專利名稱：數(shù)據(jù)區(qū)段尺寸不同于存儲(chǔ)器頁(yè)面和/或區(qū)塊尺寸之非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的操作技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器系統(tǒng)，尤其是非易失性的存儲(chǔ)器系
統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于閃速可電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。
背景技術(shù)：
閃速EEPROM系統(tǒng)正在應(yīng)用于許多方面，尤其是封裝在封閉卡 中，該卡能夠可拆卸地連接到一個(gè)主機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)前的商業(yè)存儲(chǔ)卡格式 包括個(gè)人計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)卡國(guó)際協(xié)會(huì)(PCMCIA ) 、 CompactFlash (CF)、多媒體卡(MMC)和"安全數(shù)字"(SD)的格式。這些 卡的一個(gè)供應(yīng)商是SanDisk公司一一本申請(qǐng)書的受讓人。使用了此類 卡的主機(jī)系統(tǒng)包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算設(shè)備、照相 機(jī)、音頻重現(xiàn)設(shè)備等等。閃速EEPROM系統(tǒng)也用于嵌入主機(jī)系統(tǒng)的 大容量存儲(chǔ)器。
此類非易失性的存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器單元的陣列和系 統(tǒng)控制器。該控制器管理著與主機(jī)系統(tǒng)的通信以及在存儲(chǔ)器單元陣列 中存放和檢索用戶數(shù)據(jù)的操作。存儲(chǔ)器單元組成若干單元區(qū)塊， 一個(gè) 單元區(qū)塊就是可同時(shí)擦除之單元的最小的組。在一個(gè)或多個(gè)單元區(qū)塊 寫入數(shù)據(jù)之前，要先擦除這些單元區(qū)塊。典型情況下，在主機(jī)和存儲(chǔ) 器陣列之間，用戶數(shù)據(jù)是以區(qū)段的形式傳遞。用戶數(shù)據(jù)的一個(gè)區(qū)段可 以是便于處理的任何數(shù)量，優(yōu)選情況下是小于存儲(chǔ)器區(qū)塊的容量，往 往等于標(biāo)準(zhǔn)磁盤驅(qū)動(dòng)器的扇區(qū)大小一一512字節(jié)。在一個(gè)商業(yè)架構(gòu) 中，存儲(chǔ)器系統(tǒng)區(qū)塊的大小定為存放一個(gè)區(qū)段的用戶數(shù)據(jù)加輔助數(shù) 據(jù)，輔助數(shù)據(jù)的信息包括存放在本區(qū)塊中用戶數(shù)據(jù)所用的糾錯(cuò)碼 (ECC)、本區(qū)塊的使用歷史、存儲(chǔ)器單元區(qū)塊的缺陷和其它物理信息等等。在以下轉(zhuǎn)讓給SanDisk公司的美國(guó)專利和待批準(zhǔn)的申請(qǐng)書 中，介紹了這種類型的非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)的多種實(shí)現(xiàn)方案，其中每 一個(gè)都在這里全文引用作為參考5,172,338、 5，602，987、 5,315,541、 5,200,959、 5,270,979、 5,428,621、 5,663,901、 5,532,962、 5,430,859 和5,712,180號(hào)專利，以及1997年8月7日提交的序列號(hào)為 08/910,947和1999年6月30提交的序列號(hào)為09/343,328的申請(qǐng)書。
另一種類型的非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)使用較大規(guī)模的存儲(chǔ)器單元 區(qū)塊，每一區(qū)塊都存放多個(gè)頁(yè)面， 一個(gè)頁(yè)面就是在僅僅一次寫入操作 中，寫入之?dāng)?shù)據(jù)的最小單位。典型情況下， 一個(gè)頁(yè)面包括用戶數(shù)據(jù)的 一個(gè)區(qū)段，以及與該用戶數(shù)據(jù)和存放該數(shù)據(jù)的區(qū)塊有關(guān)的輔助數(shù)據(jù)。 更有另一種特定的系統(tǒng)，從其提交曰期算起，從商業(yè)上說(shuō)SanDisk公 司已經(jīng)使它可用一年多了，在該系統(tǒng)中，與存放的用戶數(shù)據(jù)有關(guān)的輔 助數(shù)據(jù)，比如ECC,與用戶數(shù)據(jù)一起存放在一個(gè)公共區(qū)段中，而與 存放著該區(qū)段之?dāng)?shù)據(jù)區(qū)塊有關(guān)的輔助數(shù)據(jù)，則寫入一個(gè)不同區(qū)塊的不 同區(qū)段中，作為該區(qū)段的一部分。2000年2月17日提交的序列號(hào)為 09/505,555的專利申請(qǐng)書，給出了這種系統(tǒng)的 一個(gè)實(shí)例，該申請(qǐng)書在 這里全文引用作為參考。
存儲(chǔ)器單元陣列的一種架構(gòu)，由存儲(chǔ)器單元的一行或兩行方便 地形成了一個(gè)區(qū)塊，這些單元在單元的一個(gè)子陣列或其它單位之內(nèi)， 共享一個(gè)公共的擦除門。這里全文引用的、SanDisk公司的5,677,872 號(hào)和5，712，179號(hào)美國(guó)專利給出了這種架構(gòu)的實(shí)例。雖然當(dāng)前最普通 的是在每個(gè)浮動(dòng)?xùn)艈卧写娣乓晃粩?shù)據(jù)，這樣只須定義兩種寫入閨值 電平，而趨勢(shì)卻是通過(guò)建立多于兩種的浮動(dòng)?xùn)啪w管閾值范圍，在每 個(gè)單元中存放多于一位數(shù)據(jù)。目前已經(jīng)有了每個(gè)浮動(dòng)?xùn)糯娣艃晌粩?shù)據(jù) (四種閾值電平范圍或者說(shuō)狀態(tài))的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，未來(lái)的系統(tǒng)可以預(yù) 期每個(gè)單元三位(八種閾值電平范圍或者說(shuō)狀態(tài))和每個(gè)單元四位 (十六種閾值電平范圍)。當(dāng)然，隨著每個(gè)單元中存放的位數(shù)上升， 存放一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段所需要的存儲(chǔ)器單元數(shù)目下降。這個(gè)趨勢(shì)結(jié)合著由 單元結(jié)構(gòu)和一般半導(dǎo)體處理的改善引起的陣列擴(kuò)大，在一行單元的一個(gè)片段中形成一個(gè)存儲(chǔ)器單元區(qū)塊也是切實(shí)可行的。也可以形成區(qū)塊 結(jié)構(gòu)，以便在存儲(chǔ)器單元中每一個(gè)的搡作時(shí)，能夠選擇以兩種狀態(tài) (每單元一位數(shù)據(jù))還是以某些多種比如四種狀態(tài)(每單元兩位數(shù)
據(jù))來(lái)進(jìn)行，正如SanDisk公司的5,930,167號(hào)美國(guó)專利中介紹的， 在這里全文引用它作為參考。
