專利名稱：用于具有限制刪除頻率的存儲器的存取控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在一個以塊方式用于具有限制刪除頻率的存儲器借助于地址變換的存取控制方法，存儲器包括有可提供用戶存取的有效存儲器塊。
已經(jīng)知道，具有限制刪除頻率的存儲器由于單個存儲器段具有完全不同的用途，為了比較好的充分利用其限制頻繁使用，將具有限制刪除頻率的存儲器分成為單個的可刪除的存儲器塊，將這些存儲器塊借助于地址變換按照地址進行控制，此時當開始使用存儲器時將很多備用塊從地址中取出，這些備用塊各自只有當目前使用的塊完全被利用以后和不能再使用時逐步通過備用方式的地址裝置投入運行。然而這種方法限制各自可提供使用的塊數(shù)，并且在使用備用塊以后留下很多或多或少被使用過但是沒有完全利用的塊。而且隨著被廢棄塊數(shù)量的增加，檢查是否某些地址可以用其它備用區(qū)代替，也變得復雜了。
此外已知，記錄時間和／或刪除時間與存儲器的各個老化狀態(tài)相對應。
本發(fā)明的任務是公開一種方法，在其中沒有保留備用塊和幾乎毫無剩余地均衡地充分利用塊的刪除可能性。
解決方法是，經(jīng)過指示表格進行地址變換和將對應于每個地址指示將刪除有用等級用表格方式保存，當各自達到預先規(guī)定的刪除狀態(tài)判據(jù)時將刪除有用等級提高，然后在指示表格中其它的刪除有用等級-登錄搜索與現(xiàn)實刪除有用等級最小距離的比較低的刪除有用等級，并且如果找到了這樣的刪除有用等級時，則將相應的地址指示和刪除有用等級與在輸出指示位置上的進行交換并且將對應于這些地址指示的有用存儲-塊內(nèi)容同樣進行交換。
將有利的結(jié)構(gòu)敘述在從屬權(quán)利要求中。
因為不能將所有在開始時由于制造誤差有缺陷的存儲器塊放入地址表格中，通過新的方法實際上所有可使用的存儲器塊幾乎可以充分使用到其最大頻繁刪除界限；讀取實際上可以不受限制；在新的內(nèi)容記錄之前必須被刪除。當存儲器塊達到其可使用性的終點時，將存儲器塊與很少刪除的被使用的地址相關(guān)，和相應的將更加很少刪除的塊與目前比較高頻率的地址相關(guān)。用這種方法實際上絕對不會由于超負荷出現(xiàn)故障，并且非常明顯的提高了系統(tǒng)可靠性。一開始有故障的塊一般來說在0-2％之間和允許的刪除循環(huán)頻繁性例如為一百萬。使用非直接選擇地址一方面排除了使用一開始有故障的塊并且此外確保了幾乎無剩余的充分利用功能合格塊的壽命容量。
為了解決由于刪除過程出現(xiàn)的塊的損耗，用存取程序進行工作，這個程序不僅在計算機起動時并且在每次刪除過程時對單個塊的損耗進行監(jiān)控和轉(zhuǎn)換地址和管理和保護地址表格。
按照各種刪除狀態(tài)判據(jù)，可以單獨或者共同的使用這些判據(jù)，將在這之前被刪除的有用存儲器塊的刪除有用等級進行各自現(xiàn)實的登錄。
使用各個有用存儲器塊的所有刪除過程的模-計數(shù)作為第一個刪除狀態(tài)判據(jù)，因此在其中至少引入一個模計數(shù)器和在每次刪除過程時被增量和在每次模運行時被使用于刪除有用等級-登錄的增量。
使用各自要求的記錄時間和／或刪除時間作為另外的刪除狀態(tài)判據(jù)。如果后面監(jiān)控沒有完全進行的記錄或刪除，這些記錄時間和／或刪除時間或者然后各自被提高，或者按照另外的與系統(tǒng)有關(guān)的老化曲線由存儲器內(nèi)部確定。
記錄時間和／或刪除時間愈長，則進行的刪除有用等級-登錄也愈高。在存儲器內(nèi)部產(chǎn)生記錄時間以及產(chǎn)生刪除時間時，各自在一個時間節(jié)拍計數(shù)器上求出時間周期，將其結(jié)束狀態(tài)然后各自被利用作為刪除狀態(tài)判據(jù)。
