相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月10日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0130857的韩国专利申请的优先权，该专利申请通过引用被全部并入本申请。
各种实施例总体涉及一种数据存储装置，且更特别地，涉及一种包括非易失性存储器装置的数据存储装置。
背景技术：
数据存储装置响应于写入请求存储由外部装置提供的数据。数据存储装置也可响应于读取请求向外部装置提供存储的数据。使用数据存储装置的外部装置的示例包括计算机、数码相机、移动电话等。数据存储装置可在制造外部装置期间嵌入在该外部装置中，或者也可单独制造，然后再与外部装置连接。
数据存储装置可以如下形式制备：个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)卡、标准闪存(cf)卡、智能媒体卡、存储条、各种多媒体卡(例如，mmc、emmc、rs-mmc以及mmc-micro)、各种安全数字卡(例如，sd、mini-sd以及micro-sd)、通用闪存(ufs)、固态驱动器(ssd)等。
技术实现要素：
本发明的多个实施例涉及非易失性存储器装置、使用该非易失性存储器装置的数据存储装置以及操作它们的方法。
在实施例中，数据存储装置可包括：非易失性存储器装置，其包括参考存储器区域以及标准存储器区域,且其适于基于参考存储器区域确定是否执行刷新操作；以及控制器，其适于基于耗损均衡操作数据确定标准存储器区域中的第一存储器区域，并控制非易失性存储器装置对标准存储器区域中除第一存储器区域之外的第二存储器区域执行刷新操作。
在实施例中，用于操作数据存储装置的方法可包括：基于非易失性存储器装置的参考存储器区域，确定是否执行刷新操作；基于取决于确定结果的耗损均衡操作数据，确定非易失性存储器装置的标准存储器区域中的第一存储器区域；以及对标准存储器区域中除第一存储器区域之外的第二存储器区域执行刷新操作。
在实施例中，数据存储装置可包括：参考存储器区域；标准存储器区域；以及控制块，其适于监测参考存储器区域的状态，并基于参考存储器区域的状态，确定是否对标准存储器区域执行刷新操作。
在实施例中，用于操作非易失性存储器装置的方法可包括：监测非易失性存储器装置中的参考存储器区域的状态；并基于参考存储器区域的状态，确定是否对非易失性存储器装置中的标准存储器区域执行刷新操作。
附图说明
通过结合附图对本发明的多个实施例进行描述，对本发明所属领域的技术人员而言，本发明的上述和其它特征以及优点将会更明显，在附图中：
图1为示出根据实施例的非易失性存储器装置的框图。
图2a以及图2b为示出存储器单元的漂移现象的示例的图。
图3a以及图3b为示出用于操作与参考存储器区域相关的状态监测单元的方法的示例的图。
图4为示出图1所示的非易失性存储器装置的操作的流程图。
图5为示出图1所示的状态监测单元的操作的流程图。
图6为示出根据实施例的数据存储装置的框图。
图7为示出用于在图6所示的数据存储装置中执行耗损均衡操作以及刷新操作的方法的图。
图8为示出用于在图6所示的数据存储装置中执行耗损均衡操作以及刷新操作的方法的图。
图9为示出图6所示的控制器的操作方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图通过本发明的示例性实施例对根据本发明的数据存储装置及其操作方法进行描述。然而，本发明可以以不同的形式实施并且本文中提出的实施例不应被理解成是对本发明的限制。相反，提供这些实施例是为了将本发明详细地描述到本发明所属领域的技术人员能够实践本发明的技术构思的程度。
将理解的是，本发明的实施例并不局限于附图所示的细节，附图也不一定是按比例绘制的，并且在某些情况下，比例可能已经被夸大以便更清楚地描述本发明的某些特征。当使用特定的术语时，应理解使用的术语仅是为了描述特定的实施例，而不旨在限制本发明的范围。