由于把數(shù)據(jù)寫入浮動(dòng)?xùn)糯鎯?chǔ)器單元可能要耗費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間， 所以典型情況下，同時(shí)寫入一行中的大量存儲(chǔ)器單元。但是增大這種 并行性導(dǎo)致電源需求增大，以及鄰近單元電荷的潛在干擾和它們之間 的相互作用。這里全文引用的SanDisk公司的5,890,192號(hào)美國(guó)專利 介紹了一種系統(tǒng)，它通過(guò)同時(shí)把多個(gè)字節(jié)片的數(shù)據(jù)寫入位于不同存儲(chǔ) 器操作單元單位(子陣列)的不同單元區(qū)塊中，使這些效應(yīng)達(dá)到最 小。
以上引用的專利介紹了一種存儲(chǔ)器陣列設(shè)計(jì)，其中在包括字線
的行中，各個(gè)存儲(chǔ)器單元在相鄰位線之間進(jìn)行連接---種"或
非"架構(gòu)。對(duì)于非易失性存儲(chǔ)器陣列， 一種"與非"架構(gòu)在商業(yè)上 也很流行，其中多個(gè)存儲(chǔ)器單元組成的一串，串聯(lián)在各條位線和一個(gè) 參考電位之間，而許多此類串中每一串的一個(gè)單元就形成了單元的 行。文獻(xiàn)中也建議了其它的特定架構(gòu)。以上引用的專利也介紹了一種 類型非易失性存儲(chǔ)器單元的使用，它采用一種導(dǎo)電材料制成的一個(gè)或 兩個(gè)浮動(dòng)?xùn)牛渲写娣胖娮与姾呻娖?，以便控制該單元的有效閾?電平。在多種存儲(chǔ)器陣列架構(gòu)中有用的、存放電子的其它技術(shù)，包括 在兩個(gè)絕緣層之間的一個(gè)絕緣層中束綽電子，而不是使用導(dǎo)電浮動(dòng)?xùn)?的方法。此外，以上引用的專利進(jìn)一步介紹了擦除柵的使用，在每次 擦除一個(gè)或多個(gè)區(qū)塊期間從單元的存儲(chǔ)元件向擦除柵排除電荷。另一 種技術(shù)從擦除元件向基底擦除電荷，該基底作為一個(gè)擦除極。
發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，簡(jiǎn)要地和一般地說(shuō)，不是強(qiáng)制用一個(gè) 區(qū)段或某個(gè)整數(shù)數(shù)目區(qū)段的用戶數(shù)據(jù)以及伴隨的輔助數(shù)據(jù)來(lái)充滿各個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)面，而是至少某些此類數(shù)據(jù)區(qū)段分布在存儲(chǔ)器的兩個(gè)或更多頁(yè) 面中。在一種配置中， 一個(gè)或多個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，連同所有伴隨的輔 助數(shù)據(jù)、 一部分輔助數(shù)據(jù)或者沒有輔助數(shù)據(jù)， 一起寫入存儲(chǔ)器的一個(gè) 頁(yè)面中，而組成方式類似的其它區(qū)段，則以某種方式進(jìn)行劃分并寫入 兩個(gè)或更多頁(yè)面，這種方式能有效地使用這些頁(yè)面的存儲(chǔ)容量。在另 一種配置中，各個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段一一帶有或者沒有至少其輔助數(shù)據(jù)的 某個(gè)部分一一都大于存放它們的頁(yè)面的存儲(chǔ)容量，使得實(shí)際上每一個(gè) 此類區(qū)段都分布在兩個(gè)頁(yè)面中。這些方法提供了許多可能性，改善了 性能，高效地使用一個(gè)具體的存儲(chǔ)器區(qū)塊和頁(yè)面架構(gòu)。如果存儲(chǔ)器系 統(tǒng)只能在每個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊中存放整數(shù)數(shù)目的數(shù)據(jù)區(qū)段，就沒有這些可 能性。無(wú)論是在每個(gè)區(qū)塊包含許多頁(yè)面的系統(tǒng)中，還是在各個(gè)區(qū)塊只 包含單一頁(yè)面的系統(tǒng)中，這些技術(shù)都有應(yīng)用。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面， 一個(gè)區(qū)段主要包含的僅僅是用戶數(shù) 據(jù)，而無(wú)論是用戶數(shù)據(jù)的輔助數(shù)據(jù)，還是寫著用戶數(shù)據(jù)之區(qū)塊的輔助 數(shù)據(jù)，都存放在存儲(chǔ)器單元的其它區(qū)塊中的一個(gè)或多個(gè)其它頁(yè)面中。 這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于一個(gè)給定尺寸的區(qū)塊，增加了可以存放之用戶 數(shù)據(jù)的數(shù)量，尤其適用于讀取或?qū)懭肓魇綌?shù)據(jù)，比如數(shù)據(jù)內(nèi)容是音 樂(lè)、其它音頻或者視頻信息的情況。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還在于，可以適 應(yīng)用戶數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)在更新頻率上的差異，在更新一項(xiàng)時(shí)，不必更 新另一項(xiàng)。這樣做改善了系統(tǒng)的性能，尤其是通過(guò)縮短讀取和/或?qū)?入的時(shí)間。另外，這樣做也允許存放的輔助數(shù)據(jù)的數(shù)量不依賴于頁(yè)面 和區(qū)塊的尺寸，而在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，用戶數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)都是存放在 這些頁(yè)面和區(qū)塊中的。
在采納了本發(fā)明這些方面的一個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)特定實(shí)例中，有一 個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)，其頁(yè)面是設(shè)計(jì)來(lái)存放用戶數(shù)據(jù)和伴隨輔助數(shù)據(jù)的區(qū) 段，其使用情況不同于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的用途。許多用戶數(shù)據(jù)區(qū)段一一沒 有輔助數(shù)據(jù)的大部分或全部一一結(jié)合成數(shù)目較少的存儲(chǔ)器頁(yè)面，而與 這許多用戶數(shù)據(jù)區(qū)段對(duì)應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，形成輔助數(shù)據(jù)區(qū) 段，存放在存儲(chǔ)器的其它頁(yè)面中。在較長(zhǎng)的寫入搡作中，這樣做尤其具有優(yōu)越性，因?yàn)檎趯懭敕且资源鎯?chǔ)器的用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，它們對(duì) 應(yīng)的輔助數(shù)據(jù)可以累積在一個(gè)更快的緩沖區(qū)存儲(chǔ)器一一它是控制器的 一部分一一中，然后一次就全部從緩沖區(qū)寫入非易失性存儲(chǔ)器。在讀 取操作期間，它也提高了速度，因?yàn)橐x取之用戶數(shù)據(jù)區(qū)段對(duì)應(yīng)的輔 助數(shù)據(jù)首先讀入控制器中的更快的緩沖區(qū)存儲(chǔ)器。那么，讀取用戶數(shù) 據(jù)區(qū)段所需的輔助數(shù)據(jù)，從該緩沖區(qū)中讀取，就能夠比它們直接從非
易失性存儲(chǔ)器讀取更快。對(duì)于用戶數(shù)據(jù)區(qū)段的ECC,這樣做尤其具 有優(yōu)越性，在讀取用戶數(shù)據(jù)區(qū)段時(shí)，從緩沖區(qū)存儲(chǔ)器可以直接處理 ECC.
