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TWI380171B - Data storage system with multiple mass storage device having overlapping address ranges - Google Patents

Data storage system with multiple mass storage device having overlapping address ranges Download PDF

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TWI380171B
TWI380171B TW094100760A TW94100760A TWI380171B TW I380171 B TWI380171 B TW I380171B TW 094100760 A TW094100760 A TW 094100760A TW 94100760 A TW94100760 A TW 94100760A TW I380171 B TWI380171 B TW I380171B
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TW
Taiwan
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storage device
data
volatile
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range
Prior art date
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TW094100760A
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English (en)
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TW200604795A (en
Inventor
Alan Welsh Sinclair
Original Assignee
Sandisk Technologies Inc
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Publication date
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Publication of TW200604795A publication Critical patent/TW200604795A/zh
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Description

九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於資料儲 两仔裝置，且更具體言之， 本發明係關於雙重媒體儲存裝置。 【先前技術】 通用電腦需要一大容量儲存李 开糸統。與用於資料之直接操 作的主記憶體不同，大容量儲存g 不子盗用於保持資料。通常將 一程式儲存於大容量儲存器中， 立S執仃該程式時，該整 個程式或部分該程式被複製至主 土。己憶體中。一系統可設置 並將程式與其相關資料自大容量 里1¾存裝置轉移至主記憶體 中之速度為系統之總體速度的積分。 普通大容量儲存裝置包括軟碟、硬碟、光盤及磁帶。每 個裝置均具有優點與弱點，其可關於容量、價格、速度及 可攜帶性。 w卜肖>&閃6己憶體之其它裝置可提供非揮發性儲存 r I·共門。己隐體係電可擦可程式唯讀記憶體類 型。雖然快閃記憶體通常不如該揮發性主記憶體快，但是 其快於硬碟。 發明者先前已探究了將獨立裝置合倂為單一大容量儲存 系統之概念以便使每個裝置之優點最大化且使每個裝置之 弱最j化例如’該發明者又被確定為於^州年^月^曰 Α 開之 PC丁申 4 案”Mem〇ry Device"w〇 綱5之發明 者"玄申印案出於所有目的在此以引用之方式併入本文 中彼PCT申明案描述了一包括一相對慢速存取之大容量 98769.doc 1380171 • 資料儲存裝置（諸如硬碟）及一相對快速存取之資料儲存裝 • 置（諸如快閃記憶體）的記憶體系統。在於2〇〇〇年1月18日頒予 • Daniel Auclair 與 Eliyahou Harad 之美國專利第 6〇16 53〇 號 的”Mass Computer Storage System Having Both solid State and Rotating Disk Types of Memory,"美國專利中已探究了 類似概念，該專利以引用之方式出於所有目的全文倂入本 文中。 