KR20030070119A - 비휘발성 메모리에 부분적 블럭 데이터 프로그래밍 및판독 작동 - Google Patents

비휘발성 메모리에 부분적 블럭 데이터 프로그래밍 및판독 작동 Download PDF

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Abstract

비휘발성 메모리 블럭의 페이지 모두 보다 적은 데이터는 동일한 또는 또 다른 블럭의 사용되지 않은 페이지에 새로운 데이터를 프로그래밍함으로써 갱신된다. 데이터의 변동되지 않은 페이지를 새로운 블럭에 복사하거나, 또는 플래그를 데이터의 대체된 페이지에 프로그래밍해야 하는 것을 방지하기 위해서, 새로운 데이터의 페이지들은 그것들이 대체하였던 데이터의 페이지들처럼 동일한 논리적 어드레스에 의해 식별되며 시간 스탬프는 각 페이지가 기록되었던 각주에 부가된다. 데이터를 판독할 때, 데이터의 가장 최근의 페이지들이 사용되며 데이터의 더 오래된 대체된 페이지들이 무시된다. 이러한 기술은, 모든 페이지 갱신을 유니트들중 한개의 단일의 사용되지 않는 블럭으로 향하게 함으로써, 메모리 어레이의 각각의 몇가지 상이한 유니트로부터 1개 블럭을 포함하는 메타블럭에 또한 적용된다.

Description

비휘발성 메모리에 부분적 블럭 데이터 프로그래밍 및 판독 작동{PARTIAL BLOCK DATA PROGRAMMING AND READING OPERATIONS IN A NON-VOLATILE MEMORY}
플래시 EEPROM 소자의 공통적인 활용은 대량 데이터 저장 서브시스템으로서 전자 소자용이다. 그러한 서브시스템들은 공통적으로 다중 호스트 시스템에 삽입될 수 있는 착탈식 메모리 카드로서 또는 호스트 시스템내에 비착탈식 내장 저장부로서 구현된다. 양측 실시예에서, 서브시스템은 1개 이상의 플래시 소자와 종종 서브시스템 컨트롤러를 포함한다.
플래시 EEPROM 소자는 트랜지스터 셀의 1개 이상의 어레이로 이루어지며, 각 셀은 1개 이상의 데이터 비트의 비휘발성 저장을 할 수 있다. 그러므로, 플래시 메모리는 그 안에 프로그래밍된 데이터를 유지하는데 전력을 필요로하지 않는다. 그러나, 일단 프로그래밍되면, 셀은 새로운 데이터 값으로 재프로그래밍되기전에 삭제되어야 한다. 이러한 셀의 어레이들은 판독, 프로그래밍 및 삭제 기능의 효과적인 구현을 제공하도록 그룹으로 분할된다. 일반적인 대량 저장용 플래시 메모리 아키텍쳐는 셀의 대형 그룹을 소거가능한 블럭으로 배열하며, 블럭은 한번에 삭제가능한 셀의 최소 개수(삭제 단위)를 포함한다.
한가지 상업적 형태에서, 각 블럭은 유저 데이터와 유저 데이터에 관련이 있으며 그리고/또는 그것이 저장되는 블럭에 관련이 있는 일부 오버헤드 데이터를 더한것의 1개 섹터를 저장하기에 충분한 셀을 포함한다. 섹터에 포함된 유저 데이터의 양은 그러한 메모리 시스템의 1개 클래스에서 표준 512바이트이지만 약간 다른 사이즈일 수 있다. 셀들을 개별적으로 삭제가능하게 만드는데 서로 요구되는 셀들의 개별 블럭의 격리(isolation)는 집적 회로 칩에서 공간을 차지하기 때문에, 플래시 메모리의 또 다른 클래스는 그러한 격리를 위해 요구되는 공간이 더 적어서 상당히 더 큰 블럭을 만든다. 그러나, 소형 섹터로 유저 데이터를 처리하는 것이 또한 바람직하므로, 각 대형 블럭은 유저 데이터를 판독 및 프로그래밍하기 위한 기본 단위인 개별적으로 어드레스가능한 페이지로 더 분할된다. 각 페이지는 일반적으로 1개 섹터의 유저 데이터를 저장하지만, 페이지는 부분 섹터 또는 다중 섹터를 저장할 수 있다. "섹터(sector)"는 본문에서 호스트로 그리고 호스트로부터 전달되는 유저 데이터의 양을 1개 단위로서 언급하는 것으로 사용된다.
대형 블럭 시스템에서 서브시스템 컨트롤러는 호스트로부터 메모리 서브시스템에 의해 수신된 논리적 어드레스(LBA)들간의 트랜스레이션(translation)을 포함하는 다수의 기능을 수행한다. 이러한 트랜스레이션은 종종 논리적 블럭 개수(LBN)와 논리 페이지에 대한 중간 항의 사용을 수반한다. 컨트롤러는 그것이 인터페이스 버스를 경유하여 플래시 메모리 소자에 넘겨주는 일련의 커맨드(command)를 통하여하위 레벨 플래시 회로 작동을 또한 처리한다. 컨트롤러가 수행하는 다른 기능은 다양한 수단을 통하여, 이를 테면 에러 보정 코드(ECC)를 사용하여 서브시스템에 저장된 데이터의 무결성을 유지하는 것이다.
이상적인 경우에, 블럭의 모든 페이지에 있는 데이터는 일반적으로 할당되지 않은 삭제된 블럭내의 페이지로 갱신된 데이터를 기록함으로써 함께 갱신되며, 논리적-물리적 블럭 개수 테이블은 새로운 어드레스로 갱신된다. 최초 블럭은 그후에 이용가능하게 되어 삭제된다. 그러나, 일정한 블럭내의 페이지 모두 보다도 적은 다수의 페이지에 저장된 데이터가 갱신되는 경우가 더 일반적이다. 일정한 블럭의 나머지 페이지에 저장된 데이터는 변동되지 않은채 남아있다. 이러한 발생의 가능성은 블럭당 저장된 데이터 섹터의 개수가 더 높은 시스템에서 더 높다. 그러한 부분적 블럭 갱신을 달성하는데 사용되는 한가지 기술은 사용되지 않은 삭제된 블럭의 해당 페이지 번호로 갱신되도록 페이지의 데이터를 기록하고 그후 최초 블럭으로부터 새로운 블럭의 페이지로 변동되지 않은 페이지를 복사하는 것이다. 최초 블럭은 그후에 삭제되고 데이터가 나중에 프로그래밍될 수 있는 사용되지 않은 블럭의 목록에 추가된다. 또 다른 기술은 갱신된 페이지들을 새로운 블럭에 유사하게 기록하지만 페이지들이 안쓰이는 데이터를 포함함을 지시하도록 갱신되는 최초 블럭에서 페이지들의 플래그들을 변동시킴으로써 데이터들의 다른 페이지들을 새로운 블럭으로 복사하여야 할 필요성을 제거한다. 그후에는 데이터가 판독될 때, 새로운 블럭의 페이지로부터 판독된 갱신된 데이터가 안쓰이는 것으로서 플래그되지 않은 최초 블럭의 페이지들로부터 판독된 변동되지 않은 데이터와 결합된다.
발명의 개요
본 발명의 한가지 주요 양태에 따라, 간략하게 그리고 일반적으로, 블럭내의 페이지 모두 보다도 소수의 데이터가 갱신될 때, 최초 블럭에서 새로운 블럭으로 변동되지 않은 데이터의 복사 및 최초 블럭내에서 플래그들을 갱신할 필요성이 회피된다. 이는 공동의 논리적 어드레스를 갖는 데이터의 갱신된 페이지와 대체된 데이터 페이지 모두를 유지시킴으로써 달성된다. 데이터의 최초 및 갱신된 페이지들은 그후 그것들이 프로그래밍되었던 상대적인 순서에 의해 구별된다. 판독중에는, 동일한 논리적 어드레스를 가지며 페이지에 저장된 가장 최근의 데이터는 데이터의 변동되지 않은 페이지와 결합되며 갱신된 페이지의 최초 버전에 있는 데이터는 무시된다. 갱신된 데이터는 최초 데이터보다는 상이한 블럭내의 페이지에, 또는 동일한 블럭내의 이용가능한 사용되지 않은 페이지에 기록될 수 있다. 한가지 특정한 구현예에 있어서, 시간 스탬프의 형태는 동일한 논리적 어드레스를 갖는 페이지들이 기록되었던 상대적 순서를 결정하는 것을 참작하는 데이터의 각 페이지에 저장된다. 다른 특정한 구현예에 있어서, 페이지들이 블럭내에서 특정한 순서로 프로그래밍되는 시스템에서, 시간 스탬프의 형태는 데이터의 각 페이지에 저장되며, 블럭내에서 페이지의 가장 최근의 복사가 블럭내의 그 물리적 위치에 의해 설정된다.
