帯機器装置２１と半導体ディ
スク２０との間は、特定のインタフェース（例えばディ
スク・インタフェース）によって接続されており、両者
の間のデータのやりとりは、５１２バイト単位とするセ
クタ単位で行われるのが一般的である。
【００１３】次に、ディスク装置類におけるデータの管
理形態について説明する。ハード・ディスクやフロッピ
ー・ディスク装置のディスク上のデータ構造は、それを
サポートするＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ）によって異なるが、基本的には同様である。ここで
は、ＭＳ−ＤＯＳ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社、ＤｉｓｋＯ
ｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の例に基づいて説明
する。
【００１４】ＭＳ−ＤＯＳでは、図９に示すように、デ
ィスク上の記憶領域５０を、予約領域５１、ＦＡＴ（Ｆ
ｉｌｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｔａｂｌｅ；ファイル
アロケーションテーブル）領域５２、ディレクトリ領域
５３、データ領域５４の４つの領域に分割している。ま
た、ディスクの最小記憶単位はセクタである。
【００１５】ユーザがディスク装置を使用するときに
は、ユーザはファイルがディスク上のどの位置にあるか
を知る必要はなく、ＤＯＳが全てを管理している。ＤＯ
Ｓは、指定されたファイル名が与えられると、ディスク
上のディレクトリ領域５３とＦＡＴ領域５２のデータに
基づいて、そのファイルが格納されているデータ領域５
４上の位置を知ることができるようになっている。
【００１６】この方法を図１０に示す。図１０を参照し
て、ディレクトリ領域５３には、各々のファイルに対す
る、そのファイル名６０と、そのファイルがディスク上
のどの位置に存在するかを示すＦＡＴエントリ番号６１
と、が記憶されている（実際にはその他のファイル属性
情報なども記憶されているが、主題に直接関係しないた
めここでは省略する）。
【００１７】ＤＯＳはファイルを作成するとき、セクタ
単位ではなく、セクタと同一、または複数セクタ分のサ
イズのクラスタ単位でデータ領域５４を割り当てる。従
って、ＤＯＳはデータ領域５４をクラスタ６３ａ〜６３
ｄ（参照符号６３で指示する）に分割して管理する。
【００１８】ファイルは、そのサイズが小さいと１クラ
スタで済むが、サイズが大きいと複数のクラスタが必要
となる。このとき、ファイルが格納されているクラスタ
は必ずしも連続しているとは限らず、格納されているク
ラスタの連続性はＦＡＴエントリ番号６１によって示さ
れている。ＦＡＴ領域５２はエントリ６２ａ〜６２ｄ
（参照符号６２で指示する）と呼ばれる単位の集合であ
り、各エントリ６２はデータ領域５４のクラスタと１対
１対応とされる。
【００１９】一般的にＦＡＴ領域５２のエントリ番号０
００と００１は未使用な領域で、有効なエントリは００
２から始まる。ＦＡＴ領域５２のエントリ番号００２は
データ領域５４の第１番目のクラスタに対応し、エント
リ番号００３は第２番目のクラスタに対応している。
【００２０】ＦＡＴ領域５２内の各エントリ６２はクラ
スタ使用状況や格納されているファイルの連鎖状況を示
している。エントリ値０００は対応するクラスタが空き
であることを示し、ＦＦＦはファイルの終了を示し、０
０２〜ＦＦ７の値はファイルの記憶に１クラスタ以上を
要し、かつその次のクラスタ番号を示している。
【００２１】例えば、図１０中でＦｉｌｅ−Ａをアクセ
スするときには、まず、Ｆｉｌｅ−Ａを検索し、Ｆｉｌ
ｅ−Ａに対応するＦＡＴエントリ番号６１が００３を認
識する。これは、Ｆｉｌｅ−ＡはＦＡＴエントリ００３
に対応するクラスタに格納されていることを示す。
【００２２】次に、ＦＡＴ領域５２のエントリ番号００
３のデータを調べると、００５となっている。これはＦ
ｉｌｅ−Ａが格納されている次のクラスタはＦＡＴエン
トリ番号００５に対応するクラスタであることを示す。
【００２３】引き続きエントリ番号００５のデータを調
べるとＦＦＦであり、これは先に述べたように、ファイ
ルの終了を示す。すなわち、Ｆｉｌｅ−ＡはＦＡＴエン
トリ番号００３に対応するクラスタから始まり、エント
リ番号００３と、００５に対応する２つのクラスタに格
納されていることになる。
【００２４】次に、図１１に示した流れ図を参照して、
従来の半導体ディスクの動作について説明する。
【００２５】例として、消去ブロック４０のサイズが５
１２バイト（１セクタ）であり、クラスタ６３の単位を
１セクタに設定しているフラッシュ・メモリ３０で構成
されるような半導体ディスク２０を考えたときのデータ