将理解的是，虽然本文中可能使用“第一”、“第二”、“第三”等术语描述多个元件，但这些术语并不限制这些元件。这些术语的使用是为了将一个元件与另一个元件区分开。因此，下文中描述的第一元件也可被称为第二元件或第三元件，而不脱离本发明的精神以及范围。
将进一步理解的是，当一个元件被描述成“连接至”或“联接至”另一个元件时，其可以直接在另一个元件上、连接至或联接至另一个元件，或者可能存在一个或多个中间元件。此外，还应理解的是，当一个元件被描述成位于两个元件“之间”时，其可能是所述两个元件之间唯一的元件，或也可能存在一个或多个中间元件。
将进一步理解的是，当本说明书中使用术语“包括”、“包括有”、“包含”和“包含有”时，其说明所陈述的元件的存在，但是不排除一个或多个其它元件的存在或增加。
语句“……以及……中的至少一个”在本文中与项目列表一起使用时，意思是来自该列表中的单一项目或该列表中的项目的任一组合。例如，“a、b以及c中的至少一个”的意思是，仅a，或仅b，或仅c，或a、b以及c的任一组合。
除非另有限定，否则本文中使用的包括技术术语以及科学术语的所有术语都具有与本发明所属技术领域的普通技术人员基于本公开通常所理解的意思相同的意思。将进一步理解的是，诸如通用词典中所定义的那些术语的术语应被理解成具有与它们在本公开的上下文中以及相关领域中的意思一致的意思，并且除非在本文中有明确限定，否则将不以理想化或过于正式的意义来理解。
在下文的描述中，陈述了诸多具体细节以提供对本发明的深入理解。本发明可在没有这些具体细节的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，并未具体描述熟知的进程结构和/或进程，以避免不必要地模糊本发明。
还需注意的是，在某些情况下，对相关领域的技术人员显而易见的是，除非以其它方式具体指出，否则结合一个实施例描述的元件(也称为特征)可单独使用或者与另一实施例的其它元件结合使用。
在下文中，将结合附图对本发明的多个实施例进行详细描述。
图1为示出根据实施例的非易失性存储器装置100的框图。
即使外部不提供电力，但非易失性存储器装置100也可根据外部控制器(未示出)的控制来存储数据，并保存存储在其中的数据。在下文的描述中，非易失性存储器装置100可以是电阻式随机存取存储器(reram)。然而，本公开的实施例不限于此，并且非易失性存储器装置100可由诸如nand闪存或nor闪存、铁电随机存取存储器(feram)、相变随机存取存储器(pcram)、磁阻随机存取存储器(mram)等闪速存储器实现。
非易失性存储器装置100可包括控制块110、参考存储器区域120以及标准存储器区域130。
控制块110不仅可对参考存储器区域120以及标准存储器区域130执行写入操作和读取操作，而且可根据用于非易失性存储器装置100的控制器(未示出)(例如图6中的控制器10)的控制，执行能够保证非易失性存储器装置100的数据可靠性并延长非易失性存储器装置100的寿命的其它管理操作。管理操作可包括如稍后描述的状态监测操作以及刷新操作。
控制块110可包括状态监测单元111以及刷新单元112。
状态监测单元111可监测参考存储器区域120的状态衰退，以确定是否应该对标准存储器区域130执行刷新操作。状态监测单元111可确定参考存储器区域120的被写入从而以预定状态存在的参考存储器单元是否由于漂移现象变化至临界状态。换言之，由于参考存储器区域120的参考存储器单元具有与标准存储器区域130的标准存储器单元相同的结构，因此状态监测单元111可通过监测参考存储器区域120的状态衰退，预估标准存储器区域130的状态衰退。
具体地，状态监测单元111可对被写入从而以预定状态存在的参考存储器单元中的目标参考存储器单元计数，并且当计数数值大于阈值数值时，确定应该对标准存储器区域130执行刷新操作。状态监测单元111可将参考存储器单元中的电阻值大于或等于电阻值阈值的参考存储器单元作为目标参考存储器单元进行计数。
