CN105575425A - 存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统。此资料储存系统包括介面控制器以及存储器晶片。而存储器晶片包括存储器单元、缓冲单元及控制单元。当发生读取操作时，缓冲单元对存储器单元读取缓冲资料。而介面控制器接收读取命令，并判断读取命令所要求的资料大小是否小于缓冲资料的大小，从而选择对应于资料大小的读取指令并传送至存储器晶片。当存储器晶片接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，控制单元自缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料至介面控制器。

Description

存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统

技术领域

本发明涉及一种资料存取方法，且尤其涉及一种存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统。

背景技术

随着半导体技术的进步，存储器的容量大幅提升。而快闪存储器(FlashMemory)具有非挥发性、省电、体积小等特性，因此在移动装置中的应用相当广泛。在快闪存储器的技术中，反及快闪(NANDFlash)存储器技术亦越趋成熟，更于近年来被应用于做为资料存取媒介的固态硬盘(SolidStateDisk；SSD)。固态硬盘的特别之处在于，其利用快闪存储器的特性来取代传统硬盘的机械结构，并藉由区块写入和抹除的方式进行资料存取，可大幅提升储存装置的读写速度。与传统的储存装置相较，固态硬盘具有低耗电、耐震、耐低温、稳定性高等优点。

一般而言，当固态硬盘使用序列先进技术连接(SerialAdvancedTechnologyAttachment；SATA)汇流排介面来连接主机时，因受限于每秒600百万位元组(MB/s)的频宽限制，固态硬盘便无法达到更高的存取速度。因此，具有1000MB/s传输频宽的周边装置连接快递(PeripheralComponentInterconnectionExpress；PCIe)介面的固态硬盘便逐渐在市场上流行起来。

然而，无论是使用SATA介面或PCIe介面，当面对小档案(例如，4千位元组(KB))的随机存取时，都无法有效改善存取速度。而操作系统(OperatingSystem；OS)中的程序库档案大多以例如是4KB(增强型文件系统(NewTechnologyFileSystem；NTFS)格式的最小单位为4KB)为单位来进行存取操作，因此小档案传输是系统反应的重要指标。有鉴于此，需要提出一种改善随机存取小档案的存取速度的方法。

发明内容

本发明提供一种存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统，透过介面控制器传送特定读取指令而使存储器晶片输出对应的小档案，从而提升小档案的存取速度。

本发明提出一种存储器晶片，此存储器晶片包括存储器单元、缓冲单元及控制单元。当发生读取操作时，此缓冲单元对存储器单元读取缓冲资料。此外，控制单元耦接缓冲单元及存储器单元。而当控制单元接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，控制单元自缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料。

本发明还提出一种资料储存系统，此资料储存系统包括介面控制器以及存储器晶片。存储器晶片耦接介面控制器，且存储器晶片包括存储器单元及缓冲单元。当发生读取操作时，此缓冲单元对存储器单元读取缓冲资料。而介面控制器接收读取命令，并判断读取命令所要求的资料大小是否小于缓冲资料的大小，从而选择对应于资料大小的读取指令并传送至存储器晶片。当存储器晶片接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，存储器晶片自缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料至介面控制器。

本发明还提出一种资料读取方法，适用于存储器晶片。此资料读取方法在接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，自存储器晶片的缓冲单元中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料。其中，当发生读取动作时，自存储器晶片的存储器单元中读出缓冲资料至缓冲单元。

基于上述，本发明的存储器晶片、其资料读取方法以及资料储存系统是在存储器晶片的控制单元接收到小于缓冲资料之大小的读取指令时，自缓冲单元中输出部份的缓冲资料至介面控制器，其中控制单元自存储器单元中将页面单位容量的缓冲资料读取至缓冲单元。藉此，针对小档案的随机存取，便能有效提升存储器晶片与介面控制器之间的存取速度。

