数据存储装置及其操作方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月18日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0135191的韩国申请的优先权，其整体通过引用并入本文。

各个实施例总体涉及一种数据存储装置，并且更具体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：

数据存储装置可以响应于写入请求存储由外部装置提供的数据。数据存储装置也可以响应于读取请求将存储的数据提供给外部装置。使用数据存储装置的外部装置的示例包括台式机、包括计算机、数码相机、移动电话、智能电话、智能卡等的便携式电子装置和移动电子装置。数据存储装置可以在外部装置的制造期间被嵌入在外部装置中或被单独制造然后连接到外部装置。

数据存储装置可以被制备为以下形式：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、记忆棒、各种多媒体卡(例如，mmc、emmc、rs-mmc和微型-mmc)、各种安全数字卡(例如，sd、迷你-sd和微型-sd)、通用闪速存储装置(ufs)、固态驱动器(ssd)等。

技术实现要素：

在实施例中，一种数据存储装置可以包括：非易失性存储器装置，其包括存储器区域，存储器区域包括多个存储器单元组(memoryunit)；以及控制器，其适于监控存储器区域的经过时间和写入计数，并且根据监控结果对在多个存储器单元组中选择的至少一个存储器单元组执行磨损均衡操作。

在实施例中，一种数据存储装置的操作方法可以包括：监控包括多个存储器单元组的存储器区域的经过时间和写入计数；以及根据监控结果，对在多个存储器单元组中选择的至少一个存储器单元组执行磨损均衡操作。

在实施例中，一种数据存储装置可以包括：非易失性存储器装置，其包括存储器区域，存储器区域包括多个存储器单元组；以及控制器，其适于利用临界(critical)写入计数的周期对存储器区域执行磨损均衡操作，其中控制器最迟在临界时间内执行磨损均衡操作，以及其中基于存储器区域的漂移时间(drifttime)来设置临界时间。

在实施例中，一种数据存储装置的操作方法可以包括：基于非易失性存储器装置的存储器区域的漂移时间来确定临界时间，存储器区域包括多个存储器单元组；以及最迟在临界时间内利用临界写入计数的周期对存储器区域执行磨损均衡操作。

附图说明

通过参照附图描述本发明的各个实施例，本发明的上述和其它特征及优点对于本发明所属领域的技术人员将变得更加显而易见，其中：

图1是示出根据实施例的数据存储装置的框图；

图2a和2b是帮助解释包括在图1所示的存储器区域中的存储器单元的漂移现象的简图；

图3是帮助解释实施例中的用于执行磨损均衡操作的临界时间的简图；

图4是示出在图1的数据存储装置中采用的磨损均衡单元的操作的示例的简图；

图5是示出在图1的数据存储装置中采用的磨损均衡单元的操作的另一示例的简图；以及

图6是图1的数据存储装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将通过本发明的示例性实施例参照附图来描述根据本发明的数据存储装置及其操作方法。然而，本发明可以不同形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以在本发明所属领域的技术人员能够实施本发明的技术概念的程度上详细描述本发明。

将理解的是，本发明的实施例不限于在附图中示出的细节，附图不一定按比例绘制，并且在一些情况下，为了更清楚地示出本发明的某些特征，比例可能已经被夸大。虽然使用特定的术语，但是应当理解的是，使用的术语仅用于描述特定的实施例而不旨在限制本发明的范围。

将进一步理解的是，当一个元件被称为“连接至”或“联接至”另一元件时，它可以直接在其它元件上、连接至或联接至其它元件，或可存在一个或多个中间元件。另外，也将理解的是，当元件被称为在两个元件“之间”时，两个元件之间可以仅有一个元件或也可存在一个或多个中间元件。

当在本文中与项目列表一起使用时，短语“......和......中的至少一个”是指来自列表的单个项目或列表中项目的任何组合。例如，“a、b和c中的至少一个”是指只有a、或只有b、或只有c、或a、b和c的任何组合。

本文所使用的术语“或”是指两种(或多种)可选物中的任意一种，而不是两者(也不是其任何组合)。

如本文所使用的，单数形式也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚地说明。将进一步理解的是，当在该说明书中使用术语“包括”、“包括有”、“包含”和“包含有”时，它们指定阐述的元件的存在而不排除一个或多个其它元件的存在或增加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

除非另有限定，否则本文所使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有与本发明所属领域的普通技术人员基于本公开通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，术语诸如在常用词典中限定的那些术语应被理解为具有与它们在本公开的上下文和相关领域中的含义一致的含义并且将不以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文如此明确地这样定义。