藉由將一非揮發性快閃記憶體裝置與一非揮發性硬碟組 口所彳于之大容量儲存系統可大於其部分之和。然而，此 記憶體系統特定地受限於其中僅有每個資料扇區之一版本 曾被保存之狀況。該資料扇區被儲存於高速記憶體中或慢 速存取大容量資料儲存裝置中，從而使得邏輯位址空間等 於高速記憶體與慢速存取大容量儲存裝置之容量的和。 存在許多現今正在使用之商業上成功的非揮發性記憶體 產品，其使用形成於一或多個積體電路晶片上的快閃單元 • 之一陣列。通常（但非必需）在一獨立積體電路晶片上之記憶 體控制器控制該記憶體陣列之操作。此控制器通常包括_ 微處理器、某一非揮發性唯讀記憶體（ROM)、一揮發性隨 • 機存取S己憶體（RAM)及一或多個專用電路，諸如在程式化 . 及5貝取刼作期間在其經過該控制器時自資料計算錯誤修正 碼（ECC)之電路。 一典型快閃陣列之記憶體單元被分割成若干能被—起擦 除之單兀的離散區塊。意即，該擦除區塊係擦除單元_•可被 同夺“除的最小數目之單元。每個擦除區塊通常儲存—戈 98769.doc 1380171 多頁資料，其中該頁在不同子鱼 或平面中被並行地程式 化或讀取。每個平面通常儲存—或多個資_，該扇區 之大小由主機系統來界；t。按照—由磁_動㈣立之胃 準’一例示性扇區包括512位元組之使用者資料。此等記: 體在每個擦除區塊中通常配置有16、32或更多頁，且每頁 儲存有一或僅僅少數主機之資料扇區。 為在程式化及讀取操作期間增加並行性之程度，該陣列 通常被分割成-般被稱作平面之子陣列。每個平面可包含 其自身的資料暫存器及其它電路以允許並行操作，使得: 等資料扇區可同時被程式化至所有平面或自所有平面讀 取。在單一積體電路上之陣列可被實體分割成若干平面: 或每個平面可自一或多個積體電路晶片形成。於1998年8月 25曰頒予Lee等人之美國專利第5,798,968號之”仏加 decode/virtual sector architecture，"及於 1999年 3 月 30日頒予
Lee 等人之美國專利第 5 89〇192 之"c〇ncurrent write multiple chunks of data into multiple subarrays of flash eeprom，"描述了此記憶體建構之實例，且該等專利均以引 用之方式出於所有目的全文倂入本文中。 為進一步有效地管理該記憶體，可將多個擦除區塊鏈結 在一起以形成虛擬區塊或中繼區塊。意即，每個中繼區塊 經界定以包括一來自每個平面之擦除區塊。於2002年7月25曰 公開之第 W0 02/058074號的"Partial Block Data Programming And Reading Operations In A Non-Volatile Memory，"的國際 專利申請案描述了中繼區塊之使用，該專利以引用之方式 98769.doc 1380171 出於所有目的全文倂入本文中。該中繼區塊被一主機邏輯 區塊位址識別為一用於程式化及讀取資料之目標。類似 地’ 一個中繼區塊之所有擦除區塊被一起擦除。在一由此 等大區塊及/或中繼區塊操作之記憶體系統中之控制器執 行眾多功能’包括在自一主機接收之邏輯區塊位址（lba) 與該記憶體單元陣列内之實體區編號（PBN)之間轉譯。區塊 位址内之偏移通常識別該等區塊内之個別頁。 此類快閃記憶體系統一般用作可攜式應用中之大容量儲 存裝置。該快閃記憶體裝置經由一使用諸如ATA之協定的 邏輯介面而與主機系統通訊’且該快閃記憶體裝置常常呈 可移除卡之形態。一些市售卡係C〇mpactFlashTM(CF)卡、多 媒體卡（MMC)、安全數位（SD)卡、智慧媒體卡、人員標籤 (P-Tag)及記憶棒卡。主機包括個人電腦、筆記型電腦、個 人數位助理（PDA)、各種資料通訊系統及類似類型之設備。 除该記憶卡建構之外，此類型之記憶體可或者被嵌入各種 類型之主機系統中。 在過去，快閃記憶體已被用於各種資料快取功能、用於 電腦之BIOS之儲存或用作大容量儲存裝置之擴展（如在上 述PCT申请案中其已在一硬碟裝置内被用於快取寫入或 讀取資料。例如，於1996年12月17日頒予Lasker等人之美 國專利第 5,586,291 號"Disk controller with v〇latile and non-volatik cache mem〇ries，”描述了將一非揮發性記憶體 用作用於硬碟之寫入快取記憶體，且資料被鏡射至一充 當讀取快取記憶體之揮發性記憶財，該專利以引用之方 98769.doc 1380171 式出於所有目的全文倂入本文中。於1997年6月3日頒予 Ramakrishnan 等人之美國專利 5 636 355 之"Disk cache anagemeni techniques using non-volatile storage,"與於 1996 年 7 月 30 日頒予 Mattson 等人之 5,542,〇66 的"Destaging modified data blocks from cache memory，"亦描述了 將非揮 發I*生。己隐體用作一用於硬碟之寫入快取記憶體及用於將資 料自該快取記憶體移至該硬碟之清洗或降級演算法，該等 專利均以引用之方式出於所有目的全文倂入本文中。在非 揮發性€憶體作為磁碟快取記憶體之已知應时，由硬碟 中之邏輯位址識別之資料被臨時地映射至非揮發性記憶體 t之實體位置。 存在改良大容量儲存裝置之持續努力。 【發明内容】 本毛明提供-可包括兩個非揮發性大容量儲存裝置及一 儲存控制器之資料儲存系統。該第二非揮發性大容量
