TWI585676B - 資料儲存裝置、記憶體控制器及其操作方法 - Google Patents

資料儲存裝置、記憶體控制器及其操作方法 Download PDF

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Description

資料儲存裝置、記憶體控制器及其操作方法
本發明是有關於一種資料儲存裝置及其記憶體控制器，尤其是有關於一種減少非揮發性記憶體讀取次數的資料儲存裝置及其記憶體控制器，以及記憶體控制器之操作方法。
非揮發性記憶體為一種電子式記憶裝置，其具有不需額外電力維持資訊、快速資料讀取以及抗震等能力，因此被廣泛的應用於記憶卡、固態硬碟以及可攜式多媒體裝置等。當儲存於非揮發性記憶體中的資料被多次重複讀取時，非揮發性記憶體可能會出現讀取擾動(Read Disturbance)的情況，進而導致儲存資料不正確，因此非揮發性記憶體在此時就必須進行刷新(Refresh)，然非揮發性記憶體進行刷新將會影響到其使用壽命。
因此，本發明的目的在於提出一種具有非揮發性記憶體的資料儲存裝置及其記憶體控制器的操作方法以及裝置，以延長非揮發性記憶體的使用壽命。
本發明提出一種可用於記憶體控制器之操作方 法，其步驟包括：接收讀取指令，並根據讀取指令讀取儲存於非揮發性記憶體的至少一複數資料；判斷至少一複數資料的讀取次數是否滿足設定值；當判斷為是，複製並儲存至少一複數資料至資料暫時儲存裝置。
本發明更提出一種資料儲存裝置，其包括有非揮發性記憶體、資料暫時儲存裝置以及記憶體控制器，其中，記憶體控制器與非揮發性記憶體以及資料暫時儲存裝置電性耦接，記憶體控制器是用以接收讀取指令，並根據讀取指令讀取儲存於非揮發性記憶體的至少一複數資料，其中當至少一複數資料的讀取次數滿足設定值，記憶體控制器複製並儲存至少一複數資料至資料暫時儲存裝置。
本發明更提出一種記憶體控制器，其包括第一通訊介面、第二通訊介面、第三通訊介面以及微處理器。第一通訊介面用以與非揮發性記憶體通訊以存取非揮發性記憶體，第二通訊介面是用以與資料暫時儲存裝置通訊以存取資料暫時儲存裝置，第三通訊介面是用以與主機通訊以接收來自主機之讀取指令，微處理器與第一通訊介面、第二通訊介面以及第三通訊介面電性耦接，微處理根據讀取指令讀取儲存於非揮發性記憶體的至少一複數資料，其中，當至少一複數資料的讀取次數大於設定值，微處理器複製並儲存至少一複數資料至資料暫時儲存裝置。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式做詳細說明如下。
10‧‧‧資料儲存裝置
11‧‧‧記憶體控制器
12‧‧‧非揮發性記憶體
13‧‧‧資料暫時儲存裝置
111‧‧‧第一通訊介面
112‧‧‧第二通訊介面
113‧‧‧第三通訊介面
114‧‧‧微處理器
20‧‧‧主機
D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧資料
201、203、204、205、207、209、211、213、215、216、217‧‧‧步驟
圖1為本發明之資料儲存裝置實施例示意圖。
圖2為本發明之資料儲存裝置操作方法流程示意圖。
圖3A為本發明之資料暫時儲存裝置之資料儲存示意圖。
圖3B為本發明之資料暫時儲存裝置之資料儲存另一示意圖。
請參考圖1，圖1為資料儲存裝置實施例，資料儲存裝置10是用以與外部主機20通訊，並根據主機20所發送之讀取指令讀取儲存於資料儲存裝置10之資料，所述資料可以是用以顯示的顯示資料或者為音訊資料等，所述主機20可以為桌上型電腦或平板電腦等電子裝置。資料儲存裝置10包括記憶體控制器11、非揮發性記憶體12以及資料暫時儲存裝置13，非揮發性記憶體12例如為快閃記憶體(Flash Memory)，資料暫時儲存裝置13例如為動態隨機存取記憶體(DRAM)，記憶體控制器11與主機20、非揮發性記憶體12以及資料暫時儲存裝置13電性耦接。