TWI382421B - 混合密度記憶體儲存裝置 - Google Patents

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Description

混合密度記憶體儲存裝置
本發明係關於一種儲存裝置，尤指一種混合密度記憶體(Hybrid density memory)儲存裝置。
非揮發性記憶體(Non－volatile memory，或稱為非依電性記憶體)主要應用於儲存裝置(例如：記憶卡、USB介面隨身碟、固態磁碟機等)與數位裝置，配合作資料儲存。快閃記憶體(Flash memory)因具有高儲存密度、低耗電性、高存取效率與合理價格成本等特點，而成為時下非揮發性記憶體主流。
記憶體是以記憶單元(Memory cell，或稱為記憶胞)保存的電壓值來表示所記錄的位元值資料。傳統的儲存技術是以單一記憶單元保存的電壓值為高電位或零電位來記錄一位元資料為1或0。隨著半導體製程技術的精進，記憶單元所保存電位值已可再作分割，使得單一記憶單元保存較多的位準，而儲存更多位元值。舉例來說，倘若記憶單元能夠保存四種不同電位值，便可儲存兩位元資料。傳統保存單一位元資料記憶體製程技術稱為單級單元(SLC,Single－level－cell)製程，製成之記憶體稱為低密度記憶體(Low density memory)；保存多位元資料記憶體製程技術稱為多級單元(MLC,Multi－level－cell)製程，製成之記憶體則稱為高密度記憶體(High density memory)。
相較於低密度記憶體，高密度記憶體單位面積的資料儲存容量可成倍數增加，因而具有大幅提高儲存容量與降低成本的優勢，然其讀寫與抹除(Erase)資料所需的時間卻較長，且多級單元製程也導致高密度記憶體的抹除耐用次數(Endurance)大幅減少，連帶影響了高密度記憶體儲存裝置的資料存取速度與使用壽命等硬體效能。
高密度記憶體的特點為高儲存容量、低成本、低資料存取速率及低抹除耐用次數，而低密度記憶體的特點為高抹除耐用次數、高資料存取速率、低儲存容量及低成本，兩種記憶體係優劣互見，因而造就了混合密度記憶體(Hybrid density memory)的開發與應用。所述之混合密度記憶體同時具有高密度記憶體與低密度記憶體，而如何運用兩者優勢提升儲存裝置的效能，為近來業界積極投入研發的課題。
請參閱第一A圖及第一B圖，該二圖係為習知技術之混合密度記憶體之儲存管理示意圖，第一A圖顯示一檔案之邏輯區塊80配置，第一B圖顯示此檔案之實體區塊82配置。如第一A、一B圖所示，此技術是將檔案的標頭區(Spare area或Control data area)800與資料區805(User data area)個別之實體位置(Physical location)分別存放於低密度記憶體區塊820與高密度記憶體區塊825內。此係著眼於註記檔案控制資訊的標頭區800有較高的存取速率需求，因而將其配置於低密度記憶體儲存區塊820。然此技術中，檔案更新將同時對資料區800與標頭區805個別對應之記憶體區塊(820、825)進行抹除動作，如此將會導致高密度記憶體先到達其抹除耐用次數，使得儲存裝置在低密度記憶體的儲存效能尚未完全發揮時，便因高密度記憶體喪失功能，而面臨早夭失效，造成儲存資源浪費。
上述方案之缺失可經由混合密度記憶體之均勻抹除管理技術來改善。所述之均勻抹除管理是按照高低密度記憶體的抹除耐用次數比例相反值來產生權值，藉以調整每一儲存區塊所記錄的抹除次數，再根據調整過的抹除次數來配置檔案的實體位置，使得儲存裝置內部的高密度記憶體與低密度記憶體儘可能同時到達抹除耐用次數，以達到充分發揮儲存資源之目的。而檔案配置管理則是根據檔案的屬性(例如：副檔名)，來指定檔案的實體位置為低密度記憶體或高密度記憶體，以便將需要較高資料存取速率或經常使用的檔案儲存在具備高抹除耐用次數的低密度記憶體。在此檔案配置管理方案中，倘若儲存裝置無法正確識別檔案系統或檔案屬性，便無法將檔案確實地配置到適當的記憶體，而不能夠達到提高儲存效能目的。