，置較該第—非揮發性大容量儲存裝置具有更快存取時間 及更低容量。該等兩個非揮發性大容量 位址範圍。換言之，任何資 韦菫遣 儲存裝置上。 _存在於兩個大容量 在一態樣中，該第—非揮發性大容量儲存裝置 成一可用狀態及一不可用妝雜典 放 處於其不可用狀態時，該儲存控制器僅存取該第-大!f 儲存裝置。一不可用壯能亦立邮 第一大谷菫 ,狀l 了忍明該裝置實體上不可用(例 σ，被移除）’或僅為直到該裝 罝放回一可用狀態時， 98769.doc 該錯存控制器才存取該裝置。當該第一大 於可用狀態時，該儲存控制器可操作以存取該第二置ί 儲存裝置或該第二大容量儲存裝置。 大谷置 —在另一態樣中’該儲存控制器將傳入之資料引導至該第 存性大容量錯存裝置中或該第二非揮發性大容量健 :置中。右貪料被引導至該第二大容量儲存裝置中，則 Μ貝枓稍後自該第二大容量儲存裝置複製至該第—大容量 儲存裝置中。5玄儲存控制器將傳入之資料引導至哪個非揮 發性大容量儲存裝置中之選擇，至少部分地依據該第二非 揮發性大料儲存裝置中未被複製至該第一非揮發性儲存 裝置中之貧料量而定。 在另一態樣中，該儲存控制器以被儲存於該第二非揮發 性大容量儲存裝置中之資料來滿足外部資料請求或者， 若該被請求之資料不在該第二非揮發性大容量儲存裝置 中，則該儲存控制器以被儲存於該第一非揮發性大容量儲 存裝置中之資料來滿足外部資料請求。 自以下詳細描述並結合隨附圖式，本發明之其它態樣及 優勢將變得顯而易見，其中該等圖式說明了（例如）本發明之 原理。 【實施方式】 在下列描述中’陳述了眾多特定細節以提供對本發明之 徹底瞭解。然而，熟習此項技術者可顯而易見，在無若干 或所有此等特定細節之情況下可實踐本發明。在其它情況 下’熟知之過程步驟並未詳細描述以便避免不必要地使本 98769.doc 1380171 發明變得模糊。 本發明通常藉由組合各自具有其自身之優點與 個獨立的大容量儲存裝置㈣通常又被稱作輔助記情體之 先前大容量儲存裝置加以改良M列如，當一快閃大 存裝置("快閃記憶體系統")與一硬碟相比時，該快閃記：體 系統由於其可在不移動部件之情況下操作而更耐震動㈣ 可攜式應用而言更為吾人所要。雖然該快閃記憶體系統較
硬碟具有更快存取時間，但是其通常不具有同等價 碟的儲存容量。另彳，該快閃記憶體㈣通f f要執行週 期性垃圾收集操作，其使該快閃記憶體系統在_段時間内 變得不可存取。本發明之經改良之大容量儲存裝置㈣個 裝置更適合某-情況而使用—快閃記憶體系統或—硬碟。 如热習此項技術者將瞭解，在本發明中可❹任何兩個非 揮發性大容量儲存裝置，只要—者較另―者而言具有更快 存取時間及更低容量。 π若干不同優勢可藉由該經改良之大容量儲存裝置而獲 得。在-實施例中，該經改良之大容量儲存裝置可提供快 速系統啟動及快速應用程式啟動。在一主機系統之啟動過 程期間，其所需要之資訊(諸如作業系統及組態檔案)可被儲 存於該快閃記憶體系統中，並且第二複本視情況被儲存於 硬碟中。在此系統中，該快閃記憶體系統可用作一非揮發 f讀取快取記憶體，且其快速隨機讀取存取特徵允許快得 多的系統啟動。此資訊可最初被識別為頻繁讀取之資訊且 °在其自5玄硬碟之最初存取期間被複製至該快閃記憶體系 98769.doc 1380171 統。此貧訊可受保護以防其被其它使用該大容量儲存裝置 中之快閃記憶體系統的應用程式覆寫。可以相同方式處理 應用軟體檔案以提供應用程式之快速啟動。 在另一實施例中，經改良之大容量儲存裝置可充當低功 率儲存裝置。該經改良之大容量儲存裝置可藉由保持該快 閃》己憶體系統中的最近存取之資訊之複本連同最近寫入之 資訊之複本而將該快閃記憶體系統用作一讀取/寫入快取 記憶體。該f置可接著旋下磁性硬碟以減少可攜式應用中 之功率且利用快閃記憶體之低功率特徵，同時藉由快閃記 憶體中之快取記憶體命中而為所需資訊保持快速回應之高 類似地’該經改良之大容量儲存裝置亦可提供作為耐素 動之儲存裝置的優勢。當在具有高機械震動之風險的制 中旋下該磁性硬碟將利用半導體記憶體之高耐震動性，^ 時藉由儲存於該快閃記憶體系統中之資訊而保持操作能 力。 該經改良之大容量儲存裝置之又一潛在優勢係其為一高 =靠之儲存裝置提供短期備份1該快閃記憶體系統作 為寫入快取記憶體而保持該快閃記憶體系統中之最近寫入 則該資訊即使在其被轉移至該硬碟之後仍被保持 於该快閃記憶體系統中。