KR101893897B1 - 메모리 시스템 및 사용자 장치 그리고 그것의 데이터 관리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시 예는 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하며, 데이터 저장 장치와 다른 데이터 관리 단위를 갖는 사용자 장치의 데이터 관리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 데이터 관리 방법은 파일 삭제 요청에 응답하여, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경하는 단계, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보가 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는지를 판단하는 단계 및 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 관리 방법은 하디 디스크 관점의 파일 관리 단위와 플래시 메모리 관점의 데이터 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 플래시 메모리의 수명 단축을 방지하고 플래시 메모리 시스템의 전체적인 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 메모리 시스템 및 그것의 데이터 관리 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 플래시 메모리 시스템 및 그것의 데이터 관리 방법에 관한 것이다.
플래시 메모리(flash memory)는 하드 디스크와 달리 겹쳐 쓰기(overwrite)를지원하지 않기 때문에, 다시 쓰기 위해서는 소거 동작이 선행되어야 한다. 플래시 메모리의 소거 동작은 메모리 블록 단위로 수행된다. 이러한 플래시 메모리의 특성으로 인해, 하드 디스크용 파일 시스템을 플래시 메모리에 그대로 적용하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 하드 디스크용 파일 시스템과 플래시 메모리 사이에 미들웨어인 플래시 변환 계층(FTL)이 사용되고 있다. 플래시 변환 계층은 플래시 메모리를 기존의 하드 디스크처럼 자유롭게 읽고 쓸 수 있도록 한다.
한편, 파일 시스템에서 파일을 관리하는 단위와 플래시 변환 계층에서 플래시 메모리에 저장된 데이터를 관리하는 단위는 서로 다르다. 이러한 관리 단위의 불일치는 플래시 메모리에 불필요한 데이터의 복사 동작 및 대량의 병합 동작을 야기 할 수 있다. 이러한 복사 및 병합 동작은 플래시 메모리의 수명을 단축하는 주요한 원인이 된다.
한편, 파일 시스템에서 파일을 관리하는 단위와 플래시 변환 계층에서 플래시 메모리에 저장된 데이터를 관리하는 단위는 서로 다르다. 이러한 관리 단위의 불일치는 플래시 메모리에 불필요한 데이터의 복사 동작 및 대량의 병합 동작을 야기 할 수 있다. 이러한 복사 및 병합 동작은 플래시 메모리의 수명을 단축하는 주요한 원인이 된다.
본 발명은 하드 디스크 관점의 관리 단위와 플래시 메모리 관점의 관리 단위 사이의 불일치를 해소함으로써, 플래시 메모리의 수명 단축을 방지하고, 플래시 메모리 시스템의 전체적인 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하며, 데이터 저장 장치와 다른 데이터 관리 단위를 갖는 사용자 장치의 데이터 관리 방법은 파일 삭제 요청에 응답하여, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경하는 단계; 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보가 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는지를 판단하는 단계; 및 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 단계를 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 생성하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하는 사용자 장치는 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위와 다른 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 변경하는 파일 시스템; 및 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 저장 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하는 트림 관리 모듈을 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 테이블을 저장하는 호스트 메모리를 더 포함하며, 상기 호스트 메모리에 저장된 트림 관리 테이블은 밀어내기 방식에 의하여 관리된다.
실시 예로써, 적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은 트림 동작을 지원하는 호스트; 및 상기 호스트로부터의 트림 명령에 응답하여, 소거 동작을 수행하는 데이터 저장 장치를 포함하며, 상기 호스트는 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 저장 영역에 관한 정보만을 상기 데이터 저장 장치에 제공한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 별도로 관리한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 섹터 단위로 파일을 관리하고, 상기 데이터 저장 장치는 페이지 단위로 파일의 데이터를 관리하며, 각 페이지는 복수 개의 섹터들로 구분된다.
실시 예로써, 상기 호스트는 섹터 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 변경하는 파일 시스템; 및 상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위인 페이지 단위에 일치하는 섹터들에 관한 정보를 선택하는 트림 관리 모듈을 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 호스트는 상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터(이하, 부분 섹터)에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 테이블은 상기 부분 섹터에 관한 정보 및 상기 부분 섹터와 동일한 페이지에 속하는 섹터에 관한 정보를 관리한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 관리 단위에 일치하는 섹터 어드레스에 관한 정보를 선택한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 생성하는 단계를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하는 사용자 장치는 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위와 다른 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 변경하는 파일 시스템; 및 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 저장 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하는 트림 관리 모듈을 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 테이블을 저장하는 호스트 메모리를 더 포함하며, 상기 호스트 메모리에 저장된 트림 관리 테이블은 밀어내기 방식에 의하여 관리된다.
실시 예로써, 적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은 트림 동작을 지원하는 호스트; 및 상기 호스트로부터의 트림 명령에 응답하여, 소거 동작을 수행하는 데이터 저장 장치를 포함하며, 상기 호스트는 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 저장 영역에 관한 정보만을 상기 데이터 저장 장치에 제공한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 영역에 관한 정보를 별도로 관리한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 섹터 단위로 파일을 관리하고, 상기 데이터 저장 장치는 페이지 단위로 파일의 데이터를 관리하며, 각 페이지는 복수 개의 섹터들로 구분된다.
실시 예로써, 상기 호스트는 섹터 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 변경하는 파일 시스템; 및 상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위인 페이지 단위에 일치하는 섹터들에 관한 정보를 선택하는 트림 관리 모듈을 포함한다.
실시 예로써, 상기 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보의 변경은 상기 삭제 요청된 파일이 상위 레벨에서 삭제되었음을 나타낸다.
실시 예로써, 상기 호스트는 상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터(이하, 부분 섹터)에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 테이블은 상기 부분 섹터에 관한 정보 및 상기 부분 섹터와 동일한 페이지에 속하는 섹터에 관한 정보를 관리한다.
실시 예로써, 상기 호스트는 서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함한다.
실시 예로써, 상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 관리 단위에 일치하는 섹터 어드레스에 관한 정보를 선택한다.
본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은 하디 디스크 관점의 파일 관리 단위와 플래시 메모리 관점의 데이터 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 데이터 관리 단위의 불일치에 의하여 야기되는 유효한 데이터의 카피 및 대량의 병합 동작의 발생을 방지한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은 플래시 메모리의 수명 단축을 방지하고 플래시 메모리 시스템의 전체적인 성능을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템은 트림 동작을 지원함으로써, 호스트의 명령에 대한 플래시 메모리 시스템의 응답 속도를 더욱 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 파일 시스템이 파일을 관리하기 위하여 생성하는 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조를 예시적으로 보여준다.
도 4는 도 2에 도시된 플래시 메모리 시스템의 소프트웨어 계층 구조를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 2의 트림 관리 모듈의 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 2의 플래시 변환 계층의 어드레스 변환 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다.
도 7은 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 2의 트림 관리 모듈이 없는 경우에, 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템의 일 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 2의 트림 관리 모듈을 이용하여 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 발생하고, 정렬된 섹터 어드레스가 포함된 트림 명령을 처리하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 플래시 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 호스트에 그룹 정보가 전달되는 것을 보여주는 순서도이다.
도 13은 도 2의 트림 관리 모듈의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 14는 서로 다른 시간에 제공된 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집하고, 수집된 섹터 어드레스에 관한 정보를 처리하는 호스트를 설명하는 도면이다.
도 15는 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스들이 도 14의 섹터 저장 영역에 수집되는 동작을 보여주는 순서도이다.
도 16은 도 14의 섹터 수집 영역에 수집된 섹터 어드레스를 유휴 시간에 처리하는 동작을 보여주는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 메모리 카드에 적용한 예를 보여준다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 적용한 실시 예를 보여준다.
도 19는 도 18에 도시된 SSD 컨트롤러의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 플래시 메모리 모듈에 구현한 예를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 파일 시스템이 파일을 관리하기 위하여 생성하는 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조를 예시적으로 보여준다.
도 4는 도 2에 도시된 플래시 메모리 시스템의 소프트웨어 계층 구조를 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 2의 트림 관리 모듈의 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 2의 플래시 변환 계층의 어드레스 변환 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다.
도 7은 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 8은 도 2의 트림 관리 모듈이 없는 경우에, 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템의 일 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 2의 트림 관리 모듈을 이용하여 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 발생하고, 정렬된 섹터 어드레스가 포함된 트림 명령을 처리하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 플래시 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 호스트에 그룹 정보가 전달되는 것을 보여주는 순서도이다.
도 13은 도 2의 트림 관리 모듈의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 14는 서로 다른 시간에 제공된 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집하고, 수집된 섹터 어드레스에 관한 정보를 처리하는 호스트를 설명하는 도면이다.
도 15는 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스들이 도 14의 섹터 저장 영역에 수집되는 동작을 보여주는 순서도이다.
도 16은 도 14의 섹터 수집 영역에 수집된 섹터 어드레스를 유휴 시간에 처리하는 동작을 보여주는 순서도이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 메모리 카드에 적용한 예를 보여준다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 적용한 실시 예를 보여준다.
도 19는 도 18에 도시된 SSD 컨트롤러의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 플래시 메모리 모듈에 구현한 예를 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예 또는 적용 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
Ⅰ. 트림 동작을 지원하는 호스트
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 메모리 시스템(100)은 호스트(110) 및 저장 장치(120)를 포함하며, 저장 장치(120)는 제어 유닛(121)과 저장 유닛(122)을 포함한다.
호스트(110)는 프로세싱 유닛(111) 및 구동 유닛(112)을 포함한다. 프로세싱 유닛(111)은 호스트(110)의 전반적인 동작을 제어하며, 구동 유닛(112)은 프로세싱 유닛(111)의 제어에 따라 저장 장치(120)를 구동한다.
호스트(100)는 트림 동작(TRIM operation)을 지원하다. 트림 동작은 사용자로부터 특정 파일(file)에 대한 삭제 요청(delete request)이 있는 경우, 호스트(110)에서 해당 파일에 대한 메타 데이터만을 처리하는 것을 의미한다. 이 경우, 저장 유닛(122)에 저장된 데이터의 실질적인 삭제 없이 호스트(110)의 메타 데이터만이 처리되기 때문에, 사용자는 해당 파일에 대한 삭제 동작이 빠르게 수행된 것으로 인식할 수 있다.
저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 호스트(110)는 저장 장치(120)에 트림 명령(TRIM command)을 제공한다. 트림 명령은 실질적으로 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들면, 어드레스 정보)를 포함한다. 제어 유닛(121)은 트림 명령에 응답하여, 저장 유닛(122)에 저장된 데이터에 대한 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 이러한 트림 명령은 할당 해제 명령(deallocate command), 기록 해제 명령(unwrite command), 삭제 명령(deletion command), 파일 삭제 명령(file delete command) 등 다양한 이름으로 정의될 수 있다.
한편, 호스트(110)에서 파일을 관리하는 단위와 저장 장치(120)에서 저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 관리하는 단위는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 호스트(110)에서는 하드 디스크(hard disk) 관점의 섹터(sector) 단위로 파일을 관리하고, 저장 장치(120)는 플래시 메모리(flash memory) 관점의 페이지(page) 및/또는 블록(block) 단위로 저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 관리할 수 있다.
이러한 호스트(110)와 저장 장치(120)의 관리 단위의 불일치는 메모리 시스템(100)의 성능 저하를 야기할 수 있다. 예를 들어, 호스트(110)로부터의 트림 명령에 응답하여 저장 유닛(122)에 저장된 데이터에 대한 소거 동작이 수행되는 경우, 관리 단위의 불일치는 데이터의 복사 동작(copy operation) 및 대량의 병합 동작(merge operation)을 야기할 수 있다. 따라서, 저장 장치(120)의 수명이 단축되고, 성능이 떨어질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(110)는 트림 관리 모듈(TRIM Manage Module, 113)을 포함한다. 트림 관리 모듈(113)은 저장 장치(120)에 트림 명령이 제공되는 경우, 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들면, 섹터 어드레스) 중 저장 장치(120)의 관리 단위(예를 들면, 페이지 단위)에 일치하는 정보만을 저장 장치(120)에 제공한다. 트림 관리 모듈(113)을 이용하여 호스트(110)와 저장 장치(120) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)은 저장 장치(120)의 수명 단축 및 성능 저하를 방지할 수 있다.
Ⅱ. 관리 단위의 불일치를 해소하는 플래시 메모리 시스템의 호스트
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)을 보여주는 블록도이다. 도 2에서는 도 1의 저장 장치(120)의 예로써, 플래시 저장 장치(1200)가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 플래시 메모리 시스템(1000)은 호스트(1100) 및 플래시 저장 장치(1200)를 포함한다. 이하에서는 간략한 설명을 위하여, 호스트(1100)는 섹터(sector) 단위로 파일(file)을 관리하고, 플래시 저장 장치(1200)는 페이지(page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리한다고 가정된다.
본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124)을 포함한다. 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1123)을 이용하여, 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소한다. 도 2를 참조하면, 호스트(1100)는 프로세싱 유닛(Processing Unit, 1110) 및 구동 유닛(Driving Unit, 1120)을 포함한다.
프로세싱 유닛(예를 들면, CPU)(1110)은 호스트(1100)의 전반적인 동작을 제어하며, 구동 유닛(1120)은 프로세싱 유닛(1110)의 제어에 따라 플래시 저장 장치(1200)를 구동한다. 구동 유닛(1120)은 호스트(1100)의 소프트웨어 프로그램들을 구동하기 위한 메모리(memory)를 포함할 수 있다.
구동 유닛(1120)은 애플리케이션(Application, 1121), 파일 시스템(File System, 1122), 장치 드라이버(Device Driver, 1123), 트림 관리 모듈(1124), 그리고 호스트 메모리(1125)를 포함한다. 애플리케이션(1121)은 응용프로그램(application program)이라고도 하며, 운영 체제(OS) 상에서 실행되는 소프트웨어이다. 예를 들어, 애플리케이션(1121)은 파일(file)의 생성 및 삭제 동작을 지원하도록 프로그램되어 있다.
파일 시스템(1122)은 호스트(1100)에서 사용되는 파일을 관리한다. 파일 시스템은 하드 디스크 관점의 섹터(sector) 또는 클러스터(cluster) 단위로 파일을 관리할 수 있다. 이하에서 파일 시스템(1122)은 하드 디스크 관점의 섹터(sector) 단위로 호스트(1100)에서 사용되는 파일을 관리한다고 가정된다. 여기에서, 섹터(sector)는 애플리케이션(1121)이 접근할 수 있는 가장 작은 데이터 관리 단위로써, 일반적으로 512B(byte)의 크기를 갖는다.
