存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种资料存取方法，且尤其涉及一种存储器晶片、其资料读取方法以 及资料储存系统。
【背景技术】
[0002] 随着半导体技术的进步，存储器的容量大幅提升。而快闪存储器（Flash Memory) 具有非挥发性、省电、体积小等特性，因此在移动装置中的应用相当广泛。在快闪存储器的 技术中，反及快闪（NAND Flash)存储器技术亦越趋成熟，更于近年来被应用于做为资料存 取媒介的固态硬盘（Solid State Disk ;SSD)。固态硬盘的特别之处在于，其利用快闪存储 器的特性来取代传统硬盘的机械结构，并藉由区块写入和抹除的方式进行资料存取，可大 幅提升储存装置的读写速度。与传统的储存装置相较，固态硬盘具有低耗电、耐震、耐低温、 稳定性1?等优点。
[0003] -般而言，当固态硬盘使用序列先进技术连接（Serial Advanced Technology Attachment ;SATA)汇流排介面来连接主机时，因受限于每秒600百万位元组（MB/s)的频 宽限制，固态硬盘便无法达到更高的存取速度。因此，具有lOOOMB/s传输频宽的周边装置 连接快递（Peripheral Component Interconnection Express ;PCIe)介面的固态硬盘便逐 渐在市场上流行起来。
[0004] 然而，无论是使用SATA介面或PCIe介面，当面对小档案（例如，4千位元组（KB)) 的随机存取时，都无法有效改善存取速度。而操作系统（Operating System ;0S)中的程序 库档案大多以例如是4KB (增强型文件系统（New Technology File System ;NTFS)格式的 最小单位为4KB)为单位来进行存取操作，因此小档案传输是系统反应的重要指标。有鉴于 此，需要提出一种改善随机存取小档案的存取速度的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统，透过介面控制 器传送特定读取指令而使存储器晶片输出对应的小档案，从而提升小档案的存取速度。
[0006] 本发明提出一种存储器晶片，此存储器晶片包括存储器单元、缓冲单元及控制单 元。当发生读取操作时，此缓冲单元对存储器单元读取缓冲资料。此外，控制单元耦接缓冲 单元及存储器单元。而当控制单元接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，控制单 元自缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料。
[0007] 本发明还提出一种资料储存系统，此资料储存系统包括介面控制器以及存储器晶 片。存储器晶片耦接介面控制器，且存储器晶片包括存储器单元及缓冲单元。当发生读取 操作时，此缓冲单元对存储器单元读取缓冲资料。而介面控制器接收读取命令，并判断读取 命令所要求的资料大小是否小于缓冲资料的大小，从而选择对应于资料大小的读取指令并 传送至存储器晶片。当存储器晶片接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，存储器 晶片自缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料至介面控制器。
[0008] 本发明还提出一种资料读取方法，适用于存储器晶片。此资料读取方法在接收到 要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，自存储器晶片的缓冲单元中输出对应于读取指令 的部份的缓冲资料。其中，当发生读取动作时，自存储器晶片的存储器单元中读出缓冲资料 至缓冲单元。
[0009] 基于上述，本发明的存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统是在存储器 晶片的控制单元接收到小于缓冲资料之大小的读取指令时，自缓冲单元中输出部份的缓冲 资料至介面控制器，其中控制单元自存储器单元中将页面单位容量的缓冲资料读取至缓冲 单元。藉此，针对小档案的随机存取，便能有效提升存储器晶片与介面控制器之间的存取速 度。
【附图说明】
[0010] 图1是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的结构框图。
[0011] 图2说明页面读取操作的时序图。
[0012] 图3是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的资料读取方法的流程图。
[0013] 图4是依据本发明一实施例说明介面控制器决定读取指令的方法流程图。
[0014] 图5是依据本发明一实施例说明存储器晶片的资料读取方法的流程图。
[0015] 图中符号说明：
[0016] 10 :资料储存系统； CE :晶片致能；
[0017] 100:介面控制器； CLE:指令锁存致能；
[0018] 150:存储器晶片； ALE:位址锁存致能；
[0019] 151:存储器单元； WE:写入致能；
[0020] 153 :缓冲单元； RE :读取致能；
[0021] 155:控制单元； DQS:资料选通；
[0022] 210、240 :指令； DQx :资料输入输出；
[0023] 220 :储存位址； R/B :就绪/忙碌；
[0024] 250 :读取资料；
[0025] S310 ~S350、S410 ~490、S510 :步骤。
【具体实施方式】
[0026] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式 作详细说明如下。
