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TWI852352B - 有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元 - Google Patents

有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元 Download PDF

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TWI852352B
TWI852352B TW112105917A TW112105917A TWI852352B TW I852352 B TWI852352 B TW I852352B TW 112105917 A TW112105917 A TW 112105917A TW 112105917 A TW112105917 A TW 112105917A TW I852352 B TWI852352 B TW I852352B
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朱凱迪
王志
張小楊
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大陸商合肥兆芯電子有限公司
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Abstract

一種有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元。所述方法包括：建立對應於第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於有效節點管理表格中，其中有效節點管理資料反映有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況；從主機系統接收操作指令，其用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態；以及響應於所述操作指令，更新有效節點管理表格中的有效節點管理資料。

Description

有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元
本發明是有關於一種記憶體管理技術，且特別是有關於一種有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元。
智慧型手機、平板電腦及個人電腦在這幾年來的成長十分迅速，使得消費者對儲存媒體的需求也急速增加。由於可複寫式非揮發性記憶體模組(rewritable non-volatile memory module)(例如，快閃記憶體)具有資料非揮發性、省電、體積小，以及無機械結構等特性，所以非常適合內建於上述所舉例的各種可攜式多媒體裝置中。
一般來說，當欲執行垃圾回收(garbage collection)等資料整併操作時，記憶體控制器會對可複寫式非揮發性記憶體模組中的至少部分實體區塊進行掃描，以根據實體區塊中儲存的實體至邏輯(Physical to Logical, P2L)映射資訊搭配儲存於邏輯至實體(Logical to Physical, L2P)映射表格的邏輯至實體映射資訊來確定每一個實體區塊中的有效節點的分布，進而根據此分布來執行資料整併操作。但是，對於實體區塊的掃描需耗費許多時間與系統資源，導致資料整併操作的執行效率低落。
本發明提供一種有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元，可提高對實體管理單元中的有效節點的管理效率。
本發明的範例實施例提供一種有效節點管理方法，其用於可複寫式非揮發性記憶體模組。所述可複寫式非揮發性記憶體模組包括多個實體管理單元。所述有效節點管理方法包括：建立對應於所述多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於所述有效節點管理表格中，其中所述有效節點管理資料反映有效節點在所述第一實體管理單元中的分布狀況；從主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變所述第一實體管理單元的資料儲存狀態；以及響應於所述操作指令，更新所述有效節點管理表格中的所述有效節點管理資料。
本發明的範例實施例另提供一種記憶體儲存裝置，其包括連接介面單元、可複寫式非揮發性記憶體模組及記憶體控制電路單元。所述連接介面單元用以耦接至主機系統。所述可複寫式非揮發性記憶體模組包括多個實體管理單元。所述記憶體控制電路單元耦接至所述連接介面單元與所述可複寫式非揮發性記憶體模組。所述記憶體控制電路單元用以：建立對應於所述多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於所述有效節點管理表格中，其中所述有效節點管理資料反映有效節點在所述第一實體管理單元中的分布狀況；從所述主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變所述第一實體管理單元的資料儲存狀態；以及響應於所述操作指令，更新所述有效節點管理表格中的所述有效節點管理資料。
本發明的範例實施例另提供一種記憶體控制電路單元，其用於控制可複寫式非揮發性記憶體模組。所述可複寫式非揮發性記憶體模組包括多個實體管理單元。所述記憶體控制電路單元包括主機介面、記憶體介面及記憶體管理電路。所述主機介面用以耦接至主機系統。所述記憶體介面用以耦接至所述可複寫式非揮發性記憶體模組。所述記憶體管理電路耦接至所述主機介面與所述記憶體介面。所述記憶體管理電路用以：建立對應於所述多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於所述有效節點管理表格中，其中所述有效節點管理資料反映有效節點在所述第一實體管理單元中的分布狀況；從所述主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變所述第一實體管理單元的資料儲存狀態；以及響應於所述操作指令，更新所述有效節點管理表格中的所述有效節點管理資料。