이러한 기술들은 최초 블럭에서 새로운 블럭으로 변동되지 않은 데이터를 복사해야하는 필연성과, 데이터가 갱신되었었던 최초 블럭의 페이지에 있는 플래그 또는 다른 데이터를 변동시킬 필요성을 회피시킨다. 대체된 페이지에 있는 플래그 또는 다른 데이터를 변동시키지 않음으로써, 그러한 기록 작동으로부터 발생할 수있는 동일한 블럭의 인접한 페이지에 이미 기록된 데이터를 교란시키는 잠재성이 제거된다. 또한 부가적인 프로그램 작동의 업무 불이익이 회피된다.
부가적인 작동 특징은, 상기 요약된 기술들과 관련하여 사용되어, 개별 메모리 셀 블럭들내에 데이터의 개별 페이지의 논리적 오프셋의 트랙을 유지시킴으로써, 갱신된 데이터는 대체된 데이터처럼 동일한 물리적 페이지로 저장될 필요가 없다. 이는 새로운 블럭들의 페이지들의 더 효율적인 사용을 허용하며, 심지어 갱신된 데이터가 대체된 데이터처럼 동일한 블럭의 삭제된 페이지에 저장되도록 허용한다.
본 발명의 또 다른 주요 양태는 단일 작동의 부분으로서 함께 프로그래밍 및 판독하기 위하여 메모리 어레이의 개별적인 유니트(또한 "서브-어레이(sub-array)"라 함)에 위치된 2개 이상의 블럭을 함께 그룹지운다. 그러한 다중 블럭 그룹은 본문에서 "메타블럭(metablock)"으로서 언급된다. 그 구성요소 블럭들은 단일 메모리 집적 회로 칩에 위치되거나, 또는, 1개 이상의 그러한 칩을 사용하는 시스템에서, 2개 이상의 상이한 칩에 위치될 수 있다. 이러한 블럭들중 한개 블럭의 일부 페이지에 있는 데이터가 갱신될 때, 동일한 유니트에 있는 다른 블럭의 사용이 요구된다. 실제로, 상기된 기술들, 또는 다른 기술들은 메타블럭의 각 블럭과 개별적으로 사용될 수 있다. 따라서, 메타블럭의 1개 이상의 블럭의 페이지내에 있는 데이터가 갱신될 때, 1개 이상의 부가 블럭내에 있는 페이지들이 사용될 것이 요구된다. 만일 메타블럭을 형성하는 4개의 상이한 메모리 유니트의 4개 블럭이 있다면, 예를 들면, 부가적인 4개 블럭에 이르기까지, 각각의 유니트에 있는 블럭이 최초 블럭의갱신된 데이터를 저장하는데 사용될 약간의 가능성이 있다. 1개의 갱신 블럭은 잠재적으로는 각 유니트에서 최초 메타블럭의 각 블럭에 대해 요구된다. 게다가, 본 발명에 따라, 메타블럭에서 1개 이상의 블럭들의 페이지로부터 갱신된 데이터는 유니트들중 단지 1개 유니트에 있는 공동의 블럭의 페이지에 저장될 수 있다. 이는 갱신된 데이터를 저장하는데 요구되는 사용되지 않은 삭제된 블럭의 개수를 상당히 감소시키므로, 데이터를 저장하는데 이용가능한 메모리 셀 블럭의 더 효율적인 사용을 가능하게 한다. 이러한 기술은 메모리 시스템이 주기적으로 메타블럭으로부터 단일 페이지를 갱신할 때 특히 유용하다.
본 발명의 부가적인 양태, 특징 및 이점들은 예시적인 실시예들의 하기 설명에 포함되며, 이 설명은 첨부도면들과 관련하여 해석되어야 한다.
본 발명은 반도체 비-휘발성 데이터 저장 시스템 아키텍쳐 및 그 작동 방법의 분야에 관한 것이며, 플래시 EEPROMs(electrically erasable and programmable read-only memories)에 기반한 데이터 저장 시스템에 활용을 갖는다.
도 1은 메모리 제어 로직, 데이터 및 어드레스 레지스터를 갖춘 통상적인 종래의 플래시 EEPROM 메모리 어레이의 블럭도이다;
도 2는 시스템 컨트롤러를 갖춘 도 1의 메모리를 이용하는 아키텍쳐를 도시한다;
도 3은 도 2의 메모리 시스템의 일반적인 복사 작동을 나타내는 타이밍도이다;
도 4는 다중-페이지 블럭의 일부 페이지에 있는 데이터를 갱신하는 기존 프로세스를 나타낸다;
도 5A와 5B는 도 4의 각각의 최소 및 신규 블럭에 대한 해당 논리적 및 물리적 블럭 어드레스의 테이블이다;
도 6은 다중 페이지 블럭의 일부 페이지에 있는 데이터를 갱신하는 또 다른 기존 프로세스를 도시한다;
도 7A 및 7B는 도 6의 최초 및 새로운 블럭 각각에 대한 해당 논리적 및 물리적 블럭 어드레스의 테이블이다;
도 8은 다중 페이지 블럭의 일부 페이지에 있는 데이터를 갱신하는 개선된 프로세스의 예를 도시한다;
도 9는 도 8의 새로운 블럭에 대한 해당 논리적 및 물리적 페이지 번호의 테이블이다;
도 10은 도 8에 예시된 페이지에 있는 데이터의 레이아웃의 예를 제공한다;
도 11은 도 8의 더 개선된 예를 도시한다;
도 12는 도 11의 새로운 블럭에 대한 해당 논리적 및 물리적 페이지 번호의 테이블이다;
도 13은 도 11의 블럭들에 있는 갱신된 데이터를 판독하는 한가지 방식을 도시한다;
도 14는 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼 구성된 메모리 시스템으로 데이터를 프로그래밍하는 프로세스의 순서도이다;
도 15는 메타블럭으로 함께 링크되는 개별 유니트에 의거하여 블럭들을 갖춘 기존의 다중-유니트 메모리를 도시한다; 그리고
도 16은, 갱신된 데이터의 총계가 메타블럭의 데이터 저장 용량보다 훨씬 적을 때 도 12의 다중-유니트 메모리에 있는 메타블럭의 데이터를 갱신하는 개선된 방법을 도시한다.
도 1은 통상적인 플래시 메모리 소자 내부 아키텍쳐를 나타낸다. 주요 특징은 입력/출력(I/O) 버스(411)와 외부 컨트롤러로 인터페이스하는 제어 신호(412), 커맨드, 어드레스 및 상태 신호에 대한 레지스터들을 갖는 내부 메모리 작동을 제어하는 메모리 제어 회로(450)를 포함한다. 플래시 EEPROM 셀의 1개 이상의 어레이(400)가 포함되며, 각 어레이는 그 자신의 열 디코더(XDEC)(401)와 행 디코더(YDEC)(402), 감지 증폭기와 프로그램 제어 회로(SA/PROG)(454)의 그룹 및 데이터 레지스터(404)를 구비한다. 현재, 메모리 셀들은 1개 이상의 전도성 플로팅 게이트를 저장 엘리먼트로서 일반적으로 포함하지만 다른 장기적인 전자 전하 저장 엘리먼트가 대신 사용될 수 있다. 메모리 셀 어레이는 각 저장 엘리먼트에 대해 규정된 전하의 2개 레벨로 작동되어 각 엘리먼트에 1개 비트의 데이터를 저장한다. 이와 달리, 2개 이상의 저장 상태가 각 저장 엘리먼트에 규정되면, 그 경우에는, 1개 비트 이상의 데이터가 각 엘리먼트에 저장된다.
바람직하다면, 관련 X 디코더, Y 디코더, 프로그램/검증 회로, 데이터 레지스터 등을 함께 갖춘 다수의 어레이(400)는, 예를 들면, 1999년 3월 30일 발행되었으며 본 출원의 양수인, 샌디스크 코포레이션에 양도된 미국 특허 제5,890,192호에 의해 교시된 것처럼 제공되며, 이는 참조로 포함된다. 관련된 메모리 시스템 특징들은 케빈 콘레이 등에 의해 2000년 2월 17일 제출되어 계류중인 특허출원제09/505,555호에 기술되어 있으며, 본 출원은 본문에 참조로 포함된다.