파일 시스템(1122)은 애플리케이션(1121)으로부터 특정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근(access)하면, 파일 시스템(1122)은 변경된 메타 데이터를 참조하여, '해당 파일은 삭제되었다'는 정보를 제공한다. 또한, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스를 트림 관리 모듈(1124)에 전달한다. 파일 시스템(1122) 및 파일 시스템(1122)의 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조는 이하의 도 3에서 좀더 자세히 설명된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스를 전달받는다. 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스를 플래시 메모리의 페이지 단위에 일치시킨다. 즉, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200)의 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스만을 선택한다. 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 트림 명령(TRIM command)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 한편, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스는 별도로 관리할 수 있다.
장치 드라이버(1123)는 플래시 저장 장치(1200)가 호스트(1100)와 통신할 수 있도록 하는 프로그램이다. 플래시 저장 장치(1200)를 사용하기 위해서는, 호스트(1100)에 플래시 저장 장치(1200)에 맞는 장치 드라이버(1123)가 설치되어야 한다. 도 2에서 트림 관리 모듈(1124)과 장치 드라이버(1123)는 서로 독립적인 모듈로 구현된다. 다만 이는 예시적인 것이며, 트림 관리 모듈(1124)은 장치 드라이버(1123) 내에 탑재될 수 있다.
호스트 메모리(1125)는 플래시 저장 장치(1200)에 쓰거나 플래시 저장 장치(1200)로부터 읽은 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 또한, 호스트 메모리(1125)는 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 장치 드라이버(1123), 그리고 트림 관리 모듈(1124)을 구동하기 위한 워킹 메모리(working memory)로 사용될 수 있다.
한편, 플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM command)을 전달받는다. 트림 명령에는 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들어, 삭제 요청된 섹터 어드레스에 관한 정보)가 포함된다. 이 경우, 플래시 저장 장치(1200)에 제공된 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보는 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)에 의하여 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위(예를 들어, 페이지 단위)에 일치할 것이다.
플래시 저장 장치(1200)는 트림 명령에 응답하여, 플래시 메모리(1210)의 영역 중 삭제 요청된 영역을 무효(invalid)로 마킹(marking)한다. 플래시 저장 장치(1200)는 유휴 시간(idle time)(예를 들어, 호스트로부터 요청이 없을 때 생기는 제어 유닛(1230)의 유휴 시간)에 무효로 마킹된 영역에 대한 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 계속해서 도 2를 참조하면, 플래시 저장 장치(1200)는 플래시 메모리(1210), 버퍼 메모리(1220), 그리고 제어 유닛(1230)을 포함한다.
플래시 메모리(1210)는 제어 유닛(1230)의 제어에 따라, 소거 동작, 읽기 동작 또는 쓰기 동작을 수행한다. 플래시 메모리(1210)는 복수의 메모리 블록으로 구성된다. 각각의 메모리 블록은 복수의 페이지(page)로 구성된다. 도 2에서는 3개의 메모리 블록(1211~1213)이 예시적으로 도시되어 있다. 각각의 메모리 블록은 4개의 페이지를 갖는 것으로 예시적으로 도시되어 있다.
각 페이지의 크기는 섹터의 크기보다 크다. 예를 들어, 각 페이지는 약 2KB(byte)의 크기를 갖고, 섹터는 512B(byte)의 크기를 갖는다. 플래시 메모리(1210)는 메모리 블록 단위로 소거 동작을 수행하고, 페이지 단위로 쓰기 또는 읽기 동작을 수행한다.
한편, 플래시 메모리(1210)의 하나의 메모리 셀에는 한 비트 또는 두 비트 이상의 데이터가 저장될 수 있다. 하나의 메모리 셀에 한 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀은 싱글 레벨 셀(SLC; Single Level Cell) 또는 싱글 비트 셀(single bit cell)이라 부른다. 하나의 메모리 셀에 두 비트 이상의 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀은 멀티 레벨 셀(MLC; Multi Level Cell) 또는 멀티 비트 셀(multi bit cell)이라 부른다.
버퍼 메모리(1220)는 플래시 메모리(1210)로부터 읽은 데이터 또는 호스트(1100)로부터 제공되는 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리(1220)는 플래시 변환 계층(Flash Transslation Layer; FTL)과 같은 펌웨어를 구동하는 데 사용될 수 있다. 버퍼 메모리(1220)는 DRAM, SRAM, MRAM, PRAM 등으로 구현될 수 있다.
제어 유닛(1230)은 중앙처리장치(CPU, 1231), 플래시 변환 계층(FTL, 1232), 플래시 컨트롤러(1233), 그리고 버퍼 컨트롤러(1234)를 포함한다. 중앙처리장치(1231)는 호스트(1100)로부터 입력된 신호를 분석하고 처리한다. 또한, 중앙처리장치(1231)는 플래시 저장 장치(1200)의 전반적인 동작을 제어한다.
플래시 변환 계층(1232)은 호스트(1100)로부터 제공된 논리 어드레스(LA; Logical Address)를 플래시 메모리(1210) 상의 물리 어드레스(PA; Physical Address)로 변환한다. 예를 들어, 플래시 변환 계층(1232)은 호스트로부터 전달받은 섹터 어드레스(sector address)를 플래시 메모리(1210) 상의 페이지 어드레스(page address)로 변환한다.
또한, 플래시 변환 계층(1232)은 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 예를 들어, 페이지 단위로 관리한다. 플래시 변환 계층(1232)은 호스트(1100)로부터의 트림 명령에 의하여 소정 페이지에 저장된 데이터가 모두 삭제 요청된 경우, 해당 페이지를 무효(invalid)로 마킹(marking)한다.
플래시 컨트롤러(1233)는 플래시 메모리(1210)의 읽기, 쓰기, 소거 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어 유닛(1230)의 유휴 시간에, 플래시 컨트롤러(1233)는 무효로 마킹된 페이지에 대한 소거 동작을 수행하도록 플래시 메모리(1210)를 제어한다. 한편, 버퍼 컨트롤러(1234)는 버퍼 메모리(1220)의 읽기, 쓰기 동작을 제어한다.
도 3은 도 2의 파일 시스템(1122)이 파일을 관리하기 위하여 생성하는 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조를 예시적으로 보여준다. 도 3을 참조하면, 디렉토리 엔트리 구조는 파일명(file name), 확장자(extension), 속성(attribute), 생성 날짜 및 시간(create data and time), 시작 섹터의 정보(starting secter), 파일 크기 정보(file size)를 포함할 수 있다.
파일 시스템(1122, 도 2 참조)은 애플리케이션(1121, 도 2 참조)으로부터 특정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 예를 들어, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 파일명에 십육진수 바이트 코드인 'E5h'를 위치시킨다. 다른 예로, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 속성 값을 'OxE5'로 변경한다. 이것은 하나의 특별한 꼬리표로서, '이 파일은 삭제되었습니다'라는 것을 의미한다. 따라서, 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근(access)하는 경우, 파일 시스템(1122)은 해당 파일이 이미 삭제되었다는 정보를 제공한다. 파일 시스템(1122)에 관한 정보는 주기적으로 또는 유휴 시간(idle time)을 이용하여 불휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리(1210))에 저장될 수 있다.
한편, 파일 시스템(1122)은 플래시 메모리 시스템(1000, 도 2 참조)의 운영 체제(OS)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 플래시 메모리 시스템(1000)의 운영 체제가 디스크 운영 체제(disk operating system; DOS) 또는 윈도우즈(windows) 기반의 운영 체제인 경우, FAT(file allocation table) 파일 시스템, VFAT(virtual FAT) 파일 시스템, exFAT(extended FAT) 파일 시스템, NTFS(new technology file system) 등과 같은 파일 시스템이 사용될 수 있다.
다른 예로, 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 유닛스(UNIX) 기반의 운영 체제인 경우, UNIX 파일 시스템(UFS)이 사용될 수 있다. 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 리눅스(LINUX) 기반의 운영 체제인 경우, LINUX 용 파일 시스템이 사용될 수 있다. 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 모바일 OS(예를 들어, iOS(iPhone, iPad 용 OS) 및 안드로이드 OS)인 경우, 모바일 OS 용 파일 시스템이 사용될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 플래시 메모리 시스템(1000)의 소프트웨어 계층 구조를 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 플래시 메모리 시스템(1000)의 소프트웨어 계층 구조는 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 트림 관리 모듈(1124), 플래시 변환 계층(1232), 그리고 플래시 메모리(1210)로 구성된다. 호스트(1100, 도 2 참조) 측의 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 그리고 트림 관리 모듈(1124)은 상위 레벨(High Level)이라 칭해질 수 있다. 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조) 측의 플래시 변환 계층(1232) 및 플래시 메모리(1210)는 하위 레벨(Low Level)이라고 칭해질 수 있다.
애플리케이션(1121)은 파일 삭제(file delete) 요청을 파일 시스템(1122)에 전달한다. 파일 삭제 요청에 응답하여, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 예를 들어, 파일 시스템(1122)은 파일명(file name, 도 3 참조)에 'E5h'를 위치시킨다. 따라서, 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근하는 경우, 파일 시스템(1122)은 해당 파일은 삭제되었다는 정보를 제공할 수 있다. 애플리케이션(1121)의 파일 삭제 요청 및 이에 따른 파일 시스템(1122)의 메타 데이터의 변경은 '상위 레벨(High Level)에서의 삭제 동작'이라고 칭해질 수 있다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 플래시 메모리(1210)의 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 선택한다. 플래시 메모리(1210)의 페이지 단위에 일치된 섹터 어드레스는 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)라 칭해질 수 있다.
또한, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 이용하여 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 별도로 관리할 수 있다.
한편, 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 명령(TRIM cmd)을 플래시 변환 계층(1232)에 제공한다. 트림 명령은 삭제 요청된 파일을 지정하기 위한 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 포함한다. 플래시 변환 계층(1232)은 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 페이지 어드레스(Page ADDR)로 변환하고, 삭제될 플래시 메모리(1210)의 페이지(page)를 무효(invalid)한 것으로 마킹(marking)한다.
플래시 메모리(1210)는 무효한 것으로 마킹된 페이지에 대하여, 예를 들어 유휴 시간에 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 예를 들어, 유휴 시간은 호스트(1100, 도 2 참조)로부터 제어 유닛(1230, 도 2 참조)에 아무런 요청이 없는 시간을 의미한다. 잘 알려진 바와 같이, 플래시 메모리(1210)는 블록 단위로 소거 동작을 수행하므로, 플래시 메모리(1210)의 페이지에 대한 소거 동작은 데이터의 복사(copy) 및 병합(merge), 그리고 블록 소거 동작(block erase operation)을 수반할 수 있다. 플래시 변환 계층(1232)의 마킹 동작 및 플래시 메모리(1210)의 소거 동작은 '하위 레벨(Low Level)에서의 삭제 동작'이라고 칭해질 수 있다.
도 5는 도 2의 트림 관리 모듈(1124)의 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받고, 페이지 단위에 일치된 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR))를 출력한다. 섹터 어드레스(Sector ADDR) 및 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)에 관한 정보는 각각 시작 섹터 번호(Start Sector No)와 섹터들의 개수(# of Sectors)를 포함할 수 있다.
자세히 설명하면, 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 선택한다. 여기서, 그룹 정보는 하나의 페이지에 대응하는 섹터들의 어드레스 정보를 의미한다. 트림 관리 모듈(1124)은 예를 들어, 플래시 변환 계층(1232)의 맵핑 테이블(Mapping Table)로부터 그룹 정보를 제공받을 수 있다. 그룹 정보 및 맵핑 테이블은 이하의 도 9에서 좀더 자세히 설명된다.
또한, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 별도로 관리할 수 있다. 이를 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 포함할 것이다.
한편, 트림 관리 테이블에 관한 정보는 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다. 이 경우, 호스트 메모리(1125)의 영역 중 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기는 설계자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 섹터 어드레스 관리에 따른 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)의 오버헤드를 작게 하기 위하여, 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기는 소정 크기로 제한될 수 있다.
트림 관리 테이블에 할당된 영역이 소정 크기로 제한되는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 영역을 초과할 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블의 섹터 어드레스에 관한 정보는 밀어내기 방식에 의하여 관리될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124) 및 트림 관리 모듈(1124)의 동작은 이하의 도 9 내지 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 6은 도 2의 플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 플래시 변환 계층(1232)은 논리 어드레스(Logical Address)인 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 플래시 메모리(1210) 상의 물리 어드레스(Physical Address)인 페이지 어드레스(Page ADDR)로 변환한다.
플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환은 맵핑 테이블(Mapping Table)을 통해 수행될 수 있다. 맵핑 방식은 크게 페이지 맵핑 방식과 블록 맵핑 방식이 있다. 페이지 맵핑은 페이지 단위(예를 들면, 2KB)로 어드레스 변환을 수행하며, 블록 맵핑 방식은 블록 단위(예를 들면, 1MB)로 어드레스 변환을 수행한다. 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환은 이하의 도 7에서 좀더 자세히 설명된다.
이러한 플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환은 상위 레벨(High Level)의 애플리케이션(1121)이나 파일 시스템(1122)에서 볼 때, 실제 플래시 메모리(1210)에서 수행되는 읽기 동작, 쓰기 동작, 소거 동작을 하드 디스크 장치의 읽기 동작, 소거 동작처럼 보이게 한다. 즉, 플래시 변환 계층(1232)은 에뮬레이트(emulate) 기능을 수행한다.
도 7은 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 간략한 설명을 위하여, 이하에서는 페이지 맵핑 방식을 통한 어드레스 변환이 수행된다고 가정된다.
도 7을 참조하면, 맵핑 테이블(Mapping Table)은 논리 어드레스인 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 물리 어드레스인 페이지 어드레스(Page ADDR)에 맵핑한다. 설명의 편의상, 하나의 페이지에는 4개의 섹터들이 맵핑된다고 가정된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 페이지(Page3)에는 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)이 맵핑될 수 있다.
맵핑 테이블은 페이지에 저장된 데이터가 유효한 데이터인지의 여부를 쓰기 상태 정보(WSI; Write State Information)를 통하여 표시한다. 예를 들어, 쓰기 상태 정보(WSI)의 'v' 표시는 페이지에 저장된 데이터가 유효(valid)한 데이터임을 나타낸다.
