专利名称：电子存储装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子存储装置及其操作方法，特别是涉及一种非挥发性电子存储 装置及其操作方法。
背景技术：
NAND型闪存因具有读写速度快、省电、可靠度高等优点，广泛被应用在消费型电 子产品中，作为存储媒体使用。习知固态数据存储装置，如固态硬盘(Solid-State Disk, SSD)、优盘(USB Flash Drive，UFD)、记忆卡等。其中又以采用NAND型闪存(NAND-Type FlashMemory)作为主要存储媒体。图1是固态硬盘的功能方块图。固态硬盘120通过磁盘驱动器接口 130与主机 系统相连，控制单元140须执行主机系统100 (Host System)透过系统界面下达的指令 (Command)，并依指令所指定的逻辑地址(Logical Address)，将数据写入存储媒体160，或 自存储媒体160读取数据。为达成此一功能，控制单元140须具备逻辑-实体地址转换 (Logical-to-PhysicalAddress Translation)的功能，并须于固态硬盘120内部设置存 储媒体160用于存放一逻辑-实体地址对应表(Logical-to-Physical Address Mapping Table)，以记录逻辑地址与实体地址的对应关系。由于该逻辑_实体地址对应表所需存储 空间甚大，为减少此存储空间，以简化转换程序并降低控制单元成本，习知技术以相等或不 等的容量，将实体存储空间，划分为多个记忆区段(Segment或Zone)，并于每一记忆区段保 存该记忆区段的逻辑_实体地址对应表。如图2所示，当主机系统100下达读写指令要求 存取特定逻辑地址所对应的资料时，控制单元140即依该逻辑-实体地址对应表决定存储 该逻辑地址的物理内存所属记忆区段，若该记忆区段的逻辑_实体地址对应表当时并未载 入控制单元140内部的记忆单元150，则将原先存放在控制单元140内，当时并未使用的对 应表写回存储媒体160，并自存储媒体160中载入该指令所须的对应表。若主机系统100下达的指令所存取的地址，是循序(Sequential)时，亦即依序由 小而大，或由大而小时，则上述情形尚不致对存储装置的存取速度造成严重的影响。但当主 机系统100前后下达的指令所存取的地址并不连续时，且经常对应着不同的记忆区段，如 此会造成需频繁切换写回对应表与重新载入对应表，严重影响该存储装置的存取速度。虽然可以增加控制单元140内存放对应表的内存容量，并容许同时加载两个或以 上的记忆区段的对应表，以免于频繁切换对应表，但此方法仍受限于控制单元140内记忆 单元150的容量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种电子存储装置及其操作 方法，使得电子存储装置不仅写入迅速，且可增加记忆体寿命。小型计算机系统接口(Small Computer System Interface, SCSI)界面以及串行 高级技术附件(Serial-ATA，SATA)界面装置具有存储指令队列(Command Queue)的功能。基于上述装置，当主机系统可在前一指令尚未完成的情况下，继续下达后续的指令，并继续 传输后续指令直到填满存储装置的指令队列记忆空间，或主机系统并无后续指令为止。存储装置在接获多笔指令后，依据指令队列中的各个指令所要求进行的作业项 目，重新予以排列执行顺序。本发明提出一种电子存储装置，其中，所述电子存储装置包括存储单元、记忆单 元及控制单元。存储单元包含至少一个记忆区段，记忆区段由至少一个实体区块组成。记 忆单元接收并存储主机系统下达的多个存取指令，每一笔指令包含至少一个逻辑地址，每 一个逻辑地址对应着一个实体区块。控制单元连接于记忆单元，依据存取指令中逻辑地址 对应的实体区块位于记忆区段的相邻程度，而排序存取指令的执行顺序。本发明亦提出一种电子存储装置操作方法，电子存储装置包含至少一个记忆区 段，且记忆区段由至少一个实体区块组成，其特征在于，所述操作方法包括以下步骤接收 并存储多个存取指令，且每一笔指令包含至少一个逻辑地址，每一个逻辑地址对应着一个 实体区块；检查存取指令是否能够重新排序；当存取指令能够重新排序时，依据存取指令 中逻辑地址对应的实体区块位于记忆区段的相邻程度，而排序存取指令的执行顺序；当存 取指令不能重新排序时，依据接收存取指令的顺序，而执行存取指令。与现有技术相比，本发明的有益效果是电子存储装置以记忆区段为单位执行指 令，同一记忆区段内，优先执行与上一指令相同类型的指令，再按数据大小进行排序。记忆 区段间，亦按数据大小进行排序，以优化指令执行顺序。如此可大大减少快闪记忆体频繁变 换逻辑实体地址对应表操作的时间，还有益于延长快闪记忆体的寿命。
