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JP2856621B2 - 一括消去型不揮発性メモリおよびそれを用いる半導体ディスク装置 - Google Patents

一括消去型不揮発性メモリおよびそれを用いる半導体ディスク装置

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JP2856621B2
JP2856621B2 JP3522893A JP3522893A JP2856621B2 JP 2856621 B2 JP2856621 B2 JP 2856621B2 JP 3522893 A JP3522893 A JP 3522893A JP 3522893 A JP3522893 A JP 3522893A JP 2856621 B2 JP2856621 B2 JP 2856621B2
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clusters
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秀夫 浅野
好功 坂上
孝資 豊岡
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フラッシュＥＥＰＲＯ
Ｍ（以下ではフラッシュ・メモリと呼ぶ）等の一括消去
型不揮発性メモリ及びそれを用いる半導体ディスク装置
に係り、特に、動的セクタ割当ての可能な半導体ディス
ク装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】ノートブック等の携帯可能なパーソナル
・コンピュータの普及に伴って、コンピュータ・システ
ムの小型軽量化、低消費電力化に対する要求が強くなっ
てきている。半導体メモリを用いた外部記憶システム、
いわゆる半導体ディスク装置は、磁気ディスク装置のよ
うに駆動系を持たないため、消費電力が低く、高速動作
が可能である。また、小さなメモリ・モジュールで構成
されるため、磁気ディスク装置に比べて小型で軽く、形
状に自由度が大きく、カード化も容易である。
【０００３】しかし、従来の半導体メモリにはコスト、
容量、電池バックアップなどの点でまだ問題が多い。メ
モリとしてＳＲＡＭを使うと電池によるバックアップの
時間は長くなるが、コストが高く、容量も小さくなって
しまう。コスト、容量に優れたＤＲＡＭでは、スタンバ
イ時の消費電力が大きく、バックアップの時間が一週間
程度に限られてしまう。電池系の事故によるデータ消失
の危険もある。ＥＥＰＲＯＭは電池を必要としないが、
コストが高すぎる。
【０００４】これらの問題を解決するメモリとして一括
消去型のフラッシュ・メモリが開発されている。ＤＲＡ
Ｍと同じくトランジスタ１つで記憶素子が構成され、高
密度化が可能で、将来の市場次第でＤＲＡＭと同等かそ
れ以下のビット単価（低コスト、大容量）になることが
期待されている。記憶素子は不揮発性であり、電池バッ
クアップの必要はない。消去は一般にチップ単位又はそ
れよりも小さなブロック単位で行われる。Richard D. P
ashley 外の "Flash memories: the best of two world
s" 、IEEE SPECTRUM 1989年12月、30〜33頁は、このよ
うなフラッシュ・メモリの概要を紹介している。パフォ
ーマンスの点では、チップ消去型よりブロック消去型の
方が優れている。
【０００５】ブロック消去型のフラッシュ・メモリを半
導体ディスク装置に用いる場合は、ブロックの大きさを
ハード・ディスク装置のアクセス単位であるセクタに等
しくしておくと、メモリ管理に都合がよい。例えば、ヨ
ーロッパ公開特許出願第３９２８９５号はセクタ消去型
のフラッシュＥＥＰＲＯＭシステムを開示している。こ
のシステムは、消去単位であるセクタ毎にラッチを設け
ておき、消去したいセクタに対応するラッチをセットす
ることによって、任意の複数のセクタを同時に消去でき
るようにしている。複数セクタ分の容量（例えば４Ｋバ
イト）を持ったブロックを消去単位にしたフラッシュ・
メモリも知られている。
【０００６】しかし、フラッシュ・メモリにはＳＲＡＭ
やＤＲＡＭにはない制限がある。まず、メモリ・ビット
のプログラミングは一方通行で、０から１又は１から０
へしか変えることができない。従って、既に書込まれて
いる記憶位置に新たなデータを書込む場合は、その記憶
位置を含むブロックを一括消去によって全０又は全１に
設定した後に書込みを行う必要がある。消去及び書込み
には、通常、数十ミリ秒から数秒の時間がかかる。ま
た、フラッシュ・メモリは消去及び書込みによって劣化
し、現在のところ、数万回から数十万回の消去及び書込
みで使用限度に達してしまう。
【０００７】このようなフラッシュ・メモリを半導体デ
ィスク装置に用いた場合、同一の論理セクタを同一の物
理セクタに割り当てていたのでは、書込みがメモリの一
部に片寄ることが問題になる。例えば、ＤＯＳベースの
パ−ソナル・コンピュ−タ・システムでは、ファイル・
アロケ−ション・テーブル（ＦＡＴ）の書換えがしばし
ば行われる。ところが、ＦＡＴのアドレスは固定されて
いるため、フラッシュ・メモリを用いた場合には、ＦＡ
Ｔの書換えの度にそれを記憶しているブロックの消去及
び書込みを行う必要があり、その度に数十ミリ秒から数
秒の時間がかかってしまう。また、このように書込み及
び消去がメモリの一部のブロックに片寄ると、そのブロ
ックが他のブロックに比べて早く使用限度に達してしま
い、他のブロックがまだ使用可能であるにもかかわら
ず、メモリを交換しなければならなくなる。使用限度に
達したブロックを無効化して、代替ブロックを使用する
ようにすれば、メモリの早期交換は避けられるが、書込
みが集中するのが代替ブロックに変わっただけであり、
根本的な解決にはなっていない。
【０００８】そこで、特願平３−１９７３１８号では、
動的セクタ割当て法を用いることにより、この問題の解
決に成功している。図１と図２を参照して、その概要を