플래시 메모리(1210)의 메모리 블록(1211)의 페이지들(Page0~Page3)은 각각 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page3)들로 구분되는 것으로 가정된다. 각 서브 페이지의 크기는 각 섹터와 동일하며, 각 서브 페이지는 각 섹터에 대응하는 것으로 가정된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 페이지(Page3)는 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page3)로 구분되며, 제 3 페이지(Page3)의 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page4)은 각각 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)에 대응하는 것으로 가정된다.
한편, 설명의 편의상, 이하의 도 8 내지 도 11에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 파일들(File1~File3)이 유효한 데이터로서 블록(1211)의 제 1 내지 제 3 페이지들(Page1~Page3)에 저장되어 있다고 가정된다. 이 경우, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응하고, 제 2 파일(File2)은 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하며, 제 3 파일(File3)은 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector9~Sector12)에 대응한다고 가정된다.
도 8은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)이 없는 경우에, 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템(1000)의 일 실시 예를 보여주는 도면이다. 즉, 도 8에서는 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스가 플래시 저장 장치(1200)에 제공되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 간략한 설명을 위하여, 제 1 파일(File1)의 섹터 어드레스에 관한 정보를 포함하는 트림 명령(TRIM cmd)이 제공된다고 가정된다.
도 8을 참조하면, 호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM cmd)이 제공된다. 트림 명령(TRIM cmd)은 플래시 메모리(1210)에서 삭제될 영역을 지정하기 위한 섹터 어드레스를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 섹터 어드레스에 관한 정보는 시작 섹터 번호(Start Sector No)와 섹터들의 개수(# of Sectors)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터(Sector1~Sector5)에 대응하므로, 시작 섹터 번호는 '1'이며, 섹터들의 개수는 '5'일 수 있다.
호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM cmd)이 제공되면, 플래시 변환 계층(1232, 도 2 참조)은 맵핑 테이블(Mapping Table)의 쓰기 상태 정보(WSI)를 갱신한다. 즉, 전달받은 섹터 어드레스에 대응하는 페이지의 쓰기 상태 정보(WSI)가 무효(invalid)한 것으로 마킹(marking)된다. 예시적으로, 도 8에 도시된 쓰기 상태 정보(WSI)의 'x' 표시는 해당 페이지에 저장된 데이터가 무효한 데이터임을 의미한다.
자세히 설명하면, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응한다. 이 경우, 제 1 파일(File1)의 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 제 3 페이지(Page3)에 대응한다. 따라서, 맵핑 테이블의 제 3 페이지(Page3)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)는 무효한 것으로 마킹된다. 제 1 파일(File1)의 제 5 섹터(Sector5)는 제 2 페이지(Page2)에 대응한다. 따라서, 제 3 페이지(Page3)의 쓰기 상태 정보(WSI)는 무효한 것으로 마킹된다. 무효로 마킹된 제 2 및 제 3 페이지들(Page2, Page3)에 대한 소거 동작(erase opeation)은, 예를 들어 컨트롤 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다.
한편, 제 2 페이지(Page2)의 서브 페이지(0)에는 제 1 파일(File1)의 제 5 섹터(Sector5)에 대응하는 데이터가 저장되어 있고, 제 2 페이지(Page)의 서브 페이지들(1~3)에는 제 2 파일(File2)의 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하는 데이터가 저장되어 있다.
따라서, 제 1 파일(File1)에 대한 트림 명령(TRIM cmd)에 의하여 제 2 페이지(Page2)가 무효(invalid)로 마킹되면, 제 2 파일(File2)의 유효한 데이터가 함께 삭제될 수 있다. 따라서 제 2 파일(File2)의 유효한 데이터가 삭제되는 것을 방지하기 위하여, 플래시 메모리(1210)는 제 2 페이지(Page2)의 서브 페이지들(1~3)에 저장된 데이터를 다른 페이지(예를 들어, 다른 블록(1212, 도 2 참조)의 페이지)에 복사(copy)해야 한다.
이러한 복사 동작은 쓰기 횟수의 증가로 인하여 플래시 메모리(1210)의 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 복사 동작을 통하여 생성된 유효한 데이터를 저장하는 새로운 페이지는 자유 블록을 생성하기 위한 병합 동작의 증가를 야기할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124, 도 2 참조)을 포함한다. 트림 관리 모듈(1124)은 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치(1200)에 제공하기 때문에, 상기의 복사 동작이 발생하지 않는다. 이는 이하의 도 9 내지 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 9 내지 도 11은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 발생하고, 정렬된 섹터 어드레스가 포함된 트림 명령을 처리하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 호스트(1100)는 플래시 저장 장치(1200)에 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 제공한다. 이를 위하여, 호스트(1100)는 그룹 정보(Group information)를 플래시 저장 장치(1200)에 요청한다. 플래시 저장 장치(1200)는 맵핑 테이블로부터 그룹 정보를 획득하고, 이를 호스트(1100)에 제공한다. 이 후, 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다. 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 트림 명령과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다.
자세히 설명하면, 도 9에서는 플래시 저장 장치(1200)의 맵핑 테이블로부터 호스트(1100)에 그룹 정보가 전송되는 과정이 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 먼저 호스트(1100)는 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보(Group information)를 요청한다. 예를 들어, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124) 또는 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)은 파워 업(power up) 시에 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보를 요청할 수 있다.
플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)의 그룹 정보 요청에 응답하여, 호스트(1100)에 그룹 정보를 제공한다. 여기서, 그룹 정보는 하나의 페이지에 대응하는 섹터들의 어드레스 정보를 의미한다. 플래시 저장 장치(1200)는 예를 들어, 맵핑 테이블로부터 그룹 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 맵핑 테이블을 참조하면, 4 개의 섹터들이 하나의 페이지에 대응된다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 제 3 페이지(Page3)에 대응하고, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)은 제 2 페이지(Page2)에 대응하며, 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector9~Sector12)은 제 1 페이지(Page1)에 대응한다.
따라서, 플래시 저장 장치(1200)는 제 1 내지 제 4 섹터들, 제 5 내지 제 8 섹터들, 그리고 제 9 내지 제 12 섹터들이 각각 하나의 그룹으로 구성되며, 각 그룹의 섹터들은 하나의 페이지에 대응한다는 정보(즉, 그룹 정보)를 호스트(1100)에 제공한다. 호스트(1100)에 전달된 그룹 정보는 예를 들어, 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다.
도 10 및 도 11에서는 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우에 트림 관리 모듈(1124) 및 플래시 변환 계층(1232)의 동작이 설명된다. 도 10을 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다고 가정된다. 즉, 제 1 파일(File1)에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 후에, 파일 시스템(1122, 도 2 참조)으로부터 제 1 파일(File1)의 섹터 어드레스(Sector ADDR) 제공된다고 가정된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 제 1 파일(File1)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 제 1 파일(File1)이 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응하므로, 시작 섹터 번호(Start Sector No)는 '1'이며 섹터들의 개수(# of Sectors)는 '5'일 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 호스트 메모리(1125)에 저장된 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다.
구체적으로, 도 9의 그룹 정보를 참조하면, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 하나의 그룹을 구성한다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위인 페이지 단위에 일치한다. 반면, 제 5 섹터(Sector5)는 페이지 단위에 일치하지 않는다.
이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하지 않는 제 5 섹터(Sector5)를 관리하기 위한 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 생성한다. 트림 관리 테이블은 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이, 제 5 섹터(Sector5)에 대한 그룹 정보 및 쓰기 상태 정보(WSI)를 포함한다. 제 5 섹터(Sector5)에 대응하는 데이터는 상위 레벨에서 삭제된 데이터이므로, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블의 제 5 섹터(Sector5)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다.
한편, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 페이지 단위에 일치한다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '1', 섹터들의 개수 '4')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다.
제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)이 제 3 페이지(Page3)에 맵핑되므로, 플래시 변환 계층(1232)은 맵핑 테이블의 제 3 페이지(Page3)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다. 무효로 마킹된 제 3 페이지(Page3)에 대한 소거 동작(erase operation)은 예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다. 이 경우, 소거 동작이 수행될 제 3 페이지(Page3)에 저장된 데이터는 모두 무효한 데이터이므로, 도 8에서와 같은 복사 동작이 수행되지 않는다.
한편, 이 후에 발생한 다른 파일에 대한 삭제 요청에 의하여, 트림 관리 테이블에서 관리되는 그룹의 쓰기 상태 정보(WSI)가 모두 무효한 것으로 갱신될 수 있다. 이 경우, 해당 그룹의 섹터들은 페이지 단위에 일치하므로, 트림 관리 모듈(1124)은 해당 섹터들에 대한 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치에 제공할 수 있다. 이는 이하의 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 11을 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 제 2 파일(File2)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 제공받는다고 가정된다. 즉, 제 2 파일(File2)에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 후에, 파일 시스템(1122)으로부터 제 2 파일(File2)의 섹터 어드레스가 제공된다고 가정된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 제 2 파일(File2)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 제 2 파일(File2)은 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하므로, 시작 섹터 번호는 '6'이며, 색터들의 개수는 '3'일 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 호스트 메모리(1125)에 저장된 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다.
구체적으로, 도 9의 그룹 정보를 참조하면, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)은 페이지 단위에 일치하지 않는다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블을 이용하여, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)을 별도로 관리한다. 이 경우, 제 1 파일(File1)에 대한 삭제 요청에 의하여 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 트림 관리 테이블이 이미 생성되어 있다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 도 11에 도시된 바와 같이, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 갱신한다.
이 경우, 동일 그룹에 속하는 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)가 모두 무효한 상태이다. 즉, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)은 페이지 단위에 일치하며, 상위 레벨에서 삭제된 파일들에 대응한다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '5', 섹터들의 개수 '4')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 이 경우, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 관한 정보는 트림 관리 테이블에서 삭제될 것이다.
한편, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)이 제 2 페이지(Page2)에 맵핑되므로, 플래시 변환 계층(1232)은 맵핑 테이블의 제 2 페이지(Page2)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다. 무효로 마킹된 제 2 페이지(Page2)에 대한 소거 동작(erase operation)은 예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다. 따라서, 이 후의 유휴 시간(예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간)에 제 2 페이지(Page2)에 대한 소거 동작이 수행될 것이다.
상술한 바와 같이, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 전달받은 섹터 어드레스 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스만을 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 따라서, 플래시 저장 장치(1200)는 도 8과 같은 불필요한 복사 동작을 수행하지 않는다. 이는 불필요한 복사 동작으로 인하여 야기되는 병합 동작이 방지될 수 있음을 의미한다. 즉 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여 호스트(1110)와 플래시 저장 장치(1120) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 플래시 저장 장치(120)의 수명 단축 및 성능 저하가 방지될 수 있다.
한편, 트림 관리 테이블에 할당된 메모리(예를 들어, 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)의 크기는 소정 크기로 제한될 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 크기를 초과할 수 있다.
트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 크기를 초과하는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리되는 섹터에 관한 정보는 밀어내기 방식에 의하여 삭제될 수 있다. 즉, 트림 관리 테이블에서 관리하는 섹터에 관한 정보 중 가장 오래된 섹터에 대한 정보는 삭제되고, 새로 요청된 섹터에 대한 정보가 관리될 수 있다.
예를 들어, 서로 다른 그룹에 속하는 제 1 섹터, 제 5 섹터, 그리고 제 9 섹터(Sector 1, Sector5, Sector 9)에 관한 정보가 트림 관리 테이블에서 관리된다고 가정된다. 또한, 다른 그룹에 속하는 제 13 섹터(Sector 13)에 관한 정보가 트림 관리 테이블에서 관리되어야 하며, 제 13 섹터(Sector 13)에 관한 정보가 관리되는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기를 초과한다고 가정된다. 이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 가장 오래된 제 1 섹터(Sector1)에 대한 정보를 트림 관리 테이블에서 삭제하고, 제 13 섹터(Sector13)에 대한 정보를 트림 관리 테이블에서 관리할 수 있다.
도 12는 플래시 저장 장치(1200)의 맵핑 테이블로부터 호스트(1100)에 그룹 정보가 전달되는 것을 보여주는 순서도이다.
S110 단계에서, 호스트(1100)가 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보(Group information)를 요청한다. 예를 들어, 호스트(1100)는 파워 업(power up) 시에, 그룹 정보를 플래시 저장 장치(1200)에 요청할 것이다. 플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)의 요청에 응답하여, 맵핑 테이블로부터 각 섹터들에 대한 그룹 정보를 획득할 것이다.
S120 단계에서, 그룹 정보가 호스트(1100)의 호스트 메모리(1125)에 저장된다. 즉, 플래시 저장 장치(1200)는 맵핑 테이블로부터 획득된 그룹 정보를 호스트(1100)에 제공하고, 호스트(1100)는 전달된 그룹 정보를 호스트 메모리(1125)에 저장한다.
도 13은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)의 동작을 보여주는 순서도이다.
S210 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122, 도 2 참조)으로부터 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 즉, 소정 파일에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 이 후, 파일 시스템(1122)은 해당 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 트림 관리 모듈(1124)에 제공한다.
S220 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)인지의 여부를 판단한다. 여기서, 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)는 플래시 메모리(1210, 도 2 참조)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 의미한다.
전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스가 아닌 경우(즉, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는 경우), 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스 정보(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스인 경우(즉, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하지 않는 경우), S240 단계가 수행된다.
S240 단계에서, 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)에 대응하는 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)이 존재하는지 판단된다. 트림 관리 테이블이 존재하지 않는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 부분 섹터 어드레스를 관리하는 트림 관리 테이블을 생성한다(S250 단계). 트림 관리 테이블이 존재하는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블의 쓰기 상태 정보(WSI)를 갱신한다(S260 단계).
S270 단계에서, 트림 관리 테이블의 모든 쓰기 상태 정보들이 갱신되었는지가 판단된다. 즉, 트림 관리 모듈(1124)은 동일 그룹에 속하는 섹터들에 대한 쓰기 상태 정보들이 모두 무효한 것으로 갱신되었는지를 판단한다. 쓰기 상태 정보들이 모두 무효한 것으로 갱신되었다면, 트림 관리 모듈(1124)은 해당 그룹의 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다(S280 단계).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)은 트림 동작(TRIM operation)을 지원한다. 즉, 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 호스트(1100)는 파일 시스템(1122)의 메타 데이터를 변경하여 사용자에게 해당 파일이 삭제되었음을 알려주고, 실질적인 삭제 동작은 트림 명령(TRIM cmd)에 따라 플래시 저장 장치(1200)에서 수행된다. 이 경우, 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여, 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소한다.