외부 인터페이스 I/O 버스(411)와 제어 신호(412)들은 하기 사항을 포함한다:
CS-칩 선택플래시 메모리 인터페이스를 활성화시키는데 사용됨.
RS-판독 스트로브I/O 버스가 데이터를 메모리 어레이로부터 전달하는데 사용됨을 지시하는데 사용됨.
WS-기록 스트로브I/O 버스가 데이터를 메모리 어레이로 전달하는데 사용됨을 지시하는데 사용됨.
AS-어드레스 스트로브I/O 버스가 어드레스 정보를 전달하는데 사용됨을 지시함.
AD[7:0]-어드레스/데이터 버스본 I/O 버스는 데이터를 컨트롤러와 메모리 제어부(450)의 플래시 메모리 커맨드, 어드레스 및 데이터 레지스터간에 전달하는데 사용된다.
이러한 인터페이스는 다른 신호 구성이 동일한 기능성을 제공하는데 사용될 수 있는 예로서 단지 제시되어 있다. 도 1은 관련된 구성요소를 갖춘 하나의 플래시 메모리 어레이(400)를 나타내지만, 다수의 그러한 어레이들은, 병렬 판독 및 프로그래밍 작동을 허용하기 위해서 개별적인 XDEC, YDEC, SA/PROG 및 DATA REG 회로를 구비하는 것을 제외하고, 공동의 인터페이스와 메모리 제어 회로를 공유하는 단일 플래시 메모리 칩에 존재할 수 있다.
데이터는 메모리 어레이로부터 데이터 레지스터(404)를 통하여 외부 컨트롤러로 I/O 버스 AD[7:0](411)에 커플링된 데이터 레지스터를 거쳐 전달된다. 데이터 레지스터(404)는 또한 감지 증폭기/프로그래밍 회로(454)에 커플링된다. 각 감지 증폭기/프로그래밍 회로 엘리먼트에 커플링된 데이터 레지스터의 엘리먼트의 개수는 메모리 셀의 각 저장 엘리먼트에 저장되는 비트수에 좌우하며, 플래시 EEPROM 셀은 각각 1개 이상의 플로팅 게이트를 저장 엘리먼트로서 포함한다. 각 저장 엘리먼트는, 메모리 셀이 다중-상태 모드로 작동된다면, 다수의 비트, 이를 테면 2 또는 4개 비트를 저장한다. 이와 달리, 메모리 셀은 저장 엘리먼트 당 1개 비트의 데이터를 저장하도록 이진 모드로 작동될 수 있다.
열 디코더(401)는 액세스되어야 하는 물리적 페이지를 선택하기 위해서 어레이(400)에 대한 열 어드레스를 디코드한다. 열 디코더(401)는 열 어드레스를 내부 열 어드레스 라인(419)를 거쳐 메모리 제어부(450)로부터 수신한다. 행 디코더(402)는 행 어드레스를 내부 행 어드레스 라인(429)을 거쳐 메모리 제어부(450)로부터 수신한다.
도 2는 일반적인 비휘발성 데이터 저장 시스템의 아키텍쳐를 나타내며, 이 경우에, 플래시 메모리 셀을 저장 매체로서 사용하고 있다. 한가지 형태에서, 이러한 시스템은 호스트의 콘센트로 삽입될 때 호스트 인터페이스를 제공하기 위해 일측을 따라서 연장하는 전기적 커넥터를 구비하는 탈착형 카드내에 밀봉된다. 이와 달리, 도 2의 시스템은 영구적으로 설치 내장된 회로 또는 다른 것의 형태로 호스트 시스템에 내장될 수 있다. 상기 시스템은 높은 레벨 호스트 및 메모리 제어 기능을 수행하는 단일 컨트롤러(301)를 이용한다. 플래시 메모리 매체는 1개 이상의 플래시 메모리 소자로 이루어지며, 각각의 그러한 소자는 종종 그 자체의 집적 회로 칩에 형성된다. 시스템 컨트롤러와 플래시 메모리는 상기 컨트롤러가 커맨드, 어드레스를 로드하고 데이터를 플래시 메모리 어레이로 그리고 어레이로부터 전달하도록 허용하는 버스(302)에 의해 연결된다. 상기 컨트롤러(301)는 유저 데이터가 플래시 메모리 어레이로 그리고 어레이로부터 전달되는 호스트 시스템(도시되지 않음)와 인터페이스한다. 도 2의 시스템이 카드에 포함되는 경우에 있어, 호스트 인터페이스는 카드와 호스트 장치상에 일치하는 플러그 및 소켓 어셈블리(도시되지 않음)를 포함한다.
상기 컨트롤러(301)는 특정한 논리적 어드레스에서 시작하는 유저 데이터의 1개 이상의 섹터를 판독 또는 기록하기 위해 호스트로부터 커맨드를 수신한다. 이 어드레스는 메모리 셀의 물리적 블럭의 바운드리(boundary)와 정렬하거나 하지 않을 수 있다.
다중 페이지로 분할되는 대용량 메모리 셀 블럭을 갖는 일부 종래의 시스템에서는, 상기된 바와 같이, 갱신되지 않은 블럭으로부터의 데이터는 최초 블럭으로부터 호스트에 의해 기록되는 새로운 갱신된 데이터를 포함하는 새로운 블럭으로 복사될 필요성이 있다. 이러한 기술은 도 4에 도시되어 있으며, 여기에서는 다수 블럭으로된 2개 메모리가 포함되어 있다. 1개 블럭(11)(PBN0)은 각각의 페이지에 유저 데이터의 1개 섹터를 저장하기 위해 8개 페이지로 분할되는 것으로 도시되어 있다. 각 페이지에 포함된 오버헤드 데이터 필드는 상기 블럭(11)의 LBN을 포함하는 필드(13)를 포함한다. 논리적 블럭내에서 논리적 페이지의 순서는 물리적 블럭내의 해당 물리적 페이지에 관련하여 고정되어 있다. 제2의 유사하게 구성된 블럭(15)(PBN1)은 사용되지 않은, 삭제된 블럭들의 목록에서 선택된다. 최초 블럭(11)의 페이지 3-5의 데이터는 새로운 데이터(17)의 3개 페이지에 의해 갱신된다. 새로운 데이터는 새로운 블럭(15)의 해당 페이지 3-5로 기록되며, 상기 블럭(11)의 페이지 0-2, 6 및 7의 유저 데이터는 새로운 블럭(15)의 해당 페이지로 복사된다. 새로운 블럭(15)의 모든 페이지는 단일 시퀀스의 프로그래밍 작동으로 바람직하게 프로그래밍된다. 상기 블럭(15)이 프로그래밍된 후, 최초 블럭(11)은 삭제되고 차후 사용을 위하여 목록에 위치된다. 블럭(11과 15)간의 데이터 복사는, 최초 블럭에서 1개 이상의 페이지로부터 데이터를 판독하고 이어서 동일한 데이터를 새롭게 할당된 블럭의 페이지로 프로그래밍하는 단계를 수반하여, 저장 시스템의 기록 업무와 이용할수 있는 수명을 매우 감소시킨다.
도 5A 및 5B와 관련하여, 부분 테이블은 도 4와 관련하여 기술된 데이터의 갱신 이전(도 5A)과 이후(도 5B)에 최초 및 새로운 물리적 블럭(11과 15)으로 논리적 블럭의 맵핑을 나타낸다. 데이터 갱신 이전에, 최초 블럭(11)은, 본 예에서, LBN0의 페이지 0-7를 PBN0의 해당 페이지 0-7로 저장한다. 데이터 갱신 이후에, 새로운 블럭(15)은 LBN0의 페이지 0-7을 PBN1의 해당 페이지 0-7에 저장한다. LBN0으로부터 데이터를 판독하는 요청의 수신은 그후에는 물리적 블럭(11) 대신에 물리적 블럭(15)으로 향한다. 통상적인 컨트롤러 작동에서, 도 5A와 5B에 예시된 형태의 테이블은 데이터 필드(13)를 판독할 때 어드레스되는 PBN의 정보와 물리적 페이지로부터 판독된 LBN 필드(13)로 이루어진다. 상기 테이블은, 비록 전체 시스템에 대하여 완전한 테이블의 일부분만이 통상적으로 한번에 저장되더라도, 액세스의 용이를 위해 컨트롤러의 휘발성 메모리에 일반적으로 저장된다. 상기 테이블의 일부분은 일반적으로 상기 테이블 부분에 포함된 블럭들을 수반하는 판독 또는 프로그래밍 작동에 앞서서 즉시 형성된다.
