专利名称：内存储存装置及其控制方法、热门数据控管模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种储存装置及方法，尤指一种内存储存装置及其控制方法。
背景技术：
非挥发性内存(Non-volatile memory,或称为非依电性内存)用以储存数据，常 应用于储存装置，例如记忆卡、USB接口随身碟、固态磁盘驱动器等。闪存(Flash memory) 具有高储存密度、低耗电特性、有效的存取效率与合理价格成本等优点，而成为目前非挥发 性内存主流。 —般非挥发性内存通常全采用多级单元型内存(Multi-level-cell, MLC)或单级 单元型内存(Single-level-cell, SLC)，其中以多级单元制成的内存为高密度内存(High density memory)，而以单级单元制成的内存为低密度内存(Low density memory)。相较于 低密度内存，高密度内存单位面积的数据储存容量可成倍数增加，因而具有大幅提高储存 容量与降低成本的优势，然其读写数据、执行烧录与抹除(Erase)动作所需的时间却较长； 此外，多级单元制程技术也致使高密度内存所能承受的抹写次数(Erase cycle)较少，如此 便连带影响了采用高密度内存的储存装置的数据存取速度与使用寿命。
鉴于高密度内存的特点在于储存容量大与成本低，但数据存取速率慢及抹除耐用 次数少；而低密度内存的特点在于数据存取速率快与抹除耐用次数多，但储存容量小及成 本高，进而发展出在单一储存装置内同时具备上述两种不同密度的内存，即为混合密度内 存(Hybriddensity memory)。 目前，业界所提出的混合密度内存储存装置通常采用低密度内存记录使用频率较 高的数据，用高密度内存记录使用频率较低的数据，然而，在低密度内存有限的储存容量 中，要规划新旧数据处理方式将影响混合密度内存储存装置的工作效能；且，因为不同密度 的内存所能承受的抹除次数不一样，而且当内存存放的数据被更新或存取时，会抹除存放 该数据的区块，进而导致两种密度的内存的抹除次数不平均，如此一来，会面临其中一种密 度的内存先到抹除耐用次数限制，但另一种密度的内存尚可继续使用的情况，而提早结束 储存装置的使用寿命。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种内存储存装置及其控制方法、热门数据控管模 块，以改善公知技术的问题。 本发明揭示一种内存储存装置的控制方法，适用于将由主机传来的至少一写入数 据配置在一内存储存装置中。此储存装置具有一高密度记忆单元，该高密度记忆单元中分 成多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页，其中写入该第二类记忆页比写入该第一类记 忆页的时间短。所述的控制方法的步骤如下首先进行一热门数据过滤程序，将该写入数据 的数据长度与一门限值比较，用以区分该写入数据的性质；之后根据比较结果来决定该写 入数据的配置位置，若该写入数据的数据长度比该门限值小，则将该写入数据配置于第二类记忆页，否则将该写入数据配置于第一类记忆页以及第二类记忆页，换句话说，也就是根 据该写入数据的性质，将该写入数据配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二 类记忆页中。 本发明还提供了一种热门数据控管模块，适用于从一高密度记忆单元中存取至少 一写入数据，该高密度记忆单元包括多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页，该热门数 据控管模块包括有 —热门数据过滤单元，将该写入数据的数据长度与一门限值比较，用以辨别该写 入数据的性质；以及 —地址配置单元，耦接于该热门数据过滤单元及该高密度记忆单元之间，用以根 据该写入数据的性质来将其配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆 页。 