記憶體控制器11更包括了第一通訊介面111、第二通訊介面112、第三通訊介面113以及微處理器114，微處理器114與第一通訊介面111、第二通訊介面112以及第三通訊介面113電性耦接，記憶體控制器11可藉由第一通訊介面111與非揮發性記憶體12通訊並存取非揮發性記憶體12，記憶體控制器11可藉由第二通訊介面112與資料暫時儲存裝置13通訊並存取資料暫時儲存裝置13，記憶體控制器11可藉由第三通訊介面113與主機20通訊，其中，非揮發性記憶體12包含多個區塊(Block)，每一區 塊並包括多個資料頁(Page)，每一資料頁用以儲存所述資料以及每一資料所對應的讀取次數，所述的讀取次數指的是儲存於非揮發性記憶體12中的資料被微處理器114讀取的次數，微處理器114並是以資料頁為單位進行資料存取，此外，上述之第一通訊介面111例如為開放式NAND快閃記憶體介面(ONFI，Open NAND Flash Interface)或Toggle。上述之第二通訊介面112例如為DFI介面(DDR PHY Interface)。上述之第三通訊介面113例如為SATA介面(Serial Advanced Technology Attachment)、通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB)、快捷外設互聯標準(PCI Express，Peripheral Component Interconnect Express)、非揮發性記憶體儲存裝置(NVMe，Non-Volatile Memory Express)、通用快閃記憶體儲存裝置(UFS，Universal Flash Storage)、多媒體記憶卡(eMMC，embeded MultiMedia Card)以及SDIO介面(Secure Digital Input/Output)。
接著請同時參考圖1以及圖2以說明資料儲存裝置操作方法之實施例。
首先，當圖1所述的主機20需讀取資料儲存裝置10所儲存的特定某一資料時，主機20發送上述之讀取指令至資料儲存裝置10，資料儲存裝置10之微處理器114透過第三通訊介面113接收到主機20所傳送的讀取指令(步驟201)。微處理器114接收到讀取指令後，會根據讀取指令所包含的位址資訊得到資料的儲存位址，並根據儲存位址至非揮發性記憶體12或資料暫時儲存裝置13讀取對應的資料D1(步驟203)。當資料D1已被儲存至資料暫時儲存裝置13時，微處理器114會直接由資料暫時儲存裝置13讀取資料D1，並將資料D1藉由第三通訊介面113傳送至主機20(步驟204)，完成步驟204後回到步驟201。而當資料D1尚未被儲 存至資料暫時儲存裝置13時，微處理器114需要從非揮發性記憶體12讀取所需的資料D1，並將資料D1藉由第三通訊介面113傳送至主機20。除了讀取資料之外，微處理器114更記錄此儲存位址之讀取次數，每當此儲存位址之資料D1被讀取時，微處理器114更新此讀取次數之值，例如加1，但不以此為限(步驟205)。
接著微處理器114判斷更新後的讀取次數是否滿足預先設定的條件，其中，預先設定的條件為讀取次數大於設定值。假設，設定值之數值為50，滿足預先設定的條件即讀取次數的數值大於50(步驟207)。當步驟207判斷結果為否，回到步驟201，也就是資料D1被讀取的次數小於或等於上述的設定值，則微處理器114仍由非揮發性記憶體12讀取所需的資料D1且將資料D1藉由第三通訊介面113傳送至主機20。當步驟207判斷結果為是，也就是資料D1被讀取的次數大於上述的設定值時，這表示資料D1被頻繁地讀取，則微處理器114會將資料D1複製且儲存至資料暫時儲存裝置13，此時，資料D1除了儲存於非揮發性記憶體12中外，更被儲存於資料暫時儲存裝置13。如果主機20欲再度讀取資料D1，則微處理器114將讀取資料暫時儲存裝置13之資料D1，而非儲存於非揮發性記憶體12之資料D1。
另一種實施例中步驟207可以再結合一個時間參數，即在特定時間內提高設定值的大小，而時間過後設定值又降回原本的設定值。例如第30秒時，設定值由50增至60，第60秒時設定值由60降回50；又或是第30秒時直接將設定值設成最大可能值(假設設定值的長度為10bits，其最大可能值為1024)，使30秒到60秒這段期間中步驟207判斷結果為否，第60秒時設定值再恢復為50。更另一種實施例中第30秒時直接停止讀取次數之累計，使30秒到60秒這段期間 中步驟207判斷結果為否，第60秒時再將讀取次數歸零並重新運作。