上述方案之缺失可藉由將檔案系統的常用資料歸類為熱門資料，並在儲存裝置內建立熱門清單，記錄熱門資料的邏輯位置(Logical location)，將熱門資料的實體位置(Physical location)配置於低密度記憶體中，以便充分發揮低密度記憶體的使用壽命及取得較高的資料存取速率。此方案雖能夠發揮低密度記憶體的使用壽命，與利用低密度記憶體所具備高存取速度，然卻未能達到減少非揮發性記憶體的抹除次數，以延長儲存裝置使用壽命之功效。本案發明人有鑑於此，故而提出本案，以期提升系統運作速度，並減少非揮發性記憶體的抹除次數，延長儲存裝置的使用壽命。
因此，本發明之目的係在於提供一種混合密度記憶體(Hybrid density memory)儲存裝置，其藉由提供混合密度記憶體儲存裝置具有一熱門資料緩衝區，使其根據熱門清單，從熱門資料緩衝區存取資料，係可提升系統運作的效能，並減少非揮發性記憶體的抹除次數。
本發明係揭示一種混合密度記憶體儲存裝置，其適用於配合一主機及其檔案系統作資料儲存。所述之混合密度記憶體儲存裝置包括有一非揮發性記憶體單元、一熱門資料緩衝區及一控制單元。非揮發性記憶體單元包括一高密度記憶儲存空間，及一低密度記憶儲存空間；控制單元係耦接於主機、非揮發性記憶體單元及熱門資料緩衝區之間，控制單元具有一熱門清單用以記錄複數個屬於檔案系統之熱門資料的邏輯位置，使控制單元可根據熱門清單從熱門資料緩衝區存取資料。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。
本發明之混合密度記憶體(Hybrid density memory)儲存裝置，係賦予混合密度記憶體儲存裝置具有一由高速記憶體(High speed memory)所構成之熱門資料緩衝區來暫存熱門資料(Hot data)，使其得以從熱門資料緩衝區中存取資料，以達到提高資料存取速度與減少非揮發性記憶體之抹除次數等功效。
首先，請參閱第二圖，該圖係為本發明所揭示之混合密度記憶體儲存裝置之系統架構示意圖。如第二圖所示，一混合密度記憶體儲存裝置(以下簡稱儲存裝置)10係應用於一數位系統1中，耦接於一主機17，以配合主機17及其檔案系統作資料儲存。具體來說，數位系統1可為一電腦系統，主機17為電腦主機，而儲存裝置10則負責執行電腦系統的硬碟功能，根據主機17所下達的指令，配合執行資料讀寫。
儲存裝置10包括有一非揮發性記憶體單元11、一熱門資料緩衝區12、一控制單元13以及一電源管理單元15。非揮發性記憶體單元11是由快閃記憶體(Flash memory)所構成，包括一低密度記憶儲存空間110以及一高密度記憶儲存空間112，其中低密度記憶儲存空間110是由低密度記憶體(Low density memory)所構成，而高密度記憶儲存空間112則是由高密度記憶體(High density memory)所構成。低密度記憶體具有單位儲存容量低、抹除耐用次數高與資料存取速率快等特點；而高密度記憶體具有儲存容量高、抹除耐用次數少與資料存取速率低等特點。
電源管理單元15係耦接於一電源19，接收其輸出電力，並將電力轉換為控制單元13與非揮發性記憶體單元11之所需電源。
主機17是根據FAT12、FAT16、FAT32或NTFS檔案系統所規範之系統架構，來管理儲存裝置10所儲存的檔案資料。儲存裝置10是以快閃記憶體位址轉換層(Flash transition layer,FTL)來映射轉換檔案的邏輯位置(Logical location)與非揮發性記憶體單元11的實體位置(Physical location)。
在此先簡略說明邏輯位置與實體位置之間的轉換方式。目前主流之儲存媒體為快閃記憶體，而電腦系統是基於邏輯區塊定址(LBA,Logical block address)的概念，預先規劃邏輯區塊定址與快閃記憶體儲存區塊(Block)的對應關係，並根據此對應關係，於儲存裝置10的韌體建立一轉換表。資料存取過程中，主機17先將檔案的邏輯定址(LA,Logical address)轉換為邏輯區塊定址，資料存取過程僅對硬碟機下達指令，將欲存取之邏輯定址及邏輯區塊定址等邏輯位置標記於指令的指定欄位。儲存裝置10解碼指令之後，便由快閃記憶體位址轉換層(FTL,Flash transition layer)按照韌體預先建立的轉換表，將檔案的邏輯位置轉換為實體位置。