本發(fā)明的其它方面、特性和優(yōu)點(diǎn)，包括在以下介紹的示范性實(shí) 施例中，這些介紹應(yīng)當(dāng)與附圖相結(jié)合。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1是一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的示意性框圖，它可以按照本發(fā)明操
作；
圖2展示了存放在現(xiàn)有非易失性存儲(chǔ)器中的一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段中的 典型成分；
圖3展示了存放圖2中數(shù)據(jù)的一種現(xiàn)有方法； 圖4展示了存放圖2中數(shù)據(jù)的另一種現(xiàn)有方法； 圖5展示了存放圖2中數(shù)據(jù)的再一種現(xiàn)有方法；
圖6A和圖6B展示了依據(jù)本發(fā)明存放圖2中數(shù)據(jù)的替代方法； 圖7更詳細(xì)地顯示了一種特定的現(xiàn)有商業(yè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的架構(gòu)和
使用；
圖8顯示了在存儲(chǔ)器的頁(yè)面之間，把用戶數(shù)據(jù)區(qū)段結(jié)合成存儲(chǔ)
器區(qū)塊的一個(gè)實(shí)例；
圖9顯示了在不同于圖8中用戶數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的區(qū)塊中，存儲(chǔ)輔助 數(shù)據(jù)頁(yè)面的一個(gè)實(shí)例；
圖IO展示了圖9中輔助數(shù)據(jù)的一個(gè)實(shí)例頁(yè)面；
圖ll展示了一個(gè)表格，它是存儲(chǔ)器系統(tǒng)的控制器按照?qǐng)D8和圖9存放的輔助數(shù)據(jù)之內(nèi)的數(shù)據(jù)建立的；
圖12顯示了另一種特定的現(xiàn)有商業(yè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)之架構(gòu)的一部 分；以及
圖13展示了把用戶數(shù)據(jù)區(qū)段結(jié)合成圖12的存儲(chǔ)器系統(tǒng)中區(qū)塊 的一個(gè)實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖1提供了一幅示意圖，展示了與本發(fā)明有關(guān)的非易失性存儲(chǔ) 器系統(tǒng)的主要部件。控制器11通過(guò)連線13與主機(jī)系統(tǒng)(未顯示)進(jìn) 行通信。展示為占據(jù)著一個(gè)集成電路芯片的控制器11,通過(guò)連線15 與一個(gè)或多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器單元陣列通信，圖中展示了 一個(gè)此類陣 列17，每一個(gè)陣列通常是在一個(gè)單獨(dú)的集成電路上形成的。展示的 控制器通常包含在單一的集成電路芯片上，或者是沒有閃速 EEPROM陣列(顯示的實(shí)例)，或者是帶有系統(tǒng)存儲(chǔ)器單元陣列的 某些或全部。即使某個(gè)存儲(chǔ)器單元陣列包括在控制器電路芯片上，系 統(tǒng)中往往還要包括另外的一個(gè)或多個(gè)芯片，其中每一個(gè)只包含一個(gè)存 儲(chǔ)器陣列和相關(guān)聯(lián)的電路。
在這個(gè)實(shí)例中，用戶數(shù)據(jù)通過(guò)連線15,在控制器ll和存儲(chǔ)器陣 列17之間傳遞。在這個(gè)實(shí)例中，該存儲(chǔ)器陣列也是由控制器11通過(guò) 連線15尋址。圖1中所示的存儲(chǔ)器系統(tǒng)可以作為一部分，嵌入某個(gè) 主機(jī)系統(tǒng)或者封裝在一片卡中，比如服從前面介紹的卡標(biāo)準(zhǔn)之一或者 某種其它標(biāo)準(zhǔn)的一片卡。在一片卡的情況下，連線13終止于外部接 線端，與主機(jī)系統(tǒng)之內(nèi)的某個(gè)擴(kuò)展槽匹配。盡管使用一個(gè)控制器芯片 和多個(gè)存儲(chǔ)器芯片是典型情況，趨勢(shì)當(dāng)然是通過(guò)合并其電路，在這種 系統(tǒng)中使用更少的分立芯片。展示的存儲(chǔ)器芯片之一的實(shí)例容量是 256兆位，因此只需要兩個(gè)這種存儲(chǔ)器芯片，加上控制器芯片，即可 形成一個(gè)具有64兆字節(jié)數(shù)據(jù)容量的非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)。使用單個(gè) 更小容量的存儲(chǔ)器芯片會(huì)使存儲(chǔ)器系統(tǒng)的容量更小，8兆字節(jié)的系統(tǒng) 是市場(chǎng)歡迎的實(shí)例。相反，在一個(gè)系統(tǒng)中使用更高的位存儲(chǔ)密度和/或使用更多的存儲(chǔ)器陣列芯片會(huì)使存儲(chǔ)器的容量更大?？刂破?1包
括一個(gè)微處理器或者說(shuō)微控制器23，通過(guò)控制器接口邏輯電路25, 連接到帶有外部組件的內(nèi)部存儲(chǔ)器和接口。程序存儲(chǔ)器27存放著由 微控制器23訪問(wèn)的固件和軟件，用于控制存儲(chǔ)器系統(tǒng)的操作，從連 接的存儲(chǔ)器陣列讀出數(shù)據(jù)并把該數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，從主機(jī)向存儲(chǔ)器芯 片寫入數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行為數(shù)眾多的其它監(jiān)視和控制功能。存儲(chǔ)器27 可以是一種易失的可重編程的隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)、 一種不可 重編程的非易失性存儲(chǔ)器(ROM)、 一種可編程一次的存儲(chǔ)器 (OTP)或者一種可重編程的閃速EEPROM系統(tǒng)。如果存儲(chǔ)器27 是可重編程的，該控制器就能夠配置為允許主機(jī)系統(tǒng)對(duì)它編程。隨機(jī) 訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM) 29 (比如一種動(dòng)態(tài)RAM ( DRAM)或者靜態(tài) RAM (SRAM))用于存放在讀寫操作期間訪問(wèn)的非易失性存儲(chǔ)器 17中的數(shù)據(jù)形成的表格和其它數(shù)據(jù)。RAM 29也包括控制器的處理器 23使用的許多寄存器。
邏輯電路31為主機(jī)通信連線13提供接口，而另一個(gè)邏輯電路 33通過(guò)連線15為存儲(chǔ)器陣列提供接口。另一個(gè)存儲(chǔ)器35用作緩沖 區(qū)，暫時(shí)存放主機(jī)系統(tǒng)和非易失性存儲(chǔ)器之間傳遞的用戶數(shù)據(jù)?？刂?器中的這些存儲(chǔ)器通常是易失性的，由于帶有高效控制器訪問(wèn)所需的 快速訪問(wèn)和其他特征的存儲(chǔ)器具有這種特征，并且可以物理地合并到 單一的存儲(chǔ)器中。 一個(gè)專用的處理電路37訪問(wèn)正在控制器接口 25和 閃存接口 33之間傳遞的用戶數(shù)據(jù)流，以便從該用戶數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè) ECC，或者其它類型的冗余碼。在編程期間，產(chǎn)生的ECC與計(jì)算出 它的數(shù)據(jù)一起，存放在存儲(chǔ)器陣列17中。在讀取期間，由電路37產(chǎn) 生的ECC與從存儲(chǔ)器陣列17讀取的ECC進(jìn)行對(duì)比，讀取時(shí)同時(shí)讀 出在編程期間計(jì)算后 一 個(gè)ECC的數(shù)據(jù)。
閃存17包括一個(gè)存儲(chǔ)器單元陣列，它可以是背景技術(shù)中介紹的 類型之一，并且依據(jù)這些架構(gòu)之一，或者某個(gè)其它的類型和/或架 構(gòu)。這樣一個(gè)陣列在實(shí)質(zhì)上劃分為存儲(chǔ)器單元的清晰區(qū)塊，它們可以 同時(shí)擦除，而一個(gè)區(qū)塊可以擦除之存儲(chǔ)器單元的最小單位。這些區(qū)塊各自包含相同數(shù)目的存儲(chǔ)器單元，例如一種尺寸存放528字節(jié)的數(shù) 據(jù)，另一種存放4096字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，存放給定數(shù)量的數(shù)據(jù)所需 之存儲(chǔ)器單元的數(shù)目，取決于每個(gè)單元中存放之?dāng)?shù)據(jù)的位數(shù)。通常單 元的多個(gè)區(qū)塊同時(shí)尋址，以便一起擦除。典型情況下，較大尺寸的區(qū) 塊再劃分成存儲(chǔ)器單元的多個(gè)頁(yè)面，它們界限分明，而一個(gè)頁(yè)面是在 僅僅一次寫入操作中可寫入的存儲(chǔ)器單元的最小單位。在切實(shí)可行的 情況下，同時(shí)寫入盡可能多的存儲(chǔ)器單元，以便縮短寫入給定數(shù)量之 數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。在某些系統(tǒng)中，同時(shí)寫入一個(gè)頁(yè)面中的所有單元， 在其它系統(tǒng)中， 一次寫入一個(gè)頁(yè)面中清晰的一大塊單元，其方式為使 對(duì)其它單元上的電荷干擾最小，直到所有的大塊都寫入。在一個(gè)特定 的系統(tǒng)中，每個(gè)頁(yè)面中有四個(gè)大塊。通常并行地讀取比單個(gè)寫入大塊 更多的單元。