다른 종래 기술의 시스템에서, 플래그들은 페이지에 유저 데이터와 함께 레코딩되며 새롭게 기록된 데이터에 의해 대체되는 최초 블럭에 있는 데이터의 페이지들이 무효임을 지시하는데 사용된다. 새로운 데이터만이 새롭게 할당된 블럭에 기록된다. 따라서 기록 작동에 수반되지는 않지만 대체된 데이터로서 동일한 물리적 블럭에 포함된 블럭의 페이지에 있는 데이터는 새로운 블럭으로 복사될 필요가 없다. 이러한 작동은 도 6에 도시되어 있으며, 최초 블럭(21)(PBN0)내의 데이터의 페이지 3-5가 다시 갱신된다. 갱신된 데이터(23)의 페이지 3-5는 새로운 블럭(25)의 해당 페이지 3-5로 기록된다. 동일한 작동의 부분으로서, 예전/새로운 플래그(27)는 그러한 페이지들의 데이터가 예전것이라고 지시하도록 각각의 페이지 3-5에 기록되며, 나머지 페이지 0-2, 6 및 7에 대한 플래그(27)는 "새로운"으로 설정되어 남아있다. 유사하게, 새로운 PBN1은 갱신된 데이터가 위치된 곳을 지시하도록 블럭(21)에 있는 각 페이지 3-5의 다른 오버헤드 데이터 필드로 기록된다. LBN과 페이지는 각 물리적 페이지내의 필드에 저장된다.
도 7A와 7B는 데이터 갱신이 완료되기 이전(도 7A)과 이후(도 7B)에 데이터 LBN/페이지와 PBN/페이지간의 대응 테이블이다. LBN의 변동되지 않은 페이지 0-2,6과 7은 PBN0으로 맵핑되며 갱신된 페이지 3-5는 PBN1에 잔류하는 것으로 예시되어 있다. 도 7B의 테이블은 메모리 컨트롤러에 의해여 데이터 갱신 이후에 블럭 PBN0내에 있는 페이지들의 오버헤드 데이터 필드(27, 29 및 31)를 판독함으로써 이루어진다. 상기 플래그(27)가 최초 블럭 PBN0의 각 페이지 3-5에 "예전것(old)"로 설정되므로, 그 블럭은 더 이상 그 페이지에 대한 테이블에 나타나지 않는다. 오히려, 새로운 블럭 번호 PBN1이 대신 나타나며, 갱신된 페이지의 오버헤드 필드(29')로부터 판독된다. 데이터가 LBN0으로부터 판독될 때, 도 7B의 우측 컬럼에 목록으로 나열된 페이지에 저장된 유저 데이터가 판독되고 그후에 호스트로 전달을 위해 예시된 순서로 어셈블링된다.
다양한 플래그들은 통상적으로 다른 관련된 오버헤드 데이터, 이를 테면 LBN과 ECC로서 동일한 물리적 페이지에 위치된다. 따라서, 예전/새로운 플래그(27) 등을 프로그래밍하기 위해서, 페이지에서, 데이터가 대체되었었던 곳은 페이지가 다중 프로그래밍 사이클을 지원하는 것을 필요로 한다. 즉, 메모리 어레이는 그 페이지들이 삭제 부분들간에 적어도 2개 단계로 프로그래밍될 수 있는 능력을 구비해야 한다. 게다가, 블럭은, 더 높은 오프셋 또는 어드레스를 갖는 블럭의 다른 페이지들이 이미 프로그래밍되었을 때, 페이지를 프로그래밍하는 능력을 지원해야 한다. 그러나, 일부 플래시 메모리의 제한은 블럭에 있는 페이지들이 단지 물리적인 순차적 방식으로 프로그래밍될 수 있음을 명시함으로써 그러한 플래그들의 사용을 방해한다. 게다가, 상기 페이지들은 유한 개수의 프로그램 사이클을 지원하며 일부 경우에 프로그래밍된 페이지의 부가적인 프로그래밍은 허용되지 않는다.
필요한 것은 기존 블럭에 저장된 데이터를 부분적으로 대체하는 데이터가 기존 블럭으로부터 변동되지 않은 데이터를 복사하거나 또는 플래그들을 이미 프로그래밍되었던 페이지들로 프로그래밍하는것 없이 기록될 수 있는 메카니즘이다.
본 발명의 예시적인 실시예의 설명
수많은 상이한 유형의 플래시 EEPROM이 있으며, 그 각각은 소량의 집적 회로 영역에 형성된 고성능 메모리 시스템을 작동시키도록 주위에서 작용되어야 하는 그 자신의 제한을 제시한다. 일부는 이미 프로그래밍되었었던 페이지로 임의의 데이터를 기록하는 것을 고려하지 않으므로, 대체된 데이터를 포함하는 페이에 있는 플래그를 갱신하는 것은 상기된 바와 같이, 가능하지 않다. 다른 것들은 그러한 플래그들이 기록되는 것을 허용하지만 그럴시 데이터가 대체되는 페이지에서는 현재 남아있는 동일한 블럭의 다른 페이지에 있는 데이터를 교란시킬 수 있다.
이것이 문제점이라고 발견되었었던 예시적인 메모리 시스템은 NAND형으로, 메모리 셀의 행이 비트 라인과 공동 전위 사이에 직렬 회로 스트링으로서 형성된다. 각 워드 라인은 각각의 그러한 스트링에서 한개 셀로 형성되 메모리 셀의 열에 교차하여 연장한다. 그러한 메모리 상태에 특히 영향을 받는 그러한 메모리는 각각의 그러한 셀에 1개 이상의 비트 데이터를 저장하기 위해 다중-상태 모드로 작동될 때 교란한다. 그러한 작동은 메모리 셀 트랜지스터 임계 전압 범위의 이용가능한 윈도우를 협소한 비-오버랩핑 전압 레벨 범위로 분할하며, 각각의 범위는 레벨의 개수만큼 더 협소해지고, 따라서 각 셀에 저장되는 비트수는 증가하게 된다. 예를 들면, 4개의 임계 범위가 사용된다면, 2 비트의 데이터가 각 셀의 저장 엘리먼트에저장된다. 그리고, 각각의 4개 임계 전압 범위가 물론 소형이므로, 동일한 블럭에 다른 셀들을 프로그래밍함으로써 교란받는 셀 상태의 기회가 다중-상태 작동으로 증가된다. 이러한 경우에는, 도 6, 7A 및 7B와 관련하여 기술된 것처럼, 예전/새로운 또는 다른 플래그의 기록이 허용되지 않는다.
도 4-7B와 관련하여 상기된 각각의 기존 메모리 처리 기술의 공통적인 특징은 논리적 블럭 번호(LBN)와 페이지 오프셋이 시스템내에서 기껏해야 2개의 물리적 블럭 번호(PBN)들로 맵핑된다는 것이다. 하나의 블럭은 최초 블럭이며 다른 블럭은 갱신된 페이지 데이터를 포함한다. 데이터는 그 논리적 어드레스(LBN)의 하위 순서 비트에 해당하는 블럭의 페이지 위치에 기록된다. 이러한 맵핑은 다양한 유형의 메모리 시스템에서 일반적이다. 하기되는 기술에서는, 갱신된 데이터를 포함하는 페이지들은 데이터가 대체되었었던 페이지로서 동일한 LBN과 페이지 오프셋에 또한 할당된다. 그러나, 최초 데이터를 포함하는 페이지를 대체된 것으로서 태그하기 보다는, 메모리 컨트롤러는, (1)동일한 논리적 어드레스를 갖는 페이지들이 기록되었던 순서의 트랙을 유지시킴으로써, 이를 테면 카운터를 사용함으로써, 그리고/또는 (2)물리적 페이지 어드레스에 의하여, 새로운, 갱신된 버전을 포함하는 페이지들과 대체된 데이터를 포함하는 페이지들을 구별하여, 페이지들이 블럭내에서 최하위 페이지 어드레스로부터 최상위 페이지 어드레스로 순서대로 기록될 때, 더 높은 물리적 어드레스는 데이터의 가장 최근의 복사를 포함한다. 판독을 위해 데이터가 액세스될 때에는, 따라서, 동일한 논리적 어드레스를 갖는 대체된 데이터를 포함하는 페이지들이 있는 경우에, 가장 최근 페이지에 있는 데이터가 사용되며, 대체된 데이터가 무시된다.