説明する。ＲＡＭにアドレス変換表が作成され、これを
参照することにより、ホスト・プロセッサの指定するア
ドレス（論理アドレス）が半導体ディスク装置（ＳＳ
Ｆ）のセクタ（物理セクタ）を指定するアドレス（物理
アドレス）に変換される。即ち、ホスト・プロセッサ
は、ヘッド番号、シリンダ番号、セクタ番号からなる論
理アドレスでもってデータ書込み場所を指定する。アド
レス変換表の論理アドレスで特定される項目には、当該
論理アドレスに対応する物理アドレスが記憶される。物
理アドレスによって指定されることになるＳＳＦの各セ
クタには、データを記憶するデータ領域の他に、逆参照
ポインタ（ＲＰ）を記憶する領域とそのセクタの状況を
記憶する領域が含まれる。
【０００９】今、ＳＳＦがホスト・プロセッサから論理
アドレス（Ｈ，Ｃ，Ｓ）＝（１，４，５）に対する書込
みコマンドを受け取ったときに、それまで空であった物
理アドレスＡＢＣのセクタＹをこの論理アドレスに割り
当てたとする。ＳＳＦのコントローラは、物理セクタＹ
のデータ領域にデータを書き込むとともに、ＲＰ領域
（１，４，５）を書き込み、状況領域に有効であること
を示すフラグを立てる。同時に、論理アドレス（１，
４，５）によって特定される変換表の項目Ｘに物理アド
レスＡＢＣを書き込む。以後、論理アドレス（１，４，
５）からのデータの読出しが要求されたときは、アドレ
ス変換表を使って、物理アドレスＡＢＣがアクセスされ
る（図１参照）。
【００１０】再びＳＳＦがホスト・プロセッサから論理
アドレス（Ｈ，Ｃ，Ｓ）＝（１，４，５）に対する書込
みコマンドを受け取ったとき、ＳＳＦのコントローラ
は、物理セクタＹを無効にし、それまで空であった物理
セクタを論理アドレス（１，４，５）に割り当てる。例
えば、アドレス変換表の項目ＸをＡＢＤに書き換え、Ｓ
ＳＦの物理アドレスＡＢＤのセクタＺのデータ領域にデ
ータを書き込み、ＲＰ領域に（１，４，５）を書き込
み、状況領域に有効であることを示すフラグを立てる。
同時に、セクタＹの状況領域に無効であることを示すフ
ラグを立てる。
【００１１】さて、パワーオフするとアドレス変換表は
失われてしまうから、パワーオン時にこれを再構成する
必要がある。そのときには、ＳＳＦの各セクタを読み、
逆参照ポインタで指定されるアドレス変換表の項目に、
当該セクタの物理アドレスを登録する。図２に示すよう
に、同じＲＰを持つセクタが複数あるときは、有効であ
るセクタの物理アドレスを登録する。このように、ＳＳ
Ｆのセクタの有効・無効の情報は、動的割当ての要であ
るアドレス変換表の再構成に不可欠である。
【００１２】ところで、先に述べた通り、フラッシュ・
メモリに於いてはブロックの消去後でなければそこに含
まれるセクタにデータを書き込むことができないので、
一般的にはセクタの状況を更新することは困難である。
この問題に対して、特願平３−１９７３１８号では、一
部のフラッシュ・メモリが有する、ビット変化が一方向
に限定されている場合は重ね書きができるという特質に
基づき、状況フラグビットを "1111" -> "1110" -> "
1100" -> "0000" のように変化させることで、各セクタ
の「空白」、「有効」、「無効」及び「消去中」を示す
方法を開示している。しかしながら、ＮＡＮＤ型のセル
構造を持つフラッシュ・メモリの中には、全く重ね書き
できないものがあり、状況フラグビットを用いた方法は
使えない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、重ね
書きの手法を用いなくても無効セクタと有効セクタとを
見分けることが可能な一括消去型不揮発性メモリ及びそ
れを用いた半導体ディスク装置を提供することを目的と
する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に従う一括消去型
不揮発性メモリは、各々がＭ個のセクタからなるＮ個の
クラスタを有し（Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラス
タ単位で消去することが可能であり、上記Ｎ個のクラス
タの各々にクラスタ情報セクタが確保され、予め上記Ｎ
個のクラスタに対して重複がないように順序番号が与え
られ、各クラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタ
に割り当てられた順序番号が書き込まれている。本発明
に従う半導体ディスク装置は、そのような一括消去型不
揮発性メモリとそれに接続されたコントローラを含む。
動的セクタ割当てを実行するため、コントローラは、ラ
ンダム・アクセス・メモリ上にアドレス変換表の領域を
確保し、プロセッサが所与の論理アドレスを指定して書
込みを要求したときに、空白セクタを一つ選択し、アド
レス換表の当該所与の論理アドレスによって指示される
項目に当該選択されたセクタの物理アドレスを 書き込
み、且つ当該選択されたセクタに当該所与の論理アドレ
スを逆参照ポインタとして書き込む。
【００１５】コントローラはまた、所与のクラスタを消
去するとき、先に当該クラスタの順序番号を他のクラス
タ等の不揮発性の記憶領域に保管する。そして、所与の
消去済みクラスタを初期設定するときには、現在の最大
順序番号よりも大きな値を当該クラスタの順序番号とし
てそのクラスタ情報セクタに書き込む。
【００１６】このようにして初期設定されたクラスタの
クラスタ情報セクタ以外のセクタに対して、コントロー
ラは、それらセクタの物理アドレスの順番に従ってユー
ザ・データを書き込む。
【００１７】パワーオン時にアドレス変換表を再構成す
るとき、コントローラは、不揮発性メモリのＭ×Ｎ個の
セクタを読み出し、読み出されたセクタの逆参照ポイン
タによって指示されるアドレス変換表の項目に当該セク
タの物理アドレスを書き込む。同じ逆参照ポインタを持
つセクタが複数あるときには、それらセクタの属するク
ラスタの順序番号とクラスタ内での位置に従って、最も
新しく書き込まれたセクタの物理アドレスをアドレス変
換表に書き込む。
【００１８】予め各クラスタ情報セクタにそれを含むク
ラスタの消去回数を書き込み、最大順序番号は全クラス