刷新单元112可基于状态监测单元111的确定结果对标准存储器区域130执行刷新操作。例如，当状态监测单元111确定存储器区域120中的目标参考存储器单元的数量大于和/或等于预定的参考数量时，则控制逻辑指示刷新单元112对标准存储器区域130执行刷新操作。刷新单元112可根据本领域众所周知的多种方式执行刷新操作。尽管执行写入操作后，随着时间流逝，标准存储器区域130的标准存储器单元的状态会因为漂移现象而衰退，但是这些标准存储器单元可通过刷新操作而被恢复。
在对标准存储器区域130执行刷新操作后，控制块110可对参考存储器区域120执行写入操作，使得参考存储器区域120的参考存储器单元以预定状态存在。从而，参考存储器区域120可再次反映标准存储器区域130的状态衰退。因此，通过监测参考存储器单元的衰退状态可再次监测标准存储器单元的衰退状态。
如上所述，通过状态监测单元111可监测参考存储器区域120的状态衰退。参考存储器区域120可存储预定数据，使得状态衰退可通过存储的数据的变化确定。例如，参考存储器区域120中包括的所有参考存储器单元均可被写入从而以预定状态存在。
标准存储器区域130可存储包括从控制器接收的数据的多种数据，并且刷新单元112可基于状态监测单元111做出的参考存储器区域120的状态衰退确定结果，对标准存储器区域130执行刷新操作。
图2a以及图2b为示出存储器单元的漂移现象的示例的图。在图2a以及图2b中，横轴r可表示存储器单元的电阻值，纵轴cell#可表示存储器单元的数量。
首先，基于通过写入操作存储在参考存储器区域120以及标准存储器区域130的存储器单元的每个中的数据值，存储器区域120以及标准存储器区域130的存储器单元的每个可以设置状态(set)或重置状态(reset)存在。设置状态以及重置状态可通过存储器单元的电阻值确定。换言之，电阻值小于读取电阻值rrd的存储器单元可以设置状态存在，而电阻值大于或等于读取电阻值rrd的存储器单元可以重置状态存在。在图2a中，状态分布d1可包括处于设置状态(set)的存储器单元，而状态分布d2可包括处于重置状态(reset)的存储器单元。
可通过向存储器单元施加预定电流并将通过存储器单元的电流量与参考电流量进行比较，对存储器单元执行读取操作。参考电流量可以是与读取电阻值rrd对应的电流量，即通过具有读取电阻值rrd的存储器单元的电流量。因此，当存储器单元的电阻值小于读取电阻值rrd时，即当通过存储器单元的电流量大于或等于参考电流量时，可确定存储器单元处于设置状态，并且可读取与设置状态对应的数据，即设置数据。当存储器单元的电阻值大于或等于读取电阻值rrd时，即当通过存储器单元的电流量小于参考电流量时，可确定存储器单元处于重置状态，并且可读取与重置状态对应的数据，即重置数据。
参看图2b，若存储器单元的电阻值随着时间流逝增加的漂移现象201出现，则状态分布d1可移至状态分布d3。此时，若基于读取电阻值rrd执行读取操作，则由于重置数据可能从写入了设置数据的存储器单元202中读取，因此可能出现读取错误。漂移现象201可以同样的方式出现在参考存储器区域120以及标准存储器区域130中。
图3a以及图3b为示出用于操作与参考存储器区域120相关的状态监测单元111的方法的示例的图。
参照图3a，首先，参考存储器区域120的参考存储器单元可被写入从而以设置状态存在。对应地，参考存储器单元可形成状态分布d1。之后，如上文结合图2b所述的，参考存储器单元的电阻值可因漂移现象增加，且状态分布d1可移至状态分布d4。
状态监测单元111可基于电阻值阈值rth1，对参考存储器单元中的状态衰退的参考存储器单元计数。即，状态监测单元111可对参考存储器单元中的电阻值大于或等于电阻值阈值rth1的目标参考存储器单元302计数。
具体地，状态监测单元111可基于与电阻值阈值rth1对应的电流量阈值，对参考存储器单元执行读取操作。电流量阈值可以是与电阻值阈值rth1对应的电流量。即，电流量阈值可以是通过具有电阻值阈值rth1的存储器单元的电流量。也就是说，状态监测单元111可对参考存储器单元施加电流，将通过参考存储器单元的电流量与电流量阈值进行比较，并且将与小于电流量阈值的电流量对应的参考存储器单元作为目标参考存储器单元302进行计数。换言之，状态监测单元111可将在读取操作中基于与电阻值阈值rth1对应的电流量阈值从其中的每个读取重置数据的参考存储器单元作为目标参考存储器单元302进行计数。
