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浅谈高密度闪存效能与可靠性提升之管理机制
台大系统芯片中心专栏(34)

【作者: 張原豪,郭大維】2010年03月02日 星期二

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现今闪存已经被广泛地应用在各种不同的领域。但由于成本的考虑,高密度低成本的闪存的市场占有率与日俱增,但此类的闪存同时也带来许多管理上的问题,例如数据存取速率大幅下降与数据错误率大幅上升。因此提出并研发一既省主存储器又能有效提升闪存读写效能与数据可靠性的方法,实为一重要的课题。



一个闪存芯片是由区块 (block) 所组成,每个区块是由页面 (page) 所组成,每个页面包含一个数据区与一个额外区,数据区是用来存放数据而额外区是用来存放管理数据(如错误更正码、数据区所存数据的逻辑地址...等)。区块是数据抹除的单位,而页面是读写的基本单位。当一个页面被写入数据之后就不能再写入数据,必须要等到它所在的区块被整个抹除后才能再写入数据。因此为了效能的考虑,通常我们会把写入的数据写到空闲页面 (free page),而不是写回原来的页面,因此,同一份数据可能会同时有多个版本存在于闪存之中,然而只有最后一版的数据为有效数据,其余旧版的数据皆为过期或无效数据。存放最后一版数据的页面称为有效页面,存放旧版数据的页面称为无效页面。如图一所示,闪存装置上通常会搭配一个管理机来管理闪存,使得主机系统能够使用逻辑地址直接存取闪存存储装置上相对映逻辑地址的数据,而不需了解闪存的存取特性及实际数据所存在的实体地址。为了管理闪存,在闪存存储装置上需要一个逻辑地址与实体地址的转换机制 (address translation) 或转换信息,这样才能找到每个逻辑地址的数据存在处。另外,当系统没有足够的空闲区块时,空间回收单元 (garbage collector) 就会被启动来回收存放过期或旧版数据的空间。由于每个区块所能被抹除的次数有限,因此在选择回收并抹除的区块时,必须尽量使得每个区块被抹除的次数较为平均,以延长闪存的使用寿命。
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