タの消去回数の総和に等しくなるように設定しておいた
場合には、クラスタ消去時に順序番号とともに消去回数
も保管する。そして、消去済みのクラスタを初期設定す
るときに、保管されていた当該クラスタの消去回数を順
序番号と同様にカウントアップしてそのクラスタ情報セ
クタに書き戻す。アドレス変換表再構成時において、全
クラスタ情報セクタが読み出されることを利用して、最
大順序番号と全クラスタの消去回数の総和が一致するか
をチェックする。これによって、データの信頼性が維持
されているか否かが判る。
【００１９】
【実施例】本発明の半導体ディスク装置として組み込ん
だコンピュータ・システムの一例を図３に示す。ＣＰＵ
１０はシステム・バス１３を介して、主記憶装置１５、
バス制御装置１６及びオプションの数値計算用コプロセ
ッサ１４と通信する。ＣＰＵ１０及び関連する周辺装置
の間の通信はバス制御装置１６を介して行われる。その
ため、バス制御装置１６はファミリー・バス１８によっ
て周辺装置に接続されている。周辺装置としては、本発
明に従うフラッシュ・メモリ製の半導体ディスク装置
（ＳＳＦ）２０が接続され、さらに、通信装置２１、フ
ロッピー・ディスク・ドライブ（ＦＤＤ）２２、光ファ
イル装置２３、表示装置２４もファミリー・バス１８に
接続されている。勿論、他の周辺装置も接続可能であ
る。このようなコンピュータ・システムの一例はＩＢＭ
ＰＳ／２である。
【００２０】直接メモリ・アクセス制御装置（ＤＭＡ
Ｃ）１２は、これらの周辺装置の全部又は選択された何
台かによるメモリ・アクセスを可能にすべく設けられ
る。そのため、ファミリー・バス１８は、少なくともそ
の一部がＤＭＡＣ１２に分岐接続される。図には示して
いないが、ＤＭＡが可能な各周辺装置にはアービトレー
ション回路が設けられ、アービトレーション・レベル
（優先順位）を割り当てられる。ＤＭＡＣ１２の側に
は、ＤＭＡを同時に要求している複数の周辺装置の間で
調停作業を行って、どの周辺装置がＤＭＡを許可された
かをＤＭＡＣ１２に知らせる中央アービトレーション制
御回路１１が設けられる。ＤＭＡＣ１２及び中央アービ
トレーション制御回路１１によるＤＭＡ制御の詳細は米
国特許第４９０１２３４号明細書に記載されている。
【００２１】ＣＰＵ１０はＳＳＦ２０をハード・ディス
ク装置として扱う。従って、ＳＳＦ２０をアクセスする
ときは、ヘッド番号、シリンダ番号及びセクタ番号から
成るいわゆる相対ブロック・アドレス（ＲＢＡ）がＳＳ
Ｆ２０に送られる。ＳＳＦ２０は動的セクタ割当てを行
う。従って、ＣＰＵ１０から供給されるＲＢＡと、ＳＳ
Ｆ２０の実際にアクセスされるセクタのアドレス（物理
アドレス）との間の関係は固定されておらず、書込みの
度に変化する。そこで、それらの対応関係を明らかにす
るアドレス変換表が設けられる。即ち、ＣＰＵ１０から
のＲＢＡは論理アドレスである。
【００２２】図４に、ＳＳＦ２０の概略的な構成を示
す。このＳＳＦ２０は、ファミリー・バス１８に接続さ
れたコントローラ３０と、内部バス３１を介してこのコ
ントローラ３０に接続されたランダム・アクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）３２、バス制御部３３及びフラッシュ・メ
モリ３４で構成される。ＲＡＭ３２は、アドレス変換表
を記憶する領域３５及びバッファ領域３６を含む。ＲＡ
Ｍ３２はこの他に後述する最大順序番号（Ｍ）を記憶す
る領域も含む。バス制御部３３は、内部バス３１と、フ
ラッシュ・メモリ３４に接続されたメモリ・バス３７と
を相互接続するための周知のレシーバ／ドライバ構成を
有する。
【００２３】本実施例では、ＣＰＵの指定する論理セク
タのサイズは５１２バイトであり、ＣＰＵ１０のＳＳＦ
２０に対する最小アクセス単位である物理セクタのサイ
ズは５１２バイト＋αである（図５、図６参照）。１６
Ｍビットのフラッシュ・メモリ・チップを用いる場合、
１物理セクタはワード・ライン２本を占める。つまり、
２ページで１セクタを構成する。ＳＳＦ２０のセクタ
（物理セクタ）は次のようにして管理される。
【００２４】１）実際の消去を行う論理的な集合をつく
り、これをクラスタと呼ぶ。クラスタは物理的な消去単
位であるブロックの１つ以上からなる。実施例では８セ
クタで１ブロックを構成し、８ブロックで１クラスタを
構成する。各クラスタにクラスタ情報セクタを作成し、
クラスタ消去回数及び順序番号の領域を確保する。クラ
スタ消去回数及び順序番号はクラスタ情報セクタ中の管
理情報の一部として保管される。実施例では、各クラス
タの先頭の物理アドレスに位置するセクタをクラスタ情
報セクタに割り当てる。
【００２５】図６は、各クラスタのクラスタ情報セクタ
以外のセクタ（以下ではデータ・セクタと呼ぶ）の構成
を示す。図示のように、データ・セクタは、５１２バイ
トのユーザ・データを記憶するデータ領域の他に、属性
及びエラー訂正符号（ＥＣＣ）を記憶する領域を含む。
【００２６】ここでは、特願平３−１９７３１８号とは
違って、セクタに有効・無効のフラグを立てる状況領域
がないことに注目されたい。なお、各セクタに共通に含
まれる属性は、そのセクタがクラスタ情報セクタである
か否かを識別するのに用いられる。
【００２７】２）ＳＳＦ製造後のフラッシュ・メモリ・
チップ全体の初期設定工程において、クラスタ別に初期
順序番号を重複しないように与える。このとき、全クラ
スタの消去回数の総和が最大順序番号に等しいという条
件を付すのが望ましい。
【００２８】図７に示すように、ＳＳＤ中にＮ個のクラ
スタが有り、各クラスタに１からＮまでのクラスタ番号
を与えたとする。（実際には、クラスタ番号はアドレス
・バスの上位複数ビットで指定される。）工場のコンピ
ュータによって実行されるＳＳＤ初期設定プログラム
は、各クラスタのクラスタ消去回数を”１”に設定す
る。同時にクラスタ番号ｉのクラスタの順序番号とし
て”ｉ”を書き込み、順序番号が重複しないようにす
る。
【００２９】この例ではクラスタ消去回数の初期値とし
て１を与えているが、本発明は実際の消去回数を書き込
んだ場合でも実施可能である。また、この例では順序番