基於上述，在建立對應於第一實體管理單元的有效節點管理表格後，有效節點管理資料可被儲存於此有效節點管理表格中，以反映有效節點在所述第一實體管理單元中的分布狀況。爾後，響應於從主機系統接收到用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態的操作指令，此有效節點管理表格中的有效節點管理資料可被更新。藉此，可提高對實體管理單元中的有效節點的管理效率。
一般而言，記憶體儲存裝置(亦稱，記憶體儲存系統)包括可複寫式非揮發性記憶體模組(rewritable non-volatile memory module)與控制器(亦稱，控制電路)。記憶體儲存裝置可與主機系統一起使用，以使主機系統可將資料寫入至記憶體儲存裝置或從記憶體儲存裝置中讀取資料。
圖1是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統、記憶體儲存裝置及輸入/輸出(I/O)裝置的示意圖。圖2是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統、記憶體儲存裝置及I/O裝置的示意圖。
請參照圖1與圖2，主機系統11可包括處理器111、隨機存取記憶體(random access memory, RAM)112、唯讀記憶體(read only memory, ROM)113及資料傳輸介面114。處理器111、隨機存取記憶體112、唯讀記憶體113及資料傳輸介面114可耦接至系統匯流排(system bus)110。
在一範例實施例中，主機系統11可透過資料傳輸介面114與記憶體儲存裝置10耦接。例如，主機系統11可經由資料傳輸介面114將資料儲存至記憶體儲存裝置10或從記憶體儲存裝置10中讀取資料。此外，主機系統11可透過系統匯流排110與I/O裝置12耦接。例如，主機系統11可經由系統匯流排110將輸出訊號傳送至I/O裝置12或從I/O裝置12接收輸入訊號。
在一範例實施例中，處理器111、隨機存取記憶體112、唯讀記憶體113及資料傳輸介面114可設置在主機系統11的主機板20上。資料傳輸介面114的數目可以是一或多個。透過資料傳輸介面114，主機板20可以經由有線或無線方式耦接至記憶體儲存裝置10。
在一範例實施例中，記憶體儲存裝置10可例如是隨身碟201、記憶卡202、固態硬碟(Solid State Drive, SSD)203或無線記憶體儲存裝置204。無線記憶體儲存裝置204可例如是近距離無線通訊(Near Field Communication, NFC)記憶體儲存裝置、無線傳真(WiFi)記憶體儲存裝置、藍牙(Bluetooth)記憶體儲存裝置或低功耗藍牙記憶體儲存裝置(例如，iBeacon)等以各式無線通訊技術為基礎的記憶體儲存裝置。此外，主機板20也可以透過系統匯流排110耦接至全球定位系統(Global Positioning System, GPS)模組205、網路介面卡206、無線傳輸裝置207、鍵盤208、螢幕209、喇叭210等各式I/O裝置。例如，在一範例實施例中，主機板20可透過無線傳輸裝置207存取無線記憶體儲存裝置204。
在一範例實施例中，主機系統11為電腦系統。在一範例實施例中，主機系統11可為可實質地與記憶體儲存裝置配合以儲存資料的任意系統。在一範例實施例中，記憶體儲存裝置10與主機系統11可分別包括圖3的記憶體儲存裝置30與主機系統31。
圖3是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統與記憶體儲存裝置的示意圖。請參照圖3，記憶體儲存裝置30可與主機系統31搭配使用以儲存資料。例如，主機系統31可以是數位相機、攝影機、通訊裝置、音訊播放器、視訊播放器或平板電腦等系統。例如，記憶體儲存裝置30可為主機系統31所使用的安全數位(Secure Digital, SD)卡32、小型快閃(Compact Flash, CF)卡33或嵌入式儲存裝置34等各式非揮發性記憶體儲存裝置。嵌入式儲存裝置34包括嵌入式多媒體卡(embedded Multi Media Card, eMMC)341及/或嵌入式多晶片封裝(embedded Multi Chip Package, eMCP)儲存裝置342等各類型將記憶體模組直接耦接於主機系統的基板上的嵌入式儲存裝置。
圖4是根據本發明的範例實施例所繪示的記憶體儲存裝置的示意圖。請參照圖4，記憶體儲存裝置10包括連接介面單元41、記憶體控制電路單元42與可複寫式非揮發性記憶體模組43。
連接介面單元41用以將記憶體儲存裝置10耦接主機系統11。記憶體儲存裝置10可經由連接介面單元41與主機系統11通訊。在一範例實施例中，連接介面單元41是相容於高速周邊零件連接介面(Peripheral Component Interconnect Express, PCI Express)標準。在一範例實施例中，連接介面單元41亦可以是符合序列先進附件(Serial Advanced Technology Attachment, SATA)標準、並列先進附件(Parallel Advanced Technology Attachment, PATA)標準、電氣和電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE)1394標準、通用序列匯流排(Universal Serial Bus, USB)標準、SD介面標準、超高速一代(Ultra High Speed-I, UHS-I)介面標準、超高速二代(Ultra High Speed-II, UHS-II)介面標準、記憶棒(Memory Stick, MS)介面標準、MCP介面標準、MMC介面標準、eMMC介面標準、通用快閃記憶體(Universal Flash Storage, UFS)介面標準、eMCP介面標準、CF介面標準、整合式驅動電子介面(Integrated Device Electronics, IDE)標準或其他適合的標準。連接介面單元41可與記憶體控制電路單元42封裝在一個晶片中，或者連接介面單元41是佈設於一包含記憶體控制電路單元42之晶片外。
記憶體控制電路單元42耦接至連接介面單元41與可複寫式非揮發性記憶體模組43。記憶體控制電路單元42用以執行以硬體型式或韌體型式實作的多個邏輯閘或控制指令並且根據主機系統11的指令在可複寫式非揮發性記憶體模組43中進行資料的寫入、讀取與抹除等運作。
