TWI606336B - 儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料儲存方法 - Google Patents

儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料儲存方法 Download PDF

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Description

儲存裝置及其控制單元、可用於儲存裝置的資料儲存方 法
本發明是有關於資料儲存的相關技術，尤其是一種儲存裝置及其控制單元，以及一種可用於儲存裝置的資料儲存方法。
一般而言，儲存裝置主要由控制單元與資料儲存媒體(例如是快閃記憶體)所構成，其中資料儲存媒體具有多個資料區塊(data block)，而控制單元電性耦接資料儲存媒體，以對上述資料區塊進行資料之存取或抹除。
具有三階儲存單元(triple-level cell，以下簡稱TLC)型態的快閃記憶體因為具有強大的資料儲存能力而廣泛地被使用在固態硬碟(SSD,Solid State Drive)。然而，當控制單元欲頻繁地讀取常用的資料時，其低落的資料存取速度往往成為固態硬碟的整理效能的瓶頸。
本發明提供一種儲存裝置，其可提高常用資料的讀取速度。
本發明另提供一種儲存裝置的控制單元，其可提 高常用資料的讀取速度。
本發明再提供一種可用於儲存裝置的資料儲存方法，其使得儲存裝置的控制單元能提高常用資料的讀取速度。
本發明提出一種儲存裝置，其包括有資料儲存媒體與控制單元。資料儲存媒體具有資料儲存區，資料儲存區具有多個第一資料區塊，每一第一資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一第一儲存單元可儲存M個位元資料。控制單元電性耦接資料儲存媒體，且控制單元用以在對資料區塊執行資料讀取操作時，判斷資料區塊之讀取次數是否大於第一預設次數，並判斷資料區塊是否為其中一第一資料區塊。控制單元還依據判斷之結果而自資料儲存區中選取多個第一資料區塊，並將選取之第一資料區塊轉換成多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的資料區塊，以及將資料區塊中的資料搬移至選取之資料區塊中，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
本發明另提出一種控制單元，其包括有控制邏輯與微處理器。控制邏輯電性耦接資料儲存媒體，所述資料儲存媒體具有資料儲存區，資料儲存區具有多個第一資料區塊，每一第一資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一第一儲存單元可儲存M個位元的資料。微處理器電性耦接控制邏輯，且微處理器用以在透過控制邏輯對資料區塊執行資料讀取操作時，判斷資料區塊之讀取次數是否大於第一預設次數，並判斷資料區塊是否為其中之一第一資料區塊。微處理器還依據判斷之結果而自資料儲存區中選取多個第一資料區塊，並將選取之第一資料區塊轉換成多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的資料區塊，以及透過控制邏輯將資料區塊中的資料搬移至選取之資料區塊中，其中N與M皆為自然 數，且N小於M。
本發明再提出一種可用於儲存裝置的資料儲存方法，其包括下列步驟：在對資料區塊執行資料讀取操作時，判斷資料區塊之讀取次數是否大於第一預設次數，並判斷資料區塊是否為資料儲存區中之多個第一資料區塊的其中之一，其中每一第一資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一第一儲存單元可儲存M個位元的資料；以及依據判斷之結果自資料儲存區中選取多個第一資料區塊，並將選取之第一資料區塊轉換成多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的資料區塊，以及將資料區塊中的資料搬移至選取之資料區塊中，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
本發明係使儲存裝置之控制單元在對資料區塊執行資料讀取操作時，判斷資料區塊之讀取次數是否大於第一預設次數，並判斷資料區塊是否為第一資料區塊。當皆判斷為是時，控制單元便將多個第一資料區塊轉換成儲存容量較小但存取速度較快的多個資料區塊，並進行資料搬移操作。因此，本發明之儲存裝置可提高常用資料的讀取速度。
110‧‧‧控制單元
112‧‧‧介面邏輯
114‧‧‧微處理器
116‧‧‧控制邏輯
120‧‧‧資料儲存媒體
130‧‧‧資料儲存區
132‧‧‧第一資料區塊
134‧‧‧第一儲存單元
140‧‧‧資料暫存區
142‧‧‧第二資料區塊
144‧‧‧第二儲存單元
S202~S220‧‧‧步驟
圖1為依照本發明一實施例之儲存裝置的電路方塊圖；圖2為依照本發明一實施例之一種可用於儲存裝置之資料儲存方法的流程圖。
圖1為依照本發明一實施例之儲存裝置的電路方塊圖。如圖1所示，儲存裝置100主要包括有控制單元110 與資料儲存媒體120。此資料儲存媒體120包括以非揮發性記憶體來實現，例如是以快閃記憶體(Flash memory)、磁阻式隨機存取記憶體(Magnetoresistive RAM)、鐵電隨機存取記憶體(Ferroelectric RAM)等具有長時間資料保存能力之資料儲存裝置來實現。以下將以快閃記憶體作為資料儲存媒體120為例來說明本發明。