号の初期値の順をクラスタ番号の順に一致させている
が、本発明はそのような初期順序番号の与え方に限定さ
れるものではなく、クラスタ番号に無関係に初期順序番
号を割り当ててよい。
【００３０】セクタの有効・無効を判別するために必要
とされる条件は、順序番号の重複がないようにすること
である。実施例ではさらに順序番号の最大値（最大順序
番号）が各クラスタの消去回数の総和に等しいように設
定されている。以上の二つの条件は、クラスタ消去時を
除き、ＳＳＤが稼働しているどの時点においても満たさ
れなければならない。図７に示した例ではクラスタ消去
回数の総和はＮであり、順序番号の最大値もＮであるの
で、条件を満たしている。
【００３１】もし、図７の例で、クラスタＮのクラスタ
消去回数が２であり、その他のクラスタのクラスタ消去
回数が１であるならば、クラスタ１からクラスタＮ−１
に順序番号１からＮ−１を割り当て、クラスタＮに順序
番号Ｎ＋１を割り当てれば、上記二つの条件を満たすこ
とになる。
【００３２】３）図８を参照して、クラスタ消去時のコ
ントローラ３０（図４）の動作を説明する。まず、消去
するクラスタを決定する。様々な決定方法があるが、有
効セクタの数が一定値を下回ったときに、そのクラスタ
を消去対象として決定するのが一般的である（ステップ
８０）。次に、消去するクラスタをＸとすると、コント
ローラは、Ｘの有効データを他のクラスタのデータ・セ
クタに複写する（ステップ８１）。
【００３３】ステップ８０、８１を実行するためには、
セクタの有効・無効の判別ができなければならないが、
それは所与のセクタの逆参照ポインタが指示するアドレ
ス変換表の項目を参照し、その項目に書き込まれている
アドレスが当該セクタのアドレスと一致するかを調べれ
ばよい。一致すればそのセクタは有効であり、一致しな
ければ無効である。ステップ８１ではそのようにして有
効セクタを検出する。また、一度クラスタごとに有効・
無効セクタの数を調べて結果をＲＡＭ３２（図４）に設
けた表（図示せず）に記録し、以後書き込みが行われる
度にその表を更新するようにすれば、その表を定期的に
参照することによって、消去すべきクラスタを判別する
ことができる。
【００３４】次に、コントローラは、クラスタＸのクラ
スタ情報セクタを他の適当なクラスタのデータ・セクタ
や電池バックアップされたＲＡＭ等の不揮発性記憶領域
に複写して、クラスタＸの現在の順序番号と消去回数を
保管する（ステップ８２）。その後、クラスタＸを消去
する（ステップ８３）。消去済みクラスタを初期設定す
る必要があるとき、即ち、データ・セクタが完全に空白
であるクラスタがないときには、直ちに初期設定処理が
行われるが（ステップ８５）、そうでなければ、ＳＳＤ
は通常のオペレーションを行う（ステップ８６）。ここ
でいう初期設定とは、消去済みのクラスタのクラスタ情
報セクタに順序番号等を書き込み、データ・セクタに対
して書き込み可能な状態にすることである。
【００３５】図９を参照して、消去済みクラスタ初期設
定時のコントローラ３０（図４）の動作を説明する。ま
ず、コントローラは、消去済みではあるがまだ初期設定
されていない１以上のクラスタの中からクラスタ消去回
数が最小のものを選択する（ステップ９０）。選択され
たクラスタをＣとする。
【００３６】次に、現在の最大順序番号Ｍを求め、これ
に１を加えた値Ｍ＋１をクラスタＣの順序番号としてそ
のクラスタ情報セクタに書き込む（ステップ９１）。こ
こで、最大順序番号ＭはＲＡＭ３２の領域３８に記憶さ
れているので、それをアクセスする。ステップ９２で
は、領域３８に値Ｍ＋１が書き込まれる。
【００３７】しかる後、ステップ９３において、クラス
タＣを消去するときにステップ８２で保管した消去回数
を読み出し、それに１を加えた値をクラスタＣのクラス
タ情報セクタに書き込む。順序番号、クラスタ消去回
数、ＥＣＣ以外のクラスタ管理情報は、クラスタＣを消
去するときに保管した管理情報をそのまま書き込む。
【００３８】図８および図９に示した制御の流れは一例
にすぎず、これを様々に変形することが可能である。例
えば、消去したクラスタを直ちに初期設定しても差し支
えなく、その場合には、図８のステップ８３の次に直ち
に図９のステップ９１に飛ぶことになる。その結果、消
去されたクラスタのクラスタ消去回数及び順序番号、及
びＲＡＭに保存される最大順序番号は以下のように変化
する。
【００３９】 消去前の値 初期設定後の値 クラスタ消去回数 Ｅ Ｅ＋１ 順序番号 Ｓ Ｍ＋１ 最大順序番号 Ｍ Ｍ＋１
【００４０】上の例では、現在の最大順序番号Ｍに１を
加えた値をクラスタ情報セクタに書き込んだが、要は現
在の最大順序番号Ｍよりも大きな値を書き込めばよいの
であって、増分を１に限る必要はない。
【００４１】４）セクタへの書き込みは、動的セクタ割
当て法を用いる。ただし、特願平３−１９７３１８号と
は違って、有効・無効のフラグを立てる操作は行わな
い。同一のクラスタの中では、セクタはそのアドレスの
昇順または降順に書き込まれていく。実施例ではクラス
タ情報セクタをクラスタの先頭に置いたので、アドレス
の昇順にセクタへデータを書き込むが、クラスタの末尾
に置いた場合はアドレスの降順にセクタへデータを書き
込むことになる。
【００４２】一つのクラスタに対する書き込みが終わる
まで、即ちクラスタがデータで満たされるか、あるいは
途中で書き込みを打ち切り、以降のセクタに書き込みを
行わないと判断されるまで、他のクラスタにはデータを
書き込まない。クラスタの途中から後のセクタが全て不
良であるとき、データの書き込みは途中で打ち切られ
る。不良セクタの情報はＳＳＦ製造後の初期設定工程で
予めフラッシュ・メモリ３４の一部に書き込まれている
ので、そのような打ち切りの判断は可能である。
【００４３】当初は２）で割り当てられた初期順序番号
にしたがってクラスタへのユーザ・データの書き込みを
行うが、一通り全クラスタにデータを書き込んだ後は、
消去と初期設定の過程を経て最大順序番号が付与された
クラスタに対して書き込みを行う。
【００４４】一般的に全てのセクタの時間的前後関係を