另一種實施例中步驟207可以結合一個臨界值。例如：當主機20讀取儲存裝置10之資料的累計次數大於臨界值的數值(例如100)時，將設定值由60降回50，使步驟207之判斷更符合實際之應用。在上述中，設定值之調整可依據讀取次數、時間參數、臨界值等不同之條件之擇一或組合，令其數值增加或減少，此等變化皆落入本發明概念中。
當微處理器114欲將資料D1複製且儲存至資料暫時儲存裝置13時，微處理器114判斷資料暫時儲存裝置13是否有足夠的空間儲存資料D1(步驟209)。如圖3A所示，假設資料暫時儲存裝置13可儲存4筆資料，當步驟209判斷結果為否，也就是資料暫時儲存裝置13當前已沒有足夠的空間可用以儲存資料D1，微處理器114移除當前儲存於資料暫時儲存裝置13中其讀取次數為最小的資料(步驟211)。例如，資料暫時儲存裝置13已儲存有資料D2、資料D3、資料D4以及資料D5。資料D2所對應的讀取次數為51，資料D3所對應的讀取次數為52，資料D4所對應的讀取次數為53，資料D3所對應的讀取次數為54。為了將資料D1儲存至當前資料暫時儲存裝置13中，微處理器114會刪除讀取次數最小的資料D2，使資料暫時儲存裝置13具有足夠的空間來儲存資料D1，如圖3B所示，資料D1儲存至刪除資料D2所釋放的儲存空間，微處理器114並將資料D2的儲存位址更新為非揮發性記憶體12中的儲存位址，而其讀取次數將繼續進行累計。被刪除的資料D2若被讀取時，微處理器114將根據紀錄的儲存位址由非揮發性記憶體12中讀取資料D2，並根據儲存於非揮發性記憶體12中的讀取次數繼續計數資料D2的讀取次數。
當步驟209判斷結果為是或者完成步驟211，也就是資料暫時儲存裝置13具有足夠的空間儲存資料D1時，微處理器114除了將資料D1傳送至主機20外，更將資料D1複製並儲存於資料暫時儲存裝置13(步驟213)，微處理器114並將資料D1的儲存位址更新為資料暫時儲存裝置13中的儲存位址，由於資料D1已被儲存於資料暫時儲存裝置13，因此微處理器114再次接收到讀取資料D1的讀取指令且資料D1仍儲存於資料暫時儲存裝置13時，微處理器114將根據儲存位址直接由資料暫時儲存裝置13讀取資料D1，且儲存於資料暫時儲存裝置13的資料D1將停止記數其讀取次數，即上述步驟204。
為了避免過於頻繁的將資料儲存至資料暫時儲存裝置13，微處理器114會判斷資料暫時儲存裝置13是否滿足另一預先設定的條件，例如所有位址是否都已經儲存了資料(步驟215)，其判斷的依據為資料D1是否儲存至最後一個位址。例如位址00、01、10、11皆已儲存了資料，且在上述步驟213中資料D1將儲存至最後一個位址11中。當判斷結果為是，微處理器114將調整預先設定的條件，例如將上述之設定值與預設值相加以更新設定值(步驟216)，其中，預設值的數值例如為50，但不以此為限。若當前設定值為50，加上此預設值50後設定值將被更新為100，這表示當某一資料被讀取超過100次時，微處理器114才會再度將此資料儲存至資料暫時儲存裝置13，完成步驟216後回到步驟201。當步驟215判斷為否，也就是資料暫時儲存裝置13尚未將資料儲存至最後一個位址，因此微處理器114增加設定值，例如加1(步驟217)，但不以此為限，也就是若當前設定值為50，與1相加後設定值會被更新為51，因此當有資料被讀取超過51次後，微處理器114才會再度將資料儲存至資料暫時儲存 裝置13，此舉的目的在於，藉由儲存一筆資料後增加上述設定值的數值之方式來避免發生同時有多筆資料的讀取次數大於上述的設定值，使微處理器114需花費一段時間連續進行資料儲存動作的情況，完成步驟217後回到步驟201，等待下一讀取指令。
綜上所述，由於本發明之資料儲存裝置10可將讀取次數相對較多的資料儲存至資料暫時儲存裝置13，因此資料暫時儲存裝置13可分擔非揮發性記憶體12被讀取的次數，有效減少非揮發性記憶體12被讀取的次數，進而降低非揮發性記憶體12發生讀取擾動的情況而提高非揮發性記憶體12的壽命以及效益，此外資料暫時儲存裝置13可以為資料儲存裝置10現有的儲存裝置，因此本發明更無需額外增加儲存裝置或空間即可達到上述之目的，有效避免成本的增加以增進其商業利用價值。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後付之申請專利範圍所界定者為準。