の書き込み方法を説明する。半導体ディスク２０に対し
て、携帯機器装置２１からデータの書き込みコマンドが
発行されるとまず、カード・コントローラ３１は書き込
みコマンドが発行されたことを認識し（ステップ７
０）、書き込みデータのサイズと書き込まれる領域（ま
たは番地）とを確認する（ステップ７１）。
【００２６】次にカード・コントローラ３１はデータが
書き込まれる領域のＦＡＴ領域５２のＦＡＴエントリ６
２のデータ値より、書き込み動作が新規の書き込みか、
あるいは書き換えであるかを判断する（ステップ７
２）。ここで、書き換え動作である時には、カード・コ
ントローラ３１はデータの書き込みに先だって、該当す
るクラスタ５４の消去命令をフラッシュ・メモリ３０に
対して発行し（ステップ７３）、消去完了後に書き換え
データの書き込みを行い（ステップ７４）、動作を終了
する（ステップ７７）。
【００２７】一方、新規の書き込み動作であるときは、
カード・コントローラ３１はフラッシュ・メモリ３０の
該当するクラスタ５４への書き込みを行い（ステップ７
５）、書き込まれたクラスタに対応するＦＡＴ領域５２
のＦＡＴエントリ６２のデータを更新し（ステップ７
６）、動作を終了する（ステップ７７）。
【００２８】このような動作を実現する一つの方法とし
て、たとえば特開平４−８４２１６号公報には、フラッ
シュ・メモリ３０の消去ブロック４０のサイズをデータ
の書き込みや読み出し単位であるセクタ、またはファイ
ル割り当ての単位であるクラスタと同一なサイズとして
半導体ディスクを構成することにより、バッファＲＡＭ
３３の容量を小さくするか、または不要とすることと、
データの書き換え速度の向上をはかり、半導体ディスク
の高速化を実現するようにした構成が提案されている。
また特開平１−２９８６００号公報には電気的に書き込
み及び消去可能な不揮発性半導体記憶装置において、独
立的に書き込み及び消去可能な複数のブロックのうち消
去すべき任意数のブロックを選択するブロック選択信号
を出力するブロック選択回路と、ブロック選択信号を記
憶して消去すべき任意数のブロックを選択する記憶回路
と、選択されたブロックに対してブロック消去信号を加
えるブロック消去回路を備えた半導体記憶装置の構成が
提案されている。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は下
記記載の問題点を有している。
【００３０】第１の問題点は、フラッシュ・メモリを使
用した従来の不揮発性半導体記憶装置では記憶容量の大
容量化が困難であるということである。
【００３１】この理由は、データの読み出し単位である
セクタをフラッシュ・メモリの１消去ブロックに対応さ
せると、フラッシュ・メモリの単位記憶容量あたりの消
去ブロック数が増大し、各消去ブロックを個別に制御す
るための制御回路が複雑になり、かつ構成素子数が増え
ることによる。
【００３２】また第２の問題点は、記憶できるファイル
数が少なくなるということである。
【００３３】この理由は、上記した第１の問題点を解決
するために、フラッシュ・メモリの１消去ブロックのサ
イズを、データの読み出し単位であるセクタのサイズで
はなく、ファイル割り当て単位であるクラスタのサイズ
に対応させようとしたとき、クラスタのサイズが大きす
ぎると、１クラスタ・サイズに満たない容量のファイル
の格納にも１クラスタが割り当てられることになり、記
憶領域に無駄が生じるためである。
【００３４】さらに第３の問題点は、フラッシュ・メモ
リの消去ブロックの書き換え回数が必要以上に増えてし
まい、フラッシュ・メモリの特性劣化を早める可能性が
あることである。
【００３５】この理由は、フラッシュ・メモリには書き
換え回数の寿命があり、この回数を超えると、デバイス
の破壊には至らないが、書き込みや消去のスピードが著
しく遅くなる傾向がある（例として、フラッシュ・メモ
リの書き換え回数の寿命は１Ｋ回から１０００Ｋ回程度
とされる）。フラッシュ・メモリを記憶装置として使用
するとき、データの記憶に多くの消去ブロックを要する
と、データの書き換え時に消去を必要とするブロックの
数がふえることと、特定の消去ブロックに対して書き換
え操作が集中すると、そのブロックの書き換え回数が他
のブロックよりも早く寿命回数に達していまい、記憶装
置全体としての書き込み特性を遅めてしまうことになる
からである。
【００３６】従って、本発明は、上記事情に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、データの書込み時割り
当てられる不揮発性半導体記憶装置内の消去ブロック数
を最小に抑えることでデータ処理効率の向上を図るよう