附图说明

图1是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的结构框图。

图2说明页面读取操作的时序图。

图3是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的资料读取方法的流程图。

图4是依据本发明一实施例说明介面控制器决定读取指令的方法流程图。

图5是依据本发明一实施例说明存储器晶片的资料读取方法的流程图。

图中符号说明：

10：资料储存系统；CE：晶片致能；

100：介面控制器；CLE：指令锁存致能；

150：存储器晶片；ALE：位址锁存致能；

151：存储器单元；WE：写入致能；

153：缓冲单元；RE：读取致能；

155：控制单元；DQS：资料选通；

210、240：指令；DQx：资料输入输出；

220：储存位址；R/B：就绪/忙碌；

250：读取资料；

S310～S350、S410～490、S510：步骤。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

一般而言，固态硬盘(SSD)介面控制器是以100百万赫兹(MHz)8比特(bit)双倍资料速率(doubledatarate；DDR)来对存储器晶片(例如，反及快闪(NANDFlash)晶片)进行控制，即，传输速率约为200每秒百万位元组(MB/s)。而SSD介面控制器与存储器晶片之间的传输介面相较于在传输系统中的档案传输而言，是最慢的一层传输介面。此外，存储器晶片通常是以例如是16KB为单位进行传输，即使操作系统(OS)要求读取小于16KB的小档案，存储器晶片仍会输出16KB的资料至介面控制器。据此，本发明实施例便是在存储器晶片接收到特定读取指令时，依据此读取指令所指示的位置自存储器单元中读出缓冲资料，并自缓冲资料中输出对应于此读取指令的部份的缓冲资料。藉此，存储器晶片便能输出小于缓冲资料之大小的小档案，并藉以加快读取小档案之存取速度。

图1是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统的结构框图。请参照图1，资料储存系统10包括介面控制器100及存储器晶片150。资料储存系统10可以是各种硬盘(例如，固态硬盘(SSD))、随身盘、记忆卡、嵌入式多媒体记忆卡(embeddedmultimediacard；eMMC)、嵌入式多晶片封装(embeddedmulti-chippackage)等储存装置。

介面控制器100可以是具备序列先进技术连接(SATA)、周边装置连接快递(PCIe)、小电脑系统介面(SmallComputerSystemInterface；SCSI)、通用序列汇流排(universalserialbus；USB)、整合驱动电子(IntegratedDriveElectronics；IDE)等传输介面的嵌入式控制器(embeddedcontroller)或控制晶片(controlchip)等晶片以及其他电路所组成的控制器。介面控制器100作为存储器晶片150与主机(例如，个人电脑、笔记本电脑、伺服器等)之间的桥接器(例如与主机端的进阶主机控制汇流排介面(AdvancedHostControllerInterface；AHCI)主机汇流排配接器(HostBusAdapter；HBA)连接)，以使主机可存取储存于存储器晶片150中的资料。介面控制器100包括处理单元(未绘示)以执行韧体(firmware)阶层的功能，这些功能例如是错误校正编码(Error-correctingcode；ECC)、平均磨损(Wearleveling)、损坏区块(badblock)映射、读取及写入快取(cache)及加密(Encryption)等功能。

存储器晶片150包括存储器单元151、缓冲单元153及控制单元155，存储器单元151、缓冲单元153及控制单元155可内嵌(embedded)于存储器晶片150上，亦可以是透过任何线路或传输介面相互连接。存储器单元151例如是反及快闪(NANDFlash)存储器、反或快闪(NORFlash)存储器或其他挥发性或非挥发性存储器之存储器。缓冲单元153例如是静态随机存取存储器(StaticRandomAccessMemory；SRAM)、静态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory；DRAM)等类型的缓冲器。其中，当发生读取操作时，控制单元155对存储器单元151读出缓冲资料至缓冲单元153，且透过缓冲单元153输出缓冲资料(例如，透过开放式反及闸快闪存储器介面(OpenNANDFlashInterface；ONFI)、触发双倍资料速率(toggleDDR)介面)。