可複寫式非揮發性記憶體模組43用以儲存主機系統11所寫入之資料。可複寫式非揮發性記憶體模組43可包括單階記憶胞(Single Level Cell, SLC)NAND型快閃記憶體模組(即，一個記憶胞中可儲存1個位元的快閃記憶體模組)、二階記憶胞(Multi Level Cell, MLC)NAND型快閃記憶體模組(即，一個記憶胞中可儲存2個位元的快閃記憶體模組)、三階記憶胞(Triple Level Cell, TLC) NAND型快閃記憶體模組(即，一個記憶胞中可儲存3個位元的快閃記憶體模組)、四階記憶胞(Quad Level Cell, QLC)NAND型快閃記憶體模組(即，一個記憶胞中可儲存4個位元的快閃記憶體模組)、其他快閃記憶體模組或其他具有相同特性的記憶體模組。
可複寫式非揮發性記憶體模組43中的每一個記憶胞是以電壓(以下亦稱為臨界電壓)的改變來儲存一或多個位元。具體來說，每一個記憶胞的控制閘極(control gate)與通道之間有一個電荷捕捉層。透過施予一寫入電壓至控制閘極，可以改變電荷補捉層的電子量，進而改變記憶胞的臨界電壓。此改變記憶胞之臨界電壓的操作亦稱為“把資料寫入至記憶胞”或“程式化(programming)記憶胞”。隨著臨界電壓的改變，可複寫式非揮發性記憶體模組43中的每一個記憶胞具有多個儲存狀態。透過施予讀取電壓可以判斷一個記憶胞是屬於哪一個儲存狀態，藉此取得此記憶胞所儲存的一或多個位元。
在一範例實施例中，可複寫式非揮發性記憶體模組43的記憶胞可構成多個實體程式化單元，並且此些實體程式化單元可構成多個實體抹除單元。具體來說，同一條字元線上的記憶胞可組成一或多個實體程式化單元。若每一個記憶胞可儲存2個以上的位元，則同一條字元線上的實體程式化單元可至少可被分類為下實體程式化單元與上實體程式化單元。例如，一記憶胞的最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)是屬於下實體程式化單元，並且一記憶胞的最高有效位元(Most Significant Bit, MSB)是屬於上實體程式化單元。一般來說，在MLC NAND型快閃記憶體中，下實體程式化單元的寫入速度會大於上實體程式化單元的寫入速度，及/或下實體程式化單元的可靠度是高於上實體程式化單元的可靠度。
在一範例實施例中，實體程式化單元為程式化的最小單元。即，實體程式化單元為寫入資料的最小單元。例如，實體程式化單元可為實體頁(page)或是實體扇(sector)。若實體程式化單元為實體頁，則此些實體程式化單元可包括資料位元區與冗餘(redundancy)位元區。資料位元區包含多個實體扇，用以儲存用戶資料，而冗餘位元區用以儲存系統資料(例如，錯誤更正碼等管理資料)。在一範例實施例中，資料位元區包含32個實體扇，且一個實體扇的大小為512位元組(byte, B)。然而，在其他範例實施例中，資料位元區中也可包含8個、16個或數目更多或更少的實體扇，並且每一個實體扇的大小也可以是更大或更小。另一方面，實體抹除單元為抹除之最小單位。亦即，每一實體抹除單元含有最小數目之一併被抹除之記憶胞。例如，實體抹除單元為實體區塊(block)。
圖5是根據本發明的範例實施例所繪示的記憶體控制電路單元的示意圖。請參照圖5，記憶體控制電路單元42包括記憶體管理電路51、主機介面52及記憶體介面53。
記憶體管理電路51用以控制記憶體控制電路單元42的整體運作。具體來說，記憶體管理電路51具有多個控制指令，並且在記憶體儲存裝置10運作時，此些控制指令會被執行以進行資料的寫入、讀取與抹除等運作。以下說明記憶體管理電路51的操作時，等同於說明記憶體控制電路單元42的操作。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51的控制指令是以韌體型式來實作。例如，記憶體管理電路51具有微處理器單元(未繪示)與唯讀記憶體(未繪示)，並且此些控制指令是被燒錄至此唯讀記憶體中。當記憶體儲存裝置10運作時，此些控制指令會由微處理器單元來執行以進行資料的寫入、讀取與抹除等運作。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51的控制指令亦可以程式碼型式儲存於可複寫式非揮發性記憶體模組43的特定區域(例如，記憶體模組中專用於存放系統資料的系統區)中。此外，記憶體管理電路51具有微處理器單元(未繪示)、唯讀記憶體(未繪示)及隨機存取記憶體(未繪示)。特別是，此唯讀記憶體具有開機碼(boot code)，並且當記憶體控制電路單元42被致能時，微處理器單元會先執行此開機碼來將儲存於可複寫式非揮發性記憶體模組43中之控制指令載入至記憶體管理電路51的隨機存取記憶體中。之後，微處理器單元會運轉此些控制指令以進行資料的寫入、讀取與抹除等運作。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51的控制指令亦可以一硬體型式來實作。例如，記憶體管理電路51包括微控制器、記憶胞管理電路、記憶體寫入電路、記憶體讀取電路、記憶體抹除電路與資料處理電路。記憶胞管理電路、記憶體寫入電路、記憶體讀取電路、記憶體抹除電路與資料處理電路是耦接至微控制器。記憶胞管理電路用以管理可複寫式非揮發性記憶體模組43的記憶胞或記憶胞群組。記憶體寫入電路用以對可複寫式非揮發性記憶體模組43下達寫入指令序列以將資料寫入至可複寫式非揮發性記憶體模組43中。記憶體讀取電路用以對可複寫式非揮發性記憶體模組43下達讀取指令序列以從可複寫式非揮發性記憶體模組43中讀取資料。記憶體抹除電路用以對可複寫式非揮發性記憶體模組43下達抹除指令序列以將資料從可複寫式非揮發性記憶體模組43中抹除。資料處理電路用以處理欲寫入至可複寫式非揮發性記憶體模組43的資料以及從可複寫式非揮發性記憶體模組43中讀取的資料。寫入指令序列、讀取指令序列及抹除指令序列可各別包括一或多個程式碼或指令碼並且用以指示可複寫式非揮發性記憶體模組43執行相對應的寫入、讀取及抹除等操作。在一範例實施例中，記憶體管理電路51還可以下達其他類型的指令序列給可複寫式非揮發性記憶體模組43以指示執行相對應的操作。