にした不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
【００３７】また、本発明の他の目的は、データの書き
換え時に発生する不揮発性半導体記憶装置内の消去ブロ
ックの消去回数を軽減して、書き換え回数に寿命のある
不揮発性半導体記憶装置の信頼性の向上を図ることにあ
る。
【００３８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性半導
体記憶装置へデータの書き込む際に、書き込みデータの
サイズと、消去ブロックのサイズ及び／又は消去ブロッ
ク中の書き込み可能な領域のサイズの情報と、を比較
し、消去ブロックの大きさ分の書き込みデータは書き込
み可能な消去ブロックに書き込み、該消去ブロックの大
きさに満たない分のデータは書き込み可能な領域に書き
込むようにして、データの大きさに対する最適な格納領
域を割付する手段を備えたことを特徴とする。
【００３９】本発明によれば、不揮発性半導体記憶装置
に対してデータの書き込みを行う時に、データのサイズ
に応じたブロックの割り当てが行われ、データの書き換
え時に発生するブロックの消去回数を軽減することがで
きる。
【００４０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して以下に説明する。図２は、本発明の実施の形
態の構成を示した図である。
【００４１】図２を参照すると、本発明の実施の形態
は、電気的に書き込み及び消去が可能であり、内部がひ
とつ、もしくは複数のブロックに分割され、分割された
ブロック単位でデータの消去が行われるフラッシュ・メ
モリ３０と、電源投入後にカード・コントローラ３１の
制御により、フラッシュ・メモリ３０の各消去ブロック
毎のデータ格納情報がフラッシュ・メモリ３０から転送
され、外部からのデータ書込時にカード・コントローラ
３１が書き込みデータの割付を行うときに参照するため
のデータ管理情報が格納されている管理情報用ＲＡＭ３
２と、外部とのデータの入出力時にデータを一時的に蓄
えるバッファＲＡＭ３３と、これら全てを収納し、外部
との電気的接続手段（コネクタ）をもつ半導体ディスク
２０と、を備えている。
【００４２】本発明の実施の形態の動作について、図１
の流れ図及び図２を参照して説明する。
【００４３】まず、半導体ディスク２０の電源投入後
に、カード・コントローラ３１は半導体ディスク２０内
のフラッシュ・メモリ３０に対して、各消去ブロック毎
のデータ管理情報を管理情報用ＲＡＭ３２に転送する命
令を発行する（ステップ１０）。ここで、各消去ブロッ
ク毎の管理情報は、消去ブロック毎に個別に格納されて
いても、ある消去ブロックに全ての消去ブロック分の管
理情報を格納されていてもかまわない。
【００４４】次に半導体ディスク２０に対してデータの
書き込みが要求されると、カード・コントローラ３１
は、まず、書き込みコマンドが発行されたことを確認し
（ステップ１１）、書き込まれるデータのサイズ（セク
タ数）と、指定された領域を確認し（ステップ１２）、
書き込みデータをバッファＲＡＭ３３に取り込む（ステ
ップ１３）。
【００４５】次にカード・コントローラ３１は管理情報
用ＲＡＭ３２に格納されている各フラッシュ・メモリ３
０の消去ブロック毎のデータ格納情報を参照し（ステッ
プ１４）、データが書き込まれる領域（クラスタ）の状
態を確認し（ステップ１５）、新規のデータ書き込みで
あるのか、データの書き換えであるのかを確認する（ス
テップ１６）。
【００４６】ここで、データが書き込まれるクラスタに
すでにデータが記憶されていたとき、すなわちデータの
書き換えである場合に限っては、従来の技術では、該当
するクラスタが含まれるブロックの消去を経て、消去完
了後にデータを書き込むような手順をふむことになる
が、このような手順では高速化が図れない。
【００４７】そこで、本発明の実施の形態においては、
カード・コントローラ３１は、管理情報用ＲＡＭ３２に
格納されているデータ管理情報を参照して、まず、書き
込み指定されたクラスタに該当するＦＡＴエントリを、
無効を示すデータ値に、書き換える（ステップ１７）。
【００４８】一方、新規の書き込みである場合には、上
記ステップ１７のＦＡＴエントリの無効化操作は必要な
い。
【００４９】次にカード・コントローラ３１は、書き込
まれるデータのサイズと、フラッシュ・メモリ３０の消
去ブロックのサイズと、の大小比較を行う（ステップ１
８）。
【００５０】ステップ１８の大小比較判定において、書
き込まれるデータのサイズが消去ブロックのサイズより
も大きい場合には、カード・コントローラ３１はデータ
の格納に要する消去ブロックの数と、書き込みデータの
サイズから、先に算出した消去ブロックの整数倍のサイ
ズを減じた、残りのデータのサイズと、を算出する（ス