檔案系統的常用檔案或使用者指定的檔案係歸類為熱門資料，並以熱門清單來記錄這些熱門資料的邏輯位置。控制單元13係耦接於主機17與非揮發性記憶體單元11之間，其具有一熱門清單用以記錄複數個屬於熱門資料的邏輯位置，控制單元13可根據熱門清單，將資料儲存於高密度記憶儲存空間112或低密度記憶儲存空間110。具體來說，熱門清單係儲存於非揮發性記憶體單元11之中，而控制單元13則暫存與管理熱門清單。數位系統1啟動後，控制單元13便將熱門清單載入暫存，根據熱門清單，識別主機17下達指令欲讀寫的檔案是否屬於熱門資料，從而決定檔案的實體位置應配置於低密度記憶儲存空間110或高密度記憶儲存空間112。倘若檔案的邏輯位置屬於熱門清單所記載的邏輯位置其中之一，便將其實體位置配置於低密度記憶儲存空間110，以發揮低密度記憶體之高抹除耐用次數與高存取速率等優點。
本案之主要特點係在於賦予儲存裝置10具有熱門資料緩衝區12。熱門資料緩衝區12是由高速記憶體所構成，所述之高速記憶體可為高速揮發性記憶體(例如靜態隨機存取記憶體(SRAM)、虛擬靜態隨機存取記憶體(PSRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)等)，或為高速非揮發性記憶體(例如鐵電式隨機存取記憶體(FeRAM)、磁性隨機存取記憶體(MRAM)、相變化隨機存取記憶體(PCRAM)等)。而控制單元13可根據熱門清單，將資料載入熱門資料緩衝區12中暫存。具體來說，控制單元13係配合主機17的運作模式，動態運用熱門資料緩衝區12的資源。根據熱門清單，將熱門資料預先從非揮發性記憶體單元11中載入熱門資料緩衝區12暫存，以及將主機17的寫入資料先暫存於熱門資料緩衝區12中，其後使能夠從熱門資料緩衝區12存取資料。如此不僅可大幅提升儲存裝置10對主機17之資料回應速度，並可減少非揮發性記憶體單元11的抹除次數。
主機17的運作模式包括有啟動模式、讀取模式與寫入模式等三種，而熱門清單包括有一啟動熱門清單、一讀取熱門清單與一寫入熱門清單，分別記錄啟動、讀取與寫入等三種運作模式之熱門資料的邏輯位置。啟動熱門清單是記錄主機17於啟動週期(即系統執行開機程序的一定時間，例如：30秒)內，主機17經常讀取或寫入之檔案資料的特定邏輯位置；讀取熱門清單是記錄主機17經常讀取之檔案資料的特定邏輯位置；寫入熱門清單是記錄主機17經常寫入之檔案資料的特定邏輯位置。
根據啟動熱門清單與讀取熱門清單，將熱門資料預先從低密度記憶儲存空間110載入熱門資料緩衝區12中暫存，便能夠從熱門資料緩衝區12存取資料，提高對指令的回應速度。尤其當數位系統1啟動時，一般會重複相同的存取作業(例如載入作業系統等程序)，藉由上述操作方式，將可大幅加快主機17的啟動速度。另一方面，將主機17所寫入的資料暫存於熱門資料緩衝區12，則檔案資料的更新均在熱門資料緩衝區12中進行，待系統進行關機程序或使用者預定的時間點再存入非揮發性記憶體單元11中，便可減少非揮發性記憶體11的抹除次數，延長儲存裝置10的壽命。
本案發明人將熱門資料緩衝區12區分為一啟動緩衝區、一讀取緩衝區與一寫入緩衝區，以配合暫存主機17在啟動模式、讀取模式與寫入模式的熱門資料；控制單元13可根據主機17的運作模式，視實際需要動態規劃每一緩衝區的記憶體容量大小。舉例來說，控制單元13可在啟動模式下，加大啟動緩衝區的記憶體容量，並完全關閉讀取緩衝區與寫入緩衝區；待啟動模式結束後，關閉啟動緩衝區，並視載入的讀取熱門資料與寫入熱門資料邏輯區段數量，按其比例來規劃讀取緩衝區與寫入緩衝區的記憶體容量大小。
第二圖中，控制單元13包括有一系統介面131、一微處理器132、一熱門資料辨識單元133、一資料傳輸緩衝區134、一第一記憶體介面135以及一第二記憶體介面136。