한편, 복수의 파일들에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행되는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 시간 차를 두고 섹터 어드레스를 제공받을 수 있다. 이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 삭제 요청된 섹터들에 대한 어드레스 정보를 수집하고, 수집된 어드레스 정보를 유휴 시간에 한 번에 처리할 수 있다. 이는 이하의 도 14 및 도 15에서 좀더 자세히 설명된다.
Ⅲ. 삭제 요청된 섹터들의 어드레스 정보를 수집하는 호스트
도 14는 서로 다른 시간에 제공된 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집하고, 수집된 섹터 어드레스에 관한 정보를 처리하는 호스트를 설명하는 도면이다. 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집한다는 것을 제외하면, 이하에서 설명될 호스트(1100)는 도 2의 호스트(1100)와 유사하다. 따라서, 이하에서는 도 2의 호스트(1100)와의 차이점이 중점적으로 설명된다. 또한, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 사용하며 설명된다.
도 14를 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)에 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)이 제공된다. 여기서, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 각각 상위 레벨에서 삭제된 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스를 의미한다. 또한, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 서로 다른 시간에 트림 관리 모듈(1124)에 제공된다고 가정된다.
호스트 메모리(1125)는 제공된 섹터 어드레스들을 수집하기 위한 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)을 포함한다. 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)을 호스트 메모리(1125)의 섹터 수집 영역에 임시로 저장한다. 이 후의 유휴 시간(예를 들어, 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)의 유휴 시간)에, 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3) 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)에 제공한다.
설명의 편의상, 도 7에 도시된 것과 마찬가지로, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 각각 제 1 내지 제 3 파일(File1~File3)에 대응한다고 가정된다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 파일(File1~File3)은 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector3)에 대응하므로, 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector12)에 관한 어드레스 정보가 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)에 저장된다.
한편, 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector12)은 페이지 단위에 일치한다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4), 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8) 그리고 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector8~Sector12)은 각각 하나의 페이지에 대응하는 동일한 그룹을 구성한다.
따라서, 이 후의 유휴 시간에, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector4)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '1', 섹터들의 개수 '12')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공할 수 있다. 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Setor ADDR_1~Sector ADDR_3)이 한 번에 처리되므로, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)을 각각 처리하는 경우에 비하여, 호스트(1100)로부터 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다.
도 15는 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스들이 도 14의 섹터 저장 영역에 수집되는 동작을 보여주는 순서도이다.
S310 단계에서, 섹터 어드레스(Sector ADDR)가 트림 관리 모듈(1124, 도 14 참조)에 제공된다. S320 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 수신된 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 호스트 메모리(1125, 도 14 참조)의 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)에 저장한다. 이 후에 다른 섹터 어드레스가 수신되는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 섹터 어드레스를 섹터 수집 영역에 계속 저장할 것이다.
도 16은 도 14의 섹터 수집 영역에 수집된 섹터 어드레스를 유휴 시간에 처리하는 동작을 보여주는 순서도이다.
S410 단계에서, 섹터 어드레스 처리 신호(SAP)가 발생된다. 예를 들어, 사용자로부터 소정 시간 동안 아무런 요청이 없는 경우(즉, 프로세싱 유닛(1000, 도 2 참조)의 유휴 시간), 프로세싱 유닛(1110)은 섹터 어드레스 처리 신호(SAP)를 발생한다.
S420 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 섹터 어드레스 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR))를 트림 명령과 함께 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)에 제공한다. 수집된 섹터 어드레스가 한 번에 처리되므로, 호스트(1100)로부터 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)의 섹터 어드레스의 처리 방법은 도 13의 설명과 유사하므로, 자세한 설명은 생략된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 복수의 파일에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행되는 경우, 삭제된 파일들에 대한 섹터 어드레스는 호스트 메모리(1124)의 섹터 수집 영역에 수집될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 섹터 어드레스를 한 번에 처리하므로, 호스트(1100)에서 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다.
Ⅵ. 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템의 적용 예
본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)은 여러 가지 제품에 적용 또는 응용될 수 있다. 호스트(1100)는 컴퓨터, 디지털 카메라, 휴대폰, MP3 플레이어, PMP, 게임기 등으로 구성될 수 있다. 플래시 저장 장치(1200)는 플래시 메모리를 기반으로 하는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 플래시 메모리 카드, 또는 플래시 메모리 모듈 등으로 구성될 수 있다. 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200)는 ATA, SATA, PATA, USB, SCSI, ESDI, PCI express 또는 IDE 인터페이스와 같은 표준 인터페이스(standardized interface)를 통해 연결될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)를 메모리 카드에 적용한 예를 보여준다. 메모리 카드 시스템(2000)은 호스트(2100)와 메모리 카드(2200)를 포함한다. 호스트(2100)는 호스트 컨트롤러(2110) 및 호스트 접속 유닛(2120)을 포함한다. 메모리 카드(2200)는 카드 접속 유닛(2210), 카드 컨트롤러(2220), 그리고 플래시 메모리(2230)를 포함한다.
호스트 접속 유닛(2120) 및 카드 접속 유닛(2210)은 복수의 핀으로 구성된다. 이들 핀에는 커맨드 핀, 데이터 핀, 클록 핀, 전원 핀 등이 포함되어 있다. 핀의 수는 메모리 카드(2200)의 종류에 따라 달라진다. 예로서, SD 카드는 9개의 핀을 갖는다.
호스트(2100)는 메모리 카드(2200)에 데이터를 쓰거나, 메모리 카드(2200)에 저장된 데이터를 읽는다. 호스트 컨트롤러(2110)는 커맨드(예를 들면, 쓰기 커맨드), 호스트(2100) 내의 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호(CLK), 그리고 데이터(DAT)를 호스트 접속 유닛(2120)을 통해 메모리 카드(2200)로 전송한다.
카드 컨트롤러(2220)는 카드 접속 유닛(2210)을 통해 수신된 쓰기 커맨드에 응답하여, 카드 컨트롤러(2220) 내에 있는 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호에 동기하여 데이터를 메모리(2230)에 저장한다. 메모리(2230)는 호스트(2100)로부터 전송된 데이터를 저장한다. 예를 들어, 호스트(2100)가 디지털 카메라인 경우에는 영상 데이터를 저장한다.
도 17에서, 호스트 컨트롤러(2110)는 트림 동작을 지원하는 응용 프로그램과 파일 시스템, 그리고 트림 관리 모듈을 구비할 수 있다. 그리고 카드 컨트롤러(2220)는 플래시 변환 계층을 이용하여 메모리 카드(2200) 내에서 트림 명령을 처리할 수 있다. 도 17에 도시된 메모리 카드 시스템은 위에서 설명한 트림 동작 및 트림 관리 모듈의 관리 단위 일치 동작을 모두 지원할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 적용한 실시 예를 보여준다. 도 18를 참조하면, SSD 시스템(3000)은 호스트(3100)와 SSD(3200)를 포함한다. SSD(3200)는 신호 커넥터(signal connector, 3231)를 통해 호스트(3100)와 신호를 주고 받으며, 전원 커넥터(power connector, 3221)를 통해 전원을 입력받는다. SSD(3200)는 복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n), SSD 컨트롤러(3210), 그리고 보조 전원 장치(3220)를 포함한다.
복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 SSD(3200)의 저장 매체로서 사용된다. 복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 대용량의 저장 능력을 가지는 플래시 메모리 장치로 구현될 수 있다. SSD(3200)는 주로 플래시 메모리(Flash memory)를 사용하고 있다.
복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 복수의 채널(CH1~CHn)을 통해 SSD 컨트롤러(3210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 메모리 장치들은 동일한 데이터 버스에 연결될 수 있다. 이때 플래시 조각 모음은 복수의 메모리 블록을 하나로 연결하는 슈퍼 블록 형태로 수행되거나, 복수의 페이지를 하나로 연결하는 슈퍼 페이지 형태로 수행될 수 있다.
SSD 컨트롤러(3210)는 신호 커넥터(3231)를 통해 호스트(3100)와 신호(SGL)를 주고 받는다. 여기에서, 신호(SGL)에는 커맨드, 어드레스, 데이터 등이 포함될 수 있다. SSD 컨트롤러(3210)는 호스트(3100)의 커맨드에 따라 해당 메모리 장치에 데이터를 쓰거나 해당 메모리 장치로부터 데이터를 읽어낸다. SSD 컨트롤러(3210)의 내부 구성은 도 19을 참조하여 상세하게 설명된다.
보조 전원 장치(3220)는 전원 커넥터(3221)를 통해 호스트(3100)와 연결된다. 보조 전원 장치(3220)는 호스트(3100)로부터 전원(PWR)을 입력받고, 충전할 수 있다. 한편, 보조 전원 장치(3220)는 SSD(3200) 내에 위치할 수도 있고, SSD(3200) 밖에 위치할 수도 있다. 예를 들면, 보조 전원 장치(3220)는 메인 보드에 위치하며, SSD(3200)에 보조 전원을 제공할 수도 있다.
도 19은 도 18에 도시된 SSD 컨트롤러(3210)의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 19을 참조하면, SSD 컨트롤러(3210)는 NVM 인터페이스(3211), 호스트 인터페이스(3212), ECC(3213), 중앙 처리 장치(CPU, 3214), 그리고 버퍼 메모리(3215)를 포함한다.
NVM 인터페이스(3211)는 버퍼 메모리(3215)로부터 전달된 데이터를 각각의 채널들(CH1~CHn)로 스캐터링(Scattering)한다. 그리고 NVM 인터페이스(3211)는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)로부터 읽은 데이터를 버퍼 메모리(3215)로 전달한다. 여기에서, NVM 인터페이스(3211)는 낸드 플래시 메모리의 인터페이스 방식을 사용할 수 있다. 즉, SSD 컨트롤러(3210)는 낸드 플래시 메모리 인터페이스 방식에 따라 프로그램, 읽기, 또는 소거 동작 등을 수행할 수 있다.
호스트 인터페이스(3212)는 호스트(3100)의 프로토콜에 대응하여 SSD(3200)와의 인터페이싱을 제공한다. 호스트 인터페이스(3212)는 USB(Universal Serial Bus), SCSI(Small Computer System Interface), PCI express, ATA, PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), SAS(Serial Attached SCSI) 등을 이용하여 호스트(3100)와 통신할 수 있다. 또한, 호스트 인터페이스(3212)는 호스트(3100)가 SSD(3200)를 하드 디스크(HDD)로 인식하도록 지원하는 디스크 에뮬레이션(Disk Emulation) 기능을 수행할 수 있다.
중앙 처리 장치(3214)는 호스트(3100, 도 19 참조)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리한다. 중앙 처리 장치(3214)는 호스트 인터페이스(3212)나 NVM 인터페이스(3211)를 통해 호스트(3100)나 불휘발성 메모리(3201~320n)를 제어한다. 중앙 처리 장치(3214)는 SSD(3200)을 구동하기 위한 펌웨어에 따라서 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)의 동작을 제어한다.
버퍼 메모리(3215)는 호스트(3100)로부터 제공되는 쓰기 데이터 또는 불휘발성 메모리 장치로부터 읽은 데이터를 임시로 저장한다. 또한, 버퍼 메모리(3215)는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)에 저장될 메타 데이터나 캐시 데이터를 저장할 수 있다. 서든 파워 오프 동작 시에, 버퍼 메모리(3215)에 저장된 메타 데이터나 캐시 데이터는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)에 저장된다. 버퍼 메모리(3215)에는 DRAM, SRAM 등이 포함될 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 솔리드 스테이트 드라이브(3000)는 앞에서 설명한 호스트에 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 플래시 메모리 모듈에 구현한 예를 보여주는 블록도이다. 여기에서, 퍼스널 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 그리고 카메라 등과 같은 호스트는 플래시 메모리 모듈(4100)에 연결되어 사용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 플래시 메모리 모듈(4000)은 메모리 시스템(4100), 전원 장치(4200), 보조 전원 장치(4250), 중앙처리장치(4300), 램(4400), 그리고 사용자 인터페이스(4500)를 포함한다. 도 20에 도시된 플래시 메모리 모듈(4000)은 앞에서 설명한 호스트에 연결되어 사용될 수 있다.
한편, 상술한 설명에서, 호스트(1100, 도 2 참조)는 섹터(sector) 단위로 파일(file)을 관리하고, 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)는 페이지(page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리한다고 가정된다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 호스트(1100)는 클러스터(cluster) 단위로 파일을 관리할 수 있고, 플래시 저장 장치(1200)는 블록(block) 단위 또는 복수의 페이지들의 집합인 슈퍼 페이지(super page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리할 수 있다. 호스트(1100) 및 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위는 설계자 또는 데이터 관리 규약 등에 의하여 다양하게 정의될 수 있을 것이다.
또한, 상술한 설명에서, 트림 관리 테이블은 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다고 가정된다. 호스트 메모리(1125)가 휘발성 메모리(예를 들어 DRAM)로 구현된 경우, 트림 관리 테이블에 관한 정보가 서든 파워 오프(sudden power off) 등에 의하여 소실될 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블에서 관리되는 영역에 관한 정보는 상위 레벨에서 삭제되었기 때문에, 사용자는 트림 관리 테이블에 관한 정보의 소실과 무관하게 '해당 데이터는 삭제되었다'는 정보를 제공받을 수 있다. 한편, 트림 관리 테이블은 불휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리)에 저장될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Ⅰ. 트림 동작을 지원하는 호스트
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 메모리 시스템(100)은 호스트(110) 및 저장 장치(120)를 포함하며, 저장 장치(120)는 제어 유닛(121)과 저장 유닛(122)을 포함한다.
호스트(110)는 프로세싱 유닛(111) 및 구동 유닛(112)을 포함한다. 프로세싱 유닛(111)은 호스트(110)의 전반적인 동작을 제어하며, 구동 유닛(112)은 프로세싱 유닛(111)의 제어에 따라 저장 장치(120)를 구동한다.
호스트(100)는 트림 동작(TRIM operation)을 지원하다. 트림 동작은 사용자로부터 특정 파일(file)에 대한 삭제 요청(delete request)이 있는 경우, 호스트(110)에서 해당 파일에 대한 메타 데이터만을 처리하는 것을 의미한다. 이 경우, 저장 유닛(122)에 저장된 데이터의 실질적인 삭제 없이 호스트(110)의 메타 데이터만이 처리되기 때문에, 사용자는 해당 파일에 대한 삭제 동작이 빠르게 수행된 것으로 인식할 수 있다.