テップ１９）。ここで、もし、書き込まれるデータのサ
イズが、消去ブロックの整数倍のサイズであるときは、
上記残りのデータのサイズは、０ということになる。
【００５１】一方、ステップ１８において、書き込まれ
るデータのサイズが消去ブロックのサイズに満たないと
きは、消去ブロック数は０として算出され、書き込まれ
るデータのサイズそのものが残りのデータのサイズとし
て算出されることになる。
【００５２】次にカード・コントローラ３１は、管理情
報用ＲＡＭ３２に格納されている管理情報テーブルを参
照し、書き込み可能な消去ブロックを検索するととも
に、書き込みデータのサイズが１消去ブロックのサイズ
に満たない場合や、消去ブロックのサイズ整数倍を減じ
た残りのサイズが０でないときは、クラスタの先頭番地
を検索する（ステップ１Ａ）。
【００５３】次にカード・コントローラ３１は、前記残
りのデータのサイズが検索された１消去ブロック中の書
き込み可能なクラスタのサイズに格納可能であるかを判
断する。もし、前記クラスタのサイズが前記残りのデー
タのサイズより小さい場合、カード・コントローラ３１
は再び管理情報用ＲＡＭ３２に格納されている管理情報
テーブルを参照し、書き込み可能な次のクラスタを検索
することを繰り返し（ステップ１Ｂ）、上述の残りのデ
ータのサイズよりも大きいサイズのクラスタを検索する
（ステップ１Ｃ）。
【００５４】引き続き、カード・コントローラ３１は、
前記ステップ１Ｃによって抽出された、クラスタの中か
ら、前記残りのデータのサイズに最も近い（等しいのが
一番望ましい）クラスタを抽出する（ステップ１Ｄ）。
【００５５】これら一連の操作を経て、カード・コント
ローラ３１は、書き込みデータが格納される新規の消去
ブロック３０と書き込み可能なクラスタを算出する。
【００５６】この後、カード・コントローラ３１は、バ
ッファＲＡＭ３３から、検索された消去ブロックまたは
クラスタに対して、データの書き込みを行うためにデー
タの転送を開始する（ステップ１Ｅ）。
【００５７】そして、バッファＲＡＭ３３から読み出さ
れたデータを指定された領域に書き込む（ステップ１
Ｆ）。このとき、書き込みデータの格納に、消去ブロッ
クとクラスタを併用するとき、データの書き込みをどち
らから行うかは任意である。
【００５８】カード・コントローラ３１は、１クラスタ
への書き込みが完了する毎に、管理情報用ＲＡＭ３２に
格納されている管理情報テーブル中の書き込まれたクラ
スタに対応するＦＡＴエントリのデータ値を更新し（ス
テップ１Ｇ）、全ての書き込みデータに対するＦＡＴエ
ントリのデータ値の更新が完了すると動作を終了する
（ステップ１Ｈ）。
【００５９】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
【００６０】図２を参照すると、本発明の実施例は、電
気的に書き込み及び消去が可能であり、内部が複数の６
４Ｋバイトのブロックに分割され、分割されたブロック
単位でデータの消去が行われるフラッシュ・メモリ３０
と、電源投入後にカード・コントローラ３１の制御によ
り、フラッシュ・メモリ３０の各消去ブロック毎のデー
タ格納情報がフラッシュ・メモリ３０から転送され、外
部からのデータ書込時にカード・コントローラ３１が書
き込みデータの割付を行うときに参照するためのデータ
管理情報が格納されている管理情報用ＲＡＭ３２と、外
部とのデータの入出力時にデータを一時的に蓄えるバッ
ファＲＡＭ３３と、これら全てを収納し、外部との電気
的接続手段（コネクタ）をもつ半導体ディスク２０とか
ら構成される。
【００６１】次に、図３及び図４を参照して本実施例の
動作を説明する。なお、図３及び図４は単に図面作成の
都合上、分図されたものである。
【００６２】図３及び図４は、本実施例の動作を示すフ
ロー・チャートである。まず、電源投入後に、カード・
コントローラ３１の制御によって、フラッシュ・メモリ
３０の消去ブロック３１と消去ブロック３１中に存在す
る１６個のクラスタに関する管理情報が管理情報用ＲＡ
Ｍ３２に転送される（ステップ９０）。ただし、ここで
管理情報用ＲＡＭ３２を有していないような場合はこの
操作は省略され、カード・コントローラ３１はフラッシ
ュ・メモリ３０の管理情報の記憶領域を直接アクセスす
ることになる。
【００６３】次に書き込みコマンドが発行されると、カ
ード・コントローラ３１はまず書き込みコマンドが発行
されたことを認識し（ステップ９１）、書き込まれるデ
ータのサイズが１００Ｋバイトであり、そのデータがＦ
ＡＴエントリ番号６１が１００で始まるファイルのデー
タであることを確認する（ステップ９２）。これらを認
識した後に、カード・コントローラ３１はバッファＲＡ
Ｍ３３に対して、書き込みデータの取り込みを開始する