此外考慮了這樣的可識別的損耗現(xiàn)象，這種損耗現(xiàn)象導致了一種通過冗余可修復的數(shù)據(jù)讀取故障，如果這些塊在每次可修復故障情況下被定量地降一級。
保持地址數(shù)據(jù)和損耗數(shù)據(jù)是在存儲器本身以及在存儲器塊上進行的，則最后保持到經(jīng)過損耗過程的整個生命期，和不會在例如從一個計算機換成另外的計算機更換存儲器時丟失或可能被解相關(guān)。
為了找到地數(shù)據(jù)和損耗數(shù)據(jù)安排了固定塊，這個固定塊按照物理地址是第一個可使用的存儲器塊，并且借助于在其中存儲的識別數(shù)是可以找到的。在這個固定塊上安排用于程序編碼的指示和具有到其它塊的指示或必要時到其它區(qū)的指示表格，如果將塊分成區(qū)時，以及到其為了安全性安排的副本。
將塊地址指示以及區(qū)地址指示保存在為此安排的存儲器塊中。這些塊指示以及區(qū)指示按照其本身的邏輯地址在那里用一個指示表格的形式存儲。按照地址同步的在相同塊的其它區(qū)里進行對應的刪除有用等級-登錄。整個塊的復本用于安全性和如果正巧在新裝入時電流中斷可能出現(xiàn)不完整的內(nèi)容時有可能進行改造。
將多個，例如16個區(qū)，例如512字節(jié)，綜合成為一個共同準備刪除的塊認為指示表格的存儲器費用是在嚴格的界限之內(nèi)，則大約99．8％的功能塊是可以使用的。
一般來說存儲器是由很多存儲器組件構(gòu)成的，這些組件又包括有很多塊。因此塊指示是由芯片地址部分和塊地址部分構(gòu)成的，而芯片地址部分和塊地址部分是組合在一起存儲的。這些地址最好是以單元方式用兩次方計算的二進制數(shù)存儲。例如將256個塊地址順序存儲在地址指示表格的一個區(qū)中和將四個這樣的區(qū)一共1024個塊地址并排排列在一起。
用戶數(shù)據(jù)最好在塊內(nèi)的區(qū)中并且在其中以數(shù)據(jù)串方式分布。這些區(qū)最好連同一些備用字節(jié)有512字節(jié)的長度用于故障識別和故障修正的檢查字節(jié)以及用于刪除過程的模計數(shù)器。每個數(shù)據(jù)串可以有不同長度和一般包括有100和200之間的字節(jié)，在這些字節(jié)上各自附上四個檢查字節(jié)，則二到四個數(shù)據(jù)串位于一個塊中。
如果區(qū)被刪除，綜合檢查例如Reed Solomon編碼無效。檢查電路通報一個相應的狀態(tài)進入繼續(xù)計算。當這個塊的其它區(qū)新記錄時被刪除的但是沒有安排新內(nèi)容的區(qū)不允許記錄；它們必須不能記錄，以便有可能以后產(chǎn)生綜合修正。
將存儲器分成可以一同刪除的塊的優(yōu)點是，例如為8千字節(jié)，管理工作比對塊的單個區(qū)的處理有效，并且對管理存儲器的需求非常?。淮蠹s為0．2％。為此需要的塊指示包括各個芯片內(nèi)部的芯片選擇部分和塊地址部分。
當將邏輯塊地址翻譯成物理塊地址時是用第一個邏輯地址部分在固定塊上選擇表格，用表格中的內(nèi)容控制相應的指示表格塊，其中第二個邏輯地址部分選定地址指示表格中相應的區(qū)和第三個邏輯地址部分準備好區(qū)中的相應地址指示，用其芯片號碼部分和塊號碼部分獲悉有用存儲器塊的地址。
有利的是將至少最后使用的地址指示表格區(qū)和在計算機的管理存儲器中的固定塊取消，然后則如果進行連續(xù)選擇地址時，各自在連續(xù)的存儲器調(diào)入時立即使用區(qū)中的下一個地址指示，一直達到區(qū)結(jié)束。
有利的是將地址指示表格塊各自分成對應于兩次方的子單元數(shù)；從而由一個整個二進制建立的邏輯地址的單個比特組可以直接使用于選擇地址。例如四個比特選定塊中的區(qū)和八個比特選定區(qū)中的地址指示。其它的比特用于經(jīng)過固定塊上的表格選定指示塊。