若該資訊被保持之時間盡可 =僅在需要空間時被覆寫’則該寫人快取記憶體料最 :寫入資訊之第二複本的安全性。該經改良之大容量儲存 裝置可因此導致產生-可#的儲存裝置，其使用半導體記 98769.doc 12 1380171 憶體之高耐震動性以防由於諸如磁碟劃碰之機械故障而導 致最近寫入之還未得以備份的資訊遺失。 圖1A指繪了一可使用本發明之例示性通用電腦系統 100°組件包括電腦105、諸如滑鼠110與鍵盤115之各種輸 入裝置及諸如螢幕120與印表機！ 25之各種輸出裝置。 圖1B描繪了圖1A之電腦系統1〇〇的抽象表示，其描繪了 其基本組件。單一組件i %表示允許使用者與電腦系統1 〇〇 相互作用之輸入裝置，諸如滑鼠及鍵盤。類似地，單一組 件135表示能顯示電腦系統1〇〇所實現之内容的輸出裝置， 諸如螢幕及印表機。電腦系統]〇〇之中心係中央處理單元 (CPU) 1 40 ’其為執行指令之組件。主記憶體丨45通常具有揮 發性，且為CPU 140提供待執行之指令及待由該等指令運用 之資料。此等組件130、135、140及145在此項技術中皆已 熟知。 經改良之大容量儲存裝置15〇允許電腦系統1〇〇永久地保 持大量資料。該等組件13〇、135、14()、145及15()能夠經由 主機匯流排15 5而相互交換資訊。 圖2A根據本發明之__例示性實施例描♦了 —經改良之大 容量儲存裝置150A。兩個大容㈣存裝置（快閃記憶體系統 205與硬碟2H))並行連接。該快閃記憶體系統2〇5包括快閃 記憶體陣列215及快閃控制器22〇。該硬碟21〇包括磁性硬碟 ⑵及磁碟控制器230。每個控制器22〇及23〇負責針對個別 記憶體類型之特定操作》例如，該快閃控制器22〇控制資料 扇區之所有邏輯至實體的映射’及所有快閃記憶體管理， 98769.doc •13- 1380171 因此快閃控制器220與快閃記憶體陣列2丨5之間的介面25〇 係一實體介面。該磁碟控制器23〇管理磁性硬碟225之讀取 及寫入操作。控制器220與230經由邏輯介面26〇及265均連 接至路由器235。
在另一實施例中，該等控制器22〇及23〇之功能連同路由 器235併入一積體控制器裝置。此裝置亦可包括儲存控制器 245及主機介面24〇。然而，此組態需要製造新的控制器單 元。因此，該等控制器22〇與23〇中之一或兩者將不會簡單 地被包括於該等記憶體裝置中。雖然此組態需要發展新的 控制電路’但是其亦可減少所需之全部組件的數目。
在圖2A中，主機介面240與儲存控制器245均被定位於路 由益235之上游’此允許資料及控制資訊在主機介面240與 磁碟控制器230或快閃控制器22〇之間的任一方向上傳遞。 另外，該路由器235可控制在磁碟控制器23〇與快閃控制器 2。2 0之間的任—方向上的資料轉移。此等轉移可作為一單機 喿乍而凡成或者，此等轉移可結合在主機介面240盘兮笪 ;容量健存控制器咖或2对之一者之間的任一方向' = 貝料轉移而疋成。該路由器235可倂入用於此等資料轉移之 主機介面240向主機匯流排155提供一直接介面，且再 為在主機匯流排155上正使I之特^協^提供所有支持二 機乃面240磁碟控制器23〇及磁性硬碟形成之子系 以及由主機介面240、快閃控制器220及快閃記憶體陣列: 形成之子系統均形成完整的大容量資料儲存系統。路由 98769.doc 1380171 235可在無主機介面240之修正的情況下傳遞資料及控制訊 ' 號’或可建立一用於與控制器220及230通訊之替代協定。 . 在路由器235與大容量儲存控制器220或230之間的介面260 及265可為諸如ATA之標準協定，或可為一經界定以用於經 改良之大容量儲存裝置150的專用介面。介面260與265通常 為提供對快閃記憶體系統205及硬碟210中之個別資料扇區 之隨機讀取與寫入存取的邏輯介面，且其並不取決於個別 儲存媒體之實體特徵。 • s 另外’快閃控制器220亦可支持介面260上之專用指令或 操作以給予對快閃記憶體陣列2 1 5之保留區域的直接存 取，該快閃記憶體陣列215可用於儲存由儲存控制器245所 使用之表格及資訊日誌。或者，該儲存控制器245可具有用 於此等表格及日誌之其自身非揮發性記憶體。 儲存控制器245係一引導在主機介面24〇與大容量儲存控 制器220及230之間的資訊轉移之智能控制單元。該儲存控 • 制器245協調至快閃記憶體系統205或硬碟210之資料儲存 或協調自快閃記憶體系統2〇5或硬碟21 〇之資料讀取。儲存 控制器245保持被儲存於快閃記憶體陣列215中及在—些實 .施例中亦儲存於磁性硬碟225中之資訊的位址表格。 揮發性記憶體可在經改良之大容量儲存裝置15〇之眾多 組件（包括主機介面240、路由器235、快閃控制器22〇或磁 碟控制器230)中充當緩衝器或快取記憶體。單一揮發性記 憶體可經排程以在各種組件中操作，或者獨立揮發性記憶 體可專用於每個組件。 