本发明还提供了一种内存储存装置，适用于配合一主机存取至少一写入数据，包 括有 —非挥发性内存单元，包括一由高密度内存所构成的高密度记忆单元，该高密度 记忆单元包括多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页；以及 —控制单元，耦接于该主机及该非挥发性内存单元之间，该控制单元根据该写入 数据的性质，将该写入数据配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆页 中。 借由前述技术方案，本发明利用高密度内存的成对记忆页(PairedPage)的特性， 将常更新的数据储存在烧录(Program)时间较快的记忆页中，进而加速烧录时间，并延长 储存装置的使用寿命。 以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预 定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及附 图中加以阐述。
图1为本发明所揭示的高密度记忆单元的一具体实施例的示意图； 图2为本发明所揭示的实体区块的一具体实施例的示意图； 图3A 图3C为本发明所揭示的高密度记忆单元的一具体实施例的状态改变示意 图； 图4为本发明所揭示的内存储存装置的系统架构示意图； 图5为本发明所揭示热门数据控管模块的一具体实施例的系统架构示意图； 图6为本发明所揭示的高密度记忆单元的一具体实施例的数据配置示意图；以及 图7为本发明所揭示内存储存装置的控制方法的一具体实施例的步骤流程图。附图标记说明
1 :高密度记忆单元 PBA。、 PBAp PBA2、 PBAi :实体区土央 MSB。、 MSB" MSB2、 MSB^ MSBn :最高有效位记忆页 LSB。、 LSBp LSB2、 LSB^ LSBn :最低有效位记忆页
5
"U"、"A"、"B"、"C":状态31 :最高有效位4 :数字系统40:内存储存装置41 :非挥发性内存单元43 :控制单元431 :系统接口433:热门数据控管模块4331 :热门数据过滤单元 .435 :微处理器437 :数据缓存单元439 :内存接口45 :电源管理单元47 :主机49 :电源HD。、HD^HDn:热门数据S701 S719 :各个步骤流程
33 :最低有效位
4333 :地址配置单元
具体实施例方式
本发明所提出的内存储存装置及其控制方法，先辨识由一主机传来的写入数据的 性质，将较常更新的写入数据配置于烧录速度较快的高密度内存的记忆页，以提高烧录速 度，并提升内存装置的使用效能及寿命。 本发明的主要技术特征在于数据配置的控制方法以及使用该方法的内存储存装 置架构，以下就仅提出必要的内部系统架构及其动作流程，然而，本域的普能技术人员可 知，除了以下所提及的构件，内存储存装置中当然包括其它的必要元件，因此，不应以本实 施例揭露者为限。 首先，请参阅图l，该图系为本发明所揭示的高密度记忆单元的一具体实施例的示 意图。如第一图所示，一由高密度内存所构成的高密度记忆单元1定义连续多个实体区块
PBA。、PBApPB4......，每一实体区块PBAi具有多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页，
如图2所示，由于高密度内存有成对记忆页(Paired Page)的特性，所述的第一类记忆页即
为最高有效位记忆页(MSB Page)MSB。、MSB^MSB2......;而第二类记忆页即为最低有效位
记忆页(LSB Page)LSB。、LSB^LSB2......。 高密度记忆单元的所以称为高密度的原因，主要是其中的每一个记忆胞能处于超 过两个状态，如图3A所示，每一记忆胞包含两个位，用来决定四种状态"U"、"A"、"B"、"C"， 该两个位为最高有效位(MSB) 31以及最低有效位(LSB)33，分别位在不同的记忆页上，而属 于同一个记忆胞的最高有效位记忆页MSBi以及最低有效位记忆页LSBi即称作成对记忆页 (Paired Page)。 当要写入数据至最高有效位记忆页MSBi，如图3B所示，必须将记忆胞由状态"U" 烧录到状态"C"，或是由状态"A"烧录到状态"B"，借此将最高有效位31所表示的位由逻辑1转换为逻辑0。