主機介面52是耦接至記憶體管理電路51。記憶體管理電路51可透過主機介面52與主機系統11通訊。主機介面52可用以接收與識別主機系統11所傳送的指令與資料。例如，主機系統11所傳送的指令與資料可透過主機介面52來傳送至記憶體管理電路51。此外，記憶體管理電路51可透過主機介面52將資料傳送至主機系統11。在本範例實施例中，主機介面52是相容於PCI Express標準。然而，必須瞭解的是本發明不限於此，主機介面52亦可以是相容於SATA標準、PATA標準、IEEE 1394標準、USB標準、SD標準、UHS-I標準、UHS-II標準、MS標準、MMC標準、eMMC標準、UFS標準、CF標準、IDE標準或其他適合的資料傳輸標準。
記憶體介面53是耦接至記憶體管理電路51並且用以存取可複寫式非揮發性記憶體模組43。例如，記憶體管理電路51可透過記憶體介面53存取可複寫式非揮發性記憶體模組43。也就是說，欲寫入至可複寫式非揮發性記憶體模組43的資料會經由記憶體介面53轉換為可複寫式非揮發性記憶體模組43所能接受的格式。具體來說，若記憶體管理電路51要存取可複寫式非揮發性記憶體模組43，記憶體介面53會傳送對應的指令序列。例如，這些指令序列可包括指示寫入資料的寫入指令序列、指示讀取資料的讀取指令序列、指示抹除資料的抹除指令序列、以及用以指示各種記憶體操作(例如，改變讀取電壓準位或執行垃圾回收操作等等)的相對應的指令序列。這些指令序列例如是由記憶體管理電路51產生並且透過記憶體介面53傳送至可複寫式非揮發性記憶體模組43。這些指令序列可包括一或多個訊號，或是在匯流排上的資料。這些訊號或資料可包括指令碼或程式碼。例如，在讀取指令序列中，會包括讀取的辨識碼、記憶體位址等資訊。
在一範例實施例中，記憶體控制電路單元42還包括錯誤檢查與校正電路54、緩衝記憶體55及電源管理電路56。
錯誤檢查與校正電路54是耦接至記憶體管理電路51並且用以執行錯誤檢查與校正操作以確保資料的正確性。具體來說，當記憶體管理電路51從主機系統11中接收到寫入指令時，錯誤檢查與校正電路54會為對應此寫入指令的資料產生對應的錯誤更正碼(error correcting code, ECC)及/或錯誤檢查碼(error detecting code，EDC)，並且記憶體管理電路51會將對應此寫入指令的資料與對應的錯誤更正碼及/或錯誤檢查碼寫入至可複寫式非揮發性記憶體模組43中。之後，當記憶體管理電路51從可複寫式非揮發性記憶體模組43中讀取資料時會同時讀取此資料對應的錯誤更正碼及/或錯誤檢查碼，並且錯誤檢查與校正電路54會依據此錯誤更正碼及/或錯誤檢查碼對所讀取的資料執行錯誤檢查與校正操作。
緩衝記憶體55是耦接至記憶體管理電路51並且用以暫存資料。電源管理電路56是耦接至記憶體管理電路51並且用以控制記憶體儲存裝置10的電源。
在一範例實施例中，圖4的可複寫式非揮發性記憶體模組43可包括快閃記憶體模組。在一範例實施例中，圖4的記憶體控制電路單元42可包括快閃記憶體控制器。在一範例實施例中，圖5的記憶體管理電路51可包括快閃記憶體管理電路。
圖6是根據本發明的範例實施例所繪示的管理可複寫式非揮發性記憶體模組的示意圖。請參照圖6，記憶體管理電路51可將可複寫式非揮發性記憶體模組43中的實體管理單元610(0)~610(B)邏輯地分組至儲存區601與閒置(spare)區602。
在一範例實施例中，一個實體管理單元包含一或多個實體區塊。一個實體管理單元可包含多個實體節點。在一範例實施例中，每一個實體節點可儲存資料長度為4 KB的資料。在一範例實施例中，每一個實體節點亦可儲存更多或更少的資料，本發明不加以限制。
儲存區601中的實體管理單元610(0)~610(A)用以儲存用戶資料(例如來自圖1的主機系統11的用戶資料)。例如，儲存區601中的實體管理單元610(0)~610(A)可儲存有效(valid)資料與無效(invalid)資料。閒置區602中的實體管理單元610(A+1)~610(B)未儲存資料(例如有效資料)。例如，若某一個實體管理單元未儲存有效資料，則此實體管理單元可被關聯(或加入)至閒置區602。此外，閒置區602中的實體管理單元(或未儲存有效資料的實體管理單元)可被抹除。在寫入新資料時，一或多個實體管理單元可被從閒置區602中提取以儲存此新資料。在一範例實施例中，閒置區602亦稱為閒置池(free pool)。
記憶體管理電路51可配置邏輯單元612(0)~612(C)以映射儲存區601中的實體管理單元610(0)~610(A)。在一範例實施例中，每一個邏輯單元對應一個邏輯位址。例如，一個邏輯位址可包括一或多個邏輯區塊位址(Logical Block Address, LBA)或其他的邏輯管理單元。在一範例實施例中，一個邏輯單元也可對應一個邏輯程式化單元或者由多個連續或不連續的邏輯位址組成。
須注意的是，一個邏輯單元可被映射至一或多個實體管理單元。若某一實體管理單元當前有被某一邏輯單元映射，則表示此實體管理單元當前儲存的資料包括有效資料。反之，若某一實體管理單元當前未被任一邏輯單元映射，則表示此實體管理單元當前儲存的資料為無效資料。
類似的，若某一個實體節點當前儲存的資料屬於某一邏輯單元，表示此實體節點當前儲存了有效資料。反之，若某一個實體節點當前儲存的資料不屬於任何邏輯單元，則表示此實體節點當前未儲存有效資料。在一範例實施例中，當前儲存了有效資料的實體節點亦稱為有效節點，及/或當前未儲存有效資料的實體節點亦稱為無效節點。
記憶體管理電路51可將描述邏輯單元與實體管理單元之間的映射關係的映射資訊(亦稱為邏輯至實體映射資訊)記錄於至少一映射表格(亦稱為邏輯至實體映射表)。當主機系統11欲從記憶體儲存裝置10讀取資料或寫入資料至記憶體儲存裝置10時，記憶體管理電路51可根據此映射表格中的資訊(即映射資訊)來存取可複寫式非揮發性記憶體模組43。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可建立對應於一個實體管理單元(亦稱為第一實體管理單元)的有效節點管理表格(亦稱為第一有效節點管理表格)。例如，第一實體管理單元可為圖6的實體管理單元610(0)~610(B)中的任一者。記憶體管理電路51可將第一有效節點管理表格儲存於可複寫式非揮發性記憶體模組43中。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可將第一有效節點管理表格儲存於可複寫式非揮發性記憶體模組43中的系統區。此系統區可專用以儲存系統資料。例如，用戶或主機系統11無法存取此系統區中的資料。藉此，可避免用戶或主機系統11意外修改或刪除此系統區中的資料，從而導致記憶體儲存裝置10無法正常運作。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可將有效節點管理資料(亦稱為第一有效節點管理資料)儲存於第一有效節點管理表格中。特別是，第一有效節點管理資料可反映有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況。例如，第一有效節點管理資料可反映第一實體管理單元中是否包含任何有效節點。在第一實體管理單元中包含至少一有效節點的情況下，第一有效節點管理資料可進一步反映有效節點在第一實體管理單元中的分布(例如第一實體管理單元中的哪些實體節點為有效節點或無效節點)及/或第一實體管理單元中的有效節點的總數。