系統介面131係耦接於主機17，為主機17與儲存裝置10間之傳輸介面，用以接收主機17所下達的指令，與傳輸指令所對應的資料。微處理器132係耦接於系統介面131，用以接收並處理指令，並回應指令，控制儲存裝置10與控制單元13各個單元的運作。熱門清單暫存於熱門資料辨識單元133內，熱門資料辨識單元133係耦接於系統介面131，識別指令所指向之邏輯位置，並比對識別出之邏輯位置是否屬於熱門清單上的邏輯位置其中之一，再輸出比對結果傳輸至微處理器132；熱門資料辨識單元133亦根據主機17的請寫指令，更新熱門清單。微處理器132並配合運作模式，動態規劃熱門資料緩衝區12內啟動緩衝區、讀取緩衝區與寫入緩衝區的記憶體容量大小，將資料載入熱門資料緩衝區12的啟動緩衝區、讀取緩衝區與寫入緩衝區中儲存，並判斷熱門資料緩衝區12的資料是否命中該主機所下達之指令的要求，以進一步控制熱門資料緩衝區12的資料快取與置換(Swap)。
資料傳輸緩衝區134係耦接於系統介面131，用以暫存主機17傳送到儲存裝置10的資料，或主機17預備從儲存裝置10讀取的資料。第一記憶體介面135係耦接於資料傳輸緩衝區134與非揮發性記憶體單元11之間，作為控制單元13與非揮發性記憶體單元11之間的資料傳輸介面。第二記憶體介面136係耦接於資料傳輸緩衝區134與熱門資料緩衝區12之間，作為控制單元13與非揮發性記憶體單元之間的資料傳輸介面。
本發明以下係再提供一種熱門資料快取方法，請參閱第三圖，該圖係為所述之熱門資料快取方法之步驟流程圖。其中相關之系統架構，請同時參閱第一圖。如第二圖所示，所述之熱門資料快取方法包括有下列步驟：首先，提供儲存裝置10具有一熱門清單以及一由高速記憶體所構成的熱門資料緩衝區12，所述之熱門清單係記錄有複數個屬於檔案系統之熱門資料的邏輯位置(步驟S100)；及其次，根據主機17的運作模式，規劃熱門資料緩衝區12中啟動緩衝區、讀取緩衝區與寫入緩衝區的記憶體容量分配，將資料載入熱門資料緩衝區12中暫存，以便直接從其中存取資料(步驟S102)。
配合主機17的運作模式，所述之熱門資料快取方法包括了啟動快取模式、讀取快取模式與寫入快取模式，當運作模式為啟動模式與讀取模式時，係選擇熱門清單之至少一特定邏輯位置，並將選擇之特定邏輯位置的資料預先從非揮發性記憶體單元11載入熱門資料緩衝區12。當運作模式為寫入模式時，係將主機17所寫入之資料載入熱門資料緩衝區12。
如此一來，倘若主機17下達讀寫指令的資料已被預先載入熱門資料緩衝區12中，便可直接從熱門資料緩衝區12讀取檔案資料，而達到提高混合密度記憶體儲存裝置10對主機17的資料回應速度之功效。
又，熱門清單中連續的邏輯位置係形成一邏輯區段，由於連續邏輯位置的資料有較高機率被相繼讀寫，故本案係規劃控制單元13將整個邏輯區段的熱門資料預先載入熱門資料緩衝區12暫存，而所述之特定邏輯位置係指一邏輯區段。熱門清單一般包含數個邏輯區段，該等邏輯區段具有載入的先後順序，控制單元13會先按照運作模式與載入順序，選擇至少一邏輯區段的熱門資料載入暫存，其後，再根據預先載入的快取資料是否命中主機17下達指令之要求，來置換熱門資料緩衝區12的快取資料，以載入其他邏輯區段的熱門資料。再者，倘若主機17所要求的資料並未記錄於熱門清單上，熱門資料辨識單元133將進一步更新熱門清單以新增邏輯位置。
以下便逐一說明啟動快取模式、讀取快取模式與寫入快取模式之詳細步驟流程。
請參閱第四圖，該圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之啟動快取模式之步驟流程圖。本發明係設定主機17開機後的一預定時段訂為啟動週期，在啟動週期內，主機17是在啟動模式下操作。如第四圖所示，主機17啟動(步驟S300)後，熱門資料辨識單元133便載入啟動熱門清單(步驟S302)，並規劃熱門資料緩衝區12具有一啟動緩衝區(步驟S304)，選擇啟動熱門清單之一邏輯區段資料載入啟動緩衝區中暫存(步驟S306)。接著，控制單元13便等待主機17輸入指令(步驟S308)，並判斷是否接收到指令(步驟S310)，倘若根據步驟S310的判斷為收到指令，再進一步判斷接收到的指令是否為讀取指令(步驟S312)。倘若步驟S312的判斷為否，接收到的指令並非讀取指令，便執行指令(步驟S322)，並回到步驟S308；倘若步驟S312的判斷為是，接收到的指令為讀取指令，便判斷預先載入啟動緩衝區的快取資料是否命中指令的要求，符合指令所指向的邏輯位置(步驟S314)。倘若步驟S314的判斷為是，快取資料命中指令的要求，控制單元13便將快取資料傳回主機17(步驟S316)，並回到步驟S308。