〜 J5 98769.doc 1380171 圖2 B描繪了經改良之大容量儲存裝置的替代實施例 U0B。邏輯介面260被去除且被一直接至快閃記憶體陣列 M0之實體介面275所替代。對快閃記憶體陣列28〇之直接控 制由積體控制器285實施，該積體控制器285可執行儲存: 制器245與路由器235之功能。在此實施例令，並不需要= 閃控制器220之功能，且快閃記憶體陣列28〇並不形成—邏 ，貧料儲存裝置之-部分，但其被直接用作—實體儲存 器°其特別適合臨時儲存資料流。 圖3描繪了 一種用以組織呈環形缓衝器3〇〇之形態的快閃 記憶體陣列280中之一資料流中的扇區儲存的方式。用於寫 入一扇區資料之當前位置由寫入指標3〇5界定，該寫入指標 3 05在圖3中順時針無窮循環地移動穿過位址空μ。該位址 空間由中繼區塊（例如，31〇與315)界定，該等中繼區塊係以 預凋-人序或以在寫入指標3〇5自一完整中繼區塊移動至— 新的已擦除中繼區塊時動態判定之次序被鏈結（例如， 3 20) ^擦除指標325類似地在圖3中順時針無窮循環地移動 穿過位址二間。由擦除指標3 2 5識別之中繼區塊以一破保已 擦除之中繼區塊的一小部分被保持於寫入指標3〇5前面的 速率被“除從而儲存新的資料扇區。被擦除之區塊包含環 形緩衝器3 0 0中之最早寫入的資料。 經改良之大容量儲存裝置i 5 Q可藉由將快閃記憶體系統 205用作-儲存自磁性硬碟21〇讀取之所有資料之—複本的 5貝取快取§己憶體來利用其雙重性質。該快閃記憶體系統2〇5 可將” 輯位址空間之_區域配置為讀取快取記憶體，或 98769.doc 丄獨171 可將其邏輯位址空間整個地專用於該功能。用於在邏輯位 址空間之已識別區域内儲存快取資料之位置可由一界定循 • 環緩衝器之增量寫入位址指標判定，或者，其可為磁性硬 . 碟21〇内之資料邏輯位址的決定性功能。 或者，在大容量儲存裝置150B中，在由該寫入指標界定 之位置處，環形緩衝器300可用於儲存自磁性硬碟21〇讀取 之所有資料之一複本。因而，最近讀取之資料總是存在於 Φ J衣形緩衝器300中，而較舊之資料則在與其相關之中繼區塊 被擦除指標識別時被擦除。 或者，可將自磁碟裝置讀取之資料選擇地複製至讀取快 取記憶體。此可基於讀取該資料之頻率、被讀取之檔案的 性質或某一其它標準。 在另一實施例中，經改良之大容量儲存裝置150可在其快 閃圮憶體系統205充當一寫入快取記憶體之情況下運作。類 似於一先前描述用於讀取快取記憶體之緩衝器的循環緩衝 • 器可用於儲存自主機匯流排155供給之資料同時將其寫入 至該硬碟210。以此方式’傳入之資料可被儲存於經改良之 大容量儲存裝置150中，從而允許系統100較若該唯—大容 • 1儲存裝置係單一磁性硬碟210之情況能更快地完成其寫 • 入操作。當資料停止經由主機系統總線1 5 5而發送時，即使 該經改良之大容量儲存裝置150仍需要完成自快閃記憶體 系統205至磁性硬碟210之資料轉移，該CPU 140仍可表現得 如同該資料已到達其最終目標一樣。該轉移將通常在當大 容量儲存裝置150並不另外使用時發生。然而，若該快閃記 98769.doc 17· 1380171 憶體系統205具有在單-循環期間讀取及寫人之能力㈤ 如，使用雙重埠記憶體結構)’則該轉移可在寫入至快間記 憶體系統205期間發生》
系統效能之全面增加視快閃記憶體系統2〇5之容量與存 取該經改良之大容量儲存裝置150的頻率而定。一不具2容 量儲存裝置資格之小容量㈣將僅為快閃快取記憶體之均 等物，且將不會極大改良系統效能。然而，隨著該快閃變 大，系統效能益處變得更劇烈，如圖4A所示。該快閃記憶 體系統205愈大，則在活動叢發期間可儲存之資料愈多。 類似地，圖4B展示了隨著經改良之大容量儲存裝置】5〇 變得使用得愈頻繁，則系統效能將降低。若經常存取大容 量儲存裝置150,則將不存在足夠時間來將資料自快閃記憶 體系統205轉移至硬碟21卜最終，大容量儲存裝置15〇必須 停止使用快閃記憶體系統205且獨佔地使用硬碟2ι〇。若彼
If況發生，則该系統效能將與一僅使用硬碟21 〇之系統相 同。 、、 如彼等熟習此項技術者將瞭解，經改良之大容量儲存裝 置150應具有一錯誤處理常用程式，其使資料能夠在繞過快 閃記憶體系統205時被引導至硬碟21〇。若快閃記憶體系統 205變滿’則直至資料被成功地轉移至硬碟21〇，該經改良 之大容量儲存裝置150才可僅覆寫快閃記憶體系統2〇5。若 快閃記憶體系統205臨時不可用（例如，該快閃記憶體系統 205正忙於垃圾收集過程），則亦可使用相同的錯誤處理常 用程式。 98769.doc 18· 1380171 。亥寫入快取記憶體可獨立於該讀取快取記憶體而存在， • 其佔用快閃記憶體系統2 0 5之邏輯位址空間的一部分或整 • 個邏輯位址空間，或者其可與該讀取快取記憶體共存。 . 該經改良之大容量儲存裝置150可運作之另一方式係藉 由在某些狀況下獨佔地使用快閃記憶體系統2〇5。例如，在 些狀況下，系統需要進入一可攜模式，其中對震動更敏 感之硬碟210變得不可用。