当目标参考存储器单元302的计数数值超过阈值数值时，状态监测单元111可确定对标准存储器区域130执行刷新操作。
可将电阻值阈值rth1设置成小于读取电阻值rrd的值，且可考虑裕量301来设置阈值数值。错误安全裕量301确保任何在标准存储器区域中存储的数据丢失前，将开启标准存储器区域中的刷新操作。
图3b示出根据与图3a不同设置的电阻值阈值rth2以及阈值数值执行状态监测操作的情况。
图3b还示出，参考存储器区域120的参考存储器单元可被写入从而以设置状态(set)存在，且形成状态分布d1。
当所有参考存储器单元具有大于或等于电阻值阈值rth2的电阻值时，状态监测单元111可确定执行刷新操作。也就是说，当参考存储器单元的状态分布d1移至状态分布d5时，状态监测单元111可确定执行刷新操作。换言之，当在读取操作中基于与电阻值阈值rth2对应的电流量阈值从所有参考存储器单元中的每一个读取重置数据时，状态监测单元111可确定执行刷新操作。
电阻值阈值rth2可考虑裕量303进行设置。
同时，被写入以处于设置状态的存储器单元的电阻值增加到读取电阻值rrd所需要的时间，即漂移时间，可通过实验来计算，且在计算的时间内，可将状态监测操作设置成循环执行。漂移时间可通过试验计算：将设置数据写入存储器单元中，然后重复读取操作直到读取重置数据。
图4为示出图1所示的非易失性存储器装置100的操作的流程图。
参照图4，在步骤s110中，控制块110可对参考存储器区域120的参考存储器单元执行写入操作，使得参考存储器单元以预定状态例如设置状态存在。
在步骤s120中，状态监测单元110可基于参考存储器区域120确定是否执行刷新操作。结合附图5，将详细描述状态监测单元111的详细操作。当确定执行刷新操作(s120，是)时，进程可进行至步骤s130。当确定不执行刷新操作(s120，否)时，进程可结束。
在步骤s130中，刷新单元112可对标准存储器区域130执行刷新操作。
图5为示出图1所示的状态监测单元111的操作的流程图。图5所示的进程可以是图4的步骤s120的示例。
在步骤s210中，状态监测单元111可对参考存储器区域120中包括的一个或多个参考存储器单元中的目标参考存储器单元计数。目标参考存储器单元中的每个可具有大于或等于电阻值阈值的电阻值。状态监测单元111可向参考存储器单元施加电流，将通过参考存储器单元的电流量与对应于电阻值阈值的电流量阈值进行比较，并将与小于电流量阈值的电流量对应的参考存储器单元作为目标参考存储器单元进行计数。
在步骤s220中，状态监测单元111可确定目标参考存储器单元的计数数值是否超过阈值数值。当确定目标参考存储器单元的计数数值超过阈值数值(s220，是)时，进程可进行至步骤s230。当确定目标参考存储器单元的计数数值未超过阈值数值(s220，否)时，进程可结束。
在步骤s230中，状态监测单元111可确定执行刷新操作。因此，状态监测单元111可指示刷新单元112对标准存储器区域130执行刷新操作。
图6为示出根据实施例的数据存储装置1的框图。
数据存储装置1可包括控制器10以及非易失性存储器装置200。
控制器10可控制非易失性存储器装置200的写入操作以及读取操作。进一步地，控制器10可通过刷新管理单元11控制非易失性存储器装置200的刷新操作，以保证非易失性存储器装置200的数据可靠性，并通过耗损均衡单元12执行耗损均衡操作，以延长非易失性存储器装置200的寿命。