而若将最高有效位记忆页MSBi中的记忆胞维持在状态"A"或状态"U"，即 可将最高有效位31表示为逻辑1。 而当要写入数据至最低有效位记忆页LSBi，如图3C所示，则可将记忆胞维持在状 态"U"，以将最低有效位33表示为逻辑1。若将记忆胞烧录至状态"A"，则可将最低有效位 33表示为逻辑0。如此一个记忆胞只需要维持两种较低的电位来处理两种状态，因此若只 使用高密度记忆单元的最低有效位记忆页LSBi来记录数据，其效果以及速度会与使用低密 度记忆单元差不多。因此本发明提出将较常更新的热门数据只利用最低有效位记忆页LSBi 来记录，借此加速热门数据的处理速度。 接着，请参阅图4，该图为本发明所揭示的内存储存装置的系统架构示意图。如图
4所示， 一内存储存装置40 (以下简称储存装置)应用于一数字系统4中，配合执行写入与
读取数据。数字系统4中，储存装置40耦接于主机47，接受主机47所下达的指令运作。具
体来说，主机47可为一计算机系统，而储存装置40则为计算机系统的固态硬盘。 储存装置40包括有一非挥发性内存单元41、一控制单元43以及一电源管理单元
45。非挥发性内存单元41是由闪存(Flash memory)所构成，包括有一高密度记忆单元1，
亦可包括低密度记忆单元(图中未示)，以形成混合内存储存装置。高密度记忆单元1为多
级单元内存(MLC)，具有储存容量高、抹除耐用次数少与数据存取速率低等特点。 电源管理单元45耦接于一 电源49，用以接收电源49所输出的电力，并将电力转换
为控制单元43与非挥发性内存单元41所需电源。 本发明是根据FAT12、 FAT16、 FAT32或NTFS的文件系统所规范的系统架构来管理 储存装置40所储存的文件数据。经由微处理器435固件预先规划的寻址转换表将文件数 据在文件系统中的逻辑区块地址映像到非挥发性内存单元41的实体地址。
控制单元43耦接于主机47与非挥发性内存单元41之间，控制单元43接收主机 47所下达的一指令，所述的指令可为一写入指令或一读取指令，写入指令是将对应一逻辑 区块地址的数据写入非挥发性内存单元41中，而读取指令则是将一逻辑区块地址的数据 从非挥发性内存单元41中读取出来。控制单元43包括有一系统接口 431、一热门数据控管 模块433、一微处理器435、一数据缓存单元437以及一内存接口 439。系统接口 431系耦接 于主机47，用以接收主机47所下达的指令，与传输该指令所对应的数据。热门数据控管模 块433耦接于系统接口 431，以识别该指令所指向的数据的性质，来指定该数据配置于适当 的内存地址中。微处理器435耦接于系统接口 431以及热门数据控管模块433，用以控制 储存装置40中各个单元处理该指令的运作情形，即当微处理器435接收指令后，将指令所 指向的数据传至热门数据控管模块433以判别数据的性质，之后再根据判断结果对该数据 作适当的处理。数据缓存单元437耦接于系统接口 431，用以暂存主机47传送到储存装置 40的数据，或主机47预备从储存装置40读取的数据。内存接口 439耦接于数据缓存单元 437与非挥发性内存单元41之间，作为控制单元43与非挥发性内存单元41之间的数据传 输接口。 接着，请同时参阅图4以及图5。图5为本发明所揭示热门数据控管模块的一具体 实施例的系统架构示意图。如图5所示，热门数据控管模块433耦接于非挥发性内存单元 41，非挥发性内存单元41有一高密度记忆单元1。主机47将所下达的指令的所对应的数据 (以下统称写入数据)传到热门数据控管模块433，热门数据控管模块433会根据该写入数