不可用性可僅僅意謂資料未被發 达至硬碟210、硬碟210被關掉以便節省功率或者硬碟210 被實體地自該改良之大容量儲存裝置丨5〇移除。若（例如）硬 碟21 0係用於可攜式裝置之擴充基座（d〇cking stati〇n)的一 部分，則自該擴充基座移除該可攜式裝置將使得硬碟2 i 〇 不可用。 一旦硬碟210再次變得可用，儲存控制器245將造成該等 兩個大各罝儲存裝置205與210相互同步。在可攜式裝置之 狀況下，一旦該可攜式裝置被放回其擴充基座中，硬碟21〇 φ 將變得可用。在其它情況下，由於自動偵測電路判定該系 統不再處於經受震動之危險中，因此硬碟21〇可變得可用。 在另外其它情況下，使用者可藉由手動改變系統模式或者 或許將系統插入一電源插座中而致使該系統將硬碟21 〇置 放於一可用狀態中。在另外其它情況下，該系統可僅僅獨 立地使硬碟210再起作用以便釋放快閃記憶體系統2〇5中之 空間。在所有狀況下，自資料存在於快閃記憶體系統2〇5 中以來直到使用新資料而被覆寫為止，快閃記憶體系統2〇5 可充當一臨時備份》 98769.doc -19- 1380171 ， °隐體、寫入快取記憶體及獨佔式儲存器皆可 被倂入相同裝置中。 > 在母一狀況下，用於快閃記憶體系統 邏輯位址空間係用於硬碟W之邏輯位址空間的子 換。之’當—資料請求來自主機匯流排155時，該資料 月求’、單邏輯位址相關。對應於彼邏輯位址之最近資料 ::在於快閃記憶體系統2〇5、硬碟21〇中，或者存在於兩 者中。 一些實施例中，專用於某—操作之快閃記憶體系統的 爱p二可視狀況而改變。例如，若硬碟21〇在獨佔儲存模式 期間貫體上不可用’則在彼模式期間無需將任何快閃記憶 體系、’充2G5專用於快取操作…旦被人撝，則該系統出於快 取記憶體之目的（讀取、寫入或兩者皆有）可回復使用快閃記 憶體系統205。 曰雖然已描述了處於其當前預期之最佳模式的本發明，但 疋頜而易見，其易受眾多修改、操作模式及實施例的影響， Λ等t改、操作模式及實施例皆在能力範圍内且為熟習此 項技術者所熟悉並且在不實施進一步發明活動之情況下。 例如’若某些程式更好地適合於被永久地儲存於快閃記憶 體系統中’則無需為彼等程式而將對應邏輯位址儲存於硬 碟中。此外’其它大容量儲存裳置可使用除快閃或硬確之 外的技術，且其可包括電池支持之RAM、磁光碟、奥弗辛 斯基電效應統一記憶體（〇UM)、磁性ram(mram)、鐵電聚 合物、鐵電RAM(FeRAM)、絕緣物上矽（soI)等等。因此， 意欲由專利特許證保護之内容陳述於申請專利範圍中且其 98769.doc 匕括在_ 4專利範圍之精神及範_内之所有變更及修正。 【圖式簡單說明】 圓1 A描緣了—可使用本發明之例示性通S電腦系統； 圖1B描繪了圖1A<通用電腦系統之抽象表示； 圖2 A根據本發明之—例示性實施例描繪了經改良之大容 量儲存裝置； 圖2B根據本發明之另一例示性實施例描繪了經改良之大 容量儲存裝置； 圖3描繪了一環形緩衝器之程式化表示； 圖4 A描繪了-說明隨快閃容量增加之系統效能益處的圖 表；及 圖4B描繪了 -說明隨經改良之大容量儲存裝置使用的減 少之系統效能益處之圖表。 將瞭解到，在圖式中，相同參考數字表示相同結構元件。 並且，瞭解到圖中之描繪不必按比例描繪。 【主要元件符號說明】 100 通用電腦系統 105 電腦 110 滑鼠 115 鍵盤 120 螢幕 125 印表機 130 輸入裝置 135 輸出裝置 98769.doc 1380171 140 中央處理單元 145 主記憶體 150A 經改良之大容量儲存裝置 150 經改良之大容量儲存裝置 150B 經改良之大容量儲存裝置的替代實施例 155 主機匯流排 205 快閃記憶體系統 210 硬碟
215 快閃記憶體陣列 220 快閃控制器 225 磁性硬碟 230 磁碟控制器 235 路由器 240 主機介面 240B 主機介面
245 儲存控制器 250 實體介面 260 邏輯介面 265 邏輯介面 275 實體介面 280 快閃記憶體陣列 285 積體控制器 300 環形緩衝器 305 寫入指標 98769.doc •22- 1380171 310 中繼區塊 315 中繼區塊 320 鏈結 325 擦除指標
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Claims (1)