图1是固态硬盘的功能方块图；图2是实体空间与逻辑_实体地址对应表的转换关系图；图3A是本发明电子存储装置第一种系统架构图；图3B是本发明电子存储装置第二种系统架构图；图4是本发明调整不同记忆区段间指令执行顺序流程图；图5是本发明的指令执行顺序流程图；图6A是本发明的指令执行顺序调整的示意图；图6B是本发明的控制单元接收到新指令后，调整指令执行顺序的示例图；图6C是本发明的控制单元执行完一整个记忆区段的指令后的操作示意图。
具体实施例方式图3A为本发明最佳实施方式电子存储装置第一种系统架构图，电子存储装置320 包括电子存储装置接口 330与主机系统100的系统接口 310相连，和主机系统100进行数 据交换；控制单元340用于执行主机系统100的控制指令，控制单元340中还包含记忆单元 350，由挥发性记忆体构成，提供指令队列记忆空间，用于存储指令队列；存储单元360由快 闪记忆体构成，与控制单元340相连，用于存储数据。本发明亦提出另一系统结构，将电子存储装置所接收的指令存储于单独的记忆单 元，然后由控制单元进行操作，可获得同样的技术效果，且不受控制单元的存储能力的限制。图3B是本发明最佳实施方式电子存储装置第二种系统架构图，电子存储装置320包括 电子存储装置接口 330与主机系统100的系统接口 310相连，从而使电子存储装置320可以 与主机系统100进行数据交换；记忆单元350由挥发性记忆体构成，耦接于控制单元340， 并与电子存储装置接口 330相连，用于存储指令队列；存储单元360由快闪记忆体构成，用 于存储数据；以及用于执行主机系统100控制指令的控制单元340。基于上述系统架构，当主机系统100下达指令时，控制单元340检查挥发性记忆单 元350的指令队列中的指令，并依据指令的类型与指定存取的逻辑地址，决定所述指令队 列中的指令是否可重新排列执行顺序(或是否具有执行先后顺序的限制)。若能重新排序， 控制单元340依指令的逻辑地址相邻程度予以分类，优先执行与前一指令相邻程度高的指 令，然后将决定的执行顺序记录于控制单元340内，构成指令执行顺序索引。控制单元340 依指令执行顺序索引记录的次序，执行指令完成数据传输。控制单元340于每一指令完成 后，将该指令的完成状态通知主机系统100，并清除该指令所占用的指令队列的空间。每一 指令完成后，控制单元340将检查是否接收到新指令，若接收到新指令，即将新指令存入指 令队列中的闲置空间，重新检查指令执行顺序索引，将新指令插入指令执行顺序索引的较 佳位置。控制单元340若未接收到新指令，则执行并清除完顺序索引中所有指令后，即回复 待命状态。前述“逻辑地址相邻程度”指两个或以上的类型相同的指令(亦即同为写入或 同为读取指令)，指定存取的逻辑地址所对应的实体地址，经计算系属同一记忆区段予以分 类，所述记忆区段包括至少一实体区块。图4是本发明调整不同记忆区段间指令执行顺序的示意图。假设存储单元包括记 忆区段1与记忆区段2，其中记忆区段1包括实体区块0至实体区块9，区段2包括实体区 块10至实体区块19。假设每次仅能调用一个记忆区段的逻辑实体地址对应表，且在指令队 列中有四笔类型相同的存取指令C1、C2、C3、C4，其中第一笔指令Cl存取地址为实体区块8、 9，第二笔指令C2存取地址为实体区块15、16，第三笔指令C3存取地址为实体区块10、11， 第四笔指令C4存取地址为实体区块5、6，且四笔指令存取的数据量一样大。根据上述“逻辑地址相邻程度”排序后，同一记忆区段中的存取指令将排在一起， 则所述指令队列中的指令执行顺序为Cl、C4、C2、C3，即指令存取地址的顺序为8、9、5、6、 15、16、10、11，或C4、C1、C3、C2，即指令存取地址的顺序为5、6、8、9、10、11、15、16。