得ることができれば有効セクタと無効セクタとを見分け
ることはたやすい。しかしながら、全てのセクタに対し
て時間情報を書き込むことは、時間情報領域のオーバー
ヘッドが大きすぎて事実上不可能である。本発明ではこ
の時間情報を二段階の階層構造によって保持する。第一
の階層はクラスタであり、第二の階層はクラスタに含ま
れるセクタである。３）で述べた消去方法によれば、ク
ラスタ情報セクタに書かれた順序番号によってクラスタ
間の時間的前後関係を決定することができ、４）で述べ
た書き込み方法により第二の階層であるクラスタ内セク
タの時間情報がセクタの位置として保存される。これら
を組み合わせることにより、全セクタの時間的前後関係
を一意に決定することが可能であり、かつ、時間情報を
書き込む領域のオーバーヘッドは非常に少ない。
【００４５】５）パワーオン時には、クラスタ情報セク
タ内の順序番号とクラスタ内でのセクタの位置を手がか
りにして、セクタの有効・無効を判別しつつ、アドレス
変換表を再構成する。特定の論理セクタに対応する複数
の物理セクタが存在する場合、最大の順序番号を持つク
ラスタにあるものを有効とする。同一のクラスタに、同
一論理セクタに対応する複数の物理セクタが存在する場
合は、その位置による時系列情報により有効セクタを決
定する。
【００４６】以上を実現する方法としては二つの方法が
考えられる。第一の方法は順序番号をまずソートしてそ
の順にクラスタを走査する方法であり、第二の方法はＲ
ＡＭに順序番号表を作るものである。前者はソートが完
了してしまえば以後の処理は高速であり利点も多い。し
かしながら、ソートに先立ち順序番号を全て読み込まな
ければならず、従ってクラスタの管理情報を二回読む事
になる。さらに、高速なソートを行うには一般的に大き
な作業領域を必要とするため状況によってはＳＳＦのコ
スト上昇を招く場合がある。
【００４７】図１０を参照して、第一の方法の処理の流
れを説明する。まず、アドレス変換表の領域をＲＡＭに
確保し、各項目の値を特別な値（例えばゼロ）に初期設
定する（ステップ１００）。次に、すべてのクラスタ情
報セクタを読み出し、順序番号を昇順にソートする（ス
テップ１０１、１０２）。しかる後、順序番号の小さな
ものから順にクラスタを選び、選んだクラスタのセクタ
をアドレスの順に読む出す。実施例では、クラスタ情報
セクタから始まってアドレスの昇順にセクタを順次読む
ことになる。読み出されたセクタの逆参照ポインタによ
って指示されるアドレス変換表の項目に、当該セクタの
物理アドレスを書き込む。その項目に既に他のセクタの
アドレスが書き込まれてあっても、現在読まれたセクタ
のアドレスを書き込む。（ステップ１０３〜１０８）。
【００４８】図１１を参照して、第二の方法で用いる順
序番号表について説明する。この方法では、第Ｎクラス
タの順序番号を第Ｎ項目に格納するような順序番号表を
ＲＡＭ３２（図４）に作成する。１クラスタ当たり６４
セクタである様な４０ＭビットのＳＳＦを考えると、ク
ラスタ数は冗長分を除けば１２８０であり、順序番号表
の１エントリーを５バイトとすれば順序番号表の領域は
約６Ｋバイトとなる。また、動的セクタ割当て法使用時
にはアドレス変換表がＲＡＭ上に存在するが、この表の
各項目の値のうち、下位６ビットを除いた上位１８ビッ
トがクラスタ番号に相当する（以下、上位１８ビットを
クラスタポインタと呼ぶ）。今、第Ｓセクタのクラスタ
ポインタの内容がＰであったとすると、順序番号表の第
Ｐ項目を読むことにより、第Ｓセクタの存在するクラス
タの順序番号を得ることが出来る。図１１の例だと、ア
ドレス変換表は論理セクタＳの実体がクラスタＰのＱ番
目に存在することを示し、順序番号表はクラスタＰの順
序番号が１２３４であることを示している。なお、図１
１において、Ｎｓは論理セクタの総数であり、Ｎｃはク
ラスタの総数である。
【００４９】次に、図１２を参照して、第二の方法の処
理の流れを説明する。α］まず、アドレス変換表の領域
をＲＡＭに確保し、各項目の値を特別な値（例えばゼ
ロ）に初期設定する（ステップ１２０）。次に、クラス
タを選び、そのクラスタの順序番号を順序番号表に登録
する。実施例ではクラスタ番号の昇順にクラスタを選択
しているが、クラスタを選択する順番は任意とすること
ができる（ステップ１２１、１２２、１２３、１３
４）。選ばれたクラスタをＣとすると、クラスタＣ内で
は時系列順にセクタを走査し、各セクタのＲＰ領域の逆
参照ポインタを読み出す（ステップ１２４、１２５、１
３３）。
【００５０】β］特願平３−１９７３１８号特許出願の
方法により、逆参照ポインタからアドレス変換表を再構
成する。この時、逆参照ポインタによって指示されるア
ドレス変換表の項目に既に他のセクタの物理アドレスが
書き込まれているか否かで動作が異なる（ステップ１２
６、１２７）。
【００５１】◎ 当該項目が空白である場合 当該項目に、ステップ１２５で読み出されたセクタＳの
物理アドレスを書き込む（ステップ１３０）。
【００５２】◎ 当該項目が空白でない場合 当該項目のクラスタポインタにより順序番号表を検索
し、当該項目に既に登録されているセクタＳが属するク
ラスタの順序番号を求める（ステップ１２８）。これを
現在読み出し中のクラスタＣの順序番号と大小比較する
（ステップ１２９）。前者の方が小さければ当該項目に
セクタＳのアドレスを書き込む（ステップ１３０）。そ
うでないときは何もせず既に登録されているセクタを有
効のままにする。
【００５３】γ］以上を全てのクラスタ及びセクタにつ
いて繰り返すことによりアドレス変換表には有効セクタ
のみが登録される（ステップ１３１、１３２）。
【００５４】アドレス変換表を再構成した後、コントロ
ーラ３０（図４）は最大順序番号をＲＡＭ３２の作業域
に保存し、順序番号表の領域を解放する。既に述べたよ
うに、最大順序番号は消去済みクラスタの初期設定で必
要とされる。
【００５５】コントローラ３０はさらに、アドレス変換
表再構成時に全クラスタのクラスタ情報セクタを読み出
すことを利用して、全クラスタの順序番号の総和と最大
順序番号とを比較する。ここで両者の値が不一致である