이러한 기술의 첫번째 특정한 구현예는 도 8및 도 9와 관련하여 기술되어 있다. 상기 상황은, 각 블럭이 16개 페이지를 포함하는 것으로 예시되어 있더라도, 도 4-7B와 관련하여 기술된 종래의 기술, 즉 블럭(35)내에 데이터의 부분적 재기록에서 처럼 이러한 예에서도 동일하다. 블럭(35)(PBN 35)의 각각의 페이지 3-5에 대한 새로운 데이터(37)는, 이미 기술된 예와 유사하게, 이미 삭제되었었던 새로운 블럭(39)(PBN1)의 3개 페이지에 기록된다. 갱신된 데이터를 포함하는 PBN1의 페이지들로 기록된 LBN 및 페이지 오프셋 오버헤드 데이터 필드(41)는 초기 블럭(PBN0)에 있는 대체된 데이터의 페이지들에서 처럼 동일하다. 도 9의 테이블은, 필드(41,41')내의 데이터로부터 형성되어, 이것을 나타낸다. 논리적 LBN과 페이지 오프셋은, 제 1 행에서는, 제1 물리적 블럭(PBN0) 양측으로 맵핑되며, 제 2 행에서는, 갱신되었던 페이지들에 대해, 제 3 행의 제 2 물리적 블럭(PBN1)으로 맵핑된다. 새로운 블럭(PBN1)내에서 갱신된 데이터의 각각의 3개 페이지로 기록된 LBN과 논리적 페이지 오프셋(41')은 최초 블럭(PBN0)의 각각의 해당 논리적 페이지로 기록된 오프셋(41)처럼 동일하다.
동일한 LBN과 페이지 오프셋을 갖는 2개 페이지중 어느것이 갱신된 데이터를 포함하는지를 결정하기 위해서, 각 페이지는 동일한 논리적 어드레스를 지닌 다른 페이지들이 프로그래밍되는 시간에 적어도 비례하여 프로그래밍 시간의 지시를 제공하는 또 다른 오버헤드 필드(43)를 포함한다. 이는 컨트롤러가, 메모리로부터 데이터를 판독할 때, 동일한 논리적 어드레스로 할당된 데이터의 페이지들의 상대적인 연령을 결정하는 것을 허용한다.
시간 스탬프의 형태를 포함하는 필드(43)가 기록되는 몇가지 방식이 있다. 가장 간단한 방법은, 그 관련 페이지의 데이터가 프로그래밍될 때, 그 필드에 시스템의 실시간 클럭의 출력을 레코딩하는 것이다. 동일한 논리적 어드레스를 지닌 차후 프로그래밍된 페이지들은 그후에 필드(43)에 레코딩된 차후 시간을 갖는다. 그러나 그러한 실시간 클럭이 시스템에서 이용가능하지 않을 때, 다른 기술들이 사용될 수 있다. 한가지 특정한 기술은 모듈로-N 카운터의 출력을 필드(43)의 값으로서 저장하는 것이다. 카운터의 범위는 동일한 논리적 페이지 번호로 저장되는 것으로 예상되는 페이지의 개수보다도 1개 더 많아야 한다. 최초 블럭(PBN0)에 있는 특정 페이지의 데이터를 갱신할 때, 예를 들면, 컨트롤러는 우선 데이터가 갱신되는 페이지의 필드(43)에 저장된 카운트를 판독하며, 카운트를 소정의 양만큼, 이를 테면 1씩 증분하며, 그후 새로운 블럭(PBN1)의 증분된 카운트를 필드(43')로서 기록한다. 상기 카운터는, N+1의 카운트에 도달시, 0으로 롤 오버(roll over)한다. 동일한 LBN을 지닌 블럭의 개수는 N보다 적으므로, 저장된 카운트의 값에서 불연속점이 항상 있다.불연속점으로 표준화하여 롤오버를 처리하는 것이 용이하다.
상기 컨트롤러는, 데이터를 판독하도록 호출시, 동일한 LBN 및 페이지 오프셋을 구비하는 페이지 필드(43,43')의 카운트를 비교함으로써 새로운 및 대체된 페이지의 데이터 사이를 용이하게 구별한다. 데이터 화일의 가장 최근의 버전을 판독해야하는 필요에 응답하여, 동일한 새로운 페이지로부터의 데이터는 그후에 갱신되지 않았었던 최초 페이지와 함께 데이터 화일의 가장 최근의 버전으로 어셈블리된다.
도 8의 예에서는, 새로운 데이터 페이지(37)들은, 최초 블럭(PBN0)에서 교체하는 동일한 페이지 3-5에서 보다는 새로운 블럭(PBN1)의 첫번째 3개 페이지 0-2에 저장됨에 유의한다. 개별적인 논리적 페이지 번호의 트랙을 유지함으로써, 갱신된 데이터는 상기 갱신된 데이터가 포함되는 예전 블럭의 페이지 오프셋처럼 새로운 블럭의 동일한 페이지 오프셋에 저장될 필요가 없다. 갱신된 데이터의 페이지(들)는 또한 대체되는 데이터의 페이지처럼 동일한 블럭의 삭제된 페이지에 기록될 수 있다.
결국, 새로운 데이터가 기록될 수 있는 물리적 페이지를 제한하는 상기된 기술에 의해 제시되는 어떠한 제약도 없다. 그러나, 이러한 기술들이 구현된 메모리 시스템이 약간의 제약을 제시할 수 있다. 예를 들면, 하나의 NAND 시스템은 블럭내의 페이지들이 순차적인 순서로 프로그래밍되는 것을 요구한다. 그것은, 새로운 블럭(25)에서 수행된 것처럼(도 6참조), 중간 페이지 3-5의 프로그래밍이 페이지 0-2를 낭비하여, 나중에 프로그래밍될 수 없음을 의미한다. 그러한 제한적인 시스템에서 새로운 블럭(39)의 첫번째 이용가능한 페이지에 새로운 데이터(37)를 저장함으로써(도 8), 나머지 페이지 3-7이 다른 데이터를 저장하도록 나중 사용을 위해 이용가능하다. 실제로, 블럭(39)이, 새로운 데이터(37)의 3개 페이지가 저장는 그 때에 페이지 0-4에 저장되는 다른 데이터를 갖는다면, 새로운 데이터는 나머지 사용되지 않은 페이지 5-7에 저장된다. 이는 그러한 시스템에 이용가능한 저장 용량을 최대로 이용한다.
도 8의 블럭들의 개별 페이지에 저장된 데이터의 구조예가 도 10에 예시되어 있다. 유저 데이터로부터 계산된 에러 보정 코드(ECC)(47)가 또한 페이지에 저장된다. 오버헤드 데이터(49)는, LBN 및 페이지 태그(41)(논리적 페이지 오프셋), 시간 스탬프(43) 및 오버헤드 데이터로부터 계산된 ECC(51)를 포함하여, 또한 페이지에 저장된다. 유저 데이터 ECC(47)로부터 독립된 오버헤드 데이터를 커버하는 ECC(50)를 구비함으로써, 상기 오버헤드(49)는 유저 데이터로부터 독립적으로 판독되며 페이지에 저장된 모든 데이터를 전달할 필요없이 타당한 것으로서 평가될 것이다. 그러나, 이와 달리, 오버헤드 데이터(49)의 개별적인 판독이 빈번한 경우가 아닌 경우에는, 페이지에 있는 모든 데이터는 페이지에서 ECC 비트의 총 개수를 감소시키기 위해서 단일 ECC에 의해 커버될 수 있다.