7据的性质来指定该写入数据配置于高密度记忆单元1中的最低有效位记忆页或最高有效 位记忆页以及最低有效位记忆页。 热门数据控管模块433包括有一热门数据过滤单元4331以及一地址配置单元 4333。热门数据过滤单元4331接收写入数据，借由写入数据的长度来辨别其数据性质。地 址配置单元4333耦接于热门数据过滤单元4331及高密度记忆单元l之间，用以根据写入 数据的性质来将其配置于适当的地址。具体来说，写入数据的数据长度若比一预设的门限 值小，热门数据过滤单元4331即判断该写入数据为一热门数据，由地址配置单元4333给定 最低有效位记忆页LSBi的地址来配置该写入数据；否则判断该写入数据为一冷门数据(非 热门数据)，依照一般写入高密度记忆单元1的方式来将写入数据配置于最高有效位记忆 页MSBi以及最低有效位记忆页LSBi。 本发明将写入数据的长度和一门限值比较来决定该写入数据的性质。门限值可为 一系统设定值或一使用者设定值，也可由写入数据的性质来调整其值。例如，由热门数据过 滤单元4331统计过去N笔写入数据的地址及长度，接着分析这N笔写入数据其地址重复性 较高的数据落入哪个数据长度范围中，假设分析出重复性较高的写入数据其数据长度系落 入2KB以下，则将门限值设定为2KB。而接下来的写入数据其长度若低于2KB，则判断为热 门数据，反之则判断为非热门数据。另外，门限值的设定方法可每接收N笔写入数据变更新 一次门限值；亦可在接收N笔写入数据并分析出门限值后，接下来每接收M笔写入数据就更 新一次门限值(N # M， N， M > 1)，如此通过写入数据的统计分析可动态调整热门数据的定 义。若储存装置40刚开始运作，尚未产生门限值，可预设一初始门限值于热门数据过滤单 元4331中或加载前次使用时所记录的门限值以供判断初始的几笔写入数据的性质。
高密度记忆单元1中，若一储存数据的实体区块写满后，则由地址配置单元4333 再指定另一已抹除的实体区块来储存数据，而后者的实体区块为前者的实体区块的子区 块，且实体区块间会有链接关系(可于逻辑地址转换表中管理，也可另外件一链接表来管 理)，以利任一实体区块找到自己的子区块地址。请参考图6，该图为本发明所揭示的高密
度记忆单元的一具体实施例的数据配置示意图。如图6所示，假设热门数据HD。、 HD工.....
HDn，依HD。、HD"HD工......HDn、HDn的更新顺序将数据写入高密度记忆单元1中，则由地址配
置单元4333给定地址后，由微处理器435控制热门数据HD。、HD工分别写入实体区块PBA。的 最低有效位记忆页LSB。、 LSB工中，待之后更新的热门数据HD工欲写入时，则将其继续记录于 最低有效位记忆页LSB^而最低有效位记忆页LSB工中的数据则标记为无效的。依照上述方 式写入热门数据，热门数据HDn储存于实体区块PBA。的最后一个最低有效位记忆页LSBn后， 再接收到热门数据HDn欲更新时，地址配置单元4333会另外再配置一个已抹除的实体区块 PBA2来记录之后写入的热门数据，因而把热门数据HDn写入实体区块PBA2的最低有效位记 忆页LSB。中，并把实体区块PBA。的最低有效位记忆页LSBn中的数据则标记为无效的。本 实施例中的实体区块PBA2即为实体区块PBA。的子区块，实体区块PBA2亦可继续链接更多 的子区块来记录数据。 当高密度记忆单元1中能用来记录数据的已抹除实体区块的数量小于一默认值， 一具体实施例中，该默认值为冗余区块的数量，微处理器435便开始进行回收区块的程序， 意即将有链接关系的实体区块(如PBA。、PBA》中的所有的有效数据收集后，储存于另一已 抹除的实体区块中，并抹除上述原本有链接关系的实体区块中的数据，以供其它数据写入。除了上述方式，系统亦可于任一实体区块中所记录的数据皆为无效时，即执行回收区块程 序，将实体区块抹除以供其它数据写入。 最后，请参阅图7，该图为本发明所揭示内存储存装置的控制方法的一具体实施例 的步骤流程图。其中相关的系统架构请同时参阅图4。如图7所示，所述的控制方法包括有 下列步骤 首先，热门数据过滤单元4331接收一写入数据(步骤S701);接着，进行一热门数 据过滤程序(步骤S703)，判断写入数据的数据长度是否小于门限值；若否，则微处理器435 将该写入数据配置于最高有效位记忆页MSBi以及最低有效位记忆页LSBi中(步骤S705); 并依据配置地址来更新写入数据的逻辑地址与实体地址的对应关系(步骤S707)，之后便 继续接收下一笔写入数据； 若步骤S703的判断为是，则判断实体区块是否还有可使用的最低有效位记忆页 (步骤S711);若是，则微处理器435依据地址配置单元4333给定的地址来控制写入数据配 