圖7是根據本發明的範例實施例所繪示的有效資料管理表格的示意圖。請參照圖7，記憶體管理電路51可建立對應於實體管理單元701(即第一實體管理單元)的有效節點管理表格702(即第一有效節點管理表格)。記憶體管理電路51可將對應於實體管理單元701的有效節點管理資料(即第一有效節點管理資料)儲存於有效節點管理表格702中。
在一範例實施例中，有效節點管理表格702可記載多個識別位元B(0)~B(7)，且實體管理單元701包括多個實體節點N(0)~N(7)。特別是，識別位元B(0)~B(7)中的識別位元B(i)可用以表示實體節點N(i)是否為有效節點。例如，在有效節點管理表格702中，假設識別位元B(2)、B(4)、B(5)及B(6)為位元“1”且識別位元B(0)、B(1)、B(3)及B(7)為位元0”，表示在實體管理單元701中，實體節點N(2)、N(4)、N(5)及N(6)屬於有效節點(即當前儲存有效資料的實體節點)，而實體節點N(0)、N(1)、N(3)及N(7)則屬於無效節點(即當前未儲存有效資料的實體節點)。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可根據有效節點管理表格702所記載的資訊(即第一有效節點管理資料)來獲得實體管理單元701中的有效節點的分布狀況。例如，根據識別位元B(0)~B(7)，記憶體管理電路51可判定實體節點N(2)、N(4)、N(5)及N(6)屬於有效節點及/或實體節點N(0)、N(1)、N(3)及N(7)屬於無效節點。此外，有效節點管理表格702還可記載更多的識別位元，以反映實體管理單元701中的其餘實體節點的狀態(例如是否為有效節點)。
在一範例實施例中，在建立第一有效節點管理表格後，記憶體管理電路51可持續更新、維護並管理第一效節點管理表格，以反映有效節點在第一實體管理單元中最新的分布狀況。在一範例實施例中，響應於第一實體管理單元中不存在有效節點，記憶體管理電路51可刪除第一有效節點管理表格。或者，在一範例實施例中，即便第一實體管理單元中不存在有效節點，記憶體管理電路51可不刪除(即保留)第一有效節點管理表格。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可建立索引表格並將一或多個有效節點管理表格(包含第一有效節點管理表格)的位址資訊儲存於此索引表格中。當欲查詢第一有效節點管理表格時，記憶體管理電路51可讀取此索引表格，以獲得第一有效節點管理表格的位址資訊。根據此位址資訊，記憶體管理電路51可從可複寫式非揮發性記憶體模組43讀取第一有效節點管理表格。
圖8是根據本發明的範例實施例所繪示的索引表格的示意圖。請參照圖8，記憶體管理電路51可建立索引表格81。記憶體管理電路51可將對應於有效節點管理表格TB(1)~TB(2)的位址資訊PA(0)~PA(2)儲存於索引表格81中。例如，位址資訊PA(i)可對應於有效節點管理表格TB(i)並反映有效節點管理表格TB(i)在實體管理單元82中的儲存位址。在一範例實施例中，實體管理單元82可為可複寫式非揮發性記憶體模組43中專門用以儲存系統資料的實體管理單元(即屬於系統區的實體管理單元)。在一範例實施例中，實體管理單元82可為可複寫式非揮發性記憶體模組43中的任意實體管理單元。
在一範例實施例中，當欲讀取有效節點管理表格TB(i)(即第一有效節點管理表格)時，記憶體管理電路51可根據記載於索引表格81中的位址資訊PA(i)取得有效節點管理表格TB(i)在實體管理單元82中的儲存位址。然後，記憶體管理電路51可根據位址資訊PA(i)從此儲存位址讀取有效節點管理表格TB(i)。
在一範例實施例中，響應於第一實體管理單元中不存在有效節點，記憶體管理電路51可將第一實體管理單元所對應的第一有效節點管理表格的位址資訊從索引表格中移除。例如，假設有效節點管理表格TB(0)所對應的實體管理單元中不具有任何有效節點，則記憶體管理電路51可將有效節點管理表格TB(0)的位址資訊PA(0)從索引表格81中移除。同時，記憶體管理電路51可刪除有效節點管理表格TB(0)。藉此，可更為有效地運用儲存空間。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可從主機系統11接收一或多個操作指令。所述操作指令可用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態。例如，所述操作指令可包括寫入指令及/或抹除指令。寫入指令用以指示寫入或更新屬於特定邏輯單元的資料。抹除指令可用以指示抹除或刪除屬於特定邏輯單元的資料。所述特定邏輯單元映射至第一實體管理單元。在一範例實施例中，所述操作指令還可包括其他類型的指令，只要可用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態即可。
在一範例實施例中，響應於所述操作指令，記憶體管理電路51可更新第一有效節點管理表格中的資料(即第一有效節點管理資料)。例如，更新後的第一有效節點管理資料可反映有效節點在第一實體管理單元中最新的分布狀況。
圖9A至圖9C是根據本發明的範例實施例所繪示的更新有效節點管理資料的示意圖。請參照圖9A，假設有效節點管理表格911用以記載對應於實體管理單元901的有效節點管理資料，且有效節點管理表格912用以記載對應於實體管理單元902的有效節點管理資料。此外，在圖9A的範例實施例中，以斜線標示的實體節點表示已經被寫入資料(即已經有儲存資料)的實體節點，而未以斜線標示的實體節點表示尚未被寫入資料(即尚未儲存資料)的實體節點。