所以在控 制单元执行存取指令Cl、C4、C2、C3时，系读取记忆区段1的对应表，以存取实体区块8、9、 5、6，完成存取后便存回记忆区段1的对应表，再读取记忆区段2的对应表以存取实体区块 15、16、10、11。如此，即可有效减少逻辑实体地址对应表的转换频率，提升数据存储效率。图5是本发明的指令执行顺序流程图首先电子存储装置320接收主机系统100 下达的存取指令至指令队列中(步骤S501)；接着判断该指令的执行顺序是否有限制(步 骤S503)，即依据该存取指令的类型与指定存取的逻辑地址，判断该指令的执行顺序是否 可以重新排序；若有执行顺序的限制，则根据该限制执行指令(步骤S505)，即根据该存取 指令的先后执行限制来决定该存取指令的执行顺序；若没有执行顺序的限制，则根据该指 令类型以及指定存取的逻辑地址来决定该存取指令的执行顺序(步骤S507)；通过上述操 作，电子存储装置320将记录已经决定的执行顺序，构成指令执行顺序索引(步骤S509)； 至此，已经确定指令执行顺序，控制单元340依指令执行顺序索引执行指令(步骤S511)；接着控制单元340执行完该指令(步骤S513)；然后，电子存储装置320将指令完成的状态 通知给主机系统100(步骤S515)；控制单元340清除指令队列中已完成的指令占用的空间 (步骤S517)；接着，控制单元340将判断是否接收到新的指令(步骤S519)；若接收到新 指令，则按上述的步骤重新操作一次，即跳转到步骤S501 ；若没有接收到新指令，控制单元 340则检查执行队列中是否有未执行的指令(步骤S521)；若还有未执行的指令，则按指令 执行顺序索引记录的次序执行指令(步骤S511)；若指令均已执行完，则电子存储装置320 进入待机状态(步骤S523)。上述中，决定较佳排列顺序的方法为1.依指令存取类型相同者予以分类，(同一 地址先读后写或先写后读，须依其次序执行，不能改变执行次序的指令，不在此列)；2.依 指令存取逻辑地址的相邻程度予以分组；3.优先执行与先前存取的记忆相同类型的指令， 然后执行在同一记忆区段内存取数据量最大的指令群组。执行时以记忆区段为单位，在相 同记忆区段中存取数据量较大者优先，执行时依存取地址较小者开始至存取地址较大者循 序排列。图6A是本发明的指令执行顺序调整的示意图。记忆单元350内存储的是对应表 1，指令队列中指令1、6、9为对应表1的相应指令，即这三个指令存取的记忆区段为记忆区 段1。同样，记忆区段2对应着指令3和指令7 ；指令5对记忆区段3进行存取；记忆区段 (n-1)对应着指令2、4、8。因为记忆单元350内存储的是对应表1，故优先执行关于记忆区 段1的指令。在其它记忆区段中，选择相应的存取数据量大的指令优先执行。若指令2、4、 8写入记忆区段(n-1)的数据量大于指令3、7写入记忆区段2的数据量，则将指令2、4、8优 先指令3、7来执行。否则，则将先执行指令3或指令7。如此，则形成指令执行顺序索引 指令 1、6、9、2、4、8、3、7、5。图6B是本发明的控制单元接收到新指令后，调整指令执行顺序的示例图。每个指 令执行完后，控制单元340将清除指令队列中这一指令占用的空间，用来接收后续指令。另 外，每一指令完成后，控制单元340将检查是否接收到新指令，若有新指令，即将新指令存 入指令队列中的闲置空间，并将其置于合适的位置。例如，在执行完指令1后，系统又接收 了指令10，此时，控制单元340将检查指令10存取逻辑地址对应的记忆区段，若指令10所 指定的实体地址也为对应表1的对应范围，则指令10的执行顺序将优先于记忆区段2的指 令。如此，形成指令执行顺序索引指令6、9、10、2、4、8、3、7、5。图6C是本发明的控制单元执行完一整个记忆区段的指令后的操作示意图。控制 单元340执行完记忆区段1的指令后，切换逻辑_实体地址对应表，并执行其它记忆区段的 数据存取作业。将抹除记忆单元350中的对应表1，写回对应表1至存储单元360后，读取 对应表(11-1)，以执行指令2、4、8。如此，形成指令执行顺序索引指令2、4、8、3、7、5。将指令队列中的指令依存取类型予以分类后，除不能改变先后顺序者以外，优先 执行与先前所执行的指令存取同一记忆区段的指令，如此可避免切换逻辑_实体地址对应 表。