場合は、データの信頼性が損なわれていることを意味す
るので、コントローラ３０はＣＰＵ１０（図３）に対し
て、表示装置２４にエラー・メッセージを表示させるこ
とを要求する。
【００５６】
【発明の効果】本発明に従えば、一括消去型不揮発性メ
モリを用いた半導体ディスク装置において重ね書きの手
法を用いなくても無効セクタと有効セクタとを見分ける
ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】特願平３−１９７３１８号で開示された動的セ
クタ割当ての説明図。
【図２】特願平３−１９７３１８号で開示された動的セ
クタ割当ての説明図。
【図３】本発明に従う半導体ディスク装置を組み込んだ
コンピュータ・システムの一例を示すブロック図。
【図４】半導体ディスク装置の概略構成を示す図。
【図５】クラスタ情報セクタの構成を示す図。
【図６】クラスタ情報セクタ以外のセクタ（データ・セ
クタ）の構成を示す図。
【図７】クラスタ情報セクタの初期値の設定を示す図。
【図８】クラスタ消去時のコントローラの動作を示すフ
ローチャート。
【図９】消去済みクラスタを初期設定するときのコント
ローラの動作を示すフローチャート。
【図１０】アドレス変換表再構成時のコントローラの動
作の一例を示すフローチャート。
【図１１】アドレス変換表と順序番号表の関係を示す
図。
【図１２】アドレス変換表再構成時のコントローラの動
作の一例を示すフローチャート。
フロントページの続き (72)発明者 浅野 秀夫 東京都千代田区三番町５−19 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究 所内 (72)発明者 坂上 好功 東京都千代田区三番町５−19 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究 所内 (72)発明者 豊岡 孝資 東京都千代田区三番町５−19 日本ア イ・ビー・エム株式会社 東京基礎研究 所内 (56)参考文献 半沢孝雄、磁気ディスク技法集＝プロ グラミングハンドブック＝、1978年９月 30日発行、竹内書店新社発行，Ｐ33−Ｐ 40 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06F 3/08

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラス
    タを有し（Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位
    で消去することが可能であり、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記Ｎ個のクラスタに対して重複がないように順序番号
    が与えられ、各クラスタのクラスタ情報セクタに当該ク
    ラスタに割り当てられた順序番号が書き込まれているこ
    とを特徴とする一括消去型不揮発性メモリ。
  2. 【請求項２】上記Ｎ個のクラスタ情報セクタの各々には
    さらに当該クラスタの消去回数が書き込まれ、上記Ｎ個
    のクラスタに与えられた順序番号の最大値はそれらクラ
    スタの消去回数の総和に等しいことを特徴とする請求項
    １記載の一括消去型不揮発性メモリ。
  3. 【請求項３】コントローラと、 各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラスタを有し
    （Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位で消去す
    ることが可能な一括消去型不揮発性メモリとを備え、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記コントローラの動作に先立って、上記Ｎ個のクラス
    タに対して重複がないように順序番号が与えられ、各ク
    ラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタに割り当て
    られた順序番号が書き込まれており、 上記コントローラは、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該所与のクラ
    スタの順序番号を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号よりも大きな値を当該所与のクラスタの順
    序番号としてそのクラスタ情報セクタに書き込むことを
    特徴とする半導体ディスク装置。
  4. 【請求項４】上記コントローラは、所与のクラスタに対
    してユーザ・データの書込みを開始した後、当該クラス
    タに対するユーザ・データの書込みが終了するまで、他
    のクラスタへのユーザ・データの書込みを行わないこと
    を特徴とする請求項３記載の半導体ディスク装置。
  5. 【請求項５】上記コントローラは、上記所与のクラスタ
    のクラスタ情報セクタ以外のセクタに対してそのアドレ
    スの順番に従ってユーザ・データを書き込む請求項３又
    は４記載の半導体ディスク装置。
  6. 【請求項６】コントローラと、 各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラスタを有し
    （Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位で消去す
    ることが可能な一括消去型不揮発性メモリとを備え、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記コントローラの動作に先立って、上記Ｎ個のクラス
    タに対して重複がないように順序番号が与えられ、各ク
    ラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタに割り当て
    られた順序番号が書き込まれており、且つ、上記Ｎ個の
    クラスタ情報セクタの各々にはさらに当該クラスタの消