图2说明页面读取操作的时序图。请参照图2，当存储器晶片150接收到介面控制器100所传送包括指令210(例如，指令集(CMDSet)00h)、储存位址220(例如，包括区块索引(blockindex)、页面(page)索引及位元组位址)及指令240(例如，CMDSet30h)的读取指令，控制单元155便会依据读取指令所指示的储存位址220而自存储器单元151中读出一个页面单位容量(例如，16千位元组(KB)、8千位元组、32千位元组等)的缓冲资料250至缓冲单元153，并透过缓冲单元153输出缓冲资料250。

值得说明的是，在传统的页面读取操作中，缓冲单元153将整个页面单位容量的缓冲资料250直接输出至介面控制器100。其中，无论主机所要求读取的资料大小是否等于此页面单位容量，缓冲单元153仍会输出页面单位容量的缓冲资料。此外，存储器晶片150与介面控制器100之间的资料传输速度于整个资料传输系统(例如包括存储器晶片150、介面控制器100及主机)中是最慢的。因此，本发明实施例便是着重于提升存储器晶片150与介面控制器100之间的小档案的存取速度，以下将举实施例说明之。

图3是依据本发明一实施例说明一种资料储存系统10的资料读取方法的流程图。请参照图3，本实施例的资料读取方法适用于图1的资料储存系统10。下文中，将结合资料储存系统10中的各项元件说明本发明实施例所述的资料读取方法。本方法的各个流程可依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。

在步骤S310中，介面控制器100接收读取命令。具体而言，当主机的操作系统欲读取储存于资料储存系统10中的程序库档案(libraryfile)、文件档案、多媒体档案等类型的档案时，主机将透过其与介面控制器100连接的传输介面(例如，AHCI、IDE等)传送读取命令至介面控制器100，介面控制器100便能接收到读取命令。

在步骤S330中，介面控制器100判断读取命令所要求的资料大小是否小于缓冲资料的大小，从而选择对应于资料大小的读取指令并传送至存储器晶片150。在本实施例中，此缓冲资料的大小即是前述实施例说明缓冲单元153自存储器单元151所读出的页面单位容量。介面控制器100经由主机所传送的读取命令中取得读取命令所要求储存位址及资料大小，并于快闪转译层(flashtranslationlayer；FTL)寻找对应的页面。由于快闪转译层中已记录逻辑区块位址(logicalblockaddress)及实体区块位址(physicalblockaddress)的位置对应，介面控制器100便能得知读取命令所要求的读取资料位于存储器单元151中所储存的储存位址。此外，当介面控制器100判断读取命令所要求的资料大小小于缓冲资料之大小时，介面控制器100取得读取命令对应于存储器晶片150中的储存位址，并依据储存位址及资料大小选择对应的读取指令。

举例而言，图4是依据本发明一实施例说明介面控制器100决定读取指令的方法流程图。在步骤S410中，介面控制器100接收主机所传送的读取命令。接着，介面控制器100判断读取命令所要求的资料大小是否小于例如16千位元组(即，一个页面单位容量)(步骤S430)。若读取命令所要求的资料大小未小于16千位元组，则介面控制器100会传送既有的读取指令(例如图2所说明的CMDSet00h、储存位址及CMDSet30h)(步骤S435)。

反之，若介面控制器100判断读取命令所要求的资料大小小于16千位元组，则介面控制器100将继续判断资料大小(例如，判断为4千位元组、8千位元组或12千位元组等)(步骤S450)。需说明的是，步骤S450亦可与步骤S430结合直接判断资料大小，本发明实施例不加以限制。