저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 호스트(110)는 저장 장치(120)에 트림 명령(TRIM command)을 제공한다. 트림 명령은 실질적으로 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들면, 어드레스 정보)를 포함한다. 제어 유닛(121)은 트림 명령에 응답하여, 저장 유닛(122)에 저장된 데이터에 대한 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 이러한 트림 명령은 할당 해제 명령(deallocate command), 기록 해제 명령(unwrite command), 삭제 명령(deletion command), 파일 삭제 명령(file delete command) 등 다양한 이름으로 정의될 수 있다.
한편, 호스트(110)에서 파일을 관리하는 단위와 저장 장치(120)에서 저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 관리하는 단위는 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 호스트(110)에서는 하드 디스크(hard disk) 관점의 섹터(sector) 단위로 파일을 관리하고, 저장 장치(120)는 플래시 메모리(flash memory) 관점의 페이지(page) 및/또는 블록(block) 단위로 저장 유닛(122)에 저장된 데이터를 관리할 수 있다.
이러한 호스트(110)와 저장 장치(120)의 관리 단위의 불일치는 메모리 시스템(100)의 성능 저하를 야기할 수 있다. 예를 들어, 호스트(110)로부터의 트림 명령에 응답하여 저장 유닛(122)에 저장된 데이터에 대한 소거 동작이 수행되는 경우, 관리 단위의 불일치는 데이터의 복사 동작(copy operation) 및 대량의 병합 동작(merge operation)을 야기할 수 있다. 따라서, 저장 장치(120)의 수명이 단축되고, 성능이 떨어질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(110)는 트림 관리 모듈(TRIM Manage Module, 113)을 포함한다. 트림 관리 모듈(113)은 저장 장치(120)에 트림 명령이 제공되는 경우, 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들면, 섹터 어드레스) 중 저장 장치(120)의 관리 단위(예를 들면, 페이지 단위)에 일치하는 정보만을 저장 장치(120)에 제공한다. 트림 관리 모듈(113)을 이용하여 호스트(110)와 저장 장치(120) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(100)은 저장 장치(120)의 수명 단축 및 성능 저하를 방지할 수 있다.
Ⅱ. 관리 단위의 불일치를 해소하는 플래시 메모리 시스템의 호스트
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)을 보여주는 블록도이다. 도 2에서는 도 1의 저장 장치(120)의 예로써, 플래시 저장 장치(1200)가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 플래시 메모리 시스템(1000)은 호스트(1100) 및 플래시 저장 장치(1200)를 포함한다. 이하에서는 간략한 설명을 위하여, 호스트(1100)는 섹터(sector) 단위로 파일(file)을 관리하고, 플래시 저장 장치(1200)는 페이지(page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리한다고 가정된다.
본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124)을 포함한다. 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1123)을 이용하여, 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소한다. 도 2를 참조하면, 호스트(1100)는 프로세싱 유닛(Processing Unit, 1110) 및 구동 유닛(Driving Unit, 1120)을 포함한다.
프로세싱 유닛(예를 들면, CPU)(1110)은 호스트(1100)의 전반적인 동작을 제어하며, 구동 유닛(1120)은 프로세싱 유닛(1110)의 제어에 따라 플래시 저장 장치(1200)를 구동한다. 구동 유닛(1120)은 호스트(1100)의 소프트웨어 프로그램들을 구동하기 위한 메모리(memory)를 포함할 수 있다.
구동 유닛(1120)은 애플리케이션(Application, 1121), 파일 시스템(File System, 1122), 장치 드라이버(Device Driver, 1123), 트림 관리 모듈(1124), 그리고 호스트 메모리(1125)를 포함한다. 애플리케이션(1121)은 응용프로그램(application program)이라고도 하며, 운영 체제(OS) 상에서 실행되는 소프트웨어이다. 예를 들어, 애플리케이션(1121)은 파일(file)의 생성 및 삭제 동작을 지원하도록 프로그램되어 있다.
파일 시스템(1122)은 호스트(1100)에서 사용되는 파일을 관리한다. 파일 시스템은 하드 디스크 관점의 섹터(sector) 또는 클러스터(cluster) 단위로 파일을 관리할 수 있다. 이하에서 파일 시스템(1122)은 하드 디스크 관점의 섹터(sector) 단위로 호스트(1100)에서 사용되는 파일을 관리한다고 가정된다. 여기에서, 섹터(sector)는 애플리케이션(1121)이 접근할 수 있는 가장 작은 데이터 관리 단위로써, 일반적으로 512B(byte)의 크기를 갖는다.
파일 시스템(1122)은 애플리케이션(1121)으로부터 특정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근(access)하면, 파일 시스템(1122)은 변경된 메타 데이터를 참조하여, '해당 파일은 삭제되었다'는 정보를 제공한다. 또한, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스를 트림 관리 모듈(1124)에 전달한다. 파일 시스템(1122) 및 파일 시스템(1122)의 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조는 이하의 도 3에서 좀더 자세히 설명된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스를 전달받는다. 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스를 플래시 메모리의 페이지 단위에 일치시킨다. 즉, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200)의 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스만을 선택한다. 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 트림 명령(TRIM command)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 한편, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스는 별도로 관리할 수 있다.
장치 드라이버(1123)는 플래시 저장 장치(1200)가 호스트(1100)와 통신할 수 있도록 하는 프로그램이다. 플래시 저장 장치(1200)를 사용하기 위해서는, 호스트(1100)에 플래시 저장 장치(1200)에 맞는 장치 드라이버(1123)가 설치되어야 한다. 도 2에서 트림 관리 모듈(1124)과 장치 드라이버(1123)는 서로 독립적인 모듈로 구현된다. 다만 이는 예시적인 것이며, 트림 관리 모듈(1124)은 장치 드라이버(1123) 내에 탑재될 수 있다.
호스트 메모리(1125)는 플래시 저장 장치(1200)에 쓰거나 플래시 저장 장치(1200)로부터 읽은 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 또한, 호스트 메모리(1125)는 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 장치 드라이버(1123), 그리고 트림 관리 모듈(1124)을 구동하기 위한 워킹 메모리(working memory)로 사용될 수 있다.
한편, 플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM command)을 전달받는다. 트림 명령에는 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보(예를 들어, 삭제 요청된 섹터 어드레스에 관한 정보)가 포함된다. 이 경우, 플래시 저장 장치(1200)에 제공된 삭제될 영역을 지정하기 위한 정보는 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)에 의하여 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위(예를 들어, 페이지 단위)에 일치할 것이다.
플래시 저장 장치(1200)는 트림 명령에 응답하여, 플래시 메모리(1210)의 영역 중 삭제 요청된 영역을 무효(invalid)로 마킹(marking)한다. 플래시 저장 장치(1200)는 유휴 시간(idle time)(예를 들어, 호스트로부터 요청이 없을 때 생기는 제어 유닛(1230)의 유휴 시간)에 무효로 마킹된 영역에 대한 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 계속해서 도 2를 참조하면, 플래시 저장 장치(1200)는 플래시 메모리(1210), 버퍼 메모리(1220), 그리고 제어 유닛(1230)을 포함한다.
플래시 메모리(1210)는 제어 유닛(1230)의 제어에 따라, 소거 동작, 읽기 동작 또는 쓰기 동작을 수행한다. 플래시 메모리(1210)는 복수의 메모리 블록으로 구성된다. 각각의 메모리 블록은 복수의 페이지(page)로 구성된다. 도 2에서는 3개의 메모리 블록(1211~1213)이 예시적으로 도시되어 있다. 각각의 메모리 블록은 4개의 페이지를 갖는 것으로 예시적으로 도시되어 있다.
각 페이지의 크기는 섹터의 크기보다 크다. 예를 들어, 각 페이지는 약 2KB(byte)의 크기를 갖고, 섹터는 512B(byte)의 크기를 갖는다. 플래시 메모리(1210)는 메모리 블록 단위로 소거 동작을 수행하고, 페이지 단위로 쓰기 또는 읽기 동작을 수행한다.
한편, 플래시 메모리(1210)의 하나의 메모리 셀에는 한 비트 또는 두 비트 이상의 데이터가 저장될 수 있다. 하나의 메모리 셀에 한 비트 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀은 싱글 레벨 셀(SLC; Single Level Cell) 또는 싱글 비트 셀(single bit cell)이라 부른다. 하나의 메모리 셀에 두 비트 이상의 데이터를 저장할 수 있는 메모리 셀은 멀티 레벨 셀(MLC; Multi Level Cell) 또는 멀티 비트 셀(multi bit cell)이라 부른다.
버퍼 메모리(1220)는 플래시 메모리(1210)로부터 읽은 데이터 또는 호스트(1100)로부터 제공되는 데이터를 임시로 저장할 수 있다. 또한, 버퍼 메모리(1220)는 플래시 변환 계층(Flash Transslation Layer; FTL)과 같은 펌웨어를 구동하는 데 사용될 수 있다. 버퍼 메모리(1220)는 DRAM, SRAM, MRAM, PRAM 등으로 구현될 수 있다.
제어 유닛(1230)은 중앙처리장치(CPU, 1231), 플래시 변환 계층(FTL, 1232), 플래시 컨트롤러(1233), 그리고 버퍼 컨트롤러(1234)를 포함한다. 중앙처리장치(1231)는 호스트(1100)로부터 입력된 신호를 분석하고 처리한다. 또한, 중앙처리장치(1231)는 플래시 저장 장치(1200)의 전반적인 동작을 제어한다.
플래시 변환 계층(1232)은 호스트(1100)로부터 제공된 논리 어드레스(LA; Logical Address)를 플래시 메모리(1210) 상의 물리 어드레스(PA; Physical Address)로 변환한다. 예를 들어, 플래시 변환 계층(1232)은 호스트로부터 전달받은 섹터 어드레스(sector address)를 플래시 메모리(1210) 상의 페이지 어드레스(page address)로 변환한다.
또한, 플래시 변환 계층(1232)은 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 예를 들어, 페이지 단위로 관리한다. 플래시 변환 계층(1232)은 호스트(1100)로부터의 트림 명령에 의하여 소정 페이지에 저장된 데이터가 모두 삭제 요청된 경우, 해당 페이지를 무효(invalid)로 마킹(marking)한다.
플래시 컨트롤러(1233)는 플래시 메모리(1210)의 읽기, 쓰기, 소거 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어 유닛(1230)의 유휴 시간에, 플래시 컨트롤러(1233)는 무효로 마킹된 페이지에 대한 소거 동작을 수행하도록 플래시 메모리(1210)를 제어한다. 한편, 버퍼 컨트롤러(1234)는 버퍼 메모리(1220)의 읽기, 쓰기 동작을 제어한다.
도 3은 도 2의 파일 시스템(1122)이 파일을 관리하기 위하여 생성하는 디렉토리 엔트리(directory entry) 구조를 예시적으로 보여준다. 도 3을 참조하면, 디렉토리 엔트리 구조는 파일명(file name), 확장자(extension), 속성(attribute), 생성 날짜 및 시간(create data and time), 시작 섹터의 정보(starting secter), 파일 크기 정보(file size)를 포함할 수 있다.
파일 시스템(1122, 도 2 참조)은 애플리케이션(1121, 도 2 참조)으로부터 특정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 예를 들어, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 파일명에 십육진수 바이트 코드인 'E5h'를 위치시킨다. 다른 예로, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 속성 값을 'OxE5'로 변경한다. 이것은 하나의 특별한 꼬리표로서, '이 파일은 삭제되었습니다'라는 것을 의미한다. 따라서, 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근(access)하는 경우, 파일 시스템(1122)은 해당 파일이 이미 삭제되었다는 정보를 제공한다. 파일 시스템(1122)에 관한 정보는 주기적으로 또는 유휴 시간(idle time)을 이용하여 불휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리(1210))에 저장될 수 있다.
한편, 파일 시스템(1122)은 플래시 메모리 시스템(1000, 도 2 참조)의 운영 체제(OS)에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 플래시 메모리 시스템(1000)의 운영 체제가 디스크 운영 체제(disk operating system; DOS) 또는 윈도우즈(windows) 기반의 운영 체제인 경우, FAT(file allocation table) 파일 시스템, VFAT(virtual FAT) 파일 시스템, exFAT(extended FAT) 파일 시스템, NTFS(new technology file system) 등과 같은 파일 시스템이 사용될 수 있다.
다른 예로, 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 유닛스(UNIX) 기반의 운영 체제인 경우, UNIX 파일 시스템(UFS)이 사용될 수 있다. 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 리눅스(LINUX) 기반의 운영 체제인 경우, LINUX 용 파일 시스템이 사용될 수 있다. 플래시 메모리 장치(1000)의 운영 체제가 모바일 OS(예를 들어, iOS(iPhone, iPad 용 OS) 및 안드로이드 OS)인 경우, 모바일 OS 용 파일 시스템이 사용될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 플래시 메모리 시스템(1000)의 소프트웨어 계층 구조를 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 플래시 메모리 시스템(1000)의 소프트웨어 계층 구조는 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 트림 관리 모듈(1124), 플래시 변환 계층(1232), 그리고 플래시 메모리(1210)로 구성된다. 호스트(1100, 도 2 참조) 측의 애플리케이션(1121), 파일 시스템(1122), 그리고 트림 관리 모듈(1124)은 상위 레벨(High Level)이라 칭해질 수 있다. 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조) 측의 플래시 변환 계층(1232) 및 플래시 메모리(1210)는 하위 레벨(Low Level)이라고 칭해질 수 있다.
애플리케이션(1121)은 파일 삭제(file delete) 요청을 파일 시스템(1122)에 전달한다. 파일 삭제 요청에 응답하여, 파일 시스템(1122)은 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 변경한다. 예를 들어, 파일 시스템(1122)은 파일명(file name, 도 3 참조)에 'E5h'를 위치시킨다. 따라서, 이 후에 애플리케이션(1121)이 해당 파일에 접근하는 경우, 파일 시스템(1122)은 해당 파일은 삭제되었다는 정보를 제공할 수 있다. 애플리케이션(1121)의 파일 삭제 요청 및 이에 따른 파일 시스템(1122)의 메타 데이터의 변경은 '상위 레벨(High Level)에서의 삭제 동작'이라고 칭해질 수 있다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 삭제 요청된 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 플래시 메모리(1210)의 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 선택한다. 플래시 메모리(1210)의 페이지 단위에 일치된 섹터 어드레스는 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)라 칭해질 수 있다.
또한, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 이용하여 전달받은 섹터 어드레스 중 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 별도로 관리할 수 있다.