在以下描述中，为了提供对本发明的彻底理解，阐述了许多具体细节。本发明可在没有一些或全部这些具体细节的情况下被实践。在其它情况下，为了不使本发明被不必要地模糊，未详细地描述公知的进程结构和/或进程。

也注意的是，在一些情况下，对相关领域的技术人员显而易见的是，结合一个实施例描述的元件(也被称为特征)可单独使用或与另一实施例的其它元件结合使用，除非另有特别说明。

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的各个实施例。

现在参照图1，提供根据本发明的实施例的数据存储装置10。

数据存储装置10可以根据主机装置(未示出)的控制来存储数据并且将存储的数据输出到主机装置。数据存储装置10可被制备为以下形式：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、记忆棒、各种多媒体卡(例如，mmc、emmc、rs-mmc和微型-mmc)、各种安全数字卡(例如，sd、迷你-sd和微型-sd)、通用闪速存储装置(ufs)、固态驱动器(ssd)等。

数据存储装置10可以包括控制器100和非易失性存储器装置200。

控制器100可以根据主机装置的控制将数据存储在非易失性存储器装置200中并且读取存储在非易失性存储器装置200中的数据。并且，控制器100可以自己执行管理操作和刷新操作，管理操作诸如用于延长非易失性存储器装置200的使用寿命的磨损均衡操作，以及刷新操作用于保持非易失性存储器装置200的数据可靠性。

控制器100可以包括磨损均衡单元110，其包括计时器111和写入计数器112。计时器111可以测量时间。写入计数器112可以计数根据主机装置的控制而对非易失性存储器装置200的存储器区域210执行的写入操作的数量，并且生成写入计数。当由计时器111测量的经过时间达到临界时间时或当写入计数器112的写入计数达到临界计数时，磨损均衡单元110可以对存储器区域210执行磨损均衡操作。由计时器111测量的经过时间和由写入计数器112生成的写入计数可以在每次完成磨损均衡操作之后被重置。磨损均衡单元110可以最迟在临界时间内执行磨损均衡操作。

在实施例中，可以基于存储器区域210中包括的存储器单元组unit1至unitn的数量以及与错误位的发生相关联的漂移时间来设置临界时间。

磨损均衡单元110可以根据交换算法(swapalgorithm)和间隙算法(gapalgorithm)中的至少一个执行磨损均衡操作。如稍后将参照图4和图5详细描述的，磨损均衡操作可以分别采用交换算法或间隙算法。在另一实施例(未示出)中，磨损均衡操作可以采用交换算法和间隙算法的组合。在存储器区域210中的待对其执行磨损均衡操作的存储器单元组可以被顺序地选择。例如，在存储器区域210中的待对其执行磨损均衡操作的存储器单元组可以基于它们的物理地址被顺序地选择。此外，在存储器区域210中的待对其执行磨损均衡操作的存储器单元组可以被均匀地选择。磨损均衡操作将最迟在临界时间内被执行，使得可以针对存储器区域中的全部存储器单元组，引起防止错误位发生的刷新效果。这样，因为控制器通过磨损均衡操作实现刷新效果，所以控制器100不需要管理单独的刷新操作。因此，控制器100的操作负担被降低，并且控制器100的性能也可得到提高。

非易失性存储器装置200可以根据控制器100的控制存储数据，并且即使没有从外部装置供给电力，也可保留存储在其中的数据。在以下描述中，非易失性存储器装置200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200可以由诸如nand闪存或nor闪存的闪速存储器、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)等来实施。

非易失性存储器装置200可以包括用于存储数据的存储器区域210。存储器区域210可以包括多个存储器单元组unit1至unitn。多个存储器单元组unit1至unitn中的每一个可以包括多个存储器单元(未示出)。

虽然在图1中非易失性存储器装置200包括一个存储器区域210，但是应当注意的是，其可以包括多个存储器区域210。当采用多个存储器区域时，计时器111可以对多个存储器区域210中的每一个分别测量经过时间，写入计数器112可以分别对多个存储器区域210中的每一个计数写入计数，并且磨损均衡单元110可以对多个存储器区域210中的每一个基于对应于其的经过时间和写入计数来执行磨损均衡操作。

图2a和图2b是帮助解释包括在图1中示出的存储器区域210中的存储器单元的漂移现象的简图。在图2a和图2b中，横轴r表示存储器单元的电阻值，并且纵轴单元#表示存储器单元的数量。

首先，根据通过写入操作存储在其中的数据值，存储器区域210的存储器单元中的每一个可以设置状态(set)或重置状态(reset)存在。设置状态和重置状态可以通过存储器单元的电阻值来识别。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，并且电阻值大于读取电阻值rrd的存储器单元可以重置状态存在。在图2a中，状态分布d1可以包括处于设置状态的存储器单元，并且状态分布d2可以包括处于重置状态的存储器单元。