為了平衡單個用戶塊的損耗在每個區(qū)中引入例如2字節(jié)長的模-計數(shù)器，在每次刪除過程之后將其內(nèi)容提高一個一。在刪除不同頻繁使用的塊之間的數(shù)據(jù)交換幀之后的塊新記錄時各自以區(qū)的方式將數(shù)據(jù)分成串和將其各自與被生成的ECC-編碼，多余的故障修正編碼、存儲和為此模-計數(shù)器在這里計數(shù)。塊的所有區(qū)具有相同的模-計數(shù)器水平，這在以后讀取出現(xiàn)矛盾時作為冗余被使用在修復上。如果模通過時是關(guān)閉的即如果計數(shù)器內(nèi)容出現(xiàn)零時，則進行檢查。
如果例如當模為2的16次方-計數(shù)時，即在計數(shù)器中包括有兩個字節(jié)時，一個過程是完整的，將附加在地址指示表格上的刪除有用等級-表格調(diào)入和在相應表格區(qū)中的塊的刪除有用等級提高一個一。將新計算的刪除有用等級，這最好作為一個二進制數(shù)存儲在一個字節(jié)中，登錄在刪除有用表格中。隨后它被檢查，是否它與在刪除等級表格中的最低等級有一個最小距離。必要時將地址指示與被找到的和現(xiàn)實登錄的刪除有用等級進行的交換，和將具有安全措施的相應有用存儲器塊內(nèi)容中的有用信息進行的交換和以前一樣進行記錄。
用這種方法將重復頻繁使用的邏輯地址各自重新從屬于這樣的物理的塊，而這些物理塊比目前從屬的塊是很少使用的。從而產(chǎn)生均衡的損耗。
尋找比較低的或最低登錄的搜索過程進行的很快和很容易，因為準備比較的量最好被編碼在唯一的字節(jié)中并且按順序地存儲在區(qū)中。從搜索中得到的位置地址，被確定比較低和最低的等級在那里，然后推導出對應塊的邏輯地址。
第一次搜索在程序起動以后最好在地址指示塊上開始，在其中存儲著現(xiàn)實的準備提高的刪除有用等級登錄和現(xiàn)實的地址指示。每次搜索過程的結(jié)果作為索引固定保存在刪除有用等級表格中，并且各個下一個搜索過程然后在下一個索引時開始。索引的增量產(chǎn)生現(xiàn)有塊總數(shù)的模。刪除地址指示表格塊的數(shù)目遠遠比最大允許的刪除數(shù)目低，這可以從塊的指示數(shù)與安排的刪除有用等級數(shù)的乘積中得出，這達到了小于兩倍的刪除數(shù)目。
在尋找損耗最小的塊情況下，當接通計算機時在所謂的加速時搜索程序?qū)ふ掖碜钚p耗的登錄時，并且將這個數(shù)值對于繼續(xù)搜索過程作為比較數(shù)值持久保存在計算機存儲器中。如果在以后的搜索過程中沒有找到具有一個這樣的刪除有用等級的塊時，則將最小的損耗等級提高并且使用在繼續(xù)的搜索中。在這種特殊情況下不發(fā)生繼續(xù)搜索，并且取消與其它存儲器的內(nèi)容交換。只提高其損耗等級登錄。
此外關(guān)于有用存儲器塊質(zhì)量的登錄和平均使用有用存儲器塊的戰(zhàn)略有利的補充如下，每次在這些塊以及在其區(qū)上發(fā)現(xiàn)讀取故障時，將這些通過借助于ECC-綜合的自動故障修正或通過重新讀取避免，同樣可以使用損耗等級作為刪除有用等級在表格中登錄，從此則一個塊逐漸被非常少地使用。所有的塊這樣繼續(xù)均衡地損耗，并且不需要備用塊，并且所有塊的實際可使用性幾乎可以使用到它們的壽命終結(jié)。
存儲器壽命數(shù)目的終結(jié)可以如一般從統(tǒng)計經(jīng)驗中決定，然而刪除過程數(shù)目的界限還允許在運行中與實際情況相匹配，如果還沒有確認損耗現(xiàn)象時，特別是如果讀取故障通過保持冗余只很少被發(fā)現(xiàn)。
一個特別的有爭議的過程是改變地址指示塊，因為此時可能產(chǎn)生故障，特別是如果此時出現(xiàn)電流中斷。因此將每個地址指示塊復制保存在存儲器中和將兩個塊在改變以前進行比較，并且然后先后引入同樣的內(nèi)容。
在加速時將原始的和復制的進行比較，此時有必要識別在斷開以前還沒有被占滿的塊，并且隨后借助于復本將其帶入相同的狀態(tài)。
