专利名称：一种存储装置及计算机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息存储技术领域，具体涉及一种存储装置。
背景技术：
固态硬盘(SSD, Solid State Disk),是由控制单元和固态存储单元 (DRAM或FLASH芯片)组成的硬盘。固态硬盘的接口规范和定义、 功能及使用方法上与普通硬盘的相同，且不具有机械转动装置，因而SSD 具有读写性能高，抗震能力强，电源开销小等优势，并广泛应用于军事、 车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导 航设备等领域。
固态硬盘通常采用闪存FLASH芯片作为存储介质。固态硬盘的性能， 由原始的闪存带宽、损耗平衡算法的效率(固件)以及接口 (串行SATA、 PCI-E等)共同决定的，即使采用的SATA接口速度卡性能再强也不能明显 提高固态硬盘的性能。业界正在逐步提升固态硬盘性能，但新一代SATA 标准还未推出。
目前也有固态硬盘采用PCI-E接口。 PCI-E (PCI Express)是新一代 的总线接口，采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早 期的计算机总线的共享并行架构，可以提高数据传输率，达到PCI所不能 提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输， PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量。用于取代AGP 接口的PCI Express接口位宽为X16，将能够提供5GB/s的带宽，即便有 编码上的损耗但仍能够提供约为4GB/s左右的实际带宽，远远超过AGP 8X 的2. lGB/s的带宽。
与现有的传统硬盘HDD相比，目前固态硬盘最大的劣势是容量，只达 到数百MB,还不能满足有些应用和需求。
现有的固态硬盘SSD容量较小，且采用FPGA+CPU进行操作控制其处 理能力有限，导致SSD访问速度也受到限制
发明内容
本发明实施例提供存储装置，能够大幅度提高存储容量及访问速度。 本发明实施例提供的一种存储装置，包括
M个存储单元，采用非易失性存储介质；
串并变换单元，具有N个端口，所述N个端口中之一作为所述存储 装置的数据输入输出端口 ；所述N个端口中的M个端口用于连接所述M 个存储单元，其中N>M^2;
操作控制模块，用于将输入数据^:存储到所述M个存储单元中至 少两个存储单元，从所述M个存储单元中至少两个存储单元并行输出到 所述串并变换单元。
本发明实施例提供的一种计算机系统，包括如前所述的存储装置。 本发明实施例提供的一种数据存储操作控制方法，包括 将输入数据分散存储到至少两个存储单元； 输出数据时从所述至少两个存储单元并行输出数据； 将所述并行输出数据进行并串变换后输出。本发明实施例提供的存储 装置为新型固态硬盘，将多个固态硬盘SSD组合在一起，扩大了 SSD卡的 容量；并利用串并变换单元(PCIE交换)，并在新型固态硬盘内部按照独 立磁盘冗余阵列，如RAID O，RAID 1等方式操作，提高了新型固态硬盘的 数据存取速度，显著提升了新型固态硬盘的性能。
图1为本发明实施例中提供的存储装置结构示意图2为本发明实施例中存储装置的操作控制模块构成示意图3为本发明实施例中提供的新型固态硬盘结构示意图4a、 4b及4c为本发明实施例中采用的PCIE交换芯片示意图。
具体实施例方式
为了进一步提高固态硬盘的存储容量和访问速率，本发明提出 一种新 型固态硬盘，将多个现有的固态硬盘SSD卡组合在一起，通过串并变换将 这些固态^_盘SSD卡与主机或系统相连接，并在新型固态硬盘内部实现独 立磁盘冗余阵歹'J (RAID, Redundant Array of Independent Disks ) n方式(n-O, 1, 3, 5, IO等)操作控制，将要存入的数据分散存储到各 SSD卡，内部多个SSD卡并行进行数据输出，也就是使用多条并行通道来 访问内部各SSD卡。本发明采用了多个SSD卡使得容量得到增加，釆用RAID n方式对内部多个SSD卡进行控制，即使固态硬盘在阵列模式下工作的数 据量相当庞大，也能提高存取数据的速度，这样使用多块固态硬盘组建 RAID n阵列的性能显著提高，以满足更多的应用和需求。
参照图1,本发明实施例提供的一种存储装置100,包括 M个存储单元ll,采用非易失性存储介质，如闪存Flash; 这些存储单元的容量可以不同，但通常这些存储单元的容量相同。 串并变换单元12,具有N个端口，该N个端口中之一作为存储装置的 数据输入输出端口 ；其余端口中的M个端口用于连接所述M个存储单元， 其中N>M>2;