刷新管理单元11可有效地控制非易失性存储器装置200执行刷新操作。具体地，当状态监测单元211通过上述方法确定应执行刷新操作时，刷新管理单元11可基于耗损均衡操作的执行历史，即耗损均衡操作数据，确定标准存储器区域230中的第一存储器区域231，并控制非易失性存储器装置200对标准存储器区域230中除第一存储器区域231之外的第二存储器区域232执行刷新操作。第一存储器区域231可包括从执行前一个刷新操作后到确定执行当前刷新操作为止执行耗损均衡操作的存储器单元。如稍后将描述的，由于第一存储器区域231已经通过耗损均衡操作消除漂移现象，因此第一存储器区域231可不需要刷新操作。因此，由于未执行不必要的刷新操作，因此可节省刷新操作需要的电力和时间。
耗损均衡单元12可执行耗损均衡操作，使得非易失性存储器装置200的标准存储器区域230被均匀磨损。同时，可在耗损均衡操作后进行写入操作。因此，由于第一存储器区域231已经消除漂移现象，因此执行耗损均衡操作的第一存储器区域231可无需刷新操作。耗损均衡单元12可存储关于执行耗损均衡操作的存储器单元的信息。
非易失性存储器装置200可与图1的非易失性存储器装置100大体类似地配置和操作。具体地，非易失性存储器装置200可包括具有状态监测单元211以及刷新单元212的控制块210、参考存储器区域220以及标准存储器区域230。当状态监测单元211通过监测参考存储器区域220的状态变化确定应执行刷新操作时，状态监测单元211可向控制器10的刷新管理单元11报告，以确定将不执行刷新操作的第一存储器区域231。刷新单元212可根据刷新管理单元11的控制，对标准存储器区域230中除第一存储器区域231之外的第二存储器区域232执行刷新操作。
图7为示出用于在图6中所示的数据存储装置1中执行耗损均衡操作以及刷新操作的方法的图。为了方便说明，图7示出包括与地址“0”至“7”对应的存储器单元的标准存储器区域230。然而，应理解，这种方式并不限制本发明，且在不脱离本发明的范围的情况下，标准区域可包括任意数量的存储器单元。
在进行说明之前，要注意的是，在图7中，可对根据交换算法选择的第一存储器单元以及第二存储器单元执行耗损均衡操作。具体地，每次执行耗损均衡操作时，耗损均衡单元12可例如通过增加地址在存储器单元中顺序地选择第一存储器单元。例如，耗损均衡单元12可通过增加地址在存储器单元中顺序地选择第一存储器单元。每次执行耗损均衡操作时，耗损均衡单元12可选择具有与第一存储器单元相邻的地址的存储器单元作为第二存储器单元。耗损均衡单元12可在每次执行耗损均衡操作时，交换并存储第一存储器单元中存储的数据和第二存储器单元中存储的数据。因此，可均匀地对存储器单元进行存取并且存储器单元耗损均衡。同时，根据实施例，第二存储器单元可以不是具有与第一存储器单元相邻的地址的存储器单元，而是根据规定的规则选择的另一存储器单元。
参照图7，在时间t1处，当状态监测单元211确定需要刷新操作时，刷新管理单元11可控制非易失性存储器装置200对所有具有地址“0”至“7”的存储器单元执行刷新操作(rf)。可如上文所述使用例如非易失性存储器装置200的状态监测单元211确定需要刷新操作。
在时间t1以及时间t2之间，可根据主机装置(未示出)的控制，执行多种主机操作，例如写入操作以及读取操作。同时，可循环地执行损耗均衡操作，例如，每当执行预定次数的主机装置的写入操作时。像这样，在时间t2、时间t3以及时间t4处，可根据交换算法执行耗损均衡操作(wl)。
具体地，在时间t2处，耗损均衡单元12可交换并存储第一存储器单元以及第二存储器单元即具有地址“0”和“1”的存储器单元中存储的数据。进一步地，在时间t3处，耗损均衡单元12可交换并存储具有地址“1”和“2”的存储器单元中存储的数据。此外，在时间t4处，耗损均衡单元12可交换并存储具有地址“2”和“3”的存储器单元中存储的数据。
在时间t5处，当状态监测单元211确定需要刷新操作时，刷新管理单元11可控制非易失性存储器装置200只对除具有地址“0”至“3”的存储器单元之外的具有地址“4”至“7”的存储器单元执行刷新操作(rf)，其中对于具有地址“0”至“3”的存储器单元，在执行前一个刷新操作的时间t1以及时间t5之间执行耗损均衡操作。