한편, 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 실질적으로 삭제하기 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 명령(TRIM cmd)을 플래시 변환 계층(1232)에 제공한다. 트림 명령은 삭제 요청된 파일을 지정하기 위한 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 포함한다. 플래시 변환 계층(1232)은 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 페이지 어드레스(Page ADDR)로 변환하고, 삭제될 플래시 메모리(1210)의 페이지(page)를 무효(invalid)한 것으로 마킹(marking)한다.
플래시 메모리(1210)는 무효한 것으로 마킹된 페이지에 대하여, 예를 들어 유휴 시간에 소거 동작(erase operation)을 수행한다. 예를 들어, 유휴 시간은 호스트(1100, 도 2 참조)로부터 제어 유닛(1230, 도 2 참조)에 아무런 요청이 없는 시간을 의미한다. 잘 알려진 바와 같이, 플래시 메모리(1210)는 블록 단위로 소거 동작을 수행하므로, 플래시 메모리(1210)의 페이지에 대한 소거 동작은 데이터의 복사(copy) 및 병합(merge), 그리고 블록 소거 동작(block erase operation)을 수반할 수 있다. 플래시 변환 계층(1232)의 마킹 동작 및 플래시 메모리(1210)의 소거 동작은 '하위 레벨(Low Level)에서의 삭제 동작'이라고 칭해질 수 있다.
도 5는 도 2의 트림 관리 모듈(1124)의 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받고, 페이지 단위에 일치된 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR))를 출력한다. 섹터 어드레스(Sector ADDR) 및 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)에 관한 정보는 각각 시작 섹터 번호(Start Sector No)와 섹터들의 개수(# of Sectors)를 포함할 수 있다.
자세히 설명하면, 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 선택한다. 여기서, 그룹 정보는 하나의 페이지에 대응하는 섹터들의 어드레스 정보를 의미한다. 트림 관리 모듈(1124)은 예를 들어, 플래시 변환 계층(1232)의 맵핑 테이블(Mapping Table)로부터 그룹 정보를 제공받을 수 있다. 그룹 정보 및 맵핑 테이블은 이하의 도 9에서 좀더 자세히 설명된다.
또한, 트림 관리 모듈(1124)은 전달받은 섹터 어드레스(Sector ADDR) 중 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 별도로 관리할 수 있다. 이를 위하여, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 포함할 것이다.
한편, 트림 관리 테이블에 관한 정보는 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다. 이 경우, 호스트 메모리(1125)의 영역 중 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기는 설계자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 섹터 어드레스 관리에 따른 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)의 오버헤드를 작게 하기 위하여, 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기는 소정 크기로 제한될 수 있다.
트림 관리 테이블에 할당된 영역이 소정 크기로 제한되는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 영역을 초과할 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블의 섹터 어드레스에 관한 정보는 밀어내기 방식에 의하여 관리될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124) 및 트림 관리 모듈(1124)의 동작은 이하의 도 9 내지 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 6은 도 2의 플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환 동작을 좀더 자세히 보여주는 블록도이다. 도 6을 참조하면, 플래시 변환 계층(1232)은 논리 어드레스(Logical Address)인 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 플래시 메모리(1210) 상의 물리 어드레스(Physical Address)인 페이지 어드레스(Page ADDR)로 변환한다.
플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환은 맵핑 테이블(Mapping Table)을 통해 수행될 수 있다. 맵핑 방식은 크게 페이지 맵핑 방식과 블록 맵핑 방식이 있다. 페이지 맵핑은 페이지 단위(예를 들면, 2KB)로 어드레스 변환을 수행하며, 블록 맵핑 방식은 블록 단위(예를 들면, 1MB)로 어드레스 변환을 수행한다. 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환은 이하의 도 7에서 좀더 자세히 설명된다.
이러한 플래시 변환 계층(1232)의 어드레스 변환은 상위 레벨(High Level)의 애플리케이션(1121)이나 파일 시스템(1122)에서 볼 때, 실제 플래시 메모리(1210)에서 수행되는 읽기 동작, 쓰기 동작, 소거 동작을 하드 디스크 장치의 읽기 동작, 소거 동작처럼 보이게 한다. 즉, 플래시 변환 계층(1232)은 에뮬레이트(emulate) 기능을 수행한다.
도 7은 맵핑 테이블을 통한 어드레스 변환을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 간략한 설명을 위하여, 이하에서는 페이지 맵핑 방식을 통한 어드레스 변환이 수행된다고 가정된다.
도 7을 참조하면, 맵핑 테이블(Mapping Table)은 논리 어드레스인 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 물리 어드레스인 페이지 어드레스(Page ADDR)에 맵핑한다. 설명의 편의상, 하나의 페이지에는 4개의 섹터들이 맵핑된다고 가정된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 페이지(Page3)에는 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)이 맵핑될 수 있다.
맵핑 테이블은 페이지에 저장된 데이터가 유효한 데이터인지의 여부를 쓰기 상태 정보(WSI; Write State Information)를 통하여 표시한다. 예를 들어, 쓰기 상태 정보(WSI)의 'v' 표시는 페이지에 저장된 데이터가 유효(valid)한 데이터임을 나타낸다.
플래시 메모리(1210)의 메모리 블록(1211)의 페이지들(Page0~Page3)은 각각 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page3)들로 구분되는 것으로 가정된다. 각 서브 페이지의 크기는 각 섹터와 동일하며, 각 서브 페이지는 각 섹터에 대응하는 것으로 가정된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 페이지(Page3)는 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page3)로 구분되며, 제 3 페이지(Page3)의 4개의 서브 페이지들(Sub_Page0~Sub_Page4)은 각각 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)에 대응하는 것으로 가정된다.
한편, 설명의 편의상, 이하의 도 8 내지 도 11에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 3개의 파일들(File1~File3)이 유효한 데이터로서 블록(1211)의 제 1 내지 제 3 페이지들(Page1~Page3)에 저장되어 있다고 가정된다. 이 경우, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응하고, 제 2 파일(File2)은 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하며, 제 3 파일(File3)은 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector9~Sector12)에 대응한다고 가정된다.
도 8은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)이 없는 경우에, 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템(1000)의 일 실시 예를 보여주는 도면이다. 즉, 도 8에서는 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스가 플래시 저장 장치(1200)에 제공되는 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 간략한 설명을 위하여, 제 1 파일(File1)의 섹터 어드레스에 관한 정보를 포함하는 트림 명령(TRIM cmd)이 제공된다고 가정된다.
도 8을 참조하면, 호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM cmd)이 제공된다. 트림 명령(TRIM cmd)은 플래시 메모리(1210)에서 삭제될 영역을 지정하기 위한 섹터 어드레스를 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 섹터 어드레스에 관한 정보는 시작 섹터 번호(Start Sector No)와 섹터들의 개수(# of Sectors)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터(Sector1~Sector5)에 대응하므로, 시작 섹터 번호는 '1'이며, 섹터들의 개수는 '5'일 수 있다.
호스트(1100)로부터 트림 명령(TRIM cmd)이 제공되면, 플래시 변환 계층(1232, 도 2 참조)은 맵핑 테이블(Mapping Table)의 쓰기 상태 정보(WSI)를 갱신한다. 즉, 전달받은 섹터 어드레스에 대응하는 페이지의 쓰기 상태 정보(WSI)가 무효(invalid)한 것으로 마킹(marking)된다. 예시적으로, 도 8에 도시된 쓰기 상태 정보(WSI)의 'x' 표시는 해당 페이지에 저장된 데이터가 무효한 데이터임을 의미한다.
자세히 설명하면, 제 1 파일(File1)은 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응한다. 이 경우, 제 1 파일(File1)의 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 제 3 페이지(Page3)에 대응한다. 따라서, 맵핑 테이블의 제 3 페이지(Page3)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)는 무효한 것으로 마킹된다. 제 1 파일(File1)의 제 5 섹터(Sector5)는 제 2 페이지(Page2)에 대응한다. 따라서, 제 3 페이지(Page3)의 쓰기 상태 정보(WSI)는 무효한 것으로 마킹된다. 무효로 마킹된 제 2 및 제 3 페이지들(Page2, Page3)에 대한 소거 동작(erase opeation)은, 예를 들어 컨트롤 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다.
한편, 제 2 페이지(Page2)의 서브 페이지(0)에는 제 1 파일(File1)의 제 5 섹터(Sector5)에 대응하는 데이터가 저장되어 있고, 제 2 페이지(Page)의 서브 페이지들(1~3)에는 제 2 파일(File2)의 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하는 데이터가 저장되어 있다.
따라서, 제 1 파일(File1)에 대한 트림 명령(TRIM cmd)에 의하여 제 2 페이지(Page2)가 무효(invalid)로 마킹되면, 제 2 파일(File2)의 유효한 데이터가 함께 삭제될 수 있다. 따라서 제 2 파일(File2)의 유효한 데이터가 삭제되는 것을 방지하기 위하여, 플래시 메모리(1210)는 제 2 페이지(Page2)의 서브 페이지들(1~3)에 저장된 데이터를 다른 페이지(예를 들어, 다른 블록(1212, 도 2 참조)의 페이지)에 복사(copy)해야 한다.
이러한 복사 동작은 쓰기 횟수의 증가로 인하여 플래시 메모리(1210)의 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 복사 동작을 통하여 생성된 유효한 데이터를 저장하는 새로운 페이지는 자유 블록을 생성하기 위한 병합 동작의 증가를 야기할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124, 도 2 참조)을 포함한다. 트림 관리 모듈(1124)은 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치(1200)에 제공하기 때문에, 상기의 복사 동작이 발생하지 않는다. 이는 이하의 도 9 내지 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 9 내지 도 11은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 발생하고, 정렬된 섹터 어드레스가 포함된 트림 명령을 처리하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 호스트(1100)는 플래시 저장 장치(1200)에 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 제공한다. 이를 위하여, 호스트(1100)는 그룹 정보(Group information)를 플래시 저장 장치(1200)에 요청한다. 플래시 저장 장치(1200)는 맵핑 테이블로부터 그룹 정보를 획득하고, 이를 호스트(1100)에 제공한다. 이 후, 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다. 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 트림 명령과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다.
자세히 설명하면, 도 9에서는 플래시 저장 장치(1200)의 맵핑 테이블로부터 호스트(1100)에 그룹 정보가 전송되는 과정이 도시되어 있다. 도 9를 참조하면, 먼저 호스트(1100)는 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보(Group information)를 요청한다. 예를 들어, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124) 또는 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)은 파워 업(power up) 시에 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보를 요청할 수 있다.
플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)의 그룹 정보 요청에 응답하여, 호스트(1100)에 그룹 정보를 제공한다. 여기서, 그룹 정보는 하나의 페이지에 대응하는 섹터들의 어드레스 정보를 의미한다. 플래시 저장 장치(1200)는 예를 들어, 맵핑 테이블로부터 그룹 정보를 획득할 수 있다.
예를 들어, 맵핑 테이블을 참조하면, 4 개의 섹터들이 하나의 페이지에 대응된다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 제 3 페이지(Page3)에 대응하고, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)은 제 2 페이지(Page2)에 대응하며, 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector9~Sector12)은 제 1 페이지(Page1)에 대응한다.
따라서, 플래시 저장 장치(1200)는 제 1 내지 제 4 섹터들, 제 5 내지 제 8 섹터들, 그리고 제 9 내지 제 12 섹터들이 각각 하나의 그룹으로 구성되며, 각 그룹의 섹터들은 하나의 페이지에 대응한다는 정보(즉, 그룹 정보)를 호스트(1100)에 제공한다. 호스트(1100)에 전달된 그룹 정보는 예를 들어, 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다.
도 10 및 도 11에서는 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우에 트림 관리 모듈(1124) 및 플래시 변환 계층(1232)의 동작이 설명된다. 도 10을 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다고 가정된다. 즉, 제 1 파일(File1)에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 후에, 파일 시스템(1122, 도 2 참조)으로부터 제 1 파일(File1)의 섹터 어드레스(Sector ADDR) 제공된다고 가정된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 제 1 파일(File1)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 제 1 파일(File1)이 제 1 내지 제 5 섹터들(Sector1~Sector5)에 대응하므로, 시작 섹터 번호(Start Sector No)는 '1'이며 섹터들의 개수(# of Sectors)는 '5'일 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 호스트 메모리(1125)에 저장된 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다.
구체적으로, 도 9의 그룹 정보를 참조하면, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 하나의 그룹을 구성한다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위인 페이지 단위에 일치한다. 반면, 제 5 섹터(Sector5)는 페이지 단위에 일치하지 않는다.
이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하지 않는 제 5 섹터(Sector5)를 관리하기 위한 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)을 생성한다. 트림 관리 테이블은 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이, 제 5 섹터(Sector5)에 대한 그룹 정보 및 쓰기 상태 정보(WSI)를 포함한다. 제 5 섹터(Sector5)에 대응하는 데이터는 상위 레벨에서 삭제된 데이터이므로, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블의 제 5 섹터(Sector5)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다.
한편, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)은 페이지 단위에 일치한다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '1', 섹터들의 개수 '4')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다.
제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4)이 제 3 페이지(Page3)에 맵핑되므로, 플래시 변환 계층(1232)은 맵핑 테이블의 제 3 페이지(Page3)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다. 무효로 마킹된 제 3 페이지(Page3)에 대한 소거 동작(erase operation)은 예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다. 이 경우, 소거 동작이 수행될 제 3 페이지(Page3)에 저장된 데이터는 모두 무효한 데이터이므로, 도 8에서와 같은 복사 동작이 수행되지 않는다.
한편, 이 후에 발생한 다른 파일에 대한 삭제 요청에 의하여, 트림 관리 테이블에서 관리되는 그룹의 쓰기 상태 정보(WSI)가 모두 무효한 것으로 갱신될 수 있다. 이 경우, 해당 그룹의 섹터들은 페이지 단위에 일치하므로, 트림 관리 모듈(1124)은 해당 섹터들에 대한 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치에 제공할 수 있다. 이는 이하의 도 11에서 좀더 자세히 설명된다.
도 11을 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)은 제 2 파일(File2)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 제공받는다고 가정된다. 즉, 제 2 파일(File2)에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 후에, 파일 시스템(1122)으로부터 제 2 파일(File2)의 섹터 어드레스가 제공된다고 가정된다.
트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 제 2 파일(File2)에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 제 2 파일(File2)은 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대응하므로, 시작 섹터 번호는 '6'이며, 색터들의 개수는 '3'일 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 호스트 메모리(1125)에 저장된 그룹 정보(Group information)를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는지 판단한다.