參考圖2, —個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的成分通常包括為數(shù)眾多字節(jié)43—一 用戶數(shù)據(jù)、幾個(gè)字節(jié)45—一用戶數(shù)據(jù)的屬性一一和幾個(gè)字節(jié)47—一 頁(yè)面和/或區(qū)塊的屬性，整個(gè)區(qū)段都存放在該頁(yè)面和/或區(qū)塊中。換句 話說(shuō)， 一個(gè)用戶數(shù)據(jù)流或者說(shuō)文件，劃分為用戶數(shù)據(jù)區(qū)段43,然后 屬性數(shù)據(jù)區(qū)45和47加到每個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，以形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù) 區(qū)段，用于存儲(chǔ)。區(qū)段43中包括的用戶數(shù)據(jù)，典型數(shù)量是512字 節(jié)，與磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的扇區(qū)中用戶數(shù)據(jù)的數(shù)量相同。用戶數(shù)據(jù)的屬性 45通常包括一個(gè)ECC，它是由控制器從同一區(qū)段中存放的用戶數(shù)據(jù) 算出的，無(wú)論是在寫入該區(qū)段還是在讀取該區(qū)段期間。存放著區(qū)段之 物理區(qū)塊(其中的一些也可能用于存放每個(gè)頁(yè)面)的屬性47,往往 包括該區(qū)塊的物理地址、該區(qū)塊的邏輯地址、該區(qū)塊已經(jīng)擦除的次 數(shù)、施加在該區(qū)塊之單元上的編程和/或擦除電壓以及該區(qū)塊的其它 此類特征。通常，還要從屬性數(shù)據(jù)計(jì)算另一個(gè)ECC，并作為屬性區(qū) 的一部分而存放。
進(jìn)入存儲(chǔ)器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在存放之前往往要進(jìn)行某種方式的變 換。例如，在二進(jìn)制系統(tǒng)中，進(jìn)入的數(shù)據(jù)在寫入之前可以反轉(zhuǎn)，以避 免在一個(gè)給定的區(qū)塊中重復(fù)地寫入一種靜態(tài)模式， 一段時(shí)間之后又改變回來(lái)，以便均衡該區(qū)塊中存儲(chǔ)器單元的損耗。在多態(tài)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù) 以某種預(yù)定的次序，在其多個(gè)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換(變換)。數(shù)據(jù)變換時(shí)，
如果該變換是按頁(yè)面進(jìn)行的，就在數(shù)據(jù)屬性45中存放一個(gè)旗標(biāo)，指 明已經(jīng)應(yīng)用了變換；如果該變換是按區(qū)塊進(jìn)行的，則是在區(qū)塊屬性 47中存放該旗標(biāo)。從存儲(chǔ)器讀取此類數(shù)據(jù)時(shí)，存放的變換旗標(biāo)就使 控制器能夠應(yīng)用一種逆變換，以便將讀取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回其最初收到的 形式，再把該數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)?？梢赃M(jìn)行之變換的另一個(gè)實(shí)例是用戶 數(shù)據(jù)的加密，其中變換旗標(biāo)就能夠包括解密期間使用的密鑰。
圖3 —般地顯示了存儲(chǔ)器單元區(qū)塊的數(shù)據(jù)內(nèi)容，多年來(lái)一直用 在SanDisk公司的產(chǎn)品中，作為以前技術(shù)的一個(gè)特定實(shí)例。每個(gè)單獨(dú) 的區(qū)塊49包括足夠的存儲(chǔ)器單元，以存放多達(dá)一個(gè)區(qū)段的數(shù)據(jù)，也 就是528字節(jié)。用戶數(shù)據(jù)51有512字節(jié)。除了用戶數(shù)據(jù)和區(qū)塊的屬 性53和55之外，區(qū)塊49中剩余的16字節(jié)的存儲(chǔ)空間包括備用單 元。在這些系統(tǒng)中配備了備用單元，它們?nèi)〈鷧^(qū)塊之內(nèi)的故障單元。 這樣做時(shí)，故障單元的地址也是區(qū)塊屬性數(shù)據(jù)55的一部分。
圖4中展示了在SanDisk產(chǎn)品中使用的更新的變化。與圖3中 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式相比，主要的差異在于區(qū)塊屬性與用戶數(shù)據(jù)不是存放 在同一區(qū)塊中。例如在區(qū)塊59中，存放著512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)61, 8字節(jié)的ECC和旗標(biāo)作為用戶數(shù)據(jù)屬性63而存放。這就在區(qū)塊59 中留下了若干備用存儲(chǔ)器單元65，足夠存放8字節(jié)的用戶和/或?qū)傩?數(shù)據(jù)，以取代區(qū)塊59之內(nèi)正常情況下會(huì)存放用戶或?qū)傩詳?shù)據(jù)的任何 故障單元。區(qū)塊59的屬性數(shù)據(jù)67存放在另一個(gè)區(qū)塊69中，并且僅 僅需要4字節(jié)。區(qū)塊69確實(shí)包括若干此類區(qū)塊屬性記錄，是包含著 用戶數(shù)據(jù)的其它區(qū)塊的屬性。在上述序列號(hào)為09/505,555的申請(qǐng)書 中，進(jìn)一步介紹了這種數(shù)據(jù)架構(gòu)。
圖5展示了一個(gè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)中的一個(gè)區(qū)塊71，依據(jù)再一個(gè)不同 的、有時(shí)由其它公司已經(jīng)在商業(yè)上使用的架構(gòu)。這里的區(qū)塊71比圖 3和圖4中系統(tǒng)的區(qū)塊大得多，典型情況下具有16或32千字節(jié)的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)容量。區(qū)塊71劃分為多個(gè)頁(yè)面，比如16、 32或64個(gè)頁(yè)面。在這個(gè)具體的實(shí)例中， 一個(gè)頁(yè)面包括512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)73和總共 16字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)屬性75和區(qū)塊屬性77。沒有提供備用單元。頁(yè)面 是寫入和讀取的單位，而更大的區(qū)塊仍然是擦除的單位。先要擦除寫
過(guò)的整個(gè)區(qū)塊，才能在該區(qū)塊之內(nèi)的任何一個(gè)頁(yè)面寫入。
在圖3至圖5中系統(tǒng)的每一個(gè)中，存放數(shù)據(jù)的單位必須與物理 存儲(chǔ)器配備的區(qū)塊或頁(yè)面的尺寸相匹配。迄今為止，數(shù)據(jù)區(qū)段結(jié)構(gòu)中 的變化視為需要物理存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中的變化以接受它。這樣一種變化是 相當(dāng)昂貴的，要花費(fèi)大量的時(shí)間，必然會(huì)阻礙對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)段結(jié)構(gòu)進(jìn)行改 變，否則這些改變可能是需要的。
所以，依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，數(shù)據(jù)區(qū)段結(jié)構(gòu)適合于不同的物 理存儲(chǔ)器區(qū)塊和頁(yè)面結(jié)構(gòu)，而不必改變物理結(jié)構(gòu)，正如圖6中非常一 般地展示的。圖6A顯示了一種情況，存放數(shù)據(jù)的區(qū)段或其它單位小 于各個(gè)存儲(chǔ)器單元區(qū)塊的容量。例如一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊81總體上適合在 頁(yè)面或區(qū)塊83之內(nèi)，而另一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段85部分地存放在頁(yè)面或區(qū)塊 83中，部分地存放在頁(yè)面或區(qū)塊87中。由于數(shù)據(jù)是在分開的搡作中 寫入每個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊和從每個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊讀出，所以數(shù)據(jù)區(qū)段85是 在兩次此類操作中才能寫入。優(yōu)選情況下，數(shù)據(jù)區(qū)段85寫入頁(yè)面或 區(qū)塊83的一部分，在控制器存儲(chǔ)器中與數(shù)據(jù)區(qū)段81相結(jié)合，然后再 寫入，以便在單一的操作中寫入頁(yè)面或區(qū)塊83。優(yōu)選情況下，把兩 個(gè)相鄰數(shù)據(jù)區(qū)段的數(shù)據(jù)類似地結(jié)合，再寫入每個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊中。