如果原始塊已經(jīng)重新記錄，而復制塊在斷開瞬間還沒有被刪除，則人們識別的是在比較高損耗等級-登錄上的比較新的狀態(tài)，并且從而也得到相應新的地址指示登錄的指示。按照這個將復制塊更新，并且將有用-存儲器-瞬間內(nèi)容進行交換。
附

圖1表示了存儲器結(jié)構(gòu)化的框圖和存取路徑。
在第一個存儲器組件上的第一個可使用的塊是固定塊AB。這個在固定區(qū)中包括有識別數(shù)EZ，用于程序編碼PK的指示ZP和表格PBT，這些包括地址指示表格AZTO、AZTD等原始塊和復制塊的各自成對的指示ZO1、ZD1、ZO2、ZD2。
包括地址指示表格AZTO、AZTD的區(qū)S0-S3，在其中并排存儲了地址指示AP0、AP1-AP1023。
此外在S4、S5區(qū)中以緊湊的形式如同地址指示AP0、AP1．．．一樣的順序并排排列存儲了刪除有用等級LN0、LN1-LN1023。
地址指示AP0、AP1．．．表示各自在存儲器芯片C1、C2上和其中的有用存儲器塊NB0、NB1上由于使用經(jīng)歷位于存儲器中的分布，其中參考符號的數(shù)字代表邏輯塊地址。
用其內(nèi)部的區(qū)結(jié)構(gòu)表示了有用存儲器塊NBO；有16個區(qū)，其中一個被稱為SS區(qū)和在其中添滿結(jié)構(gòu)化的內(nèi)容。
每個SS區(qū)包括長度為168以及176字節(jié)的三個數(shù)據(jù)串DS0-DS2，一共512字節(jié)，和此外各自有每個為4字節(jié)的綜合修正PS0-PS2和具有2字節(jié)的模計數(shù)器存儲器MC。
用二進制建立的邏輯地址LA的地址變換是用第一個邏輯地址段LA1在固定區(qū)AS的表格PBT中的指示位置上尋址。
第二個邏輯地址段LA2在相對于塊開始中的一個區(qū)S0-S3中尋址。
第三個邏輯地址段LS3決定被選擇區(qū)內(nèi)的地址指示AP0-AP1023中的一個的位置。
當選擇相應的刪除有用等級-登錄情況時第二個和第三個邏輯地址段的分布有些不同，其中第二個LA2*和第三個地址段LA3*各自縮短以及加長一個比特。
地址指示位置的或在表格AZTO上有用等級-登錄位置的逆變換在相反方向毫無問題地進行。
數(shù)據(jù)變換連接和選定過程的作用連接是原理象征性地和只是現(xiàn)在，例如對于芯片選定、塊選定和區(qū)選擇，具體地在各個芯片上或在芯片卡上實現(xiàn)。+1加法器用刪除信號L將模-計數(shù)器MC中的內(nèi)容提高，和用于提高(+1)有用等級-登錄的模-通過信號(=0)的路徑在正巧與地址指示AP1并聯(lián)的選定計數(shù)器LN1只能作為比喻和功能性地去理解。
放入計算機存儲器中的復本COPY和與一個搜索過程SU同樣如同地址指示表格的原始塊AZTO和復制塊AZTD一樣各自在比較器( =)中進行比較也抽象符號化。搜索過程SU和比較( =)產(chǎn)生操作信號CD、CD1，將這些與程序部分PK進行處理并且產(chǎn)生相應的控制信號ST。
權(quán)利要求
1．在用塊方式的具有限制刪除頻率的存儲器的計算機上借助于地址變換的存取控制的方法，存儲器包括有可提供給用戶存取的有用存儲器塊(NB0，NB1)，其特征為，經(jīng)過指示表格(AZTO)進行地址變換和對應于每個地址指示(AP0，-AP1023)的刪除有用等級(LN0，-LN1023)是以表格方式保存的，當刪除有用等級各自達到預先規(guī)定的刪除狀態(tài)判據(jù)時被提高，隨后在指示表格(ANTO)上其它的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023…)用與現(xiàn)實的刪除有用等級最短距離搜索最低的刪除有用等級，并且如果找到這樣的刪除有用等級時，將相應的地址指示(AP0，-AP1023…)和刪除有用等級與在輸出指示位置(AP1)上的進行交換，并且將各自對應于這些地址指示的有用存儲器-塊內(nèi)容同樣進行交換。