독창적인 기술의 제 2 특정한 구현예는 또한 도 8과 관련하여 기술될 수 있다. 이러한 예에서, 시간 스탬프는 블럭들에 저장된 데이터의 상대적인 연령을 결정하는데만 사용되며, 동일한 LBN과 페이지 번호를 전달하는 페이지들중에서 가장 최근의 페이지는 그들간의 상대적인 물리적 위치에 의해 결정된다. 상기 시간 스탬프(43)는 그후에 각 페이지의 부분으로서 저장될 필요는 없다. 게다가, 단일 시간 스탬프는, 블럭의 부분으로서 또는 비휘발성 메모리내에서, 각 블럭에 대해 저장될 수 있으며, 데이터의 페이지가 블럭으로 기록되는 각 시간에 갱신된다. 데이터는 그후에 동일한 LBN을 갖는 데이터 페이지를 포함하는 가장 최근의 갱신된 블럭의 마지막 페이지로부터 시작하여 물리적 어드레스의 내림차순으로 페이지로부터 판독된다.
도 8에서, 예를 들면, 페이지들은 새로운 블럭(PBN1)에서 마지막(페이지 15)에서부터 처음(페이지 0)으로 판독되며, 이어서 최초 블럭(PBN0)의 페이지들을 동일한 역순으로 판독한다. 일단 논리적 페이지 3, 4 및 5가 새로운 블럭(PBN1)으로부터 판독되었다면, 동일한 논리적 페이지 번호에 의해 동일한 최초 블럭(PBN0)의 페이지에서 대체된 데이터는 판독 프로세스중에 스킵된다. 특히, 예전 블럭(PBN0)의 물리적 페이지 3, 4 및 5는, 본 예에서, 컨트롤러가 그들의 LBN/페이지(41)가 새로운 블럭(PBN1)으로부터 이미 판독된 페이지의 것들과 동일한 것으로 결정하면, 판독중에 스킵된다. 이러한 프로세스는 판독 속도를 증가시키며 각 페이지에 저장될 필요가 있는 오버헤드 비트(49)의 개수를 감소시킨다. 게다가, 이러한 역행하는 페이지 판독 기술이 사용될 때, 판독 작동중에 컨트롤러에 의해 사용된 도 9의 테이블은 도 5A 및 5B의 형태로 간략화될 수 있다. 물리적 블럭이 프로그래밍되었던 상대적인 시간과 공동의 논리적 블럭의 데이터를 포함하는 그 물리적 블럭의 동일성은 이러한 효율적인 판독 프로세스를 수행하기 위해서 식별될 필요가 있다.
도 11은 블럭(PBN0)에 최초로 기록된 데이터에 제 2 갱신을 포함하므로써 도 8 예를 연장하여 도시한다. 논리적 페이지 5, 6, 7 및 8에 대한 새로운 데이터는 그들의 LBN 및 페이저 번호와 함께 새로운 블럭(PBN1)의 각각의 물리적 페이지 3, 4, 5 및 6에 기록된다. 본 예에서, 논리적 페이지 5의 데이터가 또 다시 갱신됨에 유의한다. 새로운 블럭(PBN1)의 마지막 페이지로부터 시작하는 판독 작동중에, 데이터의 가장 최근의 기록된 논리적 페이지 8, 7 6 및 5는 우선 그 순서로 판독된다. 따라서, PBN1의 물리적 페이지 2에서 LBN/페이지 오버헤드 필드는 물리적 페이지 3으로부터 판독된 것과 동일하므로, 페이지 2의 유저 데이터가 판독되지 않음에 유의한다. 물리적 페이지 1과 0이 그후에 판독된다. 다음, 최초 블럭(PBN0)의 페이지는 물리적 페이지 15에서 시작하여 판독된다. 물리적 페이지 15-9를 판독후, 컨트롤러는 각각의 페이지 8-3의 LBN/페이지 필드가 데이터가 이미 판독되었던 페이지의 필드에 매칭하여, 예전 데이터가 그 페이지로부터 판독될 필요가 없음을 주목한다. 그래서 판독 프로세스의 효율성이 개선된다. 결국, 물리적 페이지 2-0의 최초 데이터는 그 데이터가 갱신되지 않았으므로 판독된다.
페이지를 역순으로 판독하는 이러한 예는 대체된 데이터 페이지로부터 새로운 데이터 페이지를 효과적으로 정렬시키는데 왜냐하면 데이터를 페이지 0으로부터 순서대로 삭제된 블럭의 물리적 페이지 위치에 기록되기 때문임에 유의한다. 이러한 기술은 그러한 특정한 프로그래밍 제한을 갖는 메모리 시스템에 사용하는 것으로 제한되지 않는다. 페이지들이 일정한 블럭내에서 프로그래밍된 순서가 식별되는한, 그 페이지로부터의 데이터는 그것들이 기록되었던 것으로부터 역순으로 판독될 수 있다. 바람직한 것은 이미 프로그래밍되었던 다른것들과 공통적인 LBN을 갖는 가장 최근의 프로그래밍된 페이지들이 우선 판독되며 이것이 가장 최근의 프로그래밍된 페이지라는 것이다. 갱신된 페이지의 가장 최근의 버전이 우선 판독되므로 따라서 대체된 버전이 용이하게 확일될 것이다.
도 11의 예에 대한 논리적 데이터와 물리적 데이터 어드레스 사이의 대응을 나타내는 테이블이 도 12에 주어져 있다. 2개의 데이터 갱신이 있었지만, 양측은 제 2 블럭(PBN1)에 대한 단일 행에 의해 표현되어 있다. 논리적 페이지 5에 대해PBN1에서 유의된 물리적 페이지는 그 페이지에 두번째 갱신이 발생시 간단히 변동된다. 만일 갱신이 세번째 블럭을 수반한다면, 또 다른 행이 다른 블럭에 부가된다. 도 12의 테이블은, 공통적인 LBN의 데이터가 기록되었었던 블럭에서 각각의 페이지로부터 오버헤드 데이터를 판독하여 구성되어, 역행하는 페이지 판독 기술이 사용되지 않을 때 첫번째 구현예에 의해 사용될 수 있다. 상기된 역행하는 페이지 판독 기술이 사용될 때에는, 도 12의 테이블은 LBN의 데이터를 포함하는 모든 PBN과 PBN간의 대응을 확인하도록만 이루어져 있다.
물리적 블럭으로부터 판독된 데이터의 페이지를 구성하는 효과적인 방식이, 1개 이상의 페이지가 갱신되었을 경우에 대하여, 도 13에 의해 도시되어 있다. 충분한 공간은, 한번에 데이터의 적어도 몇개의 페이지, 바람직하게는 데이터의 전체 블럭을 버퍼하도록 컨트롤러의 휘발성 메모리에 제공된다. 그것은 도 13에 예시된 것이다. 데이터의 16개 페이지는, 비휘발성 메모리 블럭에 저장된 양에 균등하게, 컨트롤러 메모리에 저장된다. 페이지들은 일반적으로 대게 비순서적으로 판독되므로, 데이터의 각 페이지는 다른 페이지와 관련하여 적절한 위치에 저장된다. 예를 들면, 도 11의 역행하는 페이지 작동에서, 논리적 페이지 8이 우선 판독된다면, 그것은 원에서 "1"로 지시된 것처럼 컨트롤러 메모리의 위치 8에 저장된다. 다음은, 호스트에 의해 요망되는 데이터의 모든 페이지가 판독되고 컨트롤러 메모리에 저장될 때 까지 논리적 페이지 7 등의 순서로 작동한다. 페이지 데이터의 전체 세트는 그후에 버퍼 메모리에서 데이터의 순서를 조작하는것 없이 호스트로 전달된다. 데이터의 페이지들은 데이터들을 컨트롤러 메모리에서 적절한 위치에 기록함으로써이미 구성되어 있다.
도 8 및 도 9와 관련하여 기술된 기술을 이용하는 비휘발성 메모리 시스템을 프로그래밍하는 방법이 도 14의 순서도에 도시되어 있다. 갱신되어야 하는 기존 파일의 페이지에 대한 데이터가 블럭(52)에 의해 지시된 것처럼 호스트 시스템으로부터 수신된다. 저장되어야 하는 갱신된 데이터의 페이지의 개수가 시스템 블럭의 저장 용량, 간략하게는, 상기된 예에서 블럭 용량으로서 예시된 16페이지에 균등한지 또는 더 많은지가 단계 53에 의해 결정된다. 만일 그렇다면, 단계 55에서, 1개 이상의 사용되지 않은 삭제된 블럭이 어드레스되고, 새로운 데이터 페이지가 단계 57에서 어드레스된 블럭(들)으로 기록된다. 통상적으로, 데이터의 1개 이상의 블럭의 갱신은 데이터를 저장하는 1개 이상의 블럭이 새로운 데이터에 의해 대체되었음을 초래한다. 만일 그렇다면, 단계 59에 의해 지시된 것처럼, 대체된 데이터를 지닌 그 블럭들은 삭제하기 위한 것으로 식별된다. 성능을 증가시키기 위해, 삭제 작동은 후순위로 작동하거나, 또는 호스트가 요청하였을 때 프로그래밍 또는 판독 작동이 발생하지 않는 것이 바람직하다. 삭제된 후, 블럭들은 나중 사용을 위해 사용되지 않은 삭제된 블럭의 목록으로 되돌아간다. 이와 달리, 블럭들의 삭제는 그것들이 프로그래밍 작동에 필요할 때 까지 늦춰질 수 있다.