圖6B展示了另外一種情況，其中數(shù)據(jù)區(qū)段的尺寸大于各個(gè)頁(yè)面 或區(qū)塊能夠存放的容量。 一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段89既存放在頁(yè)面或區(qū)塊91 中，又存放在頁(yè)面或區(qū)塊93中。另一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段95存放在頁(yè)面或區(qū) 塊93的剩余部分中，以及在另一個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊中。優(yōu)選情況下，包 含兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的部分的頁(yè)面或區(qū)塊，比如93，是在該處部分地存 放的兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段，比如數(shù)據(jù)區(qū)段89和95中每一個(gè)中的數(shù)據(jù)，在控 制器存儲(chǔ)器中組裝之后，再進(jìn)行寫入。相反，在數(shù)據(jù)區(qū)段的讀取期 間，包含著所需區(qū)段之?dāng)?shù)據(jù)的這兩個(gè)頁(yè)面或區(qū)塊中每一個(gè)中的數(shù)據(jù)， 讀取后在控制器存儲(chǔ)器中組裝成這兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的單位。然后，控制器把這兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段傳送到主機(jī)系統(tǒng)。
圖6中展示的數(shù)據(jù)區(qū)段可能包括(1)只有用戶數(shù)據(jù)，(2)用 戶數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)屬性的組合，或者(3)所有用戶數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù) 屬性和區(qū)塊屬性的組合。任何剩佘的屬性數(shù)據(jù)都可以存放在不同的區(qū) 塊中，并在這兩者之間提供一種鏈接。 一個(gè)區(qū)段的用戶數(shù)據(jù)不必全部 存放在存儲(chǔ)器陣列中單一的物理頁(yè)面或區(qū)塊中。
第一個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例
圖7展示了一種特定的現(xiàn)有商業(yè)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的陣列和數(shù)據(jù)架 構(gòu)，而圖8至圖11顯示了按照本發(fā)明對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的修改。現(xiàn)有 的存儲(chǔ)器陣列101 (見圖7)劃分為眾多的區(qū)塊B,在這種情況下它 們有4096個(gè)。這些區(qū)塊中的每一個(gè)，比如區(qū)塊103，劃分為許多頁(yè) 面P，在這種情況下是每個(gè)區(qū)塊32個(gè)頁(yè)面。每個(gè)頁(yè)面，比如頁(yè)面 105,配置為存放512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)107和16字節(jié)的屬性(輔助) 數(shù)據(jù)109。頁(yè)面屬性數(shù)據(jù)109包括至少由用戶數(shù)據(jù)107算出的ECC 111、該頁(yè)面所在的邏輯區(qū)塊號(hào)(LBN) 113和兩個(gè)旗標(biāo)115和117。 正常情況下，ECC lll是用戶數(shù)據(jù)的一個(gè)屬性。從剩余的頁(yè)面屬性數(shù) 據(jù)可以算出另外一個(gè)ECC (未顯示)，并且存放在頁(yè)面屬性數(shù)據(jù)109 之內(nèi)，但是某些區(qū)域比如區(qū)域113、 115和117存儲(chǔ)時(shí)往往沒有完全 的ECC。 LBN 113是該頁(yè)面所在區(qū)塊的一個(gè)屬性，并且可以注意 到，在一個(gè)區(qū)塊之內(nèi)的32個(gè)頁(yè)面中的每一個(gè)中，它是重復(fù)的。
圖8展示了區(qū)塊103的一種修改的使用，以便存放一個(gè)附加的 用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，但是每個(gè)頁(yè)面中現(xiàn)在不包括輔助數(shù)據(jù)。三十三個(gè)區(qū)段 S的用戶數(shù)據(jù)(S0-S32)存放在存儲(chǔ)器的區(qū)塊103的三十二個(gè)頁(yè)面 (P0-P31)中。每個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段包含512字節(jié)的數(shù)據(jù)。第一個(gè)區(qū)段 S0幾乎填滿第一個(gè)頁(yè)面P0的存儲(chǔ)器單元，正常情況下它存放著16 字節(jié)的輔助數(shù)據(jù)。這16字節(jié)的容量用于存放下一個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段Sl 的最初16字節(jié)，數(shù)據(jù)區(qū)段Sl的剩余數(shù)據(jù)存放在第二個(gè)頁(yè)面Pl中。 那么這又在第二個(gè)頁(yè)面P1中留下了 32字節(jié)的容量，用于存放第三個(gè) 數(shù)據(jù)區(qū)段S2的起始數(shù)據(jù)，S2的剩余部分存放在第三個(gè)頁(yè)面P2中，依此類推。因?yàn)槲锢淼暮蛿?shù)據(jù)區(qū)段的數(shù)目的巧合，可以算出每個(gè)區(qū)塊
能夠利用33個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段完全填滿。不過(guò)，假若在物理頁(yè)面、區(qū) 塊和數(shù)據(jù)區(qū)段的尺寸不同的另一種系統(tǒng)中，不存在這樣恰好的分配， 剩余的容量也可以用于另一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分，只是該數(shù)據(jù)區(qū)段的 剩余部分存放在一個(gè)不同區(qū)塊的另一個(gè)頁(yè)面中。
由于區(qū)塊103的頁(yè)面是在一次寫入操作中可以寫入的最小的存 儲(chǔ)器單位，優(yōu)選情況下，來(lái)自不同區(qū)段S0-S32的用戶數(shù)據(jù)，在控制 器的一個(gè)存儲(chǔ)器中組裝成圖8所示的頁(yè)面。換句話說(shuō)，在第一個(gè)頁(yè)面 P0寫入?yún)^(qū)塊103之前，第二個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段Sl的最初16字節(jié)就附 加在區(qū)段SO的尾部，然后寫入該頁(yè)面。同樣，對(duì)于第二個(gè)頁(yè)面Pl, 區(qū)段S1的剩余數(shù)據(jù)在控制器的一個(gè)非易失性存儲(chǔ)器中，結(jié)合S2最初 32字節(jié)的數(shù)據(jù)，然后結(jié)合的結(jié)果從該存儲(chǔ)器寫入非易失性存儲(chǔ)器的 第二個(gè)頁(yè)面P1中。
圖9展示另一個(gè)區(qū)塊121的不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該區(qū)塊的每個(gè)頁(yè) 面，比如頁(yè)面123,存放著許多屬性(輔助)數(shù)據(jù)的記錄，它們伴隨 著其它區(qū)塊比如圖8的區(qū)塊133中存放的用戶數(shù)據(jù)區(qū)段。在一個(gè)實(shí)施 例中，頁(yè)面123存放區(qū)塊133中所有的或者接近所有的存儲(chǔ)區(qū)塊屬性 數(shù)據(jù)，以及該區(qū)塊中存放之33個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段中每一個(gè)的用戶數(shù)據(jù) 屬性。對(duì)于頁(yè)面123以及寫入?yún)^(qū)塊121的每一個(gè)其它頁(yè)面，圖10顯 示了其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)具體實(shí)例。由于在區(qū)塊121中有32個(gè)頁(yè)面， 每32個(gè)區(qū)塊103類型的用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊，就至少有一個(gè)區(qū)塊121類型 的屬性數(shù)據(jù)區(qū)塊。