倘若步驟S314的判斷為否，快取資料並未命中指令的要求，控制單元13便判斷快取資料是否命中啟動熱門清單(步驟S318)。倘若步驟S318的判斷為是，則將命中邏輯位置的邏輯區段資料載入啟動緩衝區，並執行指令(步驟S320)，其後再回到步驟S308；倘若步驟S318判斷為否，則控制單元13便更新啟動熱門清單，並執行指令(步驟S324)，其後再回到步驟S308。
再者，倘若步驟S310的判斷為否，儲存裝置10並未接收到主機17所下達的指令，則判斷啟動週期是否結束(步驟S326)。倘若步驟S326的判斷為否，則回到步驟S308，繼續等待指令輸入；倘若步驟S326的判斷為是，啟動週期已結束，則控制單元13便重新規劃熱門資料緩衝區12，關閉啟動緩衝區(步驟S328)，熱門資料辨識單元133將啟動熱門清單備份至非揮發性記憶體單元11儲存(步驟S330)，其後便結束啟動快取模式(步驟S332)。
上述啟動快取模式的步驟S306中，所選擇的邏輯區段資料為以往啟動過程中主機17通常首先讀取的資料。讀取快取模式中，熱門資料辨識單元133在啟動期間，係持續偵測主機17所讀取的資料，據以更新啟動熱門清單，並在讀取快取模式結束後，將啟動熱門清單備份到非揮發性記憶體單元11中儲存；在下次啟動期間，便根據啟動熱門清單，將啟動熱門資料預先從速度較慢的非揮發性記憶體單元11載入速度更快的熱門資料緩衝區中，藉以在啟動期間迅速回應主機17所要求讀取的資料，加快主機17的啟動速度。
主機17脫離啟動模式之後，混合密度記憶體儲存裝置10便進入讀取快取模式與寫入快取模式。
請參閱第五圖，該圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之讀取快取模式之步驟流程圖。如第五圖所示，讀取快取模式下，熱門資料辨識單元133係先載入讀取熱門清單(步驟S400)，隨後，控制單元13規劃熱門資料緩衝區12具有一讀取緩衝區(步驟S402)，並選擇讀取熱門清單之一邏輯區段資料載入讀取緩衝區中暫存(步驟S404)。接著，控制單元13便等待主機17所下達指令之輸入(步驟S406)，判斷是否接收到指令(步驟S408)。倘若步驟S408的判斷為是，再判斷接收到的指令是否為讀取指令(步驟S410)；倘若步驟S410的判斷為否，接收到的指令並非讀取指令，便執行指令(步驟S420)，並回到步驟S406。倘若步驟S410的判斷為是，儲存裝置10接收到主機17所下達的讀取指令，便判斷預先載入讀取緩衝區的快取資料是否命中指令之要求(步驟S412)；倘若步驟S412的判斷為是，則將預先載入讀取緩衝區的快取資料傳回主機17(步驟S414)，其後便回到步驟S406。
倘若步驟S412的判斷為否，則再判斷快取資料是否命中讀取熱門清單(步驟S416)，倘若步驟S416的判斷為是，則將命中邏輯位置的邏輯區段資料載入讀取緩衝區，並執行指令(步驟S418)，其後便回到步驟S406。倘若步驟S416的判斷為否，熱門資料辨識單元133便更新讀取熱門清單(步驟S426)，並回到步驟S406。
倘若步驟S408的判斷為否，儲存裝置10並未接收到主機17所下達的指令，便判斷是否需重新調整熱門資料緩衝區之記憶體容量分配(步驟S422)。倘若步驟S422的判斷為否，便回到步驟S406；倘若步驟S422的判斷為是，則重新規劃熱門資料緩衝區12(步驟S424)，並回到步驟S406。