구체적으로, 도 9의 그룹 정보를 참조하면, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)은 페이지 단위에 일치하지 않는다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블을 이용하여, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)을 별도로 관리한다. 이 경우, 제 1 파일(File1)에 대한 삭제 요청에 의하여 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 트림 관리 테이블이 이미 생성되어 있다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 도 11에 도시된 바와 같이, 제 6 내지 제 8 섹터들(Sector6~Sector8)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 갱신한다.
이 경우, 동일 그룹에 속하는 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)가 모두 무효한 상태이다. 즉, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)은 페이지 단위에 일치하며, 상위 레벨에서 삭제된 파일들에 대응한다. 따라서, 트림 관리 모듈(1124)은 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '5', 섹터들의 개수 '4')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 이 경우, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)에 관한 정보는 트림 관리 테이블에서 삭제될 것이다.
한편, 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8)이 제 2 페이지(Page2)에 맵핑되므로, 플래시 변환 계층(1232)은 맵핑 테이블의 제 2 페이지(Page2)에 대한 쓰기 상태 정보(WSI)를 무효한 것으로 마킹한다. 무효로 마킹된 제 2 페이지(Page2)에 대한 소거 동작(erase operation)은 예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간에 수행된다. 따라서, 이 후의 유휴 시간(예를 들어, 제어 유닛(1230, 도 2 참조)의 유휴 시간)에 제 2 페이지(Page2)에 대한 소거 동작이 수행될 것이다.
상술한 바와 같이, 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122)으로부터 전달받은 섹터 어드레스 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스만을 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 따라서, 플래시 저장 장치(1200)는 도 8과 같은 불필요한 복사 동작을 수행하지 않는다. 이는 불필요한 복사 동작으로 인하여 야기되는 병합 동작이 방지될 수 있음을 의미한다. 즉 호스트(1100)의 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여 호스트(1110)와 플래시 저장 장치(1120) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소함으로써, 플래시 저장 장치(120)의 수명 단축 및 성능 저하가 방지될 수 있다.
한편, 트림 관리 테이블에 할당된 메모리(예를 들어, 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)의 크기는 소정 크기로 제한될 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 크기를 초과할 수 있다.
트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 호스트 메모리(1125)에 할당된 크기를 초과하는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리되는 섹터에 관한 정보는 밀어내기 방식에 의하여 삭제될 수 있다. 즉, 트림 관리 테이블에서 관리하는 섹터에 관한 정보 중 가장 오래된 섹터에 대한 정보는 삭제되고, 새로 요청된 섹터에 대한 정보가 관리될 수 있다.
예를 들어, 서로 다른 그룹에 속하는 제 1 섹터, 제 5 섹터, 그리고 제 9 섹터(Sector 1, Sector5, Sector 9)에 관한 정보가 트림 관리 테이블에서 관리된다고 가정된다. 또한, 다른 그룹에 속하는 제 13 섹터(Sector 13)에 관한 정보가 트림 관리 테이블에서 관리되어야 하며, 제 13 섹터(Sector 13)에 관한 정보가 관리되는 경우, 트림 관리 테이블에서 관리할 섹터 어드레스에 관한 정보의 크기가 트림 관리 테이블에 할당된 영역의 크기를 초과한다고 가정된다. 이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 가장 오래된 제 1 섹터(Sector1)에 대한 정보를 트림 관리 테이블에서 삭제하고, 제 13 섹터(Sector13)에 대한 정보를 트림 관리 테이블에서 관리할 수 있다.
도 12는 플래시 저장 장치(1200)의 맵핑 테이블로부터 호스트(1100)에 그룹 정보가 전달되는 것을 보여주는 순서도이다.
S110 단계에서, 호스트(1100)가 플래시 저장 장치(1200)에 그룹 정보(Group information)를 요청한다. 예를 들어, 호스트(1100)는 파워 업(power up) 시에, 그룹 정보를 플래시 저장 장치(1200)에 요청할 것이다. 플래시 저장 장치(1200)는 호스트(1100)의 요청에 응답하여, 맵핑 테이블로부터 각 섹터들에 대한 그룹 정보를 획득할 것이다.
S120 단계에서, 그룹 정보가 호스트(1100)의 호스트 메모리(1125)에 저장된다. 즉, 플래시 저장 장치(1200)는 맵핑 테이블로부터 획득된 그룹 정보를 호스트(1100)에 제공하고, 호스트(1100)는 전달된 그룹 정보를 호스트 메모리(1125)에 저장한다.
도 13은 도 2의 트림 관리 모듈(1124)의 동작을 보여주는 순서도이다.
S210 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 파일 시스템(1122, 도 2 참조)으로부터 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 전달받는다. 즉, 소정 파일에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행된 이 후, 파일 시스템(1122)은 해당 파일에 대한 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 트림 관리 모듈(1124)에 제공한다.
S220 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 그룹 정보를 참조하여, 전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)인지의 여부를 판단한다. 여기서, 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)는 플래시 메모리(1210, 도 2 참조)의 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터 어드레스를 의미한다.
전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스가 아닌 경우(즉, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하는 경우), 트림 관리 모듈(1124)은 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스 정보(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다. 전달받은 섹터 어드레스가 부분 섹터 어드레스인 경우(즉, 전달받은 섹터 어드레스가 페이지 단위에 일치하지 않는 경우), S240 단계가 수행된다.
S240 단계에서, 부분 섹터 어드레스(Partial Sector ADDR)에 대응하는 트림 관리 테이블(TRIM Manage Table)이 존재하는지 판단된다. 트림 관리 테이블이 존재하지 않는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 부분 섹터 어드레스를 관리하는 트림 관리 테이블을 생성한다(S250 단계). 트림 관리 테이블이 존재하는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 트림 관리 테이블의 쓰기 상태 정보(WSI)를 갱신한다(S260 단계).
S270 단계에서, 트림 관리 테이블의 모든 쓰기 상태 정보들이 갱신되었는지가 판단된다. 즉, 트림 관리 모듈(1124)은 동일 그룹에 속하는 섹터들에 대한 쓰기 상태 정보들이 모두 무효한 것으로 갱신되었는지를 판단한다. 쓰기 상태 정보들이 모두 무효한 것으로 갱신되었다면, 트림 관리 모듈(1124)은 해당 그룹의 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR)를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공한다(S280 단계).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)은 트림 동작(TRIM operation)을 지원한다. 즉, 소정 파일에 대한 삭제 요청이 있는 경우, 호스트(1100)는 파일 시스템(1122)의 메타 데이터를 변경하여 사용자에게 해당 파일이 삭제되었음을 알려주고, 실질적인 삭제 동작은 트림 명령(TRIM cmd)에 따라 플래시 저장 장치(1200)에서 수행된다. 이 경우, 호스트(1100)는 트림 관리 모듈(1124)을 이용하여, 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200) 사이의 관리 단위의 불일치를 해소한다.
한편, 복수의 파일들에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행되는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 시간 차를 두고 섹터 어드레스를 제공받을 수 있다. 이 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 삭제 요청된 섹터들에 대한 어드레스 정보를 수집하고, 수집된 어드레스 정보를 유휴 시간에 한 번에 처리할 수 있다. 이는 이하의 도 14 및 도 15에서 좀더 자세히 설명된다.
Ⅲ. 삭제 요청된 섹터들의 어드레스 정보를 수집하는 호스트
도 14는 서로 다른 시간에 제공된 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집하고, 수집된 섹터 어드레스에 관한 정보를 처리하는 호스트를 설명하는 도면이다. 섹터 어드레스에 관한 정보를 수집한다는 것을 제외하면, 이하에서 설명될 호스트(1100)는 도 2의 호스트(1100)와 유사하다. 따라서, 이하에서는 도 2의 호스트(1100)와의 차이점이 중점적으로 설명된다. 또한, 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호를 사용하며 설명된다.
도 14를 참조하면, 트림 관리 모듈(1124)에 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)이 제공된다. 여기서, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 각각 상위 레벨에서 삭제된 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스를 의미한다. 또한, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 서로 다른 시간에 트림 관리 모듈(1124)에 제공된다고 가정된다.
호스트 메모리(1125)는 제공된 섹터 어드레스들을 수집하기 위한 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)을 포함한다. 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)을 호스트 메모리(1125)의 섹터 수집 영역에 임시로 저장한다. 이 후의 유휴 시간(예를 들어, 프로세싱 유닛(1110, 도 2 참조)의 유휴 시간)에, 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3) 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스를 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)에 제공한다.
설명의 편의상, 도 7에 도시된 것과 마찬가지로, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)은 각각 제 1 내지 제 3 파일(File1~File3)에 대응한다고 가정된다. 이 경우, 제 1 내지 제 3 파일(File1~File3)은 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector3)에 대응하므로, 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector12)에 관한 어드레스 정보가 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)에 저장된다.
한편, 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector12)은 페이지 단위에 일치한다. 즉, 제 1 내지 제 4 섹터들(Sector1~Sector4), 제 5 내지 제 8 섹터들(Sector5~Sector8) 그리고 제 9 내지 제 12 섹터들(Sector8~Sector12)은 각각 하나의 페이지에 대응하는 동일한 그룹을 구성한다.
따라서, 이 후의 유휴 시간에, 트림 관리 모듈(1124)은 제 1 내지 제 12 섹터들(Sector1~Sector4)에 대한 섹터 어드레스(즉, 시작 섹터 번호 '1', 섹터들의 개수 '12')를 트림 명령(TRIM cmd)과 함께 플래시 저장 장치(1200)에 제공할 수 있다. 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Setor ADDR_1~Sector ADDR_3)이 한 번에 처리되므로, 제 1 내지 제 3 섹터 어드레스들(Sector ADDR_1~Sector ADDR_3)을 각각 처리하는 경우에 비하여, 호스트(1100)로부터 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다.
도 15는 서로 다른 파일에 대한 섹터 어드레스들이 도 14의 섹터 저장 영역에 수집되는 동작을 보여주는 순서도이다.
S310 단계에서, 섹터 어드레스(Sector ADDR)가 트림 관리 모듈(1124, 도 14 참조)에 제공된다. S320 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 수신된 섹터 어드레스(Sector ADDR)를 호스트 메모리(1125, 도 14 참조)의 섹터 수집 영역(Sector Collection Area)에 저장한다. 이 후에 다른 섹터 어드레스가 수신되는 경우, 트림 관리 모듈(1124)은 섹터 어드레스를 섹터 수집 영역에 계속 저장할 것이다.
도 16은 도 14의 섹터 수집 영역에 수집된 섹터 어드레스를 유휴 시간에 처리하는 동작을 보여주는 순서도이다.
S410 단계에서, 섹터 어드레스 처리 신호(SAP)가 발생된다. 예를 들어, 사용자로부터 소정 시간 동안 아무런 요청이 없는 경우(즉, 프로세싱 유닛(1000, 도 2 참조)의 유휴 시간), 프로세싱 유닛(1110)은 섹터 어드레스 처리 신호(SAP)를 발생한다.
S420 단계에서, 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 섹터 어드레스 중 페이지 단위에 일치하는 섹터 어드레스(즉, 정렬된 섹터 어드레스(Aligned Sector ADDR))를 트림 명령과 함께 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)에 제공한다. 수집된 섹터 어드레스가 한 번에 처리되므로, 호스트(1100)로부터 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)의 섹터 어드레스의 처리 방법은 도 13의 설명과 유사하므로, 자세한 설명은 생략된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 복수의 파일에 대한 상위 레벨에서의 삭제 동작이 수행되는 경우, 삭제된 파일들에 대한 섹터 어드레스는 호스트 메모리(1124)의 섹터 수집 영역에 수집될 수 있다. 트림 관리 모듈(1124)은 수집된 섹터 어드레스를 한 번에 처리하므로, 호스트(1100)에서 플래시 저장 장치(1200)로의 트림 명령의 전송 시간이 단축될 수 있다.
Ⅵ. 트림 명령을 처리하는 플래시 메모리 시스템의 적용 예
본 발명의 실시 예에 따른 플래시 메모리 시스템(1000)은 여러 가지 제품에 적용 또는 응용될 수 있다. 호스트(1100)는 컴퓨터, 디지털 카메라, 휴대폰, MP3 플레이어, PMP, 게임기 등으로 구성될 수 있다. 플래시 저장 장치(1200)는 플래시 메모리를 기반으로 하는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 플래시 메모리 카드, 또는 플래시 메모리 모듈 등으로 구성될 수 있다. 호스트(1100)와 플래시 저장 장치(1200)는 ATA, SATA, PATA, USB, SCSI, ESDI, PCI express 또는 IDE 인터페이스와 같은 표준 인터페이스(standardized interface)를 통해 연결될 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트(1100)를 메모리 카드에 적용한 예를 보여준다. 메모리 카드 시스템(2000)은 호스트(2100)와 메모리 카드(2200)를 포함한다. 호스트(2100)는 호스트 컨트롤러(2110) 및 호스트 접속 유닛(2120)을 포함한다. 메모리 카드(2200)는 카드 접속 유닛(2210), 카드 컨트롤러(2220), 그리고 플래시 메모리(2230)를 포함한다.
호스트 접속 유닛(2120) 및 카드 접속 유닛(2210)은 복수의 핀으로 구성된다. 이들 핀에는 커맨드 핀, 데이터 핀, 클록 핀, 전원 핀 등이 포함되어 있다. 핀의 수는 메모리 카드(2200)의 종류에 따라 달라진다. 예로서, SD 카드는 9개의 핀을 갖는다.
호스트(2100)는 메모리 카드(2200)에 데이터를 쓰거나, 메모리 카드(2200)에 저장된 데이터를 읽는다. 호스트 컨트롤러(2110)는 커맨드(예를 들면, 쓰기 커맨드), 호스트(2100) 내의 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호(CLK), 그리고 데이터(DAT)를 호스트 접속 유닛(2120)을 통해 메모리 카드(2200)로 전송한다.
카드 컨트롤러(2220)는 카드 접속 유닛(2210)을 통해 수신된 쓰기 커맨드에 응답하여, 카드 컨트롤러(2220) 내에 있는 클록 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클록 신호에 동기하여 데이터를 메모리(2230)에 저장한다. 메모리(2230)는 호스트(2100)로부터 전송된 데이터를 저장한다. 예를 들어, 호스트(2100)가 디지털 카메라인 경우에는 영상 데이터를 저장한다.