圖10所示的屬性頁(yè)面包括一個(gè)區(qū)域125,它存放著圖8所示形 式之區(qū)塊的屬性，該區(qū)塊中存放著對(duì)應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)。為圖8中區(qū)塊 103中存放的每個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段提供了一個(gè)單獨(dú)的區(qū)域一一區(qū)域127 (見 圖10)存放著區(qū)塊103 (見圖8)中用戶數(shù)據(jù)區(qū)段S25的屬性。每個(gè) 用戶數(shù)據(jù)區(qū)段屬性記錄包括由對(duì)應(yīng)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段算出的一個(gè)ECC 129。該用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換情況可以存放在131,對(duì)應(yīng)區(qū)段之用戶數(shù)據(jù) 的其它屬性可以存放在133。為了便于討論，區(qū)塊103 (見圖8)的屬性125 (見圖10)劃分 為物理屬性和邏輯屬性來(lái)顯示。在這個(gè)實(shí)例中，物理屬性包括用戶數(shù) 據(jù)區(qū)塊103的物理地址(PBN) 135，以及一個(gè)或多個(gè)其它屬性 137，這些屬性可以包括該區(qū)塊已經(jīng)擦除的次數(shù)、寫入電壓、擦除電 壓等等。對(duì)區(qū)域135和137可以提供一個(gè)ECC 139。區(qū)塊103的邏輯 屬性可以包括用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊103的邏輯地址(LBN) 141、屬性頁(yè)面 123上次寫入?yún)^(qū)塊121的時(shí)間143、用戶數(shù)據(jù)或頁(yè)面123之內(nèi)數(shù)據(jù)的 變換旗標(biāo)145以及區(qū)域141、 143和145的一個(gè)ECC 147。區(qū)域131 和133可以沒有ECC。
如果在用戶數(shù)據(jù)屬性中沒有包括變換旗標(biāo)區(qū)域131,區(qū)塊屬性的 變換區(qū)域145將指定對(duì)應(yīng)的區(qū)塊103中用戶數(shù)據(jù)區(qū)段和屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面 123中所有數(shù)據(jù)的變換。如果包括了變換區(qū)域131，變換區(qū)域145就 僅僅指定其頁(yè)面123中數(shù)據(jù)的變換。
時(shí)間區(qū)域143記錄著對(duì)應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊103最后是何時(shí)更新 的某種指示。如果存儲(chǔ)器系統(tǒng)包括一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，就會(huì)存放更新發(fā)生 的時(shí)間。但是由于大多數(shù)系統(tǒng)沒有這樣一個(gè)時(shí)鐘，區(qū)域143可能記錄 著一個(gè)數(shù)值，指示對(duì)應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊的數(shù)據(jù)是何時(shí)更新的。在一個(gè) 具體的實(shí)施例中，在區(qū)域143中為每個(gè)LBN保持一個(gè)單獨(dú)的計(jì)數(shù) 器，每次其對(duì)應(yīng)的邏輯區(qū)塊寫入用戶數(shù)據(jù)時(shí)，就讀取并增大該計(jì)數(shù) 器。那么，系統(tǒng)控制器就區(qū)域143的內(nèi)容，確定包含相同數(shù)據(jù)或者由 相同LBN識(shí)別的兩個(gè)區(qū)塊中，哪一個(gè)是最近寫入的。
屬性與區(qū)塊和用戶數(shù)據(jù)區(qū)段分開存放的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，用戶數(shù)據(jù) 的整個(gè)區(qū)塊的屬性數(shù)據(jù)只須寫入一次。此外，對(duì)應(yīng)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊的屬 性僅僅存放一次，作為該區(qū)塊屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面的一部分，而不是像目前 所做的那樣，進(jìn)行復(fù)制，作為用戶數(shù)據(jù)的每個(gè)頁(yè)面的一部分。在寫入 期間，在用戶數(shù)據(jù)寫入其對(duì)應(yīng)的區(qū)塊103時(shí)，在控制器的一個(gè)存儲(chǔ)器 中形成頁(yè)面123 (見圖10)。然后，在一個(gè)要存放的文件中的用戶數(shù) 據(jù)全部寫入?yún)^(qū)塊103之后，頁(yè)面123寫入?yún)^(qū)塊121。如果一個(gè)文件的 尺寸需要把用戶數(shù)據(jù)寫入不只一個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊，在控制器存儲(chǔ)器中就要為每個(gè)這樣的區(qū)塊形成一個(gè)單獨(dú)的屬性記錄頁(yè)面，在該文件的用 戶數(shù)據(jù)全部寫入之后，所有屬性記錄頁(yè)面再寫入非易失性存儲(chǔ)器。
如果對(duì)屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面123有一個(gè)改變需要記錄下來(lái)，控制器就 把該頁(yè)面讀入它的一個(gè)存儲(chǔ)器中，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行改變，然后再寫回區(qū) 塊121中一個(gè)未使用的頁(yè)面，比如頁(yè)面151。屬性數(shù)據(jù)的時(shí)間區(qū)域 143 (見圖IO)進(jìn)行了更新，所以處理器能夠區(qū)分該數(shù)據(jù)的當(dāng)前版本 和舊版本。僅僅使用當(dāng)前的版本。如果在區(qū)塊121中沒有尚未寫過(guò)的 頁(yè)面，更新后的屬性數(shù)據(jù)就寫入具有空余屬性頁(yè)面的某個(gè)其它區(qū)塊 中。如果在區(qū)塊121或其它類似區(qū)塊中存在著足夠數(shù)目的舊屬性記 錄，就把當(dāng)前記錄讀入控制器的存儲(chǔ)器，擦除該區(qū)塊，并將當(dāng)前記錄 寫回該區(qū)塊。由于控制器的存儲(chǔ)器通常為易失類型的，為了避免斷電 造成的數(shù)據(jù)損失，在擦除原始區(qū)塊之前，區(qū)塊的當(dāng)前記錄也可以復(fù)制 到一個(gè)不同的、以前擦除過(guò)的非易失性存儲(chǔ)器區(qū)塊中。無(wú)論在哪種情 況下，結(jié)果都是或者在原始區(qū)塊中，或者在不同的區(qū)塊中，創(chuàng)建空余 的未寫過(guò)的頁(yè)面用于將來(lái)存放更新的或者新的屬性頁(yè)面。
針對(duì)圖8至圖11正在介紹的這一個(gè)具體實(shí)例，在仍然實(shí)施本發(fā) 明的前提下，能夠以許多方式進(jìn)行修改。例如，假若縮小了每個(gè)記錄 的尺寸，或者假若一種不同的陣列架構(gòu)存放著較少的用戶數(shù)據(jù)區(qū)段一 一無(wú)論是因?yàn)閰^(qū)塊較小還是因?yàn)閰^(qū)段較大，或者頁(yè)面的尺寸更小等 等， 一個(gè)屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面就可以包括不只一個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊的記錄。相 反，再一種不同的架構(gòu)或者更大的屬性記錄尺寸，每個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊 可能需要不只 一個(gè)屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面。本發(fā)明可以應(yīng)用于物理和數(shù)據(jù)架構(gòu) 范圍很寬的非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)。
如果從主機(jī)收到一個(gè)請(qǐng)求，要從非易失性存儲(chǔ)器讀取用戶數(shù)據(jù) 區(qū)段，控制器就確定包含著要讀取數(shù)據(jù)的起始邏輯區(qū)塊地址(LBN) 和區(qū)塊數(shù)目。然后，控制器掃描屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面，比如針對(duì)圖9和圖 10介紹的，以識(shí)別其LBN區(qū)域141在控制器指定的要讀取的LBN 范圍之內(nèi)的頁(yè)面或若干頁(yè)面(見圖10)。然后，建立一個(gè)圖11形式 的表格，存放在易失性的控制器存儲(chǔ)器中。 一個(gè)縱列153列出了屬性字段135中的PBN，其LBN 141在該范圍之內(nèi)，然后這些LBN就變 為至該表格的地址，如縱列155所示。在縱列153中表示用戶數(shù)據(jù) PBN的每個(gè)屬性頁(yè)面，其物理地址(PBN)和頁(yè)面號(hào)包括在圖11中 表格的一行中，它包括該用戶數(shù)據(jù)的PBN,因此形成了縱列157和 159。