請參閱第六圖，該圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之寫入快取模式之步驟流程圖。如第六圖所示，寫入快取模式下，熱門資料辨識單元133係先載入寫入熱門清單(步驟S502)，控制單元13規劃熱門資料緩衝區12具有一寫入緩衝區(步驟S504)以載入主機17所寫入之資料。接著，便等待主機17所下達指令之輸入(步驟S506)，判斷是否接收到主機17所下達的指令(步驟S508)。倘若步驟S508的判斷為是，再判斷接收到之指令是否為寫入指令(步驟S510)；倘若步驟S510的判斷為否，則執行指令(步驟S524)，並回到步驟S508。倘若步驟S510的判斷為是，則判斷預先載入寫入緩衝區的快取資料是否命中指令之要求，即寫入指令所指定寫入之邏輯位址，於熱門資料緩衝區12中已存有資料，而可直接更新快取資料(步驟S512)。倘若步驟S512的判斷為是，則更新快取資料(步驟S514)，並回到步驟S508。
倘若步驟S512的判斷為否，則判斷快取資料是否命中寫入熱門資料清單(步驟S516)，倘若步驟S516的判斷為是，則接受寫入資料載入熱門資料緩衝區12(步驟S518)。倘若步驟S516的判斷為否，則將資料直接寫入非揮發性記憶體單元11(步驟S520)，熱門資料辨識單元133並更新寫入熱門清單(步驟S522)，其後再回到步驟S508。
又，由於熱門資料緩衝區12的記憶體容量有限，本發明係預先設定一資料暫存期間，(例如：500ms)，當資料暫存期間已滿，但仍未命中主機17指令的要求，便將資料置換出熱門資料緩衝區12，以便提供其他資料載入。倘若步驟S508的判斷為否，則判斷資料暫存是否期滿(步驟S526)，倘若步驟S526的判斷為是，資料暫存已期滿，便將暫存期滿資料寫回非揮發性記憶體單元11(步驟S528)，並判斷是否須重新調整熱門資料緩衝區12的記憶體容量分配(步驟S530)。倘若步驟S530的判斷為否，則回到步驟S506，等待指令輸入，倘若步驟S530的判斷為是，則重新規畫熱門資料緩衝區12(步驟S532)，其後再回到步驟S506。又，倘若步驟S526的判斷為否，資料暫存尚未期滿，則進入步驟S530，判斷是否需調整熱門資料緩衝區的記憶體容量大小。
以上三種快取模式中，寫入快取模式係與啟動快取模式及讀取快取模式有較大差異。由於寫入的資料來源為主 機17，因此寫入快取模式並沒有事先將熱門資料從非揮發性記憶體單元11載入熱門資料緩衝區12的動作。值得注意的是，步驟S518係同時更新讀取快取緩衝區與寫入快取緩衝區，以維持讀寫資料的一致性。
藉由以上實例詳述，當可知悉本發明之混合密度記憶體儲存裝置，係提供儲存裝置具有由高速記憶體所構成的熱門資料緩衝區，並根據主機的運作模式與熱門清單，直接從熱門資料緩衝區存取資料，係可提高混合密度記憶體儲存裝置對主機的資料回應速度，並可減少非揮發性記憶體的抹除次數，從而達到大幅提升系統的運作速度，與延長儲存裝置使用壽命之功效。
惟，以上所述，僅為本發明的具體實施例之詳細說明及圖式而已，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案所界定之專利範圍。
1‧‧‧數位系統
10‧‧‧混合密度記憶體儲存裝置
11‧‧‧非揮發性記憶體單元
110‧‧‧低密度記憶儲存空間
112‧‧‧高密度記憶儲存空間
12‧‧‧熱門資料緩衝區
13‧‧‧控制單元
131‧‧‧系統介面
132‧‧‧微處理器
133‧‧‧熱門資料辨識單元
134‧‧‧資料傳輸緩衝區
135‧‧‧第一記憶體介面
136‧‧‧第二記憶體介面
15‧‧‧電源管理單元
17‧‧‧主機
19‧‧‧電源
80‧‧‧邏輯區塊
800‧‧‧標頭區
805‧‧‧資料區
82‧‧‧實體區塊
820‧‧‧低密度記憶體區塊
825‧‧‧高密度記憶體區塊
S100~S532‧‧‧各個步驟流程
第一A圖及第一B圖係為習知技術之混合密度記憶體之儲存管理示意圖；第二圖係為本發明所揭示混合密度記憶體儲存裝置之一具體實施例之系統架構示意圖；第三圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之步驟流程圖；第四圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之啟動 快取模式之步驟流程圖；第五圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之讀取快取模式之步驟流程圖；及第六圖係為本發明所揭示之熱門資料快取方法之寫入快取模式之步驟流程圖。