可以通过将预定电流施加到存储器单元并且比较通过存储器单元的电流量与参考电流量来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相对应的电流量，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参考电流量时，存储器单元可被确定为处于设置状态，并且与设置状态相对应的数据，即设置数据可被读取。当存储器单元的电阻值大于读取电阻值rrd时，即，当通过存储器单元的电流量小于参考电流量时，存储器单元可被确定为处于重置状态，并且与重置状态相对应的数据，即重置数据可被读取。

参照图2b，当发生其中存储器单元的电阻值随着时间流逝而增加的漂移现象201时，状态分布d1可移动到状态分布d3。此时，如果基于读取电阻值rrd执行读取操作，则由于可能从其中写入设置数据的存储器单元202读取重置数据，因此可能发生读取错误。

图3是帮助解释在本发明的实施例中用于执行磨损均衡操作的临界时间的简图。

首先，漂移时间可以被定义为从对存储器单元执行写入操作的时间起，以设置状态(set)存在的存储器单元的电阻值增加到与读取电阻值rrd相等的读取电阻值所需的时间，并且可以是与漂移现象203相对应的时间。漂移时间可以是状态分布d1移动到状态分布d4使得状态分布d4的右边缘邻接读取电阻值rrd所需的时间。可以通过测试来计算漂移时间，其中设置数据可被写入存储器区域210中，然后重复读取操作直到复位数据被读取。总结这些，设置数据应当在漂移时间内被重写，以恢复稳定的电阻值，从而不被读取为错误位。

临界时间ct可以是通过将漂移时间除以存储器区域210的存储器单元组unit1至unitn的数量n而获得的时间。如稍后将详细描述的，磨损均衡单元110可以通过最迟在临界时间ct内在不同的位置处，顺序地重写存储在各个存储器单元组unit1至unitn中的数据来执行磨损均衡操作。作为结果，因为写入存储器区域210中的所有数据在漂移时间内被至少重写一次，所以数据不会改变为错误位。

图4是示出图1的磨损均衡单元110的磨损均衡操作的示例的简图。为了便于解释，图4示出存储器区域210可以包括与地址“0”至“7”相对应的八个存储器单元组。

磨损均衡单元110可以确定由计时器111测量的经过时间et是否达到临界时间ct。磨损均衡单元110还可以确定存储器区域210的写入计数wc是否达到临界计数cc。仅当确定计时器111的经过时间et已经达到临界时间ct时或者当确定存储器区域210的写入计数wc已经达到临界计数cc时，磨损均衡单元110可以对存储器区域210的存储器单元组中选择的存储器单元组执行磨损均衡操作。因此，最迟在临界时间ct内对存储器区域210的存储器单元组中选择的存储器单元组执行磨损均衡操作。在对存储器区域210的存储器单元组中选择的存储器单元组执行磨损均衡操作之后，计时器111的经过时间et和写入计数器112的写入计数wc被重置并开始被再次测量。

在图4中，可以根据交换算法来选择待对其执行磨损均衡操作的两个存储器单元组。磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，在存储器单元组中顺序地选择第一存储器单元组。例如，磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，通过增加地址来在存储器区域210的存储器单元组中顺序地选择第一存储器单元组。磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，选择具有紧接第一存储器单元组的地址的存储器单元组作为第二存储器单元组。磨损均衡单元110可以将存储在第一存储器单元组中的数据和存储在第二存储器单元组中的数据交换并存储。因此，可以均匀地访问第一存储器单元组和第二存储器单元组。根据实施例，第二存储器单元组可以不是具有紧接第一存储器单元组的地址的存储器单元组，而是根据规定的规则选择的另一存储器单元组。

参照图4，在时间t0处，磨损均衡单元110的计时器111和写入计数器112可以分别开始测量经过时间et和写入计数wc。

在时间t1处，当确定从时间t0起的经过时间et已经到达临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据上述交换算法通过交换并存储在第一存储器单元组和第二存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。例如，磨损均衡单元110可以交换并存储在具有地址“0”和“1”的存储器单元组中存储的数据。另外，当完成对具有地址“0”和“1”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t2处，当确定从时间t1起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“1”和“2”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“1”和“2”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t3处，当确定从时间t2起计数的存储器区域210的写入计数wc已经达到临界计数cc时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“2”和“3”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“2”和“3”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t4处，当确定从时间t3起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“3”和“4”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“3”和“4”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t5处，当确定从时间t4起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“4”和“5”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“4”和“5”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t6处，当确定从时间t5起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“5”和“6”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“5”和“6”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t7处，当确定从时间t6起计数的存储器区域210的写入计数wc已经达到临界计数cc时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“6”和“7”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“6”和“7”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t8处，当确定从时间t7起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以根据交换算法通过交换并存储在具有地址“7”和“0”的存储器单元组中存储的数据来执行磨损均衡操作。另外，当完成对具有地址“7”和“0”的存储器单元组的磨损均衡操作时，控制器重置经过时间和写入计数。