然后在讀取搡作期間，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)的LBN訪問(wèn)這個(gè)表格，以 確定所請(qǐng)求之用戶數(shù)據(jù)駐留的物理區(qū)塊位置(PBN)，以及對(duì)應(yīng)的屬 性數(shù)據(jù)頁(yè)面的物理地址。然后，如果控制器存儲(chǔ)器具有足夠的容量， 整個(gè)讀取操作所用的屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面都讀入控制器的存儲(chǔ)器中，或者也 可以每次向控制器存儲(chǔ)器中讀入執(zhí)行讀取搡作所需的一個(gè)或幾個(gè)頁(yè) 面。然后，隨著從非易失性存儲(chǔ)器讀取用戶數(shù)據(jù)，控制器也讀取用戶 數(shù)據(jù)屬性數(shù)據(jù)記錄(比如圖10中的記錄127)的ECC，并且對(duì)讀取 的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以識(shí)別和改正任何錯(cuò)誤，再把讀取的用戶數(shù)據(jù) 發(fā)送到主機(jī)。
以上的實(shí)例提供的方法是在一個(gè)區(qū)塊中僅僅存放用戶數(shù)據(jù)，而 所有相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)存放在另一區(qū)塊中。不過(guò)，優(yōu)選情況下，包括一 種用戶數(shù)據(jù)屬性作為各個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分，或者在原本僅僅存 放用戶數(shù)據(jù)區(qū)段一個(gè)區(qū)塊之內(nèi)，作為一個(gè)單獨(dú)記錄，都是可以做到 的。 一種這樣的屬性是用戶數(shù)據(jù)的變換旗標(biāo)，這樣控制器在能夠讀取 這些區(qū)段之前，就不必訪問(wèn)單獨(dú)的屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面。如果變換旗標(biāo)包括 在用戶數(shù)據(jù)中，那么控制器就知道如何應(yīng)用逆變換以讀取該數(shù)據(jù)，而 不必單獨(dú)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)的屬性頁(yè)面。優(yōu)選情況下，這種包括僅限于特定的 應(yīng)用一一這樣做會(huì)提高存儲(chǔ)器系統(tǒng)的讀取時(shí)間的性能。
第二個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例
針對(duì)圖12和圖13,簡(jiǎn)要介紹本發(fā)明應(yīng)用于另一種類型的、架構(gòu) 大為不同的非易失性存儲(chǔ)器系統(tǒng)。存儲(chǔ)器陣列劃分為偶數(shù)個(gè)單位，比 如8個(gè)，兩個(gè)這樣的單位0和1如圖12所示。 一對(duì)相鄰的單位，術(shù) 語(yǔ)稱為一個(gè)平面，可以共享外閨電路，比如字線解碼器。每個(gè)單位包 含眾多的存儲(chǔ)器區(qū)塊，比如單位0中的區(qū)塊161和單位1中的區(qū)塊163。各個(gè)區(qū)塊又劃分為存儲(chǔ)器的多個(gè)頁(yè)面。
所示的實(shí)例不是像通常所做的那樣，由單一區(qū)塊的存儲(chǔ)器單元 來(lái)形成一個(gè)完整的頁(yè)面，而是把給定頁(yè)面的一半165放入單位0的區(qū) 塊161中，而把同一頁(yè)面的另一半167放入單位1的一個(gè)區(qū)塊中。這 兩個(gè)區(qū)塊在單位之內(nèi)可以具有相同的相對(duì)地址，并且可以由單行中的 存儲(chǔ)器單元形成，這些單元具有延伸通過(guò)這兩個(gè)區(qū)塊的公共字線。不 過(guò)優(yōu)選情況下，可能需要對(duì)應(yīng)的半頁(yè)位于不共享字線的區(qū)塊中。無(wú)論 是哪種情況，這種頁(yè)面分割都能夠增加并行寫入時(shí)同時(shí)寫入的頁(yè)面單 元的數(shù)目。
這種不同架構(gòu)的存儲(chǔ)器頁(yè)面，其使用方式可以與以上介紹的第 一個(gè)實(shí)例相同。小于或大于頁(yè)面容量的用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，在各個(gè)區(qū)塊之 內(nèi)跨越相鄰的頁(yè)面存放，除非每個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段的一半存放在一個(gè)單 位之區(qū)塊中頁(yè)面的一半中，而該區(qū)段的另一半存放在其它單位之區(qū)塊 中頁(yè)面的剩余一半中。同樣，對(duì)于包含著專為存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的屬性記 錄之頁(yè)面的區(qū)塊，以及存放這些數(shù)據(jù)的區(qū)塊，屬性數(shù)據(jù)頁(yè)面的一半存 放在一個(gè)區(qū)塊中，而另一半在其相伴的區(qū)塊中。這樣一種存儲(chǔ)器系統(tǒng) 的操作，類似于以上介紹的第一個(gè)系統(tǒng)實(shí)施例，只不過(guò)各個(gè)頁(yè)面是從 兩個(gè)區(qū)塊中的半頁(yè)部分讀出。
應(yīng)當(dāng)注意，通過(guò)在存儲(chǔ)器單元的每個(gè)存儲(chǔ)元件中存放一位數(shù) 據(jù)，否則每個(gè)存儲(chǔ)元件存放兩位或更多位，可以實(shí)施任何以上應(yīng)用的 存儲(chǔ)器系統(tǒng)。如果存儲(chǔ)器單元運(yùn)行在兩種狀態(tài)下，僅有兩種閾值電壓 水平(二進(jìn)制)，就存放一個(gè)數(shù)位。如果運(yùn)行的單元具有不只兩種閾 值電壓水平(多態(tài))，從而以不只兩種狀態(tài)運(yùn)行，就存放不只一個(gè)數(shù) 位。以上指出的許多專利和申請(qǐng)書在這里引用以進(jìn)一步介紹二進(jìn)制和 多態(tài)搡作的如果方面。在各個(gè)單元中存放的兩個(gè)或更多數(shù)位中的每一 位，都能夠在上面介紹的方式管理的存儲(chǔ)器系統(tǒng)之內(nèi)，或者在一個(gè)公 共頁(yè)面中尋址，或者在不同的頁(yè)面中尋址。
盡管已經(jīng)介紹了本發(fā)明多個(gè)方面的具體實(shí)施實(shí)例，應(yīng)當(dāng)理解， 授權(quán)本發(fā)明受到附帶的權(quán)利要求書全部范圍之內(nèi)的保護(hù)。
權(quán)利要求
1. 一種操作存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)具有被組織成多個(gè)區(qū)塊的多個(gè)存儲(chǔ)器單元，分別包含著通過(guò)對(duì)各個(gè)區(qū)塊尋址從而可同時(shí)擦除的存儲(chǔ)器單元的最小組群，所述區(qū)塊可以整數(shù)數(shù)目的多個(gè)頁(yè)面為單位分別寫入，每個(gè)頁(yè)面有給定數(shù)量的數(shù)據(jù)，這些區(qū)塊包括數(shù)據(jù)的寫入?yún)^(qū)段，在各個(gè)區(qū)塊之內(nèi)跨越所述頁(yè)面的邊界，分別包含少于所述給定數(shù)量的數(shù)據(jù)，其特征在于，寫入一個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)區(qū)段多于該區(qū)塊中的頁(yè)面數(shù)目。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含所有的用戶數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)以及寫入所述數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū) 塊屬性的數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含用戶數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)這兩種，而寫入所述數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū) 塊屬性的數(shù)據(jù)，存放為不同的數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含用戶數(shù)據(jù)，而用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)和寫入各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū)塊屬性 的數(shù)據(jù)，存放為不同的數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4中任何一條的方法，其特征在于，所述 不同數(shù)據(jù)區(qū)段存放在與屬性數(shù)據(jù)所屬的所述數(shù)據(jù)區(qū)段不同的區(qū)塊中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一條的方法，另外包括搡作具有超 過(guò)兩個(gè)的多個(gè)有效閾值電平的存儲(chǔ)器單元，這些電平對(duì)應(yīng)于各個(gè)單元 超過(guò)兩個(gè)的多個(gè)可變狀態(tài)，從而單元的存儲(chǔ)元件分別存放著不只一位 數(shù)據(jù)。
