[发明专利]直接存储数据文件的存储器区块的管理

说明书

技术领域

本申请案涉及例如半导体快闪存储器的可重新编程的非易失性存储器系统的操作，且更具体地说，涉及主机装置与存储器之间的接口的管理。

背景技术

对通过主机系统、存储器系统和其它电子系统的外部接口通信的数据进行寻址主要有两种技术。在其中的一种技术中，将系统产生或接收到的数据文件的地址映射到针对所述系统建立的连续逻辑地址空间的不同范围中。地址空间的广度通常足以覆盖系统能够处置的整个地址范围。在一个实例中，磁盘存储驱动器通过此逻辑地址空间与计算机或其它主机系统通信。此地址空间具有足以寻址磁盘驱动器的整个数据存储容量的广度。在所述两种技术中的第二种技术中，唯一地识别电子系统产生或接收到的数据文件，且通过所述文件内的偏移量来逻辑地寻址其数据。一种形式的这种寻址方法在计算机或其它主机系统与被称为“智能卡”的可移除存储卡之间使用。智能卡通常由消费者用来进行识别、银行业务、销售点购买、ATM接入和类似活动。

在早一代的商用快闪存储器系统中，将矩形存储器单元阵列分成大量单元群组，每个单元群组存储标准磁盘驱动器扇区的数据量，即512字节。额外量的数据(例如16个字节)通常也包含在每个群组中，以存储误差校正码(ECC)以及可能其它与用户数据且/或与里面存储有相关联的用户数据的存储器单元群组有关的额外开销数据。每个此群组中的存储器单元是可一起擦除的最小数目的存储器单元。即，擦除单位实际上是存储一个数据扇区和所包含的任何额外开销数据的若干存储器单元。这种类型的存储器系统的实例在第5,602,987号和第6,426,893号美国专利中描述。在使存储器单元重新编程有数据之前对其进行擦除是快闪存储器的特征。

快闪存储器系统最常见的是以可移除地与多种主机(例如个人计算机、相机或类似物)连接的存储卡或快闪驱动器的形式提供，但也可嵌入在此类主机系统内。当将数据写入到存储器时，主机通常将唯一逻辑地址指派给扇区、群集或存储器系统的连续虚拟地址空间内的其它数据单位。与磁盘操作系统(DOS)类似，主机将数据写入到存储器系统的逻辑地址空间内的地址并从所述地址读取数据。存储器系统内的控制器将从主机接收到的逻辑地址转换成实际存储数据的存储器阵列内的物理地址，且所述控制器接着记住这些地址转换。存储器系统的数据存储容量至少与可在针对存储器系统界定的整个逻辑地址空间上寻址的数据的量一样大。

在后面几代快闪存储器系统中，擦除单位的大小增加到足以存储多个数据扇区的存储器单元的区块。即使与存储器系统连接的主机系统可以最小单位(例如扇区)编程和读取数据，但大量扇区存储在快闪存储器的单个擦除单位内。以下情况是常见的：当主机更新或替换逻辑数据扇区时，区块内的一些数据扇区变成废弃的。由于在区块中所存储的任何数据可被重写之前，必须擦除整个区块，所以新的或经更新的数据通常存储在已经被擦除且具有用于所述数据的剩余容量的另一区块中。这个过程留下具有废弃数据的原先区块，所述废弃数据占用存储器内的宝贵空间。但如果所述区块中还有任何有效数据留在里面，那么就不能擦除所述区块。

因此，为了更好地利用存储器的存储容量，常见的是通过将有效部分区块量的数据复制到经擦除的区块中来对其进行合并或收集，使得从中复制这些数据的区块接着可被擦除，且其整个存储容量可再用。还希望复制所述数据，以便以其逻辑地址的次序对区块内的数据扇区进行分组，因为这会提高读取所述数据和将所读取的数据传递到主机的速度。

如果此数据复制发生得太频繁，那么存储器系统的操作性能可能降级。这尤其会影响存储器系统的操作，其中存储器的存储容量几乎与可由主机通过系统的逻辑地址空间寻址的数据的量没有差别(典型情况)。在这种情况下，在可执行主机编程命令之前，可能需要数据合并或收集。于是编程时间因而增加。

在相继几代存储器系统中，区块的大小已经逐渐增加，以便增加可以存储在给定半导体区域中的数据位的数目。存储256个数据扇区和更多扇区的区块正变得越来越常见。另外，不同阵列或子阵列的两个、四个或更多区块通常逻辑上一起连接成元区块，以便提高数据编程和读取中的并行度。伴随此类大容量操作单位而来的是对其进行高效操作的难题。

用于此类存储器系统的常见主机接口是与通常与磁盘驱动器一起使用的接口类似的逻辑地址接口。存储器连接到的主机所产生的文件被指派有所述接口的逻辑地址空间内的唯一地址。存储器系统接着通常在逻辑地址空间与存储器的物理区块或元区块之间映射数据。存储器系统记住逻辑地址空间如何映射到物理存储器中，但主机不知道这个。主机记住其数据文件在逻辑地址空间内的地址，但存储器系统在不知道此映射的情况下操作。