在此例中，資料儲存媒體120具有資料儲存區130與資料暫存區140。資料儲存區130具有多個第一資料區塊(如標示132所示)，每一第一資料區塊132具有多個第一儲存單元(如標示134所示)，且每一第一儲存單元134可儲存M個位元的資料。至於資料暫存區140，其具有多個第二資料區塊(如標示142所示)，每一第二資料區塊142具有多個第二儲存單元(如標示144所示)，每一第二儲存單元144可儲存N個位元的資料，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
舉例來說，上述各第一資料區塊132可以是TLC型態的資料區塊，因此每一第一儲存單元134可以儲存三個位元的資料。在這樣的情況下，上述各第二資料區塊142可以是多階儲存單元(multi-level cell，以下簡稱MLC)型態的資料區塊，因此每一第二儲存單元144可以儲存二個位元的資料。又或者，在這樣的情況下，上述各第二資料區塊142可以是單階儲存單元(single level cell，以下簡稱SLC)型態的資料區塊，因此每一第二儲存單元144可以儲存一個位元的資料。
當然，上述各第一資料區塊132也可以是MLC型態的資料區塊，因此每一第一儲存單元134可以儲存二個位元的資料。在這樣的情況下，上述各第二資料區塊142可以是SLC型態的資料區塊，因此每一第二儲存單元144可以儲存一個位元的資料。
另外，上述各第一資料區塊132以及上述各第二資料區塊142可以是相同型態的資料區塊，例如：皆為TLC或MCL型態的資料區塊。然而在使用上將上述各第二資料區塊142切換為另一種型態(另一種模式)的資料區塊，例如：SLC模式的資料區塊。可以理解的，由於物理上的限制，當上述各第二資料區塊142切換為另一種模式的資料區塊，並不表示上述各第二資料區塊142的所有效能跟原生的SLC型態的資料區塊相同。
理論上而言，TLC型態之資料區塊所能儲存的資料量是SLC型態之資料區塊所能儲存的資料量的三倍。當TLC型態的資料區塊被切換為SLC模式的資料區塊時，其資料儲存量將只有預設的三分之一，換句話說，三個被切換為SLC模式的資料區塊才能提供一個原本TLC型態的資料區塊的資料儲存量，然而，SLC模式的資料區塊可提供較佳的資料存取能力。
為了簡化說明，第一資料區塊132皆採用TLC型態的資料區塊，其功能上是用來儲存資料，第二資料區塊142皆採用SLC型態的資料區塊，由於具有快速寫入的特質，其功能上是用來作資料緩衝器，以此架構為例，來說明本發明。
請再參照圖1，控制單元110係電性耦接資料儲存媒體120，並用以控制資料儲存媒體120的操作(例如進行資料的存取或抹除)。在此例中，控制單元110包括有介面邏輯112、微處理器114與控制邏輯116。微處理器114係電性耦接介面邏輯112，用以透過介面邏輯112接收來自主機(例如是電腦、手機、數位相機等具運算功能的電子裝置，未繪示)之命令或資料，例如：寫入命令、讀取命令、抹除命令等。此外，微處理器114還透過控制邏輯116電性耦接資料儲存 媒體120，並用以透過控制邏輯116對資料儲存媒體120進行資料之存取，或進行資料之抹除。
圖2為依照本發明一實施例之一種可用於儲存裝置之資料儲存方法的流程圖。請同時參照圖1與圖2。當微處理器114透過介面邏輯112接收來自主機之讀取命令，或者由微處理器114自行發起資料讀取操作，例如進行垃圾收集(garbage collection)所自行發起之資料讀取操作，並據以透過控制邏輯116對資料儲存媒體120中的某一資料區塊執行資料讀取操作時，微處理器114就會啟動圖2所示之操作流程。
在開始執行資料讀取操作(如步驟S202所示)之後，微處理器114會去判斷目前正在執行資料讀取操作的資料區塊的讀取次數(read count)是否大於第一預設次數(如步驟S204所示)，以便判斷此資料區塊中所儲存的資料是否為常用資料。當判斷為否時，微處理器114便直接結束此流程(如步驟S220所示)。反之，當判斷為是時，微處理器114便會判斷目前這個資料區塊是否為第一資料區塊(如步驟S206所示)，以此例來說就是判斷目前這個資料區塊是否為TLC型態的資料區塊。
在步驟S206中，當判斷為否時，微處理器114便執行第二資料區塊142之資料搬移操作(如步驟S208所示)，以此例來說就是執行第二資料區塊142之資料搬移至另一第二資料區塊142或第一資料區塊132。而在執行完步驟S208後，微處理器114便結束此流程(如步驟S220所示)。反之，在步驟S206中，當判斷為是時，微處理器114便會判斷資料儲存區130中所儲存的資料量是否小於預設資料量(如步驟S210所示)，或判斷資料儲存區130的未使用資料區塊的數目是否大於預設值，上述二種判斷方式皆可以用判斷資料儲存區130是否有足夠的第一資料區塊可供切換為SLC模式 的資料區塊。
預設資料量可為介於5%至95%的總體資料儲存量，較佳值介於50%至90%總體資料儲存量。以90%總體資料儲存量為例，這表示資料儲存區130中有90%的第一資料區塊132可用來儲存資料，有10%的第一資料區塊132可以切換至SLC模式的資料區塊。此外，使用者可透過軟體來執行上述模式的切換，使TLC型態之資料區塊中的儲存單元由儲存三個位元限制成儲存一個位元，切換至SLC模式之資料區塊。