  1. 申請專利範圍： 第094100760號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(101年4月） '一種資料儲存系統，其包含匕了 -第-非揮發性大容量儲存裝置，其可被置放於一可 用狀悲及一不可ffl #自& 士 位址；$ 了用狀態中’且其具有-第-範圍之邏輯 一f二非揮發性大容量儲存裝置，其較該第—非揮發 性大谷量鍺存裝置且右 曰 衷置具有一更快之存取時間及一更低之容. 其具有一第二範圍之邏輯位址；及 一儲存控制器，杳访楚 *〜第一非揮發性大容量儲存裝置處 於a亥不可用狀態時， '、了存取該第二非揮發性大容量儲 存裝置内之資料，而$ 而备該第一非揮發性大容量儲存裝置 處於該可用狀能性 ^ 六 〜、時，其可操作以存取該第一非揮發性大 谷量儲存裝置盘节笛- 第一非揮發性大容量儲存裝置内之資 料， 其中該第一範囹 相互重疊。 圍之邏輯位址與該第二範圍之邏輯位址 I == 之資料儲存系統，其中該不可用狀態在該資料 錯存系統進入一可攜模式時被啟動。 之資料儲存系統，其中該可攜模式藉由自動偵 測電路來判定。 θ切1貝 4·如s青求項1之資料檢六4 的一部分與兮第^統’其中該第二範圍之邏輯位址 範圍之位厂範圍之位址沒有重疊，藉以使該第二 容斷：之該部分包含亦不存在於該第-非揮發性大 合量儲存装置上之資料。 98769-1010413.doc 1380171 5. 如請求項以資料儲存系統，其中在該第一非揮發性大容 量儲存裝置自該不可用狀態轉變至該可用狀態時，㈣ 存控制器使包含於該第二非揮發性大容量儲存裝置上之 該第二範圍之位址及該p非揮發性大容量儲存裝置上 之該第一範圍之位址中的資料同步。 6. 如請求項1之資料儲存系統，其中當該第-非揮發性大容 f儲存裝置處於該可用狀態中時，該第二非揮發性大容 置儲存裝置能夠充當兮篦—北故於 直關死备該第-非揮發性大容量儲存裝置之 快取記憶體。 ^置之 7. 如請求項1之資料儲存系統， 辟六壯、 “第一非揮發性大容量 儲存裝置使碟切存㈣，㈣第 性大容量儲存裝置則使用一快 一 μ揮發 料。 昧閃6己憶體陣列來儲存資 8. —種資料儲存系統，其包含： -第-非揮發性大容量儲存 之邏輯位址； 罝#具有-第-範圍 -第二非揮發性大容量儲存裝置 性大容量館存裝置具有一更純該第一非揮發 # , 播 更决之存取時間及一 及其具有一第二範圍之 瓜炙谷 之邏輯位址與該第，其中該第一範圍 興-亥第一範圍之邏輯位址相互重 儲存控制器，其將傳入之 且，及 性大容量儲存裝置或該第#冑至該第一非揮發 t ； 一非揮發性大容量儲存裝置 其令在資料已被引導至★ ”亥第二非揮發性大容量儲存裝 98769-Wl04l3.doc 置中之後該資料自該第二非揮發性大容量儲存裝置被 複製至該第一非揮發性大容量健存裝置中；及 其中該儲存控制器將傳入之資料引導至哪個非揮發性 大容量儲存裝置中的選擇，i少部>地依據該第二非揮 發性大容量儲存裝置中未被複製至該第—非揮發性儲存 裝置中的該資料量而定。 9. 如請求項8之資料儲存系統，其中該資料在不活動週期期 間，自該第二非揮發性大容量儲存裝置複製至該第一非 揮發性大容量儲存裝置中。 10. 如請求項8之資料儲存系統，其中： :第二非揮發性大容量儲存裳置經歷不可存取週期；及 當該第二非揮發性大容量儲存裝置處於 :該緒存控制器將資料引導至該第一非揮： 重儲存裝置中。 η·π=資料儲存系統，其中該等不可存取週期至 /π刀由垃圾收集操作所引起。 如請求項10之資料儲存 苴 量儲存裝置中之音极、、，/、中I第一非揮發性大容 13 被儲存於一循環緩衝器配置中。 性大容量儲存裝置使用硬碟=存資料，且該第二非揮發 k 一種資料料系統記憶體陣列來儲存資料。 一第一非揮發性*办θ 之邏輯位址； *置健存裝置’其具有-第-範園 98769-I010413.doc 1380171 一第二非揮發性大容量儲存裝置，其較該第一儲存裝 置八有更快之存取時間及一更低之容量，且其具有一 第二範圍之邏輯仪址，其中該第一範圍之邏輯位址與該 第二範圍之邏輯位址相互重疊；及 -儲存控制器，其以被儲存於該第二非揮發性大容量 儲存裝置中之資料來滿足資料請求，或者若該被請求之 資料不在Μ二非揮發性大容量儲存裝置中，則該储存 以被儲存於該第-非揮發性大容量儲存裝置中之 資料來滿足資料請求。 15了=14之資料儲存系統，其中根據讀取該資料之頻 ::資料自該第-非揮發性大容量館存裝置複製至兮 第一非揮發性大容量儲存裝置。 ° 16·如請求項14之資料儲存系統， 性質，使該資料自該第一非揮發：：據讀取中之資料的 至該第二非揮發性大容量儲存Μ。大容量儲存裝置複製 17·如請求们4之㈣料H其 量儲存裝置中之資料被錯存於一德一非揮^生大容 -如請求項Μ之資料錯存系統，其^緩衝器配置中。 量錯存裝置使用-純硬碟 揮發性大容 發性大容量錯存展置使用一 f資料’且該第二非揮 料。 置使用-快閃記憶體陣列來儲存資 19. 一種資料儲存系統，其包含： -第-大容量儲存裝置，其 置放於一可用狀態及 98769-1010413.doc 一了狀態中，且其具有-第-範圍之邏輯位址,· 具：：二大容量错存裝置，其較該第-大容量儲存裝置 '、 更快之存取時間，且其且有一第_益 址，並中钕筮^ /、 第一範圍之邏輯位 該第一範圍之邏輯位址與該第二範圍之邏耝位 址相互重疊；及 辄固之邏輯位 一儲存控制器，當該第一士六旦 用壯能* 今里儲存裝置處於該不可 而典#钫 Λ弟一大今量儲存裝置内之資料， 而备該第一大容量儲在梦 作^狀態時，其可操 置内之資料。 +裝置與該第—大容量儲存裝 2〇.如請求項19之資料儲在备 ㈣力“㈣存系統，其中該不可用狀態在該資 枓錯存系統進人-可攜模式時被啟動。 請求項2G之資料儲存系統，其中該可攜模式藉由 偵測電路來判定。 22. 如請求項19之資料儲存系統，其中該第二範圍之邏輯位 址的一部分與該第-範圍之位址沒有重疊，藉以使該第 -範圍之位址之該部分包含亦不存在於該第—大容量儲 存裝置上之資料》 23. 如清求項19之資料儲存系統’其中在該第—大容量儲存 裝置自該不可用狀態轉變至該可用狀態時，該儲存控制 器使包含於該第二大容量儲存裝置上之該第二範圍之位 址及該第大谷量儲存裝置上之該第一範圍之位址中的 資料同步。 24·如請求項19之資料儲存系統，其中當該第-大容量儲存 98769-1010413.doc 1380171 ^置處於該可用狀·態中時H大容量儲存裝置能夠 充虽該第一大容量儲存裝置之快取記憶體。 25·如4求項19之資料儲存系統，其t該第—大容量儲存裝 :使用-磁性硬碟來健存資料，而該第二大容量儲存裝 則使用一快閃記憶體陣列來儲存資料。 nm料儲存系統’其中該第一大容量儲存| 裝置容量儲存裝置為-非揮發性大容量儲存 -·=彼資料儲存系統，其中相較於該第一大容量 28 一：雪置’該第一大容量儲存裝置具有較低的容量。 .種電腦可讀取媒體，其儲存電腦執行碼，該電 碼用於經組態以存取第—大容量儲存裝 六: 儲存裝置之-儲存控制器’該電腦可讀取媒體包一括量 用於當該第-大容量儲存裝置處於 存取儲存於該第二大容量 帛狀‘」夺 碼； 裝置内之資料的電腦執行 用於當該第-大容量儲存裂置處 取該第-大容量儲存装置7用狀態時’存 資料的電腦執行碼；…第-大容量儲存裝置内之 其中該第-大容量儲存裝置及 分別具有-第-範圍之邏^ I大容量儲存裝置 址，該第-範圍之邏輯位址二一：二範圍之邏輯位 互重疊；且 一μ第一範圍之邏輯位址相 其中該儲存控制器存取儲存於該第二大容量儲存裝置 98769-1010413.doc 29. =度之:度較存取健存於該第_置之 於第一大容量儲 ’該電腦實施的 一種電腦實施的方法，其用於存取儲存 存裝置及第二大容量儲存裝置内之資料 方法包含； 备該第一大容量儲存裝置處於一不可 健存於該第二大容詈健# 〜、時，存取 A备量儲存裝置内之資料； 當該第一大容量儲存裝置處 後 曰 狀態時，存取該 第一大谷量儲存裝置與 料； 八谷罝储存裳置内之資 ’該第二大容量儲 二大容量儲存裝置 第二範圍之邏輯位 其中相較於該第一大容量儲存裝 存裝置具有一相對更快之存取時間 八中該第一大容量儲存裝置及該 分別具有一第一範圍之邏輯位址及 址；且 其中忒第一範圍之邏輯位址與該第二範圍之邏輯位址 具有一重疊的範圍之邏輯位址。 3〇.如請求項29之電腦實施的方法，其中根據讀取該資料之 頻率’使資料自該第一大容量儲存裝置複製至該第二大 容量儲存裝置。 31·如請求項29之電腦實施的方法，其中根據讀取該資料之 味質’使資料自該第—大容量儲存裝置複製至該第二大 容量儲存裝置。 32·如請求項29之電腦實施的方法，丨中該第二大容量儲存 98769-1010413.doc 1380171 裝置中之資料被儲存於一循環緩衝器配置中。 33. 如請求項29之電腦實施的方法，其中該第一大容量儲存 裝置使用一磁性硬碟來儲存資料，且該第二大容量儲= 裝置使用一快閃記憶體陣列來儲存資料。 34. 如請求項29之電腦實施的方法，其令該第一大容量儲存 裝置及/或該第二大容量儲存裝置為一非揮發性大容 存裝置》 4 35. 如請求項29之電腦實施的方法，其中相較於該第一大容 量儲存裝置，該第二大容量儲存裝置具有 %，一種電腦可讀取媒體，盆 'I 摊仔1：腦執仃碼，該電腦執 碼用於存取儲存於第―大容量儲存裝置及第二大容 料置内之資料，其中該第—大容量儲存裝置及該第二 大谷量儲存裝置分別具有一第一 、另弟靶圍之邏輯位址及一笛 二範圍之邏輯位址，該第一範圍之邏輯位址與該 圍之邏輯位址相互重疊，其中 & 蹩具中相較於該第一大容量儲在 裝置，該第二大容量儲存 星储存 存裝置具有_更快之存取時間， 且其中該電腦可讀取姐舻 "一* 1取媒體包含·電腦執行碼，其用於滿 足對於儲存於一第二 存裝置内之資料的請求， 戍者右该被凊求之資料不在該苐二大容量儲存裝 則該電腦執行碼以被儲存 咨制A 坷存於該第一大容量儲存裝置中夕 資料來滿足請求。 之 37. 如請求項36之電腦可靖 » ^ 讀取媒體，其中相較於該第一* — 量儲存裝置，該第二士办旦 大谷 38. 如請求項36之電 八,权m旳办垔。 之電腦可磧取媒體，其中該第一大容量儲存 98769-1010413.doc 1380171 裝置為一硬碟，而該第二大容量儲存裝置則使用一快閃 記憶體來儲存資料。
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