接着，介面控制器100将根据逻辑区块位址(LBA)来判断读取命令所要求的读取资料位于存储器单元151中所储存的储存位址(步骤S470)。需说明的是，在一实施例中，主机的操作系统可先采用例如四千位元组对准(alignment)来对存储器单元151中的储存位址进行配置，介面控制器100便可根据逻辑区块位址除以四千位元组后再除以四千位元组的余数，来判断读取资料位于存储器单元151中某一页面中第几个四千位元组。例如，余数为零代表第四个四千位元组，余数为1代表第一个，依此类推。在其他实施例中，主机的操作系统亦可不采用四千位元组对准(alignment)，而针对占据存储器单元151中两个页面的读取资料则将决定对应此两个页面的读取指令。

在步骤S490中，介面控制器100便是依据步骤S450所判断的资料大小来决定输出的读取指令。举例而言，针对资料大小为4千位元组，若读取资料位于页面中第一个4千位元组，则使用00h搭配40h。若读取资料位于页面中第二个4千位元组，则使用00h搭配41h，依此类推。此外，针对读取资料为任两个4千位元组，使用00h搭配44h～49h而对应于页面中位于不同位置4千位元组组合的读取资料。而针对读取资料为任三个4千位元组，使用00h搭配4Ah～4Dh而对应于页面中位于不同位置4千位元组组合的读取资料。

藉此，本发明实施例便可针对小于页面单位容量的档案发出特定的读取指令(例如，00h搭配40h～4Dh等)，请接着参照图3的步骤S350，当存储器晶片150接收到要求小于缓冲资料之大小(即，页面单位容量)的读取指令(例如，图4之范例说明的00h搭配44h～4Dh等)时，存储器晶片150自缓冲单元153中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料至介面控制器100。

在本实施例中，存储器晶片150的控制单元155将页面单位容量的缓冲资料读取至缓冲单元153，其中缓冲资料包括读取资料，且控制单元155依据读取指令而自缓冲资料中输出读取指令所要求的资料大小的读取资料至介面控制器100。具体而言，控制单元155所接收的读取指令包含读取资料的储存位址，控制单元155便依据此储存位址自存储器单元151中读出页面单位容量的对应页面至缓冲单元153。

在本实施例中，缓冲单元153中所暂存的缓冲资料之资料大小为页面单位容量。而控制单元155自缓冲资料中选择读取指令所对应的资料区段作为读取资料而输出至介面控制器100。举例而言，假设读取指令为00h搭配40h，则控制单元155将页面单位容量的缓冲资料中第一个四千位元组的资料区段作为读取资料，并输出至介面控制器100，其他读取指令例如00h搭配41h～4Dh则依此类推。因此，介面控制器100便无须将多余的资料排除掉，而可直接将小于页面单位容量的读取资料传回主机，以回应主机的读取命令。

另一观点而言，图5为依据本发明一实施例说明存储器晶片150的资料读取方法的流程图。请参照图5，本实施例适用于图1所示存储器晶片150，存储器晶片150的资料读取方法包括下列步骤。当接收到要求小于缓冲资料之大小的读取指令时，自存储器晶片150的缓冲单元153中输出对应于读取指令的部份的缓冲资料(步骤S510)。其中，当发生读取操作时，自存储器晶片150的存储器单元中151读出缓冲资料至缓冲单元153。且其中，本资料读取方法的各个流程可依照实施情形而对应地调整，且并不仅限于此。并且，上述步骤的细节可参照图1至图4的实施例的说明，在此不再赘述。

表(1)是传统方法与本发明实施例的模拟数据对照表。在本发明实施例中，无论是使用SATA介面或PCIe介面都能有效减少延迟时间，从而有效提升传输速度。而应用于固态硬盘(SSD)技术中，相较于传统架构在多执行续随机读取的每秒四千位元组输入输出(Input/OutputPersecond；IOPs)中达到100K的处理量即为高效能的评断而言，本发明实施例无须更换例如PCIe介面即可大幅提升4千位元组IOPs的处理量。其中，若使用PCIe介面的固态硬盘，另采用8通道(channel)及交错(interleave)的操作，传统方法仅能达到120K的处理量，但本发明实施例则可节省45％的延迟，进而使4千位元组IOPs提升至220K的处理量。