한편, 단계 53에서, 블럭의 전체 저장 용량을 이용하는것보다 새로운 데이터의 페이지가 더 적다고 결정되면, 다음 단계 61은 다른 데이터로 프로그래밍된 일부 페이지를 갖는 블럭에 충분한 사용되지 않은 페이지가 있는지를 결정한다, 만일 그렇다면, 그러한 블럭이 단계 63에서 어드레스된다. 그렇지 않다면, 완전히 사용되지 않은 삭제된 블럭이 단계 65에서 어드레스된다. 어느 경우에나, 단계 67에서, 새로운 데이터가 어드레스된 블럭의 사용되지 않은 페이지로 프로그래밍된다. 이러한 프로그래밍 프로세스의 부분으로서, LBN과 페이지 오프셋이 필드(41)로 기록되고, 시간 스탬프가 상기된 것처럼 갱신된 데이터의 각각의 페이지의 필드(43)(도 8)로 기록된다.
프로그래밍 프로세스의 바람직한 특징은 대체된 데이터만을 저장하는 임의의 블럭들을 차후 프로그래밍을 위해 이용가능하게 만드는 것이다. 데이터 갱신 프로세스가 전체 블럭을 대체된 데이터만으로 남겨지도록 초래하는지 하는 그러한 질문을 단계 69에서 요청받는다. 그렇다면, 그러한 블럭은 단계 71에서 삭제를 위해 대기 행렬에 넣어지고 프로세스가 그 후에 완료된다. 그렇지 않다면, 단계 71이 생략되고 데이터 갱신이 종료된다.
메타블럭 작동
프로그래밍 시간을 감소시킴으로써 성능을 개선시키기 위해서, 목표는 다른 불이익을 발생시키지 않고 알맞게 수행될 수 있는 것으로서 병렬로 동수의 셀을 프로그래밍하는 것이다. 한가지 구현예는 메모리 어레이를 주로 독립적인 서브-어레이 또는 유니트로, 이를 테면 도 15의 다중 유니트(80-83)로 분할하며, 각 유니트는 예시된 것처럼 다수의 블럭으로 차례로 분할된다. 데이터 페이지들은 그후에 1개 이상의 유니트로 동시에 프로그래밍된다. 다른 구성은 다중 메모리 칩으로부터 1개 이상의 이러한 유니트를 더 결합시킨다. 이러한 다수의 칩들은 단일 버스(도 2 예시됨) 또는 더 높은 데이터 처리량을 위해 다수의 독립적인 버스들에 연결될 수있다. 이러한 연장은 프로그래밍, 판독 및 삭제 작동을 함께 하기 위해 서로 다른 유니트로부터 블럭을 링크시키는 것으로, 일예가 도 15에 예시되어 있다. 유니트(80-83)들중 개개의 유니트로부터의 블럭(85-88)은 예를 들면 메타블럭으로서 함께 작동될 수 있다. 상기된 메모리 실시예와 마찬가지로, 각 블럭이, 메모리 어레이의 최소 삭제 가능한 그룹으로, 통상적으로 다수의 페이지로 분할되며, 최소 개수의 셀을 포함하는 페이지가 블럭내에서 함께 프로그래밍가능하다. 따라서, 도 15에 예시된 메타블럭의 프로그래밍 작동은 일반적으로 메타블럭을 형성하는 각각의 블럭(86-88)의 적어도 하나의 페이지로 데이터의 동시 프로그래밍을 포함할 것이며, 이는 메타블럭이 채워지거나 또는 인입되는 데이터가 모두 프로그래밍될 때 까지 반복된다. 다른 메타블럭들은 어레이 유니트에 의하여 상이한 블럭으로 형성되며, 하나의 블럭은 각 유니트로 형성된다.
그러한 메모리를 작동하는 중에, 다른 경우와 마찬가지로, 전체 블럭보다는 적은 데이터의 페이지가 종종 갱신되는 것을 필요로한다. 이는 도 4 또는 도 6중 어느것과 관련하여 상기된것과 동일한 방식으로 메타블럭의 개별 블럭에 수행될 수 있지만, 도 8과 관련하여 기술된 개선된 기술의 사용에 의한 것이 바람직한다. 이러한 3가지 기술중 어느것이 메타블럭중 한개 블럭의 데이터를 갱신하도록 사용될 때, 동일한 유니트내에 있는 메모리의 부가적인 블럭이 또한 사용된다. 게다가, 데이터 갱신은 메타블럭의 2개 이상의 블럭중 1개 이상의 페이지에 새로운 데이터를 기록하는 것을 요구한다. 이는 그후에 메타블럭에 저장된 데이터 화일을 갱신하기 위해서, 심지어 몇개 페이지에만 있는 데이터가 갱신되더라도, 각각의 4개 유니트에서 한개씩하여, 4개에 까지 이르는 부가적인 블럭(90-93)의 사용을 요구할 수 있다.
그러한 부분적 블럭 갱신을 위해 요구되는 블럭의 개수를 감소시키기 위해서는, 본 발명의 다른 양태에 따라, 도시된 메타블럭의 임의의 블럭내에서 데이터 페이지의 갱신은, 상기 블럭(80)에서 사용되지 않은 페이지가 남아있는 한, 도 16에 의해 도시된 것처럼, 메모리 유니트(80)의 단일 부가적인 블럭(90)에 이루어진다. 만일, 예를 들면, 블럭(86)의 3개 페이지와 블럭(88)의 2개 페이지에 있는 데이터가 한번에 갱신된다면, 새로운 데이터의 5개 페이지 모두는 블럭(90)에 기록된다. 이는 메모리의 1개 블럭의 사용을 감소시킬 수 있어서, 1개 블럭에 의해 이용가능한 삭제된 블럭의 개수를 효과적으로 증가시킬 수 있다. 이는 삭제된 블럭의 목록이 소모될 때의 시간을 회피시키거나, 또는 적어도 연기시키는데 도움을 준다. 만일 각각의 4개 블럭(85-88)으로부터 1개 이상의 페이지가 갱신된다면, 모든 새로운 데이터 페이지들은 단일 블럭(90)에서 프로그래밍되므로, 갱신하기 위해서 메모리의 부가적인 3개 블럭을 결속시키는 것을 회피할 수 있다. 만일 새로운 데이터의 페이지의 개수가 사용되지 않은 블럭의 용량을 초과한다면, 블럭(90)이 받아들여질 수 없는 페이지들은 동일한 유니트(80) 또는 다른 유니트(81-83)들중의 한개 유니트에 있는 또 다른 사용되지 않은 블럭에 기록된다.
발명은 다양한 예시적인 실시예들과 관련하여 기술되어있지만, 발명은 첨부된 청구항의 전체 범위내에서 보호에 대한 권리가 주어지는 것으로 이해될 것이다.

