[发明专利]一种非易失存储器和动态随机存取存储