置于最低有效位记忆页LSBi中(步骤S713); 若步骤S711的判断为否，则表示目前没有最低有效位记忆页可供储存数据，则 判断已抹除实体区块的数量是否小于默认值(步骤S715)，以确定是否已达到区块回收的 条件；若否，地址配置单元4333随即配置另一个已抹除的实体区块来将写入数据写至新 配置的实体区块的最低有效位记忆页中(步骤S717);并更新实体区块的链接关系(步骤 S719)，即建立原本实体区块与新的实体区块的母子关系，随后再依据配置地址来更新写入 数据的逻辑地址与实体地址的对应关系； 若步骤S715的判断为是，表示已经达到回收区块条件，则将写入数据以及有链接 关系的实体区块中的有效数据复制于另一已抹除的实体区块中(步骤S721)，并依据配置 地址来更新写入数据的逻辑地址与实体地址的对应关系(步骤S723);最后，抹除原本有链 接关系的实体区块中的数据以供其它数据写入(步骤S725)，并继续接收下一笔写入数据 处理。 借由以上实例详述，可知悉本发明的内存储存装置及其控制方法，是通过数据长 度的分析以及持续侦测写入数据的性质来调整门限值以辨识热门数据，进而将热门数据记 录于高密度内存中的最低有效位记忆页，非热门数据就依照一般写入高密度内存的方式配 置于最低有效位记忆页以及最高有效位记忆页，借此充分利用最低有效位记忆页烧录数据 类似于低密度内存的特性来做数据的处理，有效提高写入高密度内存的速度，进而提升内 存装置的使用效能及寿命。 但是，以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制 本发明，本发明的所有范围应以权利要求为准，任何本发明的领域内的普通技术人员可轻 易思及的变化或修改皆可涵盖在本案所界定的专利保护范围之内。
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权利要求
一种内存储存装置的控制方法，其特征在于适用于将至少一写入数据配置在一内存储存装置中，该内存储存装置具有一高密度记忆单元，该高密度记忆单元中包括多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页，其中写入该第二类记忆页比写入该第一类记忆页的时间短，该控制方法包括下列步骤进行一热门数据过滤程序，将该写入数据的数据长度与一门限值比较，用以区分该写入数据的性质；以及根据该写入数据的性质，将该写入数据配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆页中。
2. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于若该写入数据的数据长度比该门限值小，则判断该写入数据为一热门数据，将该写入数据配置于该第二类记忆页；否则判断该写入数据为一冷门数据，将该写入数据配置于该第一类记忆页以及该第二类记忆页。
3. 如权利要求2所述的控制方法，其特征在于更包括执行一回收程序。
4. 如权利要求3所述的控制方法，其特征在于该高密度记忆单元定义连续多个实体区块，每一该实体区块具有多个该第一类记忆页以及该第二类记忆页。
5. 如权利要求4所述的控制方法，其特征在于该写入数据顺序性地配置于该第二类记忆页。
6. 如权利要求4所述的控制方法，其特征在于若用来配置该写入数据的该实体区块写满后，则使用另一已抹除的该实体区块来配置该写入数据，而后者的该实体区块为前者的该实体区块的子区块，两者有链接关系。
7. 如权利要求6所述的控制方法，其特征在于该回收程序包括下列步骤若该实体区块中所记录的数据皆为无效，则抹除该实体区块。
8. 如权利要求7所述的控制方法，其特征在于更包括以下步骤更新该写入数据的逻辑地址与实体地址的对应关系；以及更新该等实体区块的链接关系。
9. 如权利要求6所述的控制方法，其特征在于该回收程序包括下列步骤判断已抹除的该实体区块的数量是否小于一默认值；若上述判断为是，则将有链接关系的该实体区块中的有效数据收集后储存于另一已抹除的该实体区块中；以及抹除上述有链接关系的该实体区块中的数据。