然后选择存取数据量最大的记忆区段的相应的指令执行，再执行该一记忆区段内的其 它存取指令，最后再切换逻辑_实体地址对应表，执行其它记忆区段的数据存取作业。如此 即可减少切换逻辑_实体地址对应表的次数，达到提高存取效能的目的。更有，因能以管理 单位的存储空间为单位，调整主机系统100传输数据的写入顺序，因而减少由于未循序写 入数据所产生的额外数据搬移与抹除作业，达到延长NAND型闪存的使用寿命的功效。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的专利范围，故举 凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内。
权利要求
一种电子存储装置，用以连接主机系统，其特征在于，所述电子存储装置包含存储单元，包含至少一个记忆区段，所述记忆区段由至少一个实体区块组成；记忆单元，接收并存储所述主机系统下达的多个存取指令，每一笔所述指令包含至少一个逻辑地址，每一个逻辑地址对应着一个实体区块；及控制单元，连接于所述记忆单元，依据所述存取指令中逻辑地址对应的所述实体区块位于所述记忆区段的相邻程度，而排序所述存取指令的执行顺序。
2.如权利要求1所述的电子存储装置，其特征在于，所述存储单元由快闪记忆体构成。
3.如权利要求1所述的电子存储装置，其特征在于，所述记忆单元为挥发性记忆体。
4.如权利要求1所述的电子存储装置，其特征在于，所述记忆单元中包含至少一个逻 辑实体地址对应表，每一个逻辑实体地址对应表用于记录每一个记忆区段中各逻辑地址所 对应的实体区块。
5.如权利要求1所述的电子存储装置，其特征在于，所述相邻程度是指所述存取指令 的逻辑地址对应同一个记忆区段。
6.一种电子存储装置操作方法，所述电子存储装置包含至少一个记忆区段，且所述记 忆区段由至少一个实体区块组成，其特征在于，所述操作方法包括以下步骤接收并存储多个存取指令，且每一笔所述指令包含至少一个逻辑地址，每一个逻辑地 址对应着一个实体区块；检查所述存取指令是否能够重新排序；当所述存取指令能够重新排序时，依据所述存取指令中逻辑地址对应的所述实体区块 位于所述记忆区段的相邻程度，而排序所述存取指令执行顺序；及当所述存取指令不能重新排序时，依据接收所述存取指令的顺序，而执行所述存取指令。
7.如权利要求6所述的电子存储装置操作方法，其特征在于，所述相邻程度是指所述 存取指令的逻辑地址对应同一个记忆区段。
8.如权利要求7所述的电子存储装置操作方法，其特征在于，排序所述存取指令的执 行顺序后，是以记忆区段为单位而执行所述存取指令。
9.如权利要求6所述的电子存储装置操作方法，其特征在于，上述的操作方法还包含 下列步骤执行完一笔所述存取指令后，清除此指令占用所述电子存储装置的空间； 检查是否接收到一新指令；当接收到所述新指令时，重新检查所述存取指令执行顺序，并将所述新指令插入所述 存取指令的执行顺序中；及当未接收到所述新指令时，继续按所述存取指令的执行顺序执行其它指令。
10.如权利要求9所述的电子存储装置操作方法，其特征在于，上述的操作方法还包含 下列步骤执行完一个所述记忆区段的所有指令后，选择下一笔指令执行； 其中，优先选择与先前存取的记忆区段相同类型的指令，再优先选择存取数据量大的 指令。
全文摘要
一种电子存储装置用以连接主机系统，其特征在于，所述电子存储装置包含存储单元、记忆单元及控制单元。存储单元包含至少一个记忆区段，记忆区段由至少一个实体区块组成。记忆单元接收并存储主机系统下达的多个存取指令，每一笔指令包含至少一个逻辑地址，每一个逻辑地址对应着一个实体区块。控制单元连接于记忆单元，依据所述存取指令中逻辑地址的实体区块位于记忆区段的相邻程度，而排序所述存取指令的执行顺序。本发明的有益效果是电子存储装置以记忆区段为单位执行指令，同一记忆区段内，优先执行与上一指令相同类型的指令，再按数据大小进行排序。记忆区段间，亦按数据大小进行排序，以优化指令执行顺序。如此可大大减少快闪记忆体频繁变换逻辑实体地址对应表操作的时间，还有益于延长快闪记忆体的寿命。
文档编号G11C11/34GK101908368SQ20091003379
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者谢祥安 申请人:威刚科技(苏州)有限公司