201、203、204、205、207、209、211、213、215、216、217‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種可用於記憶體控制器之操作方法，其步驟包括：使該記憶體控制器接收一讀取指令，並根據該讀取指令讀取儲存於一非揮發性記憶體之至少一複數資料；使該記憶體控制器判斷至少一該等資料之一讀取次數是否大於一設定值；當判斷為是，使該記憶體控制器複製並儲存至少一該等資料至一資料暫時儲存裝置；以及增加該設定值。
  2. 如請求項1所述之記憶體控制器之操作方法，其步驟更包括：當該記憶體控制器接收至少一該等資料所對應之該讀取指令時，根據該讀取指令讀取儲存於該資料暫時儲存裝置之至少一該等資料。
  3. 如請求項1所述之記憶體控制器之操作方法，當判斷為是，複製並儲存至少一該等資料至該資料暫時儲存裝置之步驟更包括：判斷該資料暫時儲存裝置是否具有足夠儲存空間以儲存至少一該等資料；以及當判斷為否，移除儲存於該資料暫時儲存裝置中的至少一該等資料，且移除的資料暫時儲存裝置中的至少一該等資料的該讀取次數小於欲儲存的至少一該等資料的該讀取次數。
  4. 如請求項1所述之記憶體控制器之操作方法，其中，該非揮發性記憶體包含多個區塊，每一該等區塊包括多個資料頁，該等資料係儲存於該等資料頁中。
  5. 一種資料儲存裝置，其包括有：一非揮發性記憶體，用以儲存複數資料；一資料暫時儲存裝置；以及一記憶體控制器，與該非揮發性記憶體以及該資料暫時儲存裝置電性耦接，該記憶體控制器是用以接收一讀取指令，並根據該讀取指令讀取儲存於該非揮發性記憶體的至少一該等資料，其中當該至少一該等資料的一讀取次數大於一設定值，該記憶體控制器複製並儲存該至少一該等資料至該資料暫時儲存裝置並增加該設定值。
  6. 如請求項5所述之資料儲存裝置，其中，當該記憶體控制器接收至少一該等資料所對應之該讀取指令時，根據該讀取指令讀取儲存於該資料暫時儲存裝置的該至少一該等資料。
  7. 如請求項5所述之資料儲存裝置，其中，該記憶體控制器判斷該資料暫時儲存裝置是否具有足夠的儲存空間以儲存該至少一該等資料，當判斷結果為否時，該記憶體控制器移除儲存於該資料暫時儲存裝置中的至少一該等資料，且移除的資料暫時儲存裝置中的至少一該等資料的該讀取次數小於欲儲存的至少一該等資料的該讀取次數。
  8. 如請求項5所述之資料儲存裝置，其中，該非揮發性記憶體包含多個區塊，每一該等區塊包括多個資料頁，該等資料係儲存於該等資料頁中。
  9. 一種記憶體控制器，其包括：一第一通訊介面，用以與一非揮發性記憶體通訊以存取該非揮發性記憶體；一第二通訊介面，用以與一資料暫時儲存裝置通訊以存取該資料暫時儲存裝置；一第三通訊介面，用以與一主機通訊以接收來自該主機之一讀取指令；以及一微處理器，與該第一通訊介面、該第二通訊介面以及該第三通訊介面電性耦接，該微處理根據該讀取指令讀取儲存於該非揮發性記憶體的至少一複數資料，其中，當該至少一該等資料的一讀取次數大於一設定值，該微處理器複製並儲存該至少一該等資料至該資料暫時儲存裝置並增加該設定值。
  10. 如請求項9所述之記憶體控制器，其中，當該微處理器接收至少一該等資料所對應之該讀取指令時，微處理器根據該讀取指令讀取儲存於該資料暫時儲存裝置的該至少一該等資料。
  11. 如請求項9所述之記憶體控制器，其中，該微處理器判斷該資料暫時儲存裝置是否具有足夠的儲存空間以儲存該至少一該等資料，當判斷結果為否時，該微處理器移除儲存於該資料暫時儲存裝置中的至少一該等資料，且移除的資料暫時儲存裝置中的至少一該 等資料的該讀取次數小於欲儲存的至少一該等資料的該讀取次數。
  12. 如請求項9所述之記憶體控制器，其中，該非揮發性記憶體包含多個區塊，每一該等區塊包括多個資料頁，該等資料係儲存於該等資料頁中。
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