（ステップ９３）。このとき、バッファＲＡＭ３３はフ
ラッシュ・メモリ３０の内部に存在していてもかまわな
い。
【００６４】バッファＲＡＭ３３に書き込みデータが取
り込まれている間に、カード・コントローラ３１は管理
情報用ＲＡＭ３２をアクセスしてＦＡＴエントリ１００
に対応するクラスタの状態を確認する（ステップ９
４）。
【００６５】ここで、ＦＡＴエントリ１００に対応する
クラスタにはすでにデータが書き込まれていたので（ス
テップ９５）、カード・コントローラ３１はデータの新
規の書き込みではなく、書き換えであることを認識する
（ステップ９６）。そこで、書き換えデータを新しいブ
ロックに割り付けるためにまず、カード・コントローラ
３１は、管理情報用ＲＡＭ３２のＦＡＴエントリ１００
の領域のデータ値を無効を示す値に変更する（ステップ
９７）。
【００６６】さらにカード・コントローラ３１は、書き
込まれるデータのサイズが１００Ｋバイト、すなわち消
去ブロックのサイズよりも大きいことを確認する（ステ
ップ９８）。
【００６７】引き続きカード・コントローラ３１は１０
０Ｋバイトの書き込みデータの格納には１つの消去ブロ
ック（６４Ｋバイト）と、消去ブロックのサイズに満た
ない３６Ｋバイトのデータに分割されることを算出する
（ステップ９９）。
【００６８】これをもとに、カード・コントローラ３１
は管理情報用ＲＡＭ３２に格納されている管理テーブル
をアクセスし、書き込み可能な１つの消去ブロックと書
き込み可能なクラスタそれぞれの先頭番地を検索する
（ステップ９Ａ）。
【００６９】ここでは最初に検索された連続したクラス
タが３６Ｋバイトよりも小さいために（ステップ９
Ｂ）、次のクラスタを検索している（ステップ９Ｃ）。
【００７０】最終的に、カード・コントローラ３１は、
３６Ｋバイト以上の大きさの連続したクラスタを全て抽
出し（ステップ９Ｄ）、かつ、抽出されたクラスタの中
で３６Ｋバイトに最も大きさの近い（同じであることが
最も望ましい）クラスタを選択する（ステップ９Ｅ）。
【００７１】カード・コントローラ３１は、このクラス
タと先に検索された１つの消去ブロックを書き込まれる
データの格納に割り当てることを決定し、バッファＲＡ
Ｍ３３に取り込まれている書き込みデータを読み出し
（ステップ９Ｆ）、抽出された消去ブロックとクラスタ
に書き込む（ステップ９Ｇ）。この間、１つのクラスタ
分に相当するデータの書き込みが完了する毎に、カード
・コントローラ３１は書き込みが完了したクラスタに対
応する管理情報用ＲＡＭ３２のＦＡＴエントリのデータ
値を更新する（ステップ９Ｈ）。
【００７２】そして、１００Ｋバイト全てのデータの書
き込みが完了し、ファイルの最終クラスタに対応するＦ
ＡＴエントリのデータ値の更新が完了することにより書
き込み動作は終了する（ステップ９Ｉ）。
【００７３】以上が、データの書き込みに関する動作で
ある。
【００７４】次に同じく図３及び図４を参照して、既に
書き込まれているデータの再割り付けの動作について説
明する。
【００７５】上記ステップ９１からステップ９Ｉに至る
操作を繰り返していくと、フラッシュ・メモリ３０の中
のブロック、またはクラスタの状態は、（１）データが
格納されていず、書き込み可能である状態と、（２）有
効なデータが格納されている状態と、（３）データは格
納されているが、そのデータは別なブロック、またはク
ラスタに書き換えられており、対応するＦＡＴエントリ
には無効を示すデータ値が設定されている状態と、の３
つに分類される。
【００７６】このまま上記ステップ９１からステップ９
Ｉをさらに続けると、最終的には、無効なデータが増え
続け、書き込み可能な領域が無くなってしまうことにな
る。
【００７７】これを回避するためには、適宜フラッシュ
・メモリ３０に格納されているデータに対するデータの
再割り付けが必要である。
【００７８】図４中の操作ステップ９Ｊからステップ９
Ｕは、データの再割り付けの動作を示すフロー・チャー
トである。
【００７９】まず、カード・コントローラ３１は、管理
情報用ＲＡＭ３２に格納されている管理テーブルを参照
し、ＦＡＴエントリに無効を示すデータ値が設定されて
いる全てのクラスタを抽出し（ステップ９Ｊ）、さらに
抽出されたクラスタ数が多い消去ブロックを抽出する
（ステップ９Ｋ）。なお、この消去ブロックの抽出過程
においては、無効なクラスタ数のみに着目する以外に、
ブロックの消去回数のファクタを加味して判断すること
も任意である。
【００８０】続いて、カード・コントローラ３１は抽出
されたブロックの消去に先立ち、抽出されたブロック中
に存在する有効なクラスタのデータをバッファＲＡＭ３
３に書き込み（有効なデータを待避させる）（ステップ
９Ｌ）、ブロックを消去する（ステップ９Ｍ）。