Claims (22)

  1. 비휘발성 메모리 시스템에서 최초 및 교체 데이터를 동시에 저장하는 방법에 있어서,
    동일한 논리적 어드레스에 의해 최초 데이터와 교체 데이터를 식별하는 단계; 및
    최초 데이터와 교체 데이터가 상기 메모리에 프로그래밍되었던 상대적인 시간의 트랙을 유지시킴으로써 교체 데이터를 최초 데이터로부터 구별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 비휘발성 메모리 시스템에서 최초 및 교체 데이터를 저장 및 회수하는 방법에 있어서,
    동일한 논리적 어드레스에 의해 최초 데이터와 교체 데이터의 유니트를 식별하는 단계;
    메모리에 프로그래밍되었던 순서에서 역순으로 데이터의 유니트를 판독하는 단계; 및
    유니트가 판독되는 순서에 의해 동일한 논리적 어드레스를 갖는 최초 데이터의 유니트로부터 교체 데이터의 유니트를 구별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 메모리 저장 엘리먼트의 다수 페이지로 개별적으로 구성된 메모리 저장 엘리먼트의 다수의 블럭을 구비하는 비휘발성 메모리 시스템에서, 상기 한개의 블럭중 적어도 또 다른 페이지에 있는 데이터가 교체되지 않을 때 다수의 블럭들중 한개 블럭의 적어도 한개 페이지내에서 대체된 데이터 대신에 새로운 데이터를 대용하는 방법에 있어서,
    새로운 데이터를 다수의 블럭들중 상기 하나의 블럭 또는 또 다른 블럭의 적어도 하나의 페이지로 프로그래밍하는 단계;
    대체된 데이터의 적어도 하나의 페이지와 새로운 데이터의 적어도 하나의 페이지를 공동의 논리적 어드레스에 의해 식별하는 단계; 및
    새로운 데이터와 대체된 데이터를 프로그래밍하는 상대적인 시간을 레코딩하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 프로그래밍의 상대적인 시간은 새로운 데이터와 대체된 데이터가 프로그래밍되는 개별적인 페이지에 레코딩되어, 새로운 데이터의 적어도 하나의 페이지는 프로그래밍의 레코딩된 상대적인 시간에 의해 대체된 데이터의 적어도 하나의 페이지와 구별되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 프로그래밍의 상대적인 시간이 개별적인 블럭에 레코딩되어, 공동의 논리적 어드레스를 지닌 데이터를 구비하는 개별적인 블럭의 프로그래밍 순서를 식별하며, 개별적인 블럭내의 페이지들이 지정된 순서로 프로그래밍되어, 데이터의 새로운 페이지들이 블럭내의 그들의 상대적인 위치에 의해 개별적인 블럭내에서 데이터의 대체된 페이지들과 구별되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 교체되지 않은 상기 한개 블럭의 적어도 또 다른 페이지에 있는 데이터는 대체된 데이터 대신에 새로운 데이터를 대용하는 부분으로서 상기 하나 또는 또 다른 블럭에 복사되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 어떠한 것도 대체된 데이터 대신에 새로운 데이터를 대용하는 부분으로서 대체된 데이터의 적어도 하나의 페이지에 기록되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 새로운 데이터와 대체된 데이터를 프로그래밍하는 상대적인 시간을 레코딩하는 단계는 새로운 데이터와 대체된 데이터가 프로그래밍되는 각각의 시간에서 클럭값을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 새로운 데이터와 대체된 데이터를 프로그래밍하는 상대적인 시간을 레코딩하는 단계는 새로운 데이터와 대체된 데이터가 프로그래밍되는 각각의 시간에서 번호 순서의 상이한 값을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 새로운 데이터와 대체된 데이터를 프로그래밍하는 상대적인 시간을 지시하는 값을 저장하는 단계는 상기 값들이 관련있는 새로운 데이터와 대체되 데이터로서 동일한 페이지내에서 개별적인 값들을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  11. 제 3 항에 있어서, 새로운 데이터를 다수의 블럭들중 상기 한개 또는 다른 블럭의 적어도 하나의 페이지로 프로그래밍하는 단계는 상기 한개 또는 다른 블럭내에서 소정의 순서로 새로운 데이터를 첫번째로 이용가능한 사용되지 않은 페이지로 프로그래밍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 3 항에 있어서, 대체된 데이터의 적어도 한개 페이지와 새로운 데이터의 적어도 한개 페이지를 공동의 논리적 어드레스에 의해 식별하는 단계는 공동의 논리적 어드레스의 적어도 일부분을 개별 페이지에 오버헤드 데이터로서 레코딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 공동의 논리적 어드레스에 대한 다중의 물리적 블럭 어드레스를 포함하는 휘발성 메모리에 테이블을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 4 항에 따라 갱신되었던 데이터를 판독하는 방법에 있어서,
    데이터의 페이지들을 상기 하나의 블럭으로부터 판독하며, 새로운 데이터가 그 안에 프로그래밍되었다면, 상기 다른 블럭으로부터 데이터의 페이지를 판독하는 단계;
    동일한 논리적 어드레스를 갖는 데이터의 임의의 다수 페이지를 식별하는 단계;
    동일한 논리적 어드레스를 갖는 가장 최근의 임의의 페이지를 식별하기 위해 새로운 데이터와 대체된 데이터를 프로그래밍하는 레코딩된 상대적인 시간을 이용하는 단계; 및
    갱신되지 않은 상기 한개 블럭의 적어도 또 다른 페이지의 페이지에 따라 동일한 논리적 어드레스를 갖는 가장 최근의 임의의 페이지에서 데이터를 어셈블링하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 5 항에 따라 갱신되었던 데이터를 판독하는 방법에 있어서,
    상기 하나의 블럭내에서 데이터의 페이지를 판독하며, 새로운 데이터가 그안에 프로그래밍되었다면, 또 다른 블럭을 프로그래밍되었던 것과 역순으로 데이터의 페이지를 판독하는 단계; 및
    데이터가 이미 판독되었던 페이지와 같은 동일한 논리적 페이지 어드레스를 갖는 데이터의 임의의 페이지를 판독된 것으로서 간과하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 개별적인 메모리 저장 엘리먼트를 2개 이상의 저장 상태로 작동시켜서, 1개 비트 이상의 데이터를 각 저장 엘리먼트에 저장하는 단계를 더 포함하며, 데이터의 페이지들을 판독하는 단계는 개별적인 메모리 저장 엘리먼트로부터 2개 이상의 저장 상태를 판독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 3 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 개별적인 메모리 셀의 저장 엘리먼트를 2개 이상의 저장 상태로 작동시켜서, 1개 비트 이상의 데이터를 각 저장 엘리먼트에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 저장 엘리먼트는 개별적인 플로팅 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 3 항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 비휘발성 메모리 시스템은 호스트 시스템과 작동가능하게 연결된 일측을 따라 전기적 커넥터를 구비하는 동봉된 카드내에 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 개별 서브-어레이가, 함께 삭제가능한 메모리 저장 엘리먼트의 최소 그룹을포함하는, 저장 엘리먼트의 다수의 비중첩 블럭으로 분할되며, 개별 블럭이, 함께 프로그래밍가능한 메모리 저장 엘리먼트의 최소 그룹인, 저장 엘리먼트의 다수의 페이지로 분할된, 적어도 2개의 서브-어레이로 구성된 메모리 저장 엘리먼트의 어레이를 구비하는 비휘발성 메모리 시스템을 작동시키는 방법에 있어서,
    그 구성요소 블럭이 1개 유니트로서 함께 삭제되는 메타블럭을 형성하도록 적어도 2개 서브-어레이중 개별 어레이로부터 적어도 1개 블럭을 링크시키는 단계, 및
    갱신되는 데이터가 저장된 서브-어레이에 상관없이 서브-어레이들중 지정된 것에서 또 다른 적어도 1개 블럭내의 페이지로 교체 데이터를 프로그래밍함으로써 블럭내의 모든 페이지보다 적은 임의의 메타블럭 구성요소 블럭들내의 최초 데이터의 페이지를 갱신하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 최초 및 교체 데이터를 저장하는 단계는:
    최초 및 교체 데이터를 동일한 논리적 어드레스에 의해 메모리 시스템에 식별시키는 단계, 및
    최초 및 교체 데이터가 메모리의 각각의 페이지에 프로그래밍되었던 상대적인 시간의 트랙을 유지시킴으로써 교체 데이터와 최초 데이터를 구별하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 비휘발성 메모리 시스템에 있어서,
    삭제가능한 저장 엘리먼트의 최소 그룹을 포함하는 저장 엘리먼트의 블럭에 구성된 비휘발성 메모리 저장 엘리먼트의 어레이,
    갱신된 버전의 차후 기록의 지시에 따라 제 2 블럭에 저장된 모든 최초 데이터보다 적은 갱신된 버전을 제 1 블럭에 기록하는 프로그래밍 메카니즘,
    동일한 어드레스를 갖는 최도 데이터와 갱신된 버전 양측을 논리적으로 어드레스하는 어드레스 메카니즘, 및
    갱신된 버전의 차후 기록의 지시에 의해 상대적인 시간으로 적어도 부분적으로 최초 데이터와 갱신된 버전을 구별하는 판독 메카니즘
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 메모리 시스템.
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