1．．．數位系統
10．．．混合密度記憶體儲存裝置
11．．．非揮發性記憶體單元
110．．．低密度記憶儲存空間
112．．．高密度記憶儲存空間
12．．．熱門資料緩衝區
13．．．控制單元
131．．．系統介面
132．．．微處理器
133．．．熱門資料辨識單元
134．．．資料傳輸緩衝區
135．．．第一記憶體介面
136．．．第二記憶體介面
15．．．電源管理單元
17．．．主機
19．．．電源

Claims (21)

  1. 一種混合密度記憶體儲存裝置，係適用於配合一主機及其檔案系統作資料儲存，該混合密度記憶體儲存裝置包括：一非揮發性記憶體單元，包括一高密度記憶儲存空間，及一低密度記憶儲存空間；一熱門資料緩衝區；及一控制單元，係耦接於該主機、該非揮發性記憶體單元及該熱門資料緩衝區之間，該控制單元具有一熱門清單用以記錄複數個屬於該檔案系統之熱門資料的邏輯位置，使該控制單元可根據該熱門清單從該熱門資料緩衝區存取資料，其中該熱門清單包括一啟動熱門清單；其中該主機於啟動後的一啟動週期係操作於一啟動模式，該控制單元於該主機啟動後，係規劃該熱門資料緩衝區具有一啟動緩衝區，再根據該啟動熱門清單，將該等邏輯位置其中之至少一特定邏輯位置的資料從該非揮發性記憶體單元載入該啟動緩衝區；其中當該控制單元判斷該啟動週期結束後，該控制單元係重新規劃該熱門資料緩衝區，關閉該啟動緩衝區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該邏輯位置係為一邏輯位址(LA,Logical address)及/或一邏輯區塊定址(LBA,Logical block address)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之混合密度記憶體儲存裝 置，其中該主機的運作模式包括有該啟動模式、一讀取模式及一寫入模式，該熱門清單包括有該啟動熱門清單、一讀取熱門清單及一寫入熱門清單，以對應該啟動模式、該讀取模式及該寫入模式。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該熱門資料緩衝區包括有該啟動緩衝區、一讀取緩衝區及一寫入緩衝區，以配合暫存資料。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元係根據該主機的運作模式，動態規劃該啟動緩衝區、該讀取緩衝區及該寫入緩衝區的記憶體容量大小。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中當該主機的運作模式為該啟動模式與該讀取模式時，該控制單元係執行下列步驟：根據該熱門清單，選擇該等邏輯位置其中之該至少一特定邏輯位置；及將該選定之特定邏輯位置的資料預先從該非揮發性記憶體單元載入該熱門資料緩衝區。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元更執行下列步驟：判斷預先載入熱門資料緩衝區的資料是否命中該主機所下達之一指令的要求；及倘若預先載入該熱門資料緩衝區的資料命中該指令的要求，則將預先載入該熱門資料緩衝區的命中資料傳回該主機。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中倘若預先載入該熱門資料緩衝區的資料並未命中該指令之要求，則再判斷該指令是否命中該熱門清單所記錄之邏輯位置，倘若判斷結果為否，則根據該指令所指向之邏輯位置更新該熱門清單，並執行該指令，倘若該判斷結果為是，則將該指令所指向之邏輯位置的資料載入該熱門資料緩衝區，並執行該指令。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中當該主機的運作模式為該啟動模式時，該控制單元更執行下列步驟：設定該啟動週期；判斷該啟動週期是否結束；及倘若該啟動週期已結束，則備份該熱門清單儲存於該非揮發性記憶體單元。