[0027] -般而言，固态硬盘（SSD)介面控制器是以100百万赫兹（MHz)8比特（bit)双倍 资料速率（double data rate ;DDR)来对存储器晶片（例如，反及快闪（NAND Flash)晶片） 进行控制，即，传输速率约为200每秒百万位元组（MB/s)。而SSD介面控制器与存储器晶 片之间的传输介面相较于在传输系统中的档案传输而言，是最慢的一层传输介面。此外，存 储器晶片通常是以例如是16KB为单位进行传输，即使操作系统（0S)要求读取小于16KB的 小档案，存储器晶片仍会输出16KB的资料至介面控制器。据此，本发明实施例便是在存储 器晶片接收到特定读取指令时，依据此读取指令所指示的位置自存储器单元中读出缓冲资 料，并自缓冲资料中输出对应于此读取指令的部份的缓冲资料。藉此，存储器晶片便能输出 小于缓冲资料之大小的小档案，并藉以加快读取小档案之存取速度。
[0028] 图1是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的结构框图。请参照图1，资料 储存系统10包括介面控制器100及存储器晶片150。资料储存系统10可以是各种硬盘（例 如，固态硬盘（SSD))、随身盘、记忆卡、嵌入式多媒体记忆卡（embedded multimedia card; eMMC)、嵌入式多晶片封装（embedded multi-chip package)等储存装置。
[0029] 介面控制器100可以是具备序列先进技术连接（SATA)、周边装置连接快递 (PCIe)、小电脑系统介面（Small Computer System Interface ;SCSI)、通用序列汇流排 (universal serial bus ;USB)、整合驱动电子（Integrated Drive Electronics ;IDE)等 传输介面的嵌入式控制器（embedded controller)或控制晶片（control chip)等晶片以 及其他电路所组成的控制器。介面控制器100作为存储器晶片150与主机（例如，个人 电脑、笔记本电脑、伺服器等）之间的桥接器（例如与主机端的进阶主机控制汇流排介面 (Advanced Host Controller Interface ;AHCI)主机汇流排配接器（Host Bus Adapter ; HBA)连接），以使主机可存取储存于存储器晶片150中的资料。介面控制器100包括处 理单元（未绘示）以执行韧体（firmware)阶层的功能，这些功能例如是错误校正编码 (Error-correcting code ;ECC)、平均磨损（Wear leveling)、损坏区块（bad block)映射、 读取及写入快取（cache)及加密（Encryption)等功能。
[0030] 存储器晶片150包括存储器单元151、缓冲单元153及控制单元155,存储器单元 151、缓冲单元153及控制单元155可内嵌（embedded)于存储器晶片150上，亦可以是透过 任何线路或传输介面相互连接。存储器单元151例如是反及快闪（NAND Flash)存储器、反 或快闪（NOR Flash)存储器或其他挥发性或非挥发性存储器之存储器。缓冲单元153例 如是静态随机存取存储器（Static Random Access Memory ;SRAM)、静态随机存取存储器 (Dynamic Random Access Memory ;DRAM)等类型的缓冲器。其中，当发生读取操作时，控制 单元155对存储器单元151读出缓冲资料至缓冲单元153,且透过缓冲单元153输出缓冲资 料（例如，透过开放式反及闸快闪存储器介面（Open NAND Flash Interface ;0NFI)、触发 双倍资料速率（toggle DDR)介面）。
[0031] 图2说明页面读取操作的时序图。请参照图2,当存储器晶片150接收到介面控制 器100所传送包括指令210 (例如，指令集（CMD Set) 00h)、储存位址220 (例如，包括区块 索引（block index)、页面（page)索引及位元组位址）及指令240 (例如，CMD Set 30h)的 读取指令，控制单元155便会依据读取指令所指示的储存位址220而自存储器单元151中 读出一个页面单位容量（例如，16千位元组（KB)、8千位元组、32千位元组等）的缓冲资料 250至缓冲单元153,并透过缓冲单元153输出缓冲资料250。
[0032] 值得说明的是，在传统的页面读取操作中，缓冲单元153将整个页面单位容量的 缓冲资料250直接输出至介面控制器100。其中，无论主机所要求读取的资料大小是否等于 此页面单位容量，缓冲单元153仍会输出页面单位容量的缓冲资料。此外，存储器晶片150 与介面控制器100之间的资料传输速度于整个资料传输系统（例如包括存储器晶片150、介 面控制器100及主机）中是最慢的。因此，本发明实施例便是着重于提升存储器晶片150 与介面控制器100之间的小档案的存取速度，以下将举实施例说明之。
[0033] 图3是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统10的资料读取方法的流程图。 请参照图3,本实施例的资料读取方法适用于图1的资料储存系统10。下文中，将结合资料 储存系统10中的各项元件说明本发明实施例所述的资料读取方法。本方法的各个流程可 依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。
[0034] 在步骤S310中，介面控制器100接收读取命令。具体而言，当主机的操作系统欲 读取储存于资料储存系统10中的程序库档案（library file)、文件档案、多媒体档案等类 型的档案时，主机将透过其与介面控制器100连接的传输介面（例如，AHCI、IDE等）传送 读取命令至介面控制器