【００８１】ブロックの消去が完了後、カード・コント
ローラ３１は消去されたブロックに対応するＦＡＴエン
トリのデータ値を書き込み可能であることを示す値に管
理テーブル上で更新する（ステップ９Ｎ）。これにより
書き込み可能なブロックが増加したことになる。
【００８２】次に、カード・コントローラ３１は、バッ
ファＲＡＭ３３に格納されている有効なクラスタのデー
タを書き戻すために、前述した、データの書き込み動作
フローにおけるステップ９Ａ〜ステップ９Ｅに相当す
る、書き込み可能なクラスタを検索し（ステップ９
Ｐ）、有効なクラスタの大きさに最も近い大きさ（同一
であることが最も望ましい）の書き込み可能なクラスタ
を割り付け（ステップ９Ｑ）、上記ステップ９Ｆに対応
した、バッファＲＡＭから有効なクラスタのデータを読
み出し（ステップ９Ｒ）、ステップ９Ｑで割り付けられ
たクラスタに書き込む（ステップ９Ｓ）。
【００８３】そしてステップ９Ｈのように、割り付けら
れたクラスタへのデータの書き込みが完了する毎に、カ
ード・コントローラ３１は管理情報用ＲＡＭに格納され
ている管理テーブル上の書き込まれたクラスタに該当す
るＦＡＴエントリのデータ値を更新し（ステップ９
Ｔ）、バッファＲＡＭ３３に格納されている全ての有効
なクラスタ分のデータのＦＡＴエントリのデータ値の更
新が完了することによりデータの再割り付け操作は終了
する（ステップ９Ｕ）。
【００８４】以上がデータの再割り付けに関する動作で
あり、この操作は電源投入中の任意の期間に行われるも
のとする。
【００８５】更に、図４を参照して、管理情報用ＲＡＭ
３２に格納されている管理情報の、フラッシュ・メモリ
への書き戻しの動作について説明する。
【００８６】図４のステップ９Ｖ〜ステップ９Ｗは、管
理情報用ＲＡＭ３２に格納されている管理情報をフラッ
シュ・メモリ３０に書き戻す（ステップ９Ｖ）作業を行
うことにより、現状のデータの格納状態をフラッシュ・
メモリに反映させて終了する（ステップ９Ｗ）。
【００８７】この作業は電源投入後から電源オフに至る
ある任意の期間にまとめて行われるのが望ましい。ま
た、管理情報用ＲＡＭ３２を所有していない場合は、本
操作はフラッシュ・メモリの管理情報格納領域に行われ
るものである。
【００８８】以上のような操作により、書き込まれるデ
ータのサイズの大きさに応じた格納領域が割り当てられ
ることになる。
【００８９】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。本実施例が、上記第１の実施例と大きく異なる点
は、図２で示される不揮発性半導体記憶装置を構成して
いるフラッシュ・メモリ３０の消去ブロック３１の分割
形態が異なることである。本実施例においては、フラッ
シュ・メモリ３０の消去ブロック３１は６４Ｋバイトで
あるものと、５１２バイトであるものとを併用した場合
の動作を図５に流れ図として示す。
【００９０】まず、電源投入後、カード・コントローラ
３１の制御によって、フラッシュ・メモリ３０の消去ブ
ロック３１と消去ブロック３１中に存在する１６個のク
ラスタに関する管理情報と、５１２バイトを消去ブロッ
ク、またはクラスタとするフラッシュ・メモリの各消去
ブロックに関する管理情報とが管理情報用ＲＡＭ３２に
転送される（ステップ１００）。
【００９１】次に書き込みコマンドが発行されると、カ
ード・コントローラ３１はまず書き込みコマンドが発行
されたことを認識し（ステップ１０１）、書き込まれる
データのサイズが６５Ｋバイトであり、そのデータがＦ
ＡＴエントリ番号６１が１００で始まるファイルのデー
タであることを確認する（ステップ１０２）。
【００９２】これらを認識した後に、カード・コントロ
ーラ３１はバッファＲＡＭ３３に対して、書き込みデー
タの取り込みを開始させる（ステップ１０３）。
【００９３】バッファＲＡＭ３３に書き込みデータが取
り込まれている間に、カード・コントローラ３１は管理
情報用ＲＡＭ３２をアクセスしてＦＡＴエントリ１００
に対応するクラスタの状態を確認する（ステップ１０
４）。ここで、ＦＡＴエントリ１００に対応するクラス
タにはすでにデータが書き込まれていたので（ステップ
１０５）、カード・コントローラ３１はデータの新規書
き込みではなく、書き換えであることを認識する（ステ
ップ１０６）。
【００９４】そこで、書き換えデータを新しいブロック
に割り付けるためにまず、カード・コントローラ３１は
管理情報用ＲＡＭ３２のＦＡＴエントリ１００の領域の
データ値を無効を示す値に変更する（ステップ１０
７）。さらにカード・コントローラ３１は書き込まれる
データのサイズが６５Ｋバイト、すなわち消去ブロック
のサイズよりも大きいことを確認する（ステップ１０
８）。
【００９５】引き続きカード・コントローラ３１は６５