7. —種操作存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)具有被組織成多個(gè)區(qū)塊 的多個(gè)存儲(chǔ)器單元，分別包含著通過(guò)對(duì)各個(gè)區(qū)塊尋址從而可同時(shí)擦除 之存儲(chǔ)器單元的最小組群，所述區(qū)塊可以一個(gè)或多個(gè)整數(shù)數(shù)目的頁(yè)面 為單位分別寫入，每個(gè)頁(yè)面有給定數(shù)量的數(shù)據(jù)，這些區(qū)塊包括數(shù)據(jù)的 寫入?yún)^(qū)段，在跨越所述頁(yè)面的邊界，分別包含多于所述給定數(shù)量的數(shù)據(jù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含所有的用戶數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)以及寫入所述數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū) 塊屬性的數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含用戶數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)這兩種，而寫入所述數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū) 塊屬性的數(shù)據(jù)，存放為不同的數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)區(qū)段分別包 含用戶數(shù)據(jù)，而用戶數(shù)據(jù)屬性的數(shù)據(jù)和寫入各個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)段的區(qū)塊屬性 的數(shù)據(jù)，存放為不同的數(shù)據(jù)區(qū)段的一部分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10中任何一條的方法，其特征在于，所 述不同數(shù)據(jù)區(qū)段存放在與屬性數(shù)據(jù)所屬的所述數(shù)據(jù)區(qū)段不同的區(qū)塊 中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任何一條的方法，其特征在于，所述 區(qū)塊分別包括僅僅一個(gè)頁(yè)面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任何一條的方法，其特征在于，所述 區(qū)塊分別包括多個(gè)頁(yè)面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求7-10中任何一條的方法，另外包括操作具有 超過(guò)兩個(gè)的多個(gè)有效閾值電平的存儲(chǔ)器單元，這些電平對(duì)應(yīng)于各個(gè)單 元超過(guò)兩個(gè)的多個(gè)可變狀態(tài)，從而單元的存儲(chǔ)元件分別存放著不只一 位數(shù)據(jù)。
15. 在一種具有被組織成多個(gè)區(qū)塊的存儲(chǔ)器單元的非易失性存儲(chǔ) 器系統(tǒng)中，這些區(qū)塊可以分別尋址，以便同時(shí)擦除一個(gè)區(qū)塊之內(nèi)的存 儲(chǔ)器單元，其中，這些區(qū)塊分別存放著多個(gè)數(shù)據(jù)頁(yè)面，這些頁(yè)面用于 分別存放至少一個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)段，而且相關(guān)聯(lián)的輔助數(shù)據(jù)包括該頁(yè)面 中存放的相關(guān)聯(lián)用戶數(shù)據(jù)的至少一種屬性，以及存放該頁(yè)面之區(qū)塊的 至少一種物理屬性， 一種操作該存儲(chǔ)器系統(tǒng)的改進(jìn)的方法，包括在指定為存放輔助數(shù)據(jù)之頁(yè)面的若干部分存放用戶數(shù)據(jù)，其方 式為在各個(gè)區(qū)塊中存放用戶數(shù)據(jù)的至少一個(gè)附加區(qū)段，在所迷各個(gè)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊中不存儲(chǔ)輔助數(shù)據(jù)，以及在與存放用戶數(shù)據(jù)之區(qū)塊完全不同的區(qū)塊中，為多個(gè)用戶數(shù)據(jù) 區(qū)塊存放所述輔助數(shù)據(jù)，作為對(duì)應(yīng)的各個(gè)記錄。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，存放所述輔助數(shù)據(jù) 包括存放輔助數(shù)據(jù)記錄，對(duì)于對(duì)應(yīng)的用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊中存放的各個(gè)用戶 數(shù)據(jù)區(qū)段，這些記錄分別包括用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊之一對(duì)應(yīng)的一個(gè)屬性字 段，以及用戶數(shù)據(jù)屬性的一個(gè)字段。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，存放所迷輔助數(shù)據(jù) 包括在區(qū)塊屬性字段中既存放物理屬性，又存放邏輯屬性。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，在各個(gè)輔助數(shù)據(jù)記 錄之內(nèi)存放對(duì)應(yīng)區(qū)塊的邏輯和物理地址。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，用戶數(shù)據(jù)屬性的字 段包括由對(duì)應(yīng)區(qū)塊中對(duì)應(yīng)頁(yè)面之一中存放的用戶數(shù)據(jù)算出的一個(gè)糾錯(cuò) 碼。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，物理區(qū)塊屬性的字 段包括對(duì)應(yīng)區(qū)塊已經(jīng)被擦除的次數(shù)的一個(gè)計(jì)數(shù)器。
21. —種操作存儲(chǔ)器系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)具有被組織成多個(gè)區(qū)塊 的多個(gè)存儲(chǔ)器單元，多個(gè)區(qū)塊可以分別尋址，以便同時(shí)擦除一個(gè)區(qū)塊 之內(nèi)的存儲(chǔ)器單元，該方法包括在第一組的各個(gè)區(qū)塊之內(nèi)，存放多個(gè)用戶數(shù)據(jù)的區(qū)段，以及 在不同于第一組區(qū)塊的第二組的各個(gè)區(qū)塊中，存放多個(gè)記錄， 其特征在于，所述多個(gè)記錄分別包括若干屬性的輔助信息，這些信息 是有關(guān)第一組區(qū)塊中對(duì)應(yīng)的一個(gè)及其中存放的用戶數(shù)據(jù)的。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，存放包括屬性輔助 信息的記錄包括存放對(duì)應(yīng)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊的邏輯和物理地址。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的方法，另外包括通過(guò)讀取對(duì)應(yīng)的輔助記 錄，在易失性存儲(chǔ)器中形成一個(gè)臨時(shí)的表格，包含對(duì)應(yīng)用戶數(shù)據(jù)區(qū)塊 的邏輯和物理地址。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，存放包括屬性輔助信息的記錄，包括存放一個(gè)糾錯(cuò)碼，它已經(jīng)由第一組區(qū)塊中對(duì)應(yīng)的一 個(gè)中存放的用戶數(shù)據(jù)算出。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，存放包括屬性輔助 信息的記錄包括存放第一組區(qū)塊中對(duì)應(yīng)的一個(gè)已經(jīng)寫入次數(shù)的一個(gè)計(jì)數(shù)器。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21-25中任何一條的方法，其特征在于，第 一組區(qū)塊中的所述各個(gè)區(qū)塊不包含任何所迷輔助信息。
全文摘要
本文公開的一種非易失性的存儲(chǔ)器系統(tǒng)，比如一種閃速EEPROM系統(tǒng)，劃分為多個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊又劃分為一個(gè)或多個(gè)頁(yè)面，其中存放著數(shù)據(jù)區(qū)段，其尺寸既不同于頁(yè)面，又不同于區(qū)塊。一種特定的技術(shù)將多個(gè)區(qū)段裝入一個(gè)區(qū)塊，而不是裝入為該區(qū)塊提供的頁(yè)面。優(yōu)選情況下，許多用戶數(shù)據(jù)區(qū)段的糾錯(cuò)碼和其它屬性數(shù)據(jù)，一起存放在與用戶數(shù)據(jù)不同的頁(yè)面和區(qū)塊中。
文檔編號(hào)G06F12/00GK101427225SQ01820902
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2001年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月22日
發(fā)明者伊利亞霍·哈萊利, 凱文·M.·康利, 卡羅斯·岡澤雷茲 申請(qǐng)人:三因迪斯克公司