也就是说，例如，由于在时间t2处对具有地址“0”的存储器单元执行耗损均衡操作，因此可消除在其中出现的漂移现象。因此，由于从时间t2到时间t5，在具有地址“0”的存储器单元中仅出现微弱的漂移现象，因此可省略刷新操作。与此类似，由于在具有地址“1”至“3”的存储器单元中漂移现象已被移除，因此可省略刷新操作，由此可节省刷新操作需要的电力和时间。
图8为示出用于在图6中所示的数据存储装置1中执行耗损均衡操作以及刷新操作的方法的图。与图7中将交换算法应用到耗损均衡操作不同，在图8中，耗损均衡操作可根据缺口指定算法(gapdesignationalgorithm)执行。
同样，在缺口指定算法中，可选择将执行耗损均衡操作的两个存储器单元，即，将被指定为缺口的存储器单元以及上一次被指定为缺口的存储器单元。耗损均衡单元12可在每次执行耗损均衡操作时例如通过增加地址在存储器单元中顺序地选择将被指定为缺口的存储器单元。例如，耗损均衡单元12可通过增加地址在存储器单元中顺序地选择将被指定为缺口的存储器单元。被指定为缺口的存储器单元可不用于存储数据。在每次执行耗损均衡操作时，耗损均衡单元12可将待被指定为缺口的存储器单元中存储的数据复制到上一次被指定为缺口的存储器单元。换言之，耗损均衡单元12可在每次执行耗损均衡操作时通过增加地址改变缺口。因此，可均匀地对存储器单元进行存取。
具体地，在时间t11处，当状态监测单元211确定需要刷新操作时，将对具有地址“1”至“7”的存储器单元执行刷新操作(rf)。具有地址“0”的存储器单元可以为被指定为缺口的区域，且不用于存储数据。
在从时间t11执行预定次数的主机装置(未示出)的写入操作之后，在时间t12处，耗损均衡单元12可将具有地址“1”的存储器单元中存储的数据复制到具有地址“0”的存储器单元，并且可将缺口从具有地址“0”的存储器单元改变为具有地址“1”的存储器单元。类似地，在从时间t12执行预定次数的主机装置的写入操作之后，在时间t13处，耗损均衡单元12可将具有地址“2”的存储器单元中存储的数据复制到具有地址“1”的存储器单元，并且可将缺口从具有地址“1”的存储器单元改变为具有地址“2”的存储器单元。同样，在从时间t13执行预定次数的主机装置的写入操作之后，在时间t14处，耗损均衡单元12可将具有地址“3”的存储器单元中存储的数据复制到具有地址“2”的存储器单元，并且可将缺口从具有地址“2”的存储器单元改变为具有地址“3”的存储器单元。
在时间t15处，可根据状态监测单元211的确定结果执行刷新操作。此时，刷新管理单元11可控制非易失性存储器装置200只对除在执行前一个刷新操作的时间t11和时间t15之间执行耗损均衡操作的存储器单元之外，即，分别被指定为缺口的具有地址“0”至“3”的存储器单元之外的具有地址“4”至“7”的存储器单元执行刷新操作(rf)。也就是说，由于在时间t11和时间t15之间分别被指定为缺口的具有地址“0”至“2”的存储器单元已经通过写入操作消除漂移现象，并且作为当前缺口的具有地址“3”的存储器单元不存储数据，因此不需要对它们执行刷新操作。
图9为示出图6所示的控制器10的操作方法的流程图。在开始图9的进程之前，控制器10可根据状态监测单元211的报告确定对非易失性存储器装置200的刷新操作进行控制。
在步骤s310中，控制器10可基于耗损均衡操作数据确定标准存储器区域230中的第一存储器区域231。根据实施例，控制器10可确定前一个刷新操作被执行之后执行交换操作的存储器单元作为第一存储器区域231。根据实施例，控制器10可确定前一个刷新操作被执行之后其中每一个被指定为缺口的存储器单元作为第一存储器区域231。
在步骤s320中，根据控制器10的控制，非易失性存储器装置200可对标准存储器区域230中除第一存储器区域231之外的第二存储器区域232执行刷新操作。
虽然上文已经描述了多个实施例，但本领域技术人员将理解，所描述的实施例仅是示例。因此，本文中所描述的数据存储装置及其操作方法不应限于所描述的实施例。对本发明所属领域的技术人员明显的是，在不脱离权利要求中限定的本发明的精神以及范围的情况下，可做出多种其它的修改以及变型。