    去回数が書き込まれ、上記Ｎ個のクラスタに与えられた
    順序番号の最大値はそれらクラスタの消去回数の総和に
    等しく設定されており、 上記コントローラは、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該所与のクラ
    スタの順序番号と消去回数を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号に１を加算し、且つ消去前に保管された消
    去回数に１を加算し、加算結果をそれぞれ当該所与のク
    ラスタの順序番号及び消去回数としてそのクラスタ情報
    セクタに書き込むことを特徴とする半導体ディスク装
    置。
  7. 【請求項７】プロセッサからの論理アドレスによってア
    クセスされる半導体ディスク装置であって、 上記プロセッサに接続されたコントローラと、 各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラスタを有し
    （Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位で消去す
    ることが可能な一括消去型不揮発性メモリと、 上記コントローラに接続されたランダム・アクセス・メ
    モリとを備え、 上記一括消去型不揮発性メモリは、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記コントローラの動作に先立って、上記Ｎ個のクラス
    タに対して重複がないように順序番号が与えられ、各ク
    ラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタに割り当て
    られた順序番号が書き込まれており、 上記コントローラは、 上記プロセッサのコマンドに含まれる論理アドレスを特
    定のセクタを指示する物理アドレスに変換するために上
    記ランダム・アクセス・メモリ上にアドレス変換表の領
    域を確保し、 上記プロセッサが所与の論理アドレスを指定して書込み
    を要求したときに、上記一括消去型不揮発性メモリの空
    白セクタを一つ選択し、上記アドレス変換表の当該所与
    の論理アドレスによって指示される項目に当該選択され
    たセクタの物理アドレスを書き込み、且つ当該選択され
    たセクタに当該所与の論理アドレスを逆参照ポインタと
    して書き込み、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該クラスタの
    順序番号を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号よりも大きな値を当該クラスタの順序番号
    としてそのクラスタ情報セクタに書き込むことを特徴と
    する半導体ディスク装置。
  8. 【請求項８】上記コントローラは、所与のクラスタに対
    して書込みを開始した後、当該所与のクラスタに対する
    書込みが終了するまでの期間、上記プロセッサの書き込
    み要求に応答して当該所与のクラスタから物理アドレス
    の順に空白セクタを選択することを特徴とする請求項７
    記載の半導体ディスク装置。
  9. 【請求項９】上記コントローラは、上記アドレス変換表
    を再構成するときに、上記不揮発性メモリのＭ×Ｎ個の
    セクタを読み出し、読み出されたセクタの逆参照ポイン
    タによって指示される上記アドレス変換表の項目に当該
    セクタの物理アドレスを書き込み、 同じ逆参照ポインタを持つセクタが複数あるときには、
    それらセクタの属するクラスタの順序番号とクラスタ内
    での位置に従って、最も新しく書き込まれたセクタの物
    理アドレスを上記アドレス変換表に書き込むことを特徴
    とする請求項７又は８記載の半導体ディスク装置。
  10. 【請求項１０】上記コントローラは、上記アドレス変換
    表を再構成するときに、（ａ）上記Ｍ個のクラスタのク
    ラスタ情報セクタを読み出し、（ｂ）順序番号が最小の
    クラスタを選択し、（ｃ）選択されたクラスタのセクタ
    を順次読み出し、読み出されたセクタの逆参照ポインタ
    によって指示される上記アドレス変換表の項目に当該セ
    クタの物理アドレスを書き込み、（ｄ）順序番号の昇順
    に従って次のクラスタを選択し上記（ｃ）の動作を行う
    ことを反復することを特徴とする請求項７又は８記載の
    半導体ディスク装置。
  11. 【請求項１１】上記コントローラは、上記アドレス変換
    表を再構成するときに、上記Ｍ個のクラスタの各々につ
    いて、 当該クラスタのクラスタ情報セクタを読み出し、 当該クラスタのアドレスとその順序番号の対応関係を上
    記ランダム・アクセス・メモリに表形式で記憶し（以
    下、この表を順序番号表と呼ぶ）、 当該クラスタのクラスタ情報セクタ以外のセクタ（以
    下、データ・セクタと呼ぶ）を順次読み出し、 読み出されたデータ・セクタの逆参照ポインタによって
    指示されるアドレス変換表の項目を読み出し、 当該項目が空白であるならば、そこに当該読み出された
    データ・セクタの物理アドレスを書き込み、 当該項目が空白でないならば、そこに書き込まれた物理
    アドレスに位置するセクタの属するクラスタの順序番号
    を上記順序番号表を参照して求め、 上記求まった順序番号を現在読み出し中のクラスタの順
    序番号と比較し、 上記求まった順序番号の方が小であるなら、上記読み出
    されたデータ・セクタの物理アドレスを上記項目に書き
    込むことを特徴とする請求項７又は８記載の半導体ディ
    スク装置。
  12. 【請求項１２】プロセッサと、 上記プロセッサに接続されたコントローラと、 各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラスタを有し