須注意的是，在圖9A的範例實施例中，是假設實體管理單元901與902中以斜線標示的實體節點當前皆是儲存有效資料。因此，有效節點管理表格911與912中對應於此些有效節點的識別位元皆為位元“1”，而對應於其餘無效節點的識別位元則為位元“0”。
請參照圖9B，接續於圖9A的範例實施例，假設屬於邏輯單元L(0)~L(3)的資料當前是分別儲存於實體節點931(0)~931(3)中。在一範例實施例中，記憶體管理電路51可從主機系統11接收至少一操作指令(亦稱為第一操作指令)。第一操作指令指示更新屬於邏輯單元L(0)~L(7)的資料。響應於第一操作指令，記憶體管理電路51可將當前儲存於實體節點931(0)~931(3)中的資料標記為無效資料並將屬於邏輯單元L(0)~L(7)的新資料(即有效資料)儲存至實體節點941(0)~941(7)中。換言之，響應於第一操作指令，實體管理單元901與902的資料儲存狀態發生變化。
在圖9B的範例實施例中，響應於實體管理單元901與902的資料儲存狀態發生變化，記憶體管理電路51可更新有效節點管理表格911與912中的有效節點管理資料。例如，響應於儲存於實體節點931(0)~931(3)中的資料成為無效資料，記憶體管理電路51可將有效節點管理表格911與912中對應於實體節點931(0)~931(3)的多個識別位元從位元“1”更新為位元“0”。此外，響應於有效資料被儲存至實體節點941(0)~941(7)中，記憶體管理電路51可將有效節點管理表格912中對應於實體節點941(0)~941(7)的多個識別位元從位元“0”更新為位元“1”。
請參照圖9C，接續於圖9B的範例實施例，假設記憶體管理電路51繼續從主機系統11接收至少一操作指令(亦稱為第二操作指令)。第二操作指令指示刪除屬於邏輯單元L(2)~L(5)的資料。響應於第二操作指令，記憶體管理電路51可將儲存於實體節點941(2)~941(5)中的資料標記為無效資料。換言之，響應於第二操作指令，實體管理單元901與902的資料儲存狀態再次發生變化。
在圖9C的範例實施例中，響應於實體管理單元901與902的資料儲存狀態發生變化，記憶體管理電路51可再次更新有效節點管理表格911與912中的有效節點管理資料。例如，響應於儲存於實體節點941(2)~941(5)中的資料成為無效資料，記憶體管理電路51可將有效節點管理表格912中對應於實體節點941(2)~941(5)的多個識別位元從位元“1”更新為位元“0”。
換言之，在圖9A至圖9C的範例實施例中，透過持續更新、維護並管理有效節點管理表格911與912，有效節點管理表格911與912中的有效節點管理資料可持續反映實體管理單元901與902最新的資料儲存狀態及/或有效節點在實體管理單元901與902中最新的分布狀況。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51還可建立壓縮表格。記憶體管理電路51可將對應於第一有效節點管理資料的壓縮資料儲存於此壓縮表格中。此壓縮資料可根據第一有效節點管理資料產生。例如，記憶體管理電路51可對第一有效節點管理資料執行壓縮處理以產生此壓縮資料。此外，壓縮表格亦可儲存於可複寫式非揮發性記憶體模組43中的系統區。
在一範例實施例中，相較於第一有效節點管理資料是以單一個識別位元來表示單一個實體節點是否為有效節點(如圖7、圖9A至圖9C所示)，所述壓縮資料改為以較少的識別位元來表示相同數量的多個實體節點是否皆為有效節點(例如以單一識別位元來表示多個實體節點是否皆為有效節點)。透過對第一有效節點管理資料進行壓縮，可有效減少儲存空間的使用量。
在一範例實施例中，所述壓縮資料包括第一壓縮資料。記憶體管理電路51可根據第一有效節點管理資料中屬於特定資料範圍(亦稱為目標範圍)內的有效節點管理資料產生第一壓縮資料。在一範例實施例中，第一壓縮資料中的至少一識別位元可基於較少的資料量來反映第一有效節點管理資料中屬於目標範圍內的有效節點管理資料的數值分布狀態。
在一範例實施例中，第一壓縮資料中的至少一識別位元可基於較少的資料量來反映所述目標範圍相較於第一有效節點管理表格的偏移值。此偏移值可用以對第一有效節點管理表格中的目標範圍進行定位。爾後，記憶體管理電路51可根據此偏移值來在第一有效節點管理表格中決定屬於所述目標範圍的有效節點管理資料。
在一範例實施例中，第一壓縮資料可包括旗標位元與對應於所述旗標位元的識別位元。若所述旗標位元為第一值，所述識別位元可反映第一有效節點管理資料中屬於所述目標範圍內的多個識別位元的數值分布狀態。此外，若所述旗標位元為第二值，則所述識別位元可反映所述目標範圍相較於第一有效節點管理表格的所述偏移值。
圖10是根據本發明的範例實施例所繪示的壓縮表格的示意圖。請參照圖10，壓縮表格1001中可儲存多筆壓縮資料。此些壓縮資料可根據第一有效節點管理資料產生。例如，此些壓縮資料包括分別對應於範圍(A)~範圍(C)的內容(A)~內容(C)。其中，範圍(i)對應第一有效節點管理資料中的一個目標範圍，而內容(i)為對應於此目標範圍的壓縮資料。
以對應於範圍(C)的內容(C)為例，內容(C)可包括旗標位元與識別位元。若內容(C)中的旗標位元為第一值(例如位元“1”)，則內容(C)中的識別位元可反映第一有效節點管理資料中對應於範圍(C)的多個識別位元的數值分布狀態。例如，在內容(C)中的旗標位元為第一值(例如位元“1”)的情況下，若內容(C)中的識別位元為位元“1”，表示第一有效節點管理資料中對應於範圍(C)的多個識別位元皆為位元“1”。此外，在內容(C)中的旗標位元為第一值(例如位元“1”)的情況下，若內容(C)中的識別位元為位元“0”，表示第一有效節點管理資料中對應於範圍(C)的多個識別位元皆為位元“0”。然而，在另一範例實施例中，壓縮資料中的識別位元亦可透過其他的方式來呈現原始的第一有效節點管理資料中的多個識別位元的數值分布狀態，本發明不加以限制。另一方面，若內容(C)中的旗標位元為第二值(例如位元“0”)，則內容(C)中的識別位元可反映範圍(C)相較於第一有效節點管理表格的偏移值。