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征為，刪除狀態(tài)判據(jù)是這樣構(gòu)成的，如果在每個有用-存儲器塊(NB0)上除了引入有用數(shù)據(jù)字節(jié)(DS0，-DS2)和檢查字節(jié)(PS0，-PS2)以外還引入模-刪除過程計數(shù)器(MC)，在每次刪除過程(L)時將其內(nèi)容現(xiàn)實化，并且在每次完整的模-通過時認為達到了刪除狀態(tài)判據(jù)。
3．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，將記錄數(shù)據(jù)和／或刪除時間認定為與老化是一致的，并且將這個作為刪除狀態(tài)判據(jù)處理，并且根據(jù)這個進行保存在表格中的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023)。
4．按照權(quán)利要求3的方法，其特征為，有用存儲器塊(NR0，-NR1)在每次記錄過程和／或在每次刪除過程之后檢查過程的完整性和在要求情況下用一個比較長的記錄時間或刪除時間重復各個過程，然后將這些作為刪除狀態(tài)判據(jù)進行處理。
5．按照權(quán)利要求3至4之一的方法，其特征為，用時間計數(shù)器求出各個記錄時間或刪除時間，并且將各個計數(shù)器結(jié)束狀態(tài)處理為刪除狀態(tài)判據(jù)。
6．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，將有用數(shù)據(jù)字節(jié)(DS0，-DS2)和檢查字節(jié)(PS0，-PS2)為了讀取故障修正存儲在每個有用存儲器塊(NB0，-NB1)中，并且然后如果在讀取有用存儲器塊(NB0，-NB1)時通過檢查字節(jié)(PS0，-PS2)決定可以改造故障情況時，將這個作為刪除狀態(tài)判據(jù)處理，并且按照這個將相應的有用存儲器塊(NB0，-NB1)用表格保存的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023)提高預先規(guī)定的等級數(shù)。
7．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，將指示表格(AZTO)中的地址指示(AP0，-AP1023)按照順序?qū)诟鱾€區(qū)(S0，-S3)分別放入在至少一個在區(qū)(S0，-S5)中分成的存儲器塊中，并且將各個對應于區(qū)地址指示的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023)以相應的順序安排存儲在相同存儲塊的其它區(qū)(S4，S5)中。
8．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，指示表格(AZTO)以兩倍方式保持存儲和然后如果得出一個讀取故障時，用復本(AZTD)將內(nèi)容進行改造。
9．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，每個有用存儲器塊(NB0，NB1)被分成很多區(qū)(SS)，和用塊方式和區(qū)方式被分成的指示表格(AP0，-AP1023)和各自有一個與所有對應于塊的區(qū)近似同步連續(xù)計數(shù)的模-刪除過程計數(shù)器(MC)從屬于有用存儲器塊(NB0，NB1)的每個區(qū)(SS)，并且隨時檢查其近似同步運行和當計數(shù)器內(nèi)容有偏差時將這個按照其它計數(shù)器(MC)的冗余內(nèi)容重新恢復。
