[发明专利]闪存设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及闪存设备领域。更具体地说，本发明涉及在闪存设备 内使用高速缓存读取操作。

背景技术

闪存设备已经已知很多年了。现有技术中已知的标准闪存设备在 存储器阵列中存储数据，成组排列，称为页面和/或模块。

现有技术中已知的NAND闪存设备的实例是Micron Technologies公司的设备NO.MT29F2G08AABWP。该设备的数据页 (下文缩写为DS)被合并在本文中用于说明的所有目的。

当闪存设备所连接的主机(例如闪存所连接的计算机、控制器或 其他类似设备)和闪存设备交换数据时，通常在一次操作内，将一个 完整的数据页面从称作页面缓冲器的内部缓冲器(或寄存器)写入存 储器阵列内或同时把数据页面从存储器阵列中读出到页面缓冲器。

当主机发送一个请求以指示闪存设备读取一页数据时，该页数据 从存储器阵列被传输到页面缓冲器。主机被允许发出一个请求，指示 闪存设备仅当该页数据被完全读入页面缓冲器之后才启动一个新操 作。

主机和闪存设备之间的数据交换所需时间包括主机缓冲器以 及缓冲器存储器阵列之间的传输周期。随着现有闪存设备的数据页 面大小的增加，主机缓冲器之间的传输时间也增加了，并变得可以 和缓冲器存储器阵列传输时间相比较。

例如，在现有技术中已知的具有2K字节数据页面的NAND闪 存设备中，主机缓冲器传输时间通常是每页50-100微秒，而缓冲 器存储器阵列读取时间是每页20-50微秒，缓冲器存储器阵列 页面编程(写)时间是每页200-800微秒。

因此，为了增加系统的整体吞吐量，一些闪存设备包括一个附加 的数据缓冲器-高速缓存缓冲器-用于在主机和该高速缓存缓冲器 之间以及在页面缓冲器和存储器阵列之间同时进行数据传输。

当闪存设备内采用了高速缓存缓冲器时，数据页面从存储器阵列 被读入页面缓冲器，然后立即传输到高速缓存缓冲器，因此“释放”了 页面缓冲器，用于从存储器阵列接收下一页数据。换句话说，即使在 前一页数据完全从缓存缓冲器中读出之前，主机被允许向闪存设备发 送一个请求，从存储器阵列中读取下一页数据。

因此，采用高速缓存缓冲器进行页面读取操作同时减小了传输延 迟时间，增加了系统的整体吞吐量。

使用高速缓存缓冲器的读取操作被称作“高速缓存读取”或“用高 速缓存读取”或“高速缓存模式页面读取”(完全取决于特定闪存设备 经营商)。读取操作响应于由主机触发的特殊命令。

实际上，闪存设备用于读取被顺序写入闪存设备的大量数据。例 如包括几千字节数据的文件系统簇，其总是由操作系统作为一个“块 (chunk)”写入闪存设备和从中读出。其他实例包括信息，由多媒体 源(例如视频、音频记录系统)进行“流”传输，或者数码相机所拍摄 的图像。

在这些情况下，可能需要从闪存设备读取下一页数据，即存储在 存储器阵列内的物理连续的数据页面。现有技术中已知的闪存设备假 定使用高速缓存缓冲器进行页面读取操作。例如，如果当前读取操作 从存储器阵列的地址N读取一页数据，随后接下来的高速缓存读取操 作总是从存储器阵列的地址N+1获取一个数据页面。

但是，存在“下一个连续页面”不再有效的可能性。其中一种情况 是一种应用程序，其中需要以“反向”顺序读取数据页面，即例如执行 LIFO(后入先出)过程。在以下系统内可能需要执行该应用程序： 该系统记录随着时间发生的不同类型的事件，并且有时可能需要查阅 最近记录的特定类型的事件。在这样的系统内，使用最后记录(例如 数据页面)的地址来快速读取“之前”的数据页面可能是非常有利的。

现有的用于高速缓存读取操作的闪存设备不能够解决所述需求。 换句话说，现有技术中已知的包括一个高速缓存缓冲器的闪存设备不 能够提供“反向”顺序(即页面地址是递减的)的数据页面读取。为了 读取“前一个”数据页面，现有的方法简单地应用了“规则的”(不经过 高速缓存的)页面读取操作，没有使用高速缓存缓冲器。

但是，与规则的高速缓存读取操作相比，应用“规则的”页面读取 操作会降低系统的整体吞吐量。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是通过引入一种闪存设备克服现有 技术中的缺陷，其被配置为允许对前一页数据进行高速缓存读取操 作。本发明的闪存设备还被配置为允许对任意地址执行高速缓存读取 操作。