在一範例實施例中，記憶體管理電路51可根據壓縮表格中的壓縮資料來獲得有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況。以壓縮表格1001為例，假設內容(A)中的旗標位元為位元“1”，則記憶體管理電路51可根據內容(A)中的識別位元來一次性地獲得第一實體管理單元中對應於範圍(A)的多個實體節點的狀態(例如皆為有效節點或無效節點)。此外，假設內容(B)中的旗標位元為位元“0”，則記憶體管理電路51可根據內容(B)中的識別位元來獲得範圍(B)相較於第一有效節點管理表格的偏移值。然後，記憶體管理電路51可根據此偏移值從第一有效節點管理表格中讀取對應於多個實體節點的識別位元。然後，記憶體管理電路51可根據此些識別位元獲得所述多個實體節點的狀態。
須注意的是，圖10的範例實施例所述的壓縮表格1001中的壓縮資料的記載方式僅為範例。在其他的範例實施例中，壓縮資料的記載方式亦可根據實務需求調整，本發明不加以限制。
圖11是根據本發明的範例實施例所繪示的有效節點管理方法的流程圖。請參照圖11，在步驟S1101中，建立對應於第一實體管理單元的有效節點管理表格。在步驟S1102中，將有效節點管理資料儲存於有效節點管理表格中，其中有效節點管理資料反映有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況。在步驟S1103中，從主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態。在步驟S1104中，響應於所述操作指令，更新有效節點管理表格中的有效節點管理資料。
然而，圖11中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖11中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路，本案不加以限制。此外，圖11的方法可以搭配以上範例實施例使用，也可以單獨使用，本案不加以限制。
綜上所述，本發明的範例實施例提出的有效節點管理方法、記憶體儲存裝置及記憶體控制電路單元，可使用有效節點管理表格來反映特定實體管理單元當前的資料儲存狀態及/或有效節點在特定實體管理單元中的分布狀況。此外，透過動態更新、維護及管理所述有效節點管理表格，所述有效節點管理表格中的資料可即時反映特定實體管理單元最新的資料儲存狀態及/或有效節點在特定實體管理單元中最新的分布狀況。藉此，可有效提高執行任何需要參考實體管理單元當前的資料儲存狀態的資料處理程序(例如垃圾回收程序或損耗平衡(wear leveling)程序)的執行效率。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本案的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10, 30:記憶體儲存裝置
11, 31:主機系統
110:系統匯流排
111:處理器
112:隨機存取記憶體
113:唯讀記憶體
114:資料傳輸介面
12:輸入/輸出(I/O)裝置
20:主機板
201:隨身碟
202:記憶卡
203:固態硬碟
204:無線記憶體儲存裝置
205:全球定位系統模組
206:網路介面卡
207:無線傳輸裝置
208:鍵盤
209:螢幕
210:喇叭
32:SD卡
33:CF卡
34:嵌入式儲存裝置
341:嵌入式多媒體卡
342:嵌入式多晶片封裝儲存裝置
41:連接介面單元
42:記憶體控制電路單元
43:可複寫式非揮發性記憶體模組
51:記憶體管理電路
52:主機介面
53:記憶體介面
54:錯誤檢查與校正電路
55:緩衝記憶體
56:電源管理電路
601:儲存區
602:閒置區
610(0)~610(B), 701, 82, 901, 902:實體管理單元
612(0)~612(C), L(0)~L(7):邏輯單元
702, TB(1)~TB(3), 911, 912:有效節點管理表格
B(0)~B(7):識別位元
N(0)~N(7), 931(0)~931(3), 941(0)~941(7):實體節點
81:索引表格
PA(0)~PA(2):位址資訊
1001:壓縮表格
S1101:步驟(建立對應於第一實體管理單元的有效節點管理表格)
S1102:步驟(將有效節點管理資料儲存於有效節點管理表格中，其中有效節點管理資料反映有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況)
S1103:步驟(從主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態)
S1104:步驟(響應於所述操作指令，更新有效節點管理表格中的有效節點管理資料)
圖1是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統、記憶體儲存裝置及輸入/輸出(I/O)裝置的示意圖。 圖2是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統、記憶體儲存裝置及I/O裝置的示意圖。 圖3是根據本發明的範例實施例所繪示的主機系統與記憶體儲存裝置的示意圖。 圖4是根據本發明的範例實施例所繪示的記憶體儲存裝置的示意圖。 圖5是根據本發明的範例實施例所繪示的記憶體控制電路單元的示意圖。 圖6是根據本發明的範例實施例所繪示的管理可複寫式非揮發性記憶體模組的示意圖。 圖7是根據本發明的範例實施例所繪示的有效資料管理表格的示意圖。 圖8是根據本發明的範例實施例所繪示的索引表格的示意圖。 圖9A至圖9C是根據本發明的範例實施例所繪示的更新有效節點管理資料的示意圖。 圖10是根據本發明的範例實施例所繪示的壓縮表格的示意圖。 圖11是根據本發明的範例實施例所繪示的有效節點管理方法的流程圖。
S1101:步驟(建立對應於第一實體管理單元的有效節點管理表格)
S1102:步驟(將有效節點管理資料儲存於有效節點管理表格中，其中有效節點管理資料反映有效節點在第一實體管理單元中的分布狀況)
S1103:步驟(從主機系統接收操作指令，其中所述操作指令用以改變第一實體管理單元的資料儲存狀態)
S1104:步驟(響應於所述操作指令，更新有效節點管理表格中的有效節點管理資料)

Claims (18)