10. 如权利要求9所述的控制方法，其特征在于更包括以下步骤更新该写入数据的逻辑地址与实体地址的对应关系；以及更新该等实体区块的链接关系。
11. 如权利要求1所述的控制方法，其特征在于该第二类记忆页为最低有效位记忆页，而该第一类记忆页为最高有效位记忆页。
12. —种热门数据控管模块，其特征在于适用于从一高密度记忆单元中存取至少一写入数据，该高密度记忆单元包括多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页，该热门数据控管模块包括有一热门数据过滤单元，将该写入数据的数据长度与一门限值比较，用以辨别该写入数据的性质；以及一地址配置单元，耦接于该热门数据过滤单元及该高密度记忆单元之间，用以根据该写入数据的性质来将其配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆页。
13. 如权利要求12所述的热门数据控管模块，其特征在于该门限值由于该写入数据前接收连续多个存取数据决定，即统计该些存取数据的地址重复性，并平均较常重复地址的该写存取数据的数据长度来决定该门限值。
14. 如权利要求12所述的热门数据控管模块，其特征在于该写入数据的数据长度比该门限值小，即判断该写入数据为一热门数据，否则判断该写入数据为一冷门数据。
15. 如权利要求12所述的热门数据控管模块，其特征在于该第二类记忆页为最低有效位记忆页，而该第一类记忆页为最高有效位记忆页。
16. —种内存储存装置，其特征在于适用于配合一主机存取至少一写入数据，包括有一非挥发性内存单元，包括一由高密度内存所构成的高密度记忆单元，该高密度记忆单元包括多个第一类记忆页以及多个第二类记忆页；以及一控制单元，耦接于该主机及该非挥发性内存单元之间，该控制单元根据该写入数据的性质，将该写入数据配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆页中。
17. 如权利要求16所述的内存储存装置，其特征在于该控制单元包括一系统接口，耦接于该主机，作为该主机及该内存储存装置间指令与数据的传输接□;一热门数据过滤单元，将该写入数据的数据长度与一门限值比较，用以辨别该写入数据的性质；以及一地址配置单元，耦接于该热门数据过滤单元及该高密度记忆单元之间，用以根据该写入数据的性质来将其配置于该第二类记忆页或该第一类记忆页以及该第二类记忆页；以及一微处理器，耦接于该系统接口及该热门数据过滤单元，将该写入数据传送到该热门数据过滤单元。
18. 如权利要求17所述的内存储存装置，其特征在于该控制单元更包括一数据缓存单元，耦接于该系统接口 ，以暂存该写入数据；以及一内存接口 ，耦接于该数据缓存单元及该非挥发性内存单元之间，受该微处理器的控制以传输该写入数据。
19. 如权利要求17所述的内存储存装置，其特征在于该门限值由于该写入数据前接收连续多个存取数据决定，即统计该些存取数据的地址重复性，并平均较常重复地址的该存取数据的数据长度来决定该门限值。
20. 如权利要求17所述的内存储存装置，其特征在于该写入数据的数据长度比该门限值小，即判断该写入数据为一热门数据，否则判断该写入数据为一冷门数据。
21. 如权利要求17所述的内存储存装置，其特征在于该第二类记忆页为最低有效位记忆页，而该第一类记忆页为最高有效位记忆页。
全文摘要
一种内存储存装置及其控制方法、热门数据控管模块，此储存装置具有一高密度记忆单元，该高密度记忆单元中分成多个最高有效位记忆页以及多个最低有效位记忆页。此控制方法的主要特征是以数据的长度来判断其性质，随后依照该数据的性质来决定将数据配置于最低有效位记忆页或整个高密度内存中。借由前述技术方案，本发明利用高密度内存的成对记忆页(Paired Page)的特性，将常更新的数据储存在烧录(Program)时间较快的记忆页中，进而加速烧录时间，并延长储存装置的使用寿命。
文档编号G06F12/06GK101794253SQ20091000515
公开日2010年8月4日 申请日期2009年2月4日 优先权日2009年2月4日
发明者张立平, 陈明达 申请人:威刚科技股份有限公司