在步驟S210中，當判斷為否時，微處理器114便會透過控制邏輯116執行第一資料區塊132之資料搬移操作。來將目前第一資料區塊中的資料搬移至另一個第一資料區塊132中(如步驟S214所示)，以此例來說就是將目前這個資料區塊中的資料搬移至另一個TLC型態的空白資料區塊中。另外，微處理器114可透過控制邏輯116對目前第一資料區塊執行垃圾收集，以降低資料儲存區130中的第一資料區塊132的使用量。而在執行完步驟S214後，微處理器114便結束此流程(如步驟S220所示)。反之，在步驟S210中，當判斷為是時，微處理器114便會判斷資料儲存區130中之第一資料區塊132的平均寫入/抹除次數(program/erase count，P/E count)是否小於第二預定次數(如步驟S212所示)，以此例來說就是判斷TLC型態之資料區塊的平均寫入/抹除次數是否小於2000次。由於第一資料區塊132的寫入/抹除次數超過一特定的數值後，例如2500次，其資料儲存能力將明顯地降低。由於將第一資料區塊132切換至SLC模式之資料區塊後，其寫入/抹除次數可能會明顯地增加而超過特定的數值，造成其使用壽命的降低，步驟S212可避免上述情況之發生。
在步驟S212中，當判斷為否時，微處理器114 便會執行步驟S214所示操作，並在執行完步驟S214後結束此流程(如步驟S220所示)。反之，在步驟S212中，當判斷為是時，微處理器114便自資料儲存區130中選取多個第一資料區塊132，並將選取之第一資料區塊132切換至SLC模式的資料區塊(如步驟S216所示)，以此例來說就是自資料儲存區130中選取三個TLC型態的第一資料區塊132，並將所選的這三個TLC型態的資料區塊切換至SLC模式。
接著，微處理器114便透過控制邏輯116將目前這個資料區塊中的資料搬移至切換至SLC模式的資料區塊中(如步驟S218所示)，以此例來說就是將目前這個第一資料區塊132中的資料搬移至已切換至SLC模式的三個資料區塊中。而在執行完步驟S218後，微處理器114便結束此流程(如步驟S220所示)。
相較於TLC型態之第一資料區塊132，雖然切換至SLC模式的資料區塊的資料儲存容量降低，然其資料的存取速度卻增加，因此在經過上述操作後，本發明之儲存裝置便能提高對常用資料的讀取速度。值得一提的是，圖2所示之步驟的順序僅是用以舉例，並非用以限制本發明。舉例來說，使用者可將步驟S210與S212的順序對調，此仍不影響本發明之實現。另外，若欲再提高執行速度，可省略步驟S210之執行。
綜上所述，本發明係使儲存裝置之控制單元在對資料區塊執行資料讀取操作時，判斷資料區塊之讀取次數是否大於第一預設次數，並判斷資料區塊是否為第一資料區塊。當皆判斷為是時，控制單元便將多個第一資料區塊轉換成儲存容量較小但存取速度較快的多個SLC模式的資料區塊，並進行資料搬移操作。因此，本發明之儲存裝置可提高常用資料的讀取速度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S202~S220‧‧‧步驟

Claims (21)

  1. 一種儲存裝置，其包括：一資料儲存媒體，具有一資料儲存區，該資料儲存區具有多個第一資料型態的資料區塊，每一該些第一資料型態的資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一該些第一儲存單元可儲存M個位元資料；以及一控制單元，電性耦接該資料儲存媒體，該控制單元用以在對一資料區塊執行一資料讀取操作時，判斷該資料區塊之一讀取次數是否大於一第一預設次數，並判斷該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一，當判斷之結果皆為是時，該控制單元自該資料儲存區中選取多個該些第一資料型態的資料區塊，並將選取之該些第一資料型態的資料區塊切換至多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊，以及將該些第一資料型態的資料區塊中的資料搬移至該些其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊中，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中該資料儲存媒體更具有一資料暫存區，該資料暫存區具有多個第二資料型態的資料區塊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之儲存裝置，其中當該控制單元判斷該資料區塊並非是該些第一資料型態的資料區塊的其中之一時，便執行該第二資料型態的資料區塊之一資料搬移操作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中在判斷完 該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該些第一資料型態的資料區塊之一平均寫入/抹除次數是否小於一第二預定次數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之儲存裝置，其中當該控制單元判斷該平均寫入/抹除次數不小於該第二預定次數時，便將該資料區塊中的資料搬移至該些第一資型態的資料料區塊的另一中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中在判斷完該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區中儲存的一資料量是否小於一預設資料量。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之儲存裝置，其中在判斷完該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區的未使用之該些第一資料型態的資料區塊的數目是否大於一預設值。