  1. 一種有效節點管理方法，用於可複寫式非揮發性記憶體模組，其中該可複寫式非揮發性記憶體模組包括多個實體管理單元，且該有效節點管理方法包括：建立對應於該多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於該有效節點管理表格中，其中該有效節點管理資料反映有效節點在該第一實體管理單元中的分布狀況；從主機系統接收操作指令，其中該操作指令用以改變該第一實體管理單元的資料儲存狀態；響應於該操作指令，更新該有效節點管理表格中的該有效節點管理資料；建立索引表格；將該有效節點管理表格的位址資訊儲存於該索引表格中；讀取該索引表格，以獲得該有效節點管理表格的該位址資訊；以及根據該位址資訊，從該可複寫式非揮發性記憶體模組讀取該有效節點管理表格。
  2. 如請求項1所述的有效節點管理方法，其中該有效節點管理資料中的一個識別位元用以表示該第一實體管理單元中的單一個實體節點是否為該有效節點。
  3. 如請求項1所述的有效節點管理方法，更包括：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，刪除該有效節點管理表格。
  4. 如請求項1所述的有效節點管理方法，更包括：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，將該有效節點管理表格的該位址資訊從該索引表格中移除。
  5. 如請求項1所述的有效節點管理方法，更包括：建立壓縮表格；以及將對應於該有效節點管理資料的壓縮資料儲存於該壓縮表格中，其中相較於該有效節點管理資料，該壓縮資料以較少的識別位元來表示該第一實體管理單元中的相同數量的實體節點的狀態。
  6. 如請求項5所述的有效節點管理方法，其中該壓縮資料包括旗標位元與對應於該旗標位元的識別位元，若該旗標位元為第一值，該識別位元反映該有效節點管理資料中屬於目標範圍內的多個識別位元的數值分布狀態，並且若該旗標位元為第二值，該識別位元反映該目標範圍相較於該有效節點管理表格的偏移值。
  7. 一種記憶體儲存裝置，包括：連接介面單元，用以耦接至主機系統；可複寫式非揮發性記憶體模組，其中該可複寫式非揮發性記 憶體模組包括多個實體管理單元；以及記憶體控制電路單元，耦接至該連接介面單元與該可複寫式非揮發性記憶體模組，其中該記憶體控制電路單元用以：建立對應於該多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於該有效節點管理表格中，其中該有效節點管理資料反映有效節點在該第一實體管理單元中的分布狀況；從該主機系統接收操作指令，其中該操作指令用以改變該第一實體管理單元的資料儲存狀態；響應於該操作指令，更新該有效節點管理表格中的該有效節點管理資料；建立索引表格；將該有效節點管理表格的位址資訊儲存於該索引表格中；讀取該索引表格，以獲得該有效節點管理表格的該位址資訊；以及根據該位址資訊，從該可複寫式非揮發性記憶體模組讀取該有效節點管理表格。
  8. 如請求項7所述的記憶體儲存裝置，其中該有效節點管理資料中的一個識別位元用以表示該第一實體管理單元中的單一個實體節點是否為該有效節點。
  9. 如請求項7所述的記憶體儲存裝置，其中該記憶體控制電路單元更用以：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，刪除該有效節點管理表格。
  10. 如請求項7所述的記憶體儲存裝置，其中該記憶體控制電路單元更用以：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，將該有效節點管理表格的該位址資訊從該索引表格中移除。
  11. 如請求項7所述的記憶體儲存裝置，其中該記憶體控制電路單元更用以：建立壓縮表格；以及將對應於該有效節點管理資料的壓縮資料儲存於該壓縮表格中，其中相較於該有效節點管理資料，該壓縮資料以較少的識別位元來表示該第一實體管理單元中的相同數量的實體節點的狀態。
  12. 如請求項11所述的記憶體儲存裝置，其中該壓縮資料包括旗標位元與對應於該旗標位元的識別位元，若該旗標位元為第一值，該識別位元反映該有效節點管理資 料中屬於目標範圍內的多個識別位元的數值分布狀態，並且若該旗標位元為第二值，該識別位元反映該目標範圍相較於該有效節點管理表格的偏移值。
  13. 一種記憶體控制電路單元，用於控制可複寫式非揮發性記憶體模組，其中該可複寫式非揮發性記憶體模組包括多個實體管理單元，且該記憶體控制電路單元包括：主機介面，用以耦接至主機系統；記憶體介面，用以耦接至所述可複寫式非揮發性記憶體模組；以及記憶體管理電路，耦接至該主機介面與該記憶體介面，其中該記憶體管理電路用以：建立對應於該多個實體管理單元中的第一實體管理單元的有效節點管理表格；將有效節點管理資料儲存於該有效節點管理表格中，其中該有效節點管理資料反映有效節點在該第一實體管理單元中的分布狀況；從該主機系統接收操作指令，其中該操作指令用以改變該第一實體管理單元的資料儲存狀態；響應於該操作指令，更新該有效節點管理表格中的該有效節點管理資料；建立索引表格；將該有效節點管理表格的位址資訊儲存於該索引表格 中；讀取該索引表格，以獲得該有效節點管理表格的該位址資訊；以及根據該位址資訊，從該可複寫式非揮發性記憶體模組讀取該有效節點管理表格。
  14. 如請求項13所述的記憶體控制電路單元，其中該有效節點管理資料中的一個識別位元用以表示該第一實體管理單元中的單一個實體節點是否為該有效節點。
  15. 如請求項13所述的記憶體控制電路單元，其中該記憶體管理電路更用以：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，刪除該有效節點管理表格。
  16. 如請求項13所述的記憶體控制電路單元，其中該記憶體管理電路更用以：響應於該第一實體管理單元中不存在該有效節點，將該有效節點管理表格的該位址資訊從該索引表格中移除。
  17. 如請求項13所述的記憶體控制電路單元，其中該記憶體管理電路更用以：建立壓縮表格；以及將對應於該有效節點管理資料的壓縮資料儲存於該壓縮表格中，其中相較於該有效節點管理資料，該壓縮資料以較少的識別 位元來表示該第一實體管理單元中的相同數量的實體節點的狀態。
  18. 如請求項17所述的記憶體控制電路單元，其中該壓縮資料包括旗標位元與對應於該旗標位元的識別位元，若該旗標位元為第一值，該識別位元反映該有效節點管理資料中屬於目標範圍內的多個識別位元的數值分布狀態，並且若該旗標位元為第二值，該識別位元反映該目標範圍相較於該有效節點管理表格的偏移值。
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