在时间t8之后，磨损均衡单元110可以重复图4中示出的操作。通过将临界时间选择为等于漂移时间除以存储器区域的所有存储器单元组的数量，并且通过确保在小于临界时间的时间段内对每个选择的存储器单元组执行磨损均衡操作，从而确保存储在存储器区域210的存储器单元组中的所有数据在小于存储器区域的漂移时间的时间段内被重写至少一次。这样，可以防止由于漂移现象导致的错误位发生。此外，由于通过磨损均衡操作实现这种刷新效果，因此可以延长存储器区域210的使用寿命。

图5是示出在图1中示出的磨损均衡单元110的操作的另一示例的简图。在图5的示例中，与采用交换算法的图4的磨损均衡操作不同，可以执行采用间隙算法的磨损均衡操作。

在间隙算法中，顺序地选择待对其执行磨损均衡操作的两个存储器单元组。即，可以选择待被指定为间隙的存储器单元组和先前被指定为间隙的存储器单元组。磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，例如通过增加地址在存储器单元组中顺序地选择待被指定为间隙的存储器单元组。例如，磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，通过增加地址在存储器区域210的存储器单元组中顺序地选择待被指定为间隙的存储器单元组。当存储器单元组被指定为间隙时，其不能用于存储数据。磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，将已经存储在待被指定为间隙的存储器单元组中的数据复制到先前被指定为间隙的存储器单元组。换言之，磨损均衡单元110可以在每次执行磨损均衡操作时，通过增加地址来改变间隙。作为结果，可以均匀地访问存储器区域210的存储器单元组。

例如，在时间t0处，具有地址“0”的存储器单元组可以被指定为间隙。在时间t1处，当确定从时间t0起的经过时间et已经达到临界时间ct时，磨损均衡单元110可以将在具有地址“1”的存储器单元组中存储的数据复制到具有地址“0”的存储器单元组以根据间隙算法重新指定具有地址“1”的存储器单元组作为间隙。

以与上文参照图4所述的相同方式，在图5中，每当确定计时器111的经过时间et已经达到临界时间ct或确定用于存储器区域210的写入计数器112的写入计数wc已经达到临界计数cc时，无论哪个事件首先发生，可以执行磨损均衡操作。在执行磨损均衡操作之后，计时器111的经过时间et和写入计数器112的写入计数wc可被重置。因此，此处将省略详细的描述。

图6是图1的数据存储装置10的操作方法的流程图。图6示出磨损均衡单元110对存储器区域210执行磨损均衡操作的方法。可以在数据存储装置10操作时重复地执行在图6中示出的进程。

参照图6，在步骤s110中，磨损均衡单元110可以监控计时器111的经过时间和通过写入计数器112对存储器区域210计数的写入计数。

在步骤s120处，磨损均衡单元110可以确定计时器111的经过时间是否已经达到临界时间或存储器区域210的写入计数是否已经达到临界计数。在实施例中，临界时间可以是通过将存储器区域210的漂移时间除以存储器区域210的全部存储器单元组unit1至unitn的数量n而获得的时间。当计时器111的经过时间尚未达到临界时间并且存储器区域210的写入计数尚未达到临界计数时，可以结束进程。当计时器111的经过时间达到临界时间或者存储器区域210的写入计数达到临界计数时(s120，是)，进程可以进行到步骤s130。

在步骤s130处，磨损均衡单元110可以对存储器区域210中选择的存储器单元组执行磨损均衡操作。可以根据交换算法或间隙算法顺序地和均匀地选择待对其执行磨损均衡操作的存储器单元组。

在步骤s140处，计时器111可以重置测量的流逝时间，并且写入计数器112可以重置计数的写入计数。然后，计时器111和写入计数器112可以开始再次测量经过时间和写入计数。

虽然已经根据各个具体实施例描述本发明，但是本发明所属领域的技术人员将理解，本文所述的实施例仅仅是示例。因此，本文所述的数据存储装置及其操作方法不应限于描述的实施例。在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，可以进行各种其它改变和变型。