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中當該主機的運作模式為該寫入模式時，該控制單元係執行下列步驟：將該主機所寫入的資料載入該熱門資料緩衝區；及接收該主機所下達之一寫入指令。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元更執行下列步驟：判斷載入該熱門資料緩衝區的資料是否命中該寫入指令的要求；及倘若預先載入該熱門資料緩衝區的資料命中該寫入指令的要求，則執行該寫入指令，更新該熱門資料緩衝 區的資料。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中倘若預先載入該熱門資料緩衝區的資料並未命中該指令之要求，則再判斷該指令是否命中該熱門清單所記錄之邏輯位置，倘若該判斷結果為否，則根據該指令所指向之邏輯位置，執行該寫入指令，將資料寫入該非揮發性記憶體單元。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元更根據該寫入指令所指向之邏輯位置，更新該熱門清單。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元更執行下列步驟：設定一資料暫存期間；判斷該熱門資料緩衝區所暫存資料之資料暫存期間是否已期滿；及將該資料暫存期間已滿的資料置換出該熱門資料緩衝區。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該熱門資料緩衝區係由一高速記憶體(High speed memory)所構成。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該高速記憶體係為選自由一高速揮發性記憶體或為一高速非揮發性記憶體所組成之一群組其中之任一種記憶體。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之混合密度記憶體儲存裝 置，其中該高速揮發性記憶體係為選自由靜態隨機存取記憶體(SRAM)、虛擬靜態隨機存取記憶體(PSRAM)及動態隨機存取記憶體(DRAM)所組成之一群組其中之任一種記憶體。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該高速非揮發性記憶體係為選自由鐵電式隨機存取記憶體(FeRAM)、磁性隨機存取記憶體(MRAM)及相變化隨機存取記憶體(PCRAM)所組成之一群組其中之任一種記憶體。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元包括：一系統介面，作為該主機及該混合密度記憶體儲存裝置間指令與資料之傳輸介面；一熱門資料辨識單元，係耦接於該系統介面，該熱門資料辨識單元係暫存該熱門清單；及一微處理器，係耦接於該系統介面及該熱門資料辨識單元，根據該主機所傳輸的指令，識別該主機的運作模式，將資料載入該熱門資料緩衝區中暫存，並判斷該熱門資料緩衝區的資料是否命中該主機所下達之一指令的要求。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之混合密度記憶體儲存裝置，其中該控制單元更包括：一資料傳輸緩衝區，係耦接於該系統介面，以暫存資料；一第一記憶體介面，係耦接於該資料傳輸緩衝區及該非揮發性記憶體單元之間，以接受該微處理器的控制傳 輸資料；及一第二記憶體介面，係耦接於該資料傳輸緩衝區及該熱門資料緩衝區之間，以接受該微處理器的控制傳輸資料。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之混合密度記憶體儲存裝置，更包括有一電源管理單元，該電源管理單元係耦接於一外部電源，以接收一電力，提供該控制單元、該非揮發性記憶體單元以及該熱門資料緩衝區運作電力。
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