表(1)

综上所述，本发明实施例所述的介面控制器可判断主机传送的读取命令所要求的资料大小是否小于页面单位容量，并据以产生对应的读取指令。其中，当读取指令所要求的资料大小小于页面单位容量时，存储器晶片便会依据读取指令，而自缓冲资料中选择对应的资料区段来作为读取资料，并传送至介面控制器。藉此，针对小档案的随机存取，本发明实施例便能有效减少传输的延迟时间，更能增加整体的传输速度。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种存储器晶片，包括：

一存储器单元；

一缓冲单元，当发生一读取操作时，对该存储器单元读出一缓冲资料；以及

一控制单元，耦接该缓冲单元及该存储器单元，其中

当该控制单元接收到要求小于该缓冲资料之大小的一读取指令时，该控制单元自该缓冲单元中输出对应于该读取指令的部份的该缓冲资料。

2.如权利要求1所述的存储器晶片，其特征在于，该控制单元自该存储器单元中将一页面单位容量的该缓冲资料读取至该缓冲单元，其中该缓冲资料包括一读取资料，且该控制单元依据该读取指令而自该缓冲资料中输出小于该页面单位容量的该读取资料。

3.如权利要求2所述的存储器晶片，其特征在于，该控制单元自该缓冲资料中选择该读取指令所对应的一资料区段作为该读取资料而输出。

4.一种资料储存系统，包括：

一介面控制器；以及

一存储器晶片，耦接该介面控制器，其中该存储器晶片包括：

一存储器单元；以及

一缓冲单元，当发生一读取动作时，对该存储器单元读出一缓冲资料，其中

该介面控制器接收一读取命令，并判断该读取命令所要求的一资料大小是否小于该缓冲资料的大小，从而选择对应于该资料大小的一读取指令并传送至该存储器晶片，其中

当该存储器晶片接收到要求小于该缓冲资料之大小的该读取指令时，该存储器晶片自该缓冲单元中输出对应于该读取指令的部份的该缓冲资料至该介面控制器。

5.如权利要求4所述的资料储存系统，其特征在于，当该介面控制器判断该读取命令所要求的该资料大小小于该缓冲资料之大小时，该介面控制器取得该读取命令对应于该存储器晶片中的一储存位址，并依据该储存位址及该资料大小选择对应的该读取指令。

6.如权利要求4所述的资料储存系统，其特征在于，该存储器晶片将一页面单位容量的该缓冲资料读取至该缓冲单元，其中该缓冲资料包括一读取资料，且该存储器晶片依据该读取指令而自该缓冲资料中输出该资料大小的该读取资料至该介面控制器。

7.如权利要求6所述的资料储存系统，其特征在于，该存储器晶片自该缓冲资料中选择该读取指令所对应的一资料区段作为该读取资料而输出至该介面控制器。

8.一种资料读取方法，适用于一存储器晶片，该资料传输方法包括：

当接收到要求小于一缓冲资料之大小的一读取指令时，自该存储器晶片的一缓冲单元中输出对应于该读取指令的部份的该缓冲资料，其中

当发生一读取动作时，自该存储器晶片的一存储器单元中读出该缓冲资料至该缓冲单元。

9.如权利要求8所述的资料读取方法，其特征在于，自该存储器晶片的该缓冲单元中输出对应于该读取指令的部份的该缓冲资料的步骤包括：

自该存储器单元中将一页面单位容量的该缓冲资料读取至该缓冲单元，其中该缓冲资料包括一读取资料；以及

依据该读取指令而自该缓冲资料中输出小于该页面单位容量的该读取资料。

10.如权利要求9所述的资料读取方法，其特征在于，依据该读取指令而自该缓冲资料中输出小于该页面单位容量的该读取资料的步骤包括：

自该缓冲资料中选择该读取指令所对应的一资料区段作为该读取资料而输出。