    （Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位で消去す
    ることが可能な一括消去型不揮発性メモリと、 上記コントローラに接続されたランダム・アクセス・メ
    モリとを備え、 上記一括消去型不揮発性メモリは、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記コントローラの動作に先立って、上記Ｎ個のクラス
    タに対して重複がないように順序番号が与えられ、各ク
    ラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタに割り当て
    られた順序番号が書き込まれており、 上記コントローラは、 上記プロセッサのコマンドに含まれる論理アドレスを特
    定のセクタを指示する物理アドレスに変換するために上
    記ランダム・アクセス・メモリ上にアドレス変換表の領
    域を作成し、 上記プロセッサが所与の論理アドレスを指定して書込み
    を要求したときに、上記一括消去型不揮発性メモリの空
    白セクタを一つ選択し、上記アドレス変換表の当該所与
    の論理アドレスによって指示される項目に当該選択され
    たセクタの物理アドレスを書き込み、且つ当該選択され
    たセクタに当該所与の論理アドレスを逆参照ポインタと
    して書き込み、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該クラスタの
    順序番号を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号よりも大きな値を当該クラスタの順序番号
    としてそのクラスタ情報セクタに書き込むことを特徴と
    するデータ処理システム。
  13. 【請求項１３】プロセッサと、 上記プロセッサに接続された表示装置と、 上記プロセッサに接続されたコントローラと、 各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラスタを有し
    （Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単位で消去す
    ることが可能な一括消去型不揮発性メモリとを備え、 上記Ｎ個のクラスタの各々にクラスタ情報セクタが確保
    され、 上記コントローラの動作に先立って、上記Ｎ個のクラス
    タに対して重複がないように順序番号が与えられ、各ク
    ラスタのクラスタ情報セクタに当該クラスタに割り当て
    られた順序番号が書き込まれており、且つ、上記Ｎ個の
    クラスタ情報セクタの各々にはさらに当該クラスタの消
    去回数が書き込まれ、上記Ｎ個のクラスタに与えられた
    順序番号の最大値はそれらクラスタの消去回数の総和に
    等しく設定されており、 上記コントローラは、 上記プロセッサのコマンドに含まれる論理アドレスを特
    定のセクタを指示する物理アドレスに変換するために上
    記ランダム・アクセス・メモリ上にアドレス変換表を作
    成し、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該所与のクラ
    スタの順序番号と消去回数を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号に１を加算し、且つ消去前に保管された消
    去回数に１を加算し、それぞれの加算結果を当該所与の
    クラスタ順序番号及び消去回数としてそのクラスタ情報
    セクタに書き込み、 上記アドレス変換表作成時に最大順序番号と上記Ｎ個の
    クラスタのクラスタ情報セクタに記憶された消去回数の
    総和を比較し、不一致を検出したときには、上記表示装
    置にエラー・メッセージを表示させるように、上記プロ
    セッサに対して要求することを特徴とするデータ処理シ
    ステム。
  14. 【請求項１４】各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラ
    スタを有し（Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単
    位で消去することが可能な、一括消去型不揮発性メモリ
    を用いた半導体ディスク装置の管理方法であって、 上記Ｎ個のクラスタに対して重複がないように順序番号
    を与え、各クラスタにその割り当てられた順序番号を書
    き込み、 所与のクラスタを消去するときは、当該クラスタの順序
    番号を保管した後、当該クラスタを消去し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号よりも大きな値を当該クラスタの順序番号
    としてそのクラスタに書き込むことを特徴とする半導体
    ディスク装置の管理方法。
  15. 【請求項１５】各々がＭ個のセクタからなるＮ個のクラ
    スタを有し（Ｍ、Ｎは各々２以上の整数）、クラスタ単
    位で消去することが可能な、一括消去型不揮発性メモリ
    を用いた半導体ディスク装置の管理方法であって、 上記Ｎ個のクラスタに対して重複がないように順序番号
    を与え、クラスタの夫々にその割り当てられた順序番号
    と消去回数とを書き込み、上記Ｎ個のクラスタに与えら
    れた順序番号の最大値はそれらクラスタの消去回数の総
    和に等しく設定し、 所与のクラスタを消去するときは、先に当該クラスタの
    順序番号と消去回数を保管し、 所与の消去済みクラスタを初期設定するときは、現在の
    最大順序番号に１を加算し、且つ消去前に保管された消
    去回数に１を加算し、加算結果をそれぞれ当該所与のク
    ラスタの順序番号及び消去回数としてそのクラスタに書
    き込むことを特徴とする半導体ディスク装置の管理方
    法。
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