Ｋバイトの書き込みデータの格納には６４Ｋバイトを消
去ブロックとするフラッシュ・メモリ３０の１つの消去
ブロックと、消去ブロックのサイズに満たない１Ｋバイ
トのデータに分割されることを算出する（ステップ１０
９）。
【００９６】ここで、残りの１Ｋバイトのデータの格納
に、６４Ｋバイトを消去ブロックとするフラッシュ・メ
モリの空いているクラスタを割り当てると、４Ｋバイト
のクラスタに１Ｋバイトのデータを格納する事になり、
記憶領域としては３Ｋバイト分の無駄が生じることにな
る（ステップ１０Ａ）。
【００９７】そこで、これら１Ｋバイトのデータの格納
には、消去ブロックのサイズ５１２バイトの消去ブロッ
クを２つ割り当てる方が効率的である（ステップ１０
Ｂ）。これをもとに、カード・コントローラ３１は管理
情報用ＲＡＭ３２に格納されている管理テーブルをアク
セスし、書き込み可能な６４Ｋバイト消去ブロックと、
５１２バイト単位で書き込み可能なクラスタそれぞれの
先頭番地を検索する（ステップ１０Ｃ）。
【００９８】その結果、６４Ｋバイトを単位とする１つ
の消去ブロックと、５１２バイトを単位とする２つの消
去ブロックに書き込まれるデータの格納に割り当てるこ
とを決定し、カード・コントローラ３１はバッファＲＡ
Ｍ３３に取り込まれている書き込みデータを読み出し
（ステップ１０Ｄ）、抽出された消去ブロックに書き込
む（ステップ１０Ｅ）。
【００９９】この間、１つのクラスタ分に相当するデー
タの書き込みが完了する毎に、カード・コントローラ３
１は書き込みが完了したクラスタに対応するＦＡＴエン
トリのデータ値を更新する（ステップ１０Ｆ）。
【０１００】そして、６５Ｋバイト全てのデータの書き
込みが完了し、ファイルの最終クラスタに対応するＦＡ
Ｔエントリのデータ値の更新が完了することにより書き
込み動作は終了する（ステップ１０Ｇ）。
【０１０１】従って、第１の実施例と同様に、書き込ま
れるデータの大きさに応じた格納領域の割付ができると
共に、ブロックのサイズが互いに異なるようなフラッシ
ュ・メモリを搭載している場合にも本発明が適用できる
利点を持っている。
【０１０２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
不揮発性半導体記憶装置の中の消去ブロックの書き換え
回路を減らすことができるという効果を有し、消去ブロ
ックの書き換え回数に寿命がある不揮発性半導体記憶装
置の信頼性が向上する。
【０１０３】これは、本発明においては、不揮発性半導
体記憶装置に書き込まれるデータのサイズと、不揮発性
半導体記憶装置内の１消去ブロックのサイズと、書き込
み可能な消去ブロック内の空き領域のサイズとを照らし
合わせ、書き込みデータの格納に要する消去ブロック数
を最小にするように割り付けるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するためのフローチ
ャートである。
【図２】本発明の実施の形態を示す概念構成を示す図で
ある。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するためのフロー
チャートである。
【図４】本発明の第１の実施例を説明するためのフロー
チャートである。
【図５】本発明の第２の実施例を説明するためのフロー
チャートである。
【図６】フラッシュ・メモリを用いた半導体ディスクを
含む携帯機器装置のシステム全体の構成を示す概要図で
ある。
【図７】半導体ディスクの構成概要図である。
【図８】フラッシュ・メモリの構成概要図である。
【図９】ディスク上の記憶領域を示す概要図である。
【図１０】ディスクにおけるファイル管理を示す概要図
である。
【図１１】従来の不揮発性半導体記憶装置の動作を示す
フローチャートである。
【符号の説明】
２０ 半導体ディスク ２１ 携帯機器装置 ２２ ＣＰＵ ２３ 主メモリ ２４ バス ２５ 周辺付属機器類 ３０ａ〜３０ｃ フラッシュ・メモリ ３１ カード・コントローラ ３２ 管理情報用ＲＡＭ ３３ バッファＲＡＭ ４０ａ〜４０ｆ 消去ブロック ４１ａ〜４１ｆ ブロック制御回路 ４２ 全体制御回路 ５０ ディスク上の記憶領域 ５１ 予約領域 ５２ ＦＡＴ領域 ５３ ディレクトリ領域 ５４ データ領域 ６０ ファイル名 ６１ ＦＡＴエントリ番号 ６２ａ〜６２ｆ ＦＡＴエントリ ６３ａ〜６３ｄ クラスタ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】不揮発性半導体記憶装置へデータの書き込
    む際に、書き込みデータのサイズと、消去ブロックのサ
    イズ及び／又は消去ブロック中の書き込み可能な領域の
    サイズの情報と、を比較し、消去ブロックの大きさ分の