  8. 一種控制單元，其包括：一控制邏輯，電性耦接一資料儲存媒體，該資料儲存媒體具有一資料儲存區，該資料儲存區具有多個第一資料型態的資料區塊，每一該些第一資料型態的資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一該些第一儲存單元可儲存M個位元資料；以及一微處理器，電性耦接該控制邏輯，該微處理器用以在透過該控制邏輯對一資料區塊執行一資料讀取操作時，判斷該資料區塊之一讀取次數是否大於一第一預設次數，並判斷該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一，當判斷之結果皆為是時，該微處理器自該資料儲存區中選取 多個該些第一資料型態的資料區塊，並將選取之該些第一資料型態的資料區塊切換至多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊，以及透過該控制邏輯將該些第一資料型態的資料區塊中的資料搬移至該些其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊中，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中該資料儲存媒體更具有一資料暫存區，該資料暫存區具有多個第二資料型態的資料區塊。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制單元，其中當該微處理器判斷該資料區塊並非是該些第一資料型態的資料區塊的其中之一時，便執行該第二資料型態的資料區塊之一資料搬移操作。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中在判斷完該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該些第一資料型態的資料區塊之一平均寫入/抹除次數是否小於一第二預定次數。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之控制單元，其中當該微處理器判斷該平均寫入/抹除次數不小於該第二預定次數時，便透過該控制邏輯將該資料區塊中的資料搬移至該些第一資料型態的資料區塊的另一中。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中在判斷完該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區中儲存的一資料量是否小於一預設資料量。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之控制單元，其中在判斷 完該資料區塊是否為該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區的未使用之該些第一資料型態的資料區塊的數目是否大於一預設值。
  15. 一種可用於儲存裝置的資料儲存方法，其包括：在對一資料區塊執行一資料讀取操作時，判斷該資料區塊之一讀取次數是否大於一第一預設次數，並判斷該資料區塊是否為一資料儲存區中之多個第一資料型態的資料區塊的其中之一，其中每一該些第一資料型態的資料區塊具有多個第一儲存單元，且每一該些第一儲存單元可儲存M個位元資料；以及當判斷之結果皆為是時，自該資料儲存區中選取多個第一資料型態的資料區塊，並將選取之該些第一資料型態的資料區塊切換至多個其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊，以及將該些第一資料型態的資料區塊中的資料搬移至該些其每一儲存單元可儲存N個位元資料的第二資料型態的資料區塊中，其中N與M皆為自然數，且N小於M。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中該資料儲存媒體更具有一資料暫存區，該資料暫存區具有多個第二資料型態的資料區塊。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中當判斷該資料區塊並非是該些第一資料型態的資料區塊的其中之一時，便執行該第二資料型態的資料區塊之一資料搬移操作。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中在判斷完該資料區塊是否為該資料儲存區 中之該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該些第一資料型態的資料區塊之一平均寫入/抹除次數是否小於一第二預定次數。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中當判斷該平均寫入/抹除次數不小於該第二預定次數時，便將該資料區塊中的資料搬移至該些第一資料型態的資料區塊的另一中。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中在判斷完該資料區塊是否為該資料儲存區中之該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區中儲存的一資料量是否小於一預設資料量。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之可用於儲存裝置的資料儲存方法，其中在判斷完該資料區塊是否為該資料儲存區中之該些第一資料型態的資料區塊的其中之一之後，接著判斷該資料儲存區的未使用之該些第一資料型態的資料區塊的數目是否大於一預設值。
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