10．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，在接通程序運行時在指示表格(AZTO，AZTD，COPY)上的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023)搜索現(xiàn)實最低的和將這個現(xiàn)實最低的存儲在計算機內(nèi)部的存儲器中和在每次繼續(xù)的搜索過程時將這個具有現(xiàn)實最低數(shù)值的存儲器現(xiàn)實化。
11．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，在起動之后首次搜索在存儲器塊上的指示表格(AZTO，COPY)中的刪除有用等級-登錄(LN0，-LN1023)開始，在存儲器塊中保存了現(xiàn)實的地址指示(AP0，-AP1023)，和將每次搜索過程的結(jié)果作為索引固定保存在刪除有用等級表格中。
12．按照權(quán)利要求11的方法，其特征為，連續(xù)搜索過程在刪除有用等級表格中各自從模的下一個索引開始和將現(xiàn)有總塊數(shù)的模的索引進行增量。
13．按照權(quán)利要求之一的方法，其特征為，將每個有用存儲器塊(NB0，NB1)分成16個區(qū)(SS)，每個為512字節(jié)，并且在這些中存儲了一個或多個有用數(shù)據(jù)串(DS0，DS1，DS2)與各自連接在其上的檢查字節(jié)(PS0，-PS2)以及模-刪除過程計數(shù)器(MC)。
14．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，有用存儲器是由多個存儲器組件(C1，C2)構(gòu)成的并且作為地址指示(AP0，-AP1023)將存儲器組件號碼(C1，C2)和組件內(nèi)部有效的塊號碼(NB1，NB2)組合在一起存儲。
15．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，在第一個可使用的存儲器塊中安排了一個固定塊(AB)，在其上記錄了識別數(shù)(EZ)，在每次加速過程時搜索這個識別數(shù)，和將指示(ZP)存儲在程序(PK)中用于執(zhí)行本方法和存儲了表格(PBT)，其內(nèi)容是給出原始指示表格(Z01，Z02)和指示表格-復本(ZD1，ZD2)的位置。
16．按照權(quán)利要求15的方法，其特征為，將表格(PBT)從固定塊(AB)中復制到計算機內(nèi)部存儲器中并且在那里同步保存。
17．按照上述權(quán)利要求之一的方法，其特征為，至少指示表格(AZTO)最后使用的區(qū)(S0，-S5)，在內(nèi)部管理存儲器中附加作為復本(COPY)保存并且在那里進行程序處理。
全文摘要
在以塊方式的具有限制刪除頻率的存儲器的計算機中的存取控制方法,存儲器包括可提供給用戶存取的有用存儲器塊(NB0,NB1),借助于地址變換,此時地址變換是經(jīng)過指示表格(AZT0)進行的和對應于每個地址指示(AP0,－AP1023)用表格保存了刪除有用等級(LN0,－LN1023),各自當達到預先規(guī)定的刪除狀態(tài)判據(jù)時刪除有用等級被提高,隨后在指示表格(AZT0)中搜索其它的刪除有用等級－登錄(LN0,－LN1023),直到找到一個比較低的刪除有用等級時,隨后將相應的地址指示(AP0,－AP1023)與在輸出指示位置(AP1)上的地址指示進行交換,和將各個對應于這些地址指示的有用存儲器－塊內(nèi)容進行交換和,各自當完整的搜索過程以后沒有找到比較低的刪除有用等級時,中斷搜索。
文檔編號G06F12/02GK1278934SQ98810919
公開日2001年1月3日 申請日期1998年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月4日
發(fā)明者奧托·穆勒 申請人:奧托·穆勒