    書き込みデータは書き込み可能な消去ブロックに書き込
    み、該消去ブロックの大きさに満たない分のデータは書
    き込み可能な領域に書き込むようにして、データの大き
    さに対する最適な格納領域を割付する手段を備えたこと
    を特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項２】電気的に書き込み及び消去可能な内部記憶
    素子を有する不揮発性半導体記憶装置において、 前記内部記憶素子は、互いに独立に書き込み及び消去可
    能なひとつ、もしくは複数のブロックに分割され、前記
    ブロックは更に一又は複数の記憶単位として分割可能と
    され、 前記記憶単位への書き込み及び読み出しデータを格納す
    る第２の記憶装置と、 前記記憶単位毎のデータの状態を示す情報記憶領域と、 前記情報記憶領域の情報の読み出し及び書き込みを制御
    する制御手段と、 を有し、 前記制御手段は、外部からデータの書き込み命令が入力
    されると、前記書き込み命令の入力を認識する手段と、 前記第２の記憶装置に書き込まれるデータを取り込む命
    令を出す手段と、 前記書き込まれるデータの大きさを算出する手段と、 前記書き込まれるデータ大きさと前記ブロックの大きさ
    とを比較し、前記書き込まれるデータの大きさに対し
    て、前記ブロックまたは前記記憶単位数を算出する手段
    と、 前記情報記憶領域の情報を参照して書き込み可能なブロ
    ックまたは記憶単位を検索する手段と、 前記書き込まれるデータのうち前記ブロックの大きさの
    整数倍のデータは前記検索された書き込み可能なブロッ
    クに、また、前記書き込まれるデータから前記ブロック
    の整数倍のデータを減じた残りのデータは、前記検索さ
    れた書き込み可能な記憶単位の大きさと比較され、前記
    検索された書き込み可能な記憶単位の大きさが、前記残
    りのデータの大きさに等しい、または前記残りのデータ
    の大きさより大きく、かつ最も近い場合に、前記残りの
    データは前記検索された書き込み可能な記憶単位に割り
    付ける手段と、 前記割り付けが完了後、前記第２の半導体装置に格納さ
    れている前記書き込まれるデータを読み出し、前記検索
    された前記書き込み可能なブロックまたは書き込み可能
    な記憶単位に書き込む手段と、 前記書き込まれるデータの前記検索された書き込み可能
    なブロック、または前記書き込み可能な記憶単位への書
    き込みが完了すると、前記情報記憶領域の情報を書き換
    える手段と、 を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項３】前記制御装置が、前記書き込まれるデータ
    から前記書き込み可能なブロックの整数倍のデータを減
    じた前記残りのデータと前記検索された前記書き込み可
    能な記憶単位の大きさとを比較して前記検索された前記
    書き込み可能な記憶単位の大きさの方が小さい場合は、
    次の前記書き込み可能な前記記憶単位を検索する手段を
    有することを特徴とする請求項２記載の不揮発性半導体
    記憶装置。
  4. 【請求項４】前記ブロックまたは前記記憶単位がそれぞ
    れ任意の大きさであることを特徴とする請求項２記載の
    不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項５】前記情報記憶領域の情報が、前記制御装置
    の制御のもとで、読み出し及び書き込みが可能である第
    ３の半導体記憶装置にまず格納され、前記不揮発性半導
    体記憶装置の電源投入中のある期間に前記第３の半導体
    記憶装置に格納された情報を前記情報記憶領域に書き込
    むことを特徴とする請求項２記載の不揮発性半導体記憶
    装置。
  6. 【請求項６】前記書き込み及び読み出しデータを格納す
    る第２の半導体記憶装置が、前記内部記憶装置内に含ま
    れることを特徴とする請求項２記載の不揮発性半導体記
    憶装置。
  7. 【請求項７】前記制御装置が、データの書き込み以外の
    時も、前記記憶素子内の前記書き込み可能なブロックま
    たは前記書き込み可能な記憶単位の検索を適宜行い、前
    記記憶素子内に既に割り付け、書き込まれているデータ
    を前記書き込み可能なブロックまたは前記書き込み可能
    な記憶単位に、再割り付けする、 ことを特徴とする請求項２記載の不揮発性半導体記憶装
    置。
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