도 17에서, 호스트 컨트롤러(2110)는 트림 동작을 지원하는 응용 프로그램과 파일 시스템, 그리고 트림 관리 모듈을 구비할 수 있다. 그리고 카드 컨트롤러(2220)는 플래시 변환 계층을 이용하여 메모리 카드(2200) 내에서 트림 명령을 처리할 수 있다. 도 17에 도시된 메모리 카드 시스템은 위에서 설명한 트림 동작 및 트림 관리 모듈의 관리 단위 일치 동작을 모두 지원할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 적용한 실시 예를 보여준다. 도 18를 참조하면, SSD 시스템(3000)은 호스트(3100)와 SSD(3200)를 포함한다. SSD(3200)는 신호 커넥터(signal connector, 3231)를 통해 호스트(3100)와 신호를 주고 받으며, 전원 커넥터(power connector, 3221)를 통해 전원을 입력받는다. SSD(3200)는 복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n), SSD 컨트롤러(3210), 그리고 보조 전원 장치(3220)를 포함한다.
복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 SSD(3200)의 저장 매체로서 사용된다. 복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 대용량의 저장 능력을 가지는 플래시 메모리 장치로 구현될 수 있다. SSD(3200)는 주로 플래시 메모리(Flash memory)를 사용하고 있다.
복수의 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)는 복수의 채널(CH1~CHn)을 통해 SSD 컨트롤러(3210)와 연결될 수 있다. 하나의 채널에는 하나 또는 그 이상의 메모리 장치가 연결될 수 있다. 하나의 채널에 연결되는 메모리 장치들은 동일한 데이터 버스에 연결될 수 있다. 이때 플래시 조각 모음은 복수의 메모리 블록을 하나로 연결하는 슈퍼 블록 형태로 수행되거나, 복수의 페이지를 하나로 연결하는 슈퍼 페이지 형태로 수행될 수 있다.
SSD 컨트롤러(3210)는 신호 커넥터(3231)를 통해 호스트(3100)와 신호(SGL)를 주고 받는다. 여기에서, 신호(SGL)에는 커맨드, 어드레스, 데이터 등이 포함될 수 있다. SSD 컨트롤러(3210)는 호스트(3100)의 커맨드에 따라 해당 메모리 장치에 데이터를 쓰거나 해당 메모리 장치로부터 데이터를 읽어낸다. SSD 컨트롤러(3210)의 내부 구성은 도 19을 참조하여 상세하게 설명된다.
보조 전원 장치(3220)는 전원 커넥터(3221)를 통해 호스트(3100)와 연결된다. 보조 전원 장치(3220)는 호스트(3100)로부터 전원(PWR)을 입력받고, 충전할 수 있다. 한편, 보조 전원 장치(3220)는 SSD(3200) 내에 위치할 수도 있고, SSD(3200) 밖에 위치할 수도 있다. 예를 들면, 보조 전원 장치(3220)는 메인 보드에 위치하며, SSD(3200)에 보조 전원을 제공할 수도 있다.
도 19은 도 18에 도시된 SSD 컨트롤러(3210)의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 19을 참조하면, SSD 컨트롤러(3210)는 NVM 인터페이스(3211), 호스트 인터페이스(3212), ECC(3213), 중앙 처리 장치(CPU, 3214), 그리고 버퍼 메모리(3215)를 포함한다.
NVM 인터페이스(3211)는 버퍼 메모리(3215)로부터 전달된 데이터를 각각의 채널들(CH1~CHn)로 스캐터링(Scattering)한다. 그리고 NVM 인터페이스(3211)는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)로부터 읽은 데이터를 버퍼 메모리(3215)로 전달한다. 여기에서, NVM 인터페이스(3211)는 낸드 플래시 메모리의 인터페이스 방식을 사용할 수 있다. 즉, SSD 컨트롤러(3210)는 낸드 플래시 메모리 인터페이스 방식에 따라 프로그램, 읽기, 또는 소거 동작 등을 수행할 수 있다.
호스트 인터페이스(3212)는 호스트(3100)의 프로토콜에 대응하여 SSD(3200)와의 인터페이싱을 제공한다. 호스트 인터페이스(3212)는 USB(Universal Serial Bus), SCSI(Small Computer System Interface), PCI express, ATA, PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), SAS(Serial Attached SCSI) 등을 이용하여 호스트(3100)와 통신할 수 있다. 또한, 호스트 인터페이스(3212)는 호스트(3100)가 SSD(3200)를 하드 디스크(HDD)로 인식하도록 지원하는 디스크 에뮬레이션(Disk Emulation) 기능을 수행할 수 있다.
중앙 처리 장치(3214)는 호스트(3100, 도 19 참조)로부터 입력된 신호(SGL)를 분석하고 처리한다. 중앙 처리 장치(3214)는 호스트 인터페이스(3212)나 NVM 인터페이스(3211)를 통해 호스트(3100)나 불휘발성 메모리(3201~320n)를 제어한다. 중앙 처리 장치(3214)는 SSD(3200)을 구동하기 위한 펌웨어에 따라서 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)의 동작을 제어한다.
버퍼 메모리(3215)는 호스트(3100)로부터 제공되는 쓰기 데이터 또는 불휘발성 메모리 장치로부터 읽은 데이터를 임시로 저장한다. 또한, 버퍼 메모리(3215)는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)에 저장될 메타 데이터나 캐시 데이터를 저장할 수 있다. 서든 파워 오프 동작 시에, 버퍼 메모리(3215)에 저장된 메타 데이터나 캐시 데이터는 불휘발성 메모리 장치(3201~320n)에 저장된다. 버퍼 메모리(3215)에는 DRAM, SRAM 등이 포함될 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 솔리드 스테이트 드라이브(3000)는 앞에서 설명한 호스트에 적용될 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 호스트를 플래시 메모리 모듈에 구현한 예를 보여주는 블록도이다. 여기에서, 퍼스널 컴퓨터(PC), 노트북 컴퓨터, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 그리고 카메라 등과 같은 호스트는 플래시 메모리 모듈(4100)에 연결되어 사용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 플래시 메모리 모듈(4000)은 메모리 시스템(4100), 전원 장치(4200), 보조 전원 장치(4250), 중앙처리장치(4300), 램(4400), 그리고 사용자 인터페이스(4500)를 포함한다. 도 20에 도시된 플래시 메모리 모듈(4000)은 앞에서 설명한 호스트에 연결되어 사용될 수 있다.
한편, 상술한 설명에서, 호스트(1100, 도 2 참조)는 섹터(sector) 단위로 파일(file)을 관리하고, 플래시 저장 장치(1200, 도 2 참조)는 페이지(page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리한다고 가정된다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 호스트(1100)는 클러스터(cluster) 단위로 파일을 관리할 수 있고, 플래시 저장 장치(1200)는 블록(block) 단위 또는 복수의 페이지들의 집합인 슈퍼 페이지(super page) 단위로 플래시 메모리(1210)에 저장된 데이터를 관리할 수 있다. 호스트(1100) 및 플래시 저장 장치(1200)의 관리 단위는 설계자 또는 데이터 관리 규약 등에 의하여 다양하게 정의될 수 있을 것이다.
또한, 상술한 설명에서, 트림 관리 테이블은 호스트 메모리(1125, 도 2 참조)에 저장될 수 있다고 가정된다. 호스트 메모리(1125)가 휘발성 메모리(예를 들어 DRAM)로 구현된 경우, 트림 관리 테이블에 관한 정보가 서든 파워 오프(sudden power off) 등에 의하여 소실될 수 있다. 이 경우, 트림 관리 테이블에서 관리되는 영역에 관한 정보는 상위 레벨에서 삭제되었기 때문에, 사용자는 트림 관리 테이블에 관한 정보의 소실과 무관하게 '해당 데이터는 삭제되었다'는 정보를 제공받을 수 있다. 한편, 트림 관리 테이블은 불휘발성 메모리(예를 들어, 플래시 메모리)에 저장될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 메모리 시스템 1000: 플래시 메모리 시스템
1100: 호스트 1200: 플래시 저장 장치
2000; 메모리 카드 시스템 3000; SSD 시스템
4000; 플래시 메모리 모듈
TRIM cmd: 트림 명령 Sector ADDR: 섹터 어드레스
Page ADDR: 페이지 어드레스 Sub_Page ADDR: 서브 페이지 어드레스
WSI: 쓰기 상태 정보 SAP: 섹터 어드레스 처리 신호
1100: 호스트 1200: 플래시 저장 장치
2000; 메모리 카드 시스템 3000; SSD 시스템
4000; 플래시 메모리 모듈
TRIM cmd: 트림 명령 Sector ADDR: 섹터 어드레스
Page ADDR: 페이지 어드레스 Sub_Page ADDR: 서브 페이지 어드레스
WSI: 쓰기 상태 정보 SAP: 섹터 어드레스 처리 신호
Claims (20)
- 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하며, 데이터 저장 장치의 제1 데이터 관리 단위와 다른 제2 데이터 관리 단위를 갖는 사용자 장치의 데이터 관리 방법에 있어서:
파일 삭제 요청에 응답하여, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 상기 삭제 요청된 파일이 삭제되었음을 나타내도록 변경하는 단계;
상기 메타 데이터가 변경되는 것에 응답하여, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보가 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하는지를 판단하는 단계; 및
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하는 제1 영역에 관한 제1 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 단계를 포함하고,
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 제2 영역에 관한 제2 정보는 상기 데이터 저장 장치에 전송되지 않고,
상기 제1 정보가 전송되고 그리고 상기 제2 정보가 전송되지 않음으로써, 상기 제1 영역이 삭제되었고 상기 제2 영역이 삭제되지 않았음이 상기 데이터 저장 장치에 전달되는 데이터 관리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 영역과 연관된 제2 파일이 삭제될 때에, 상기 제2 파일의 저장 영역의 적어도 일부 영역과 상기 제2 영역의 합이 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하면, 상기 적어도 일부 영역과 상기 제2 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 단계를 더 포함하는 데이터 관리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 상기 제2 영역에 관한 상기 제2 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 생성하는 단계를 더 포함하는 데이터 관리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공되는 데이터 관리 방법. - 데이터 저장 장치에 파일의 데이터를 저장하는 사용자 장치에 있어서:
상기 데이터 저장 장치의 제1 데이터 관리 단위와 다른 제2 데이터 관리 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 상기 삭제 요청된 파일이 삭제되었음을 나타내도록 변경하는 파일 시스템; 및
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하는 제1 저장 영역에 관한 제1 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하고 그리고 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 제2 저장 영역에 관한 제2 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하지 않고 저장하는 트림 관리 모듈을 포함하고,
상기 트림 관리 모듈은 상기 제1 정보를 전송하고 그리고 상기 제2 정보를 전송하지 않음으로써, 상기 제1 저장 영역이 삭제되었고 그리고 상기 제2 저장 영역이 삭제되지 않았음을 상기 데이터 저장 장치에 알리는 사용자 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제2 저장 영역과 연관된 제2 파일이 삭제될 때에, 상기 제2 파일의 저장 영역의 적어도 일부 저장 영역과 상기 제2 저장 영역의 합이 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하면, 상기 트림 관리 모듈은 상기 적어도 일부 저장 영역과 상기 제2 저장 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 사용자 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 상기 제2 저장 영역에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함하는 사용자 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 트림 관리 테이블을 저장하는 호스트 메모리를 더 포함하며, 상기 호스트 메모리에 저장된 트림 관리 테이블은 밀어내기 방식에 의하여 관리되는 사용자 장치. - 제 5 항에 있어서,
적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함하는 사용자 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 적어도 두 개의 삭제 요청된 파일들의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 제1 데이터 관리 단위에 일치하는 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하는 사용자 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보는 상기 데이터 저장 장치의 맵핑 테이블로부터 제공되는 사용자 장치. - 트림 동작을 지원하는 호스트; 및
상기 호스트로부터의 트림 명령에 응답하여, 소거 동작을 수행하는 데이터 저장 장치를 포함하며,
상기 호스트는 삭제 요청된 파일의 메타 데이터를 상기 삭제 요청된 파일이 삭제되었음을 나타내도록 변경하고, 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 데이터 관리 단위에 일치하는 제1 저장 영역에 관한 제1 정보만을 상기 데이터 저장 장치에 제공하고, 그리고 상기 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 제2 저장 영역에 관한 제2 정보를 상기 데이터 저장 장치에 제공하지 않고,
상기 데이터 저장 장치는 상기 호스트로부터 상기 제1 정보를 수신함에 따라 상기 제1 저장 영역이 삭제되고 그리고 상기 제2 저장 영역이 삭제되지 않음을 나타내도록 매핑 테이블을 갱신하는 메모리 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 호스트는 상기 삭제 요청된 파일의 저장 영역에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 데이터 관리 단위에 일치하지 않는 상기 제2 저장 영역에 관한 정보를 별도로 관리하는 메모리 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 호스트는 섹터 단위로 파일을 관리하고, 상기 데이터 저장 장치는 페이지 단위로 파일의 데이터를 관리하며, 각 페이지는 복수 개의 섹터들로 구분되는 메모리 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 호스트는
섹터 단위로 파일을 관리하며, 삭제 요청된 파일의 메타 데이터에 관한 정보를 변경하는 파일 시스템; 및
상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 데이터 관리 단위인 페이지 단위에 일치하는 섹터들에 관한 정보를 선택하는 트림 관리 모듈을 포함하는 메모리 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 호스트는
상기 삭제 요청된 파일의 섹터들 중 상기 페이지 단위에 일치하지 않는 섹터(이하, 부분 섹터)에 관한 정보를 관리하는 트림 관리 테이블을 더 포함하는 메모리 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 트림 관리 테이블은 상기 부분 섹터에 관한 정보 및 상기 부분 섹터와 동일한 페이지에 속하는 섹터에 관한 정보를 관리하는 메모리 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 호스트는
서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보를 저장하는 호스트 메모리를 더 포함하는 메모리 시스템. - 제 18 항에 있어서,
상기 트림 관리 모듈은 상기 호스트 메모리에 저장된 상기 서로 다른 시간에 삭제 요청된 적어도 두 개의 파일들의 섹터들에 관한 정보 중 상기 데이터 저장 장치의 상기 데이터 관리 단위에 일치하는 섹터 어드레스에 관한 정보를 선택하는 메모리 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제2 저장 영역과 연관된 제2 파일이 삭제될 때에, 상기 제2 파일의 저장 영역의 적어도 일부 영역과 상기 제2 영역의 합이 상기 데이터 관리 단위에 일치하면, 상기 호스트는 상기 적어도 일부 영역과 상기 제2 영역에 관한 정보를 상기 데이터 저장 장치에 전송하는 메모리 시스템.
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