操作控制模块13,用于对所述各存储单元的输入输出数据进行操作控
制；
操作控制模块13，是位于主机侧的驱动程序，主要是用来识别PCIE 卡，封装PCIE自定义协议报文以及实现RAIDO算法，在主机和卡之间起 一个承上启下的作用；
该模块由软件实现，安装在主机侧操作系统中。当主机发出读/写请 求命令时，该模块会接收，解析这个请求报文，并根据后端存储单元的实 际情况接合RAIDO算法重新封装成自定义协议报文，再经由串并变换单元 12发往各存储单元。各存储单元如果响应这个读/写请求，就会经由串并 变换单元12从主机读/向主机写数据。各存储单元之间可以并行操作。
操作控制模块13将输入数据分散存储到所述M个存储单元11中至少 两个存储单元，输出数据时从所述至少个存储单元11并行输出到所述串 并变换单元12,再由所述串并变换单元12进行并串变换后输出。
M个存储单元11与串并变换单元之间的传输通道配置可以采用相同速率。
参照图2,所述操作控制模块13包括 拆分子模块13a,用于将输入数据分成若干份；
6分配子模块13b,将所述若干份输入数据分发给所述M个存储单元中
至少两个存储单元；在分发数据过程中，最好轮流发送给至少两个存储单
元，以使所述若干份输入数据均匀地分散存储在存储单元中。
行读取数据并输入给串并变换单元12。
如图1所示，所述存储单元11包括主控子单元lla和至少两个存储 子单元lib;
所述主控子单元lla，用于对所述各存储子单元lib的数据存储进行 操作管理。
所述主控子单元lla包含现场可编程门阵列FPGA和CPU。
串并变换单元12的N个端口的速率可配置为K倍速，K=2n, n为自然 数。与M个存储单元ll连接的M个端口配置相同速率。
为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本 发明进行详细描述。
本发明实施例提供的一种存储装置，如图3所示。
本实施例提供的存储装置300，包括
存储单元31、串并变换单元32以及操作控制模块33，下面分别描述 各单元或模块的形态或构成。
存储单元可釆用固态硬盘(SSD， Solid State Disk)卡31,该SSD 卡包含现场可编程门阵列FPGA、CPU以及闪存FLASH阵列；则存储装置300 为一种新型固态硬盘。
SSD泛指使用NAND Flash组成的固态硬盘，没有机械结构，利用传统 的NAND Flash特性，以区块写入和抹除的方式作读写的功能。具有低耗 电、耐震、稳定性高、耐低温等优点。NAND结构能提供极高的单元密度， 可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND需要对 flash进行管理并需要特殊的系统接口。 NAND flash通常用在8 ~ 128MB 的产品当中，MND适合于数据存储。
串并变换单元采用PCIE交换(switch)芯片32;
PCI-Express是最新的总线和接口标准，简称"PCI-E"。它作为一种新的总线标准，可支持更高的速率，解决了不断增长的带宽需要，相比传
统PCI总线标准(总线的位宽32bit，总线的频率33M), 16倍速时速度提 高了30倍。PCIE总线频率为2. 5G,每周期传递lbit,由于PCIE传递的 编码是每byte/10bit,所以在XI ( 1倍速)的速度为2. 5Gbit/10 = 25画。
PCIE switch芯片为主机和多个存储单元提供点与多点的高速连接。 一个PCIE switch芯片有多个端口，如PEX8648有12个X4 ( 4倍速)的 端口， PEX8696有24个X4的端口，如图4a，4b，4c所示，这些端口可根据 需要被灵活地配置为所需速率，如X1，X2,X4,X8或者X16速率，并且其中 任意一个端口都可以配置为上行端口，其余则作为下行端口，与多个存储 单元连接。
将FPGA+CPU及flash阵列作为一个存储单元，将多个这样的存储单 元分别连接到PCIE switch芯片的下行端口， PCIE switch芯片上行端口 连才妄主一几端。
操作控制模块可以为操作控制软件程序33,安装在主机或系统中，包 括驱动程序以及数据存储控制程序，用于对所述各存储单元的输入输出数 据进行操作控制；
安装在主机上的操作控制软件程序统一将命令发到PCIE switch的上 行端口， 由主机侧的驱动程序决定将数据输入到PCIE switch的哪一个 下4亍端口 。
数据存储控制程序将后端的各个存储单元按照RAID 1或RAID G等方 式进行操作，在本实施例中对具体的RAID方式不做限定，实现多10并行 操作，提高访问速度。
数据存储控制程序包括
拆分处理程序，用于将输入数据均勻分成若干份； 分配程序，将所述若干份输入数据按顺序轮流发送给M个存储单元， 其中M>2。
数据存储控制程序还可以包括
数据获取程序，用于从所述M个存储单元并行读取数据并输入给所述 串并变换单元。
8本发明提供的存储装置(即一种新型固态硬盘)可配置在计算机系统中。
本发明实施例还提供了 一种数据存储操作控制方法，可以用于本发明
实施例提供的存储装置，包括
将输入数据分散存储到至少两个存储单元；
将输入数据分成若干份，并将所述若干份输入数据分发给至少两个存 储单元。
输出数据时从所述至少两个存储单元并行输出数据； 将所述并行输出数据进行并串变换后输出。
综上所述，本发明实施例提供的存储装置即一种新型固态硬盘中，将 多个存储单元组合在一起，扩大了SSD卡的容量；并利用串并变换单元PCIE switch,并在新型固态硬盘内部按照RAID O或RAID l等方式进行操作，提 高了新型固态硬盘的数据存取速度，显著提升了新型固态硬盘的性能。
以上所述仅为本发明的示范性实施方案而已，并非用于限定本发明的 保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改 进等，均包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1、一种存储装置，其特征在于，包括M个存储单元，采用非易失性存储介质；串并变换单元，具有N个端口，所述N个端口中之一作为所述存储装置的数据输入输出端口；所述N个端口中的M个端口用于连接所述M个存储单元，其中N＞M≥2；操作控制模块，用于将输入数据分散存储到所述M个存储单元中至少两个存储单元，从所述M个存储单元中至少两个存储单元并行输出到所述串并变换单元。
2、 如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述4乘作控制才莫块包括拆分子模块，用于将输入数据分成若干份；分配子模块，用于将所述若干份输入数据分发给至少两个存储单元； 数据获取模块，用于从至少两个存储单元并行读取数据并输出给所述串 并变换单元。
3、 如权利要求1或2所述的存储装置，其特征在于，所述存储单元的 容量相同。
4、 如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述M个存储单元与 串并变换单元之间的传输通道速率相同。
5、 如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述存储单元包括主 控子单元和至少两个存储子单元；所逸主控子单元，用于对所述各存储子单元的数据存储进行操作管理。
6、 如权利要求5所述的存储装置，其特征在于，所述主控子单元包含 现场可编程门阵列FPGA。
7、 如权利要求1所述的存储装置，其特征在于，所述M个存储单元的 端口配置的速率相同。
8、 一种计算机系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所 述的存储装置。
9、 一种数据存储纟乘作控制方法，其特征在于，包括 将输入数据分散存储到至少两个存储单元；输出数据时从所述至少两个存储单元并行输出数据； 将所述并行输出数据进行并串变换后输出。
10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将输入数据分散存 储到至少两个存储单元，包括:将输入数据分成若干份，并将所述若干份输入数据分发给至少两个存储 单元。
全文摘要
本发明公开了一种存储装置，包括采用非易失性存储介质的M个存储单元；串并变换单元，具有N个端口，其中之一作为所述存储装置的数据输入输出端口；其中的M个端口用于连接M个存储单元；操作控制模块，用于将输入数据分散存储到M个存储单元中至少两个存储单元，从所述M个存储单元中至少两个存储单元并行输出到所述串并变换单元。本发明实施例还提供了一种数据存储操作控制方法，包括将输入数据分散存储到至少两个存储单元；输出数据时从所述至少两个存储单元并行输出数据；将所述并行输出数据进行并串变换后输出。根据本发明可扩大存储装置(如新型固态硬盘)的容量，提高了存储装置的数据存取速度。
文档编号G06F3/06GK101650639SQ20091017294
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者丹 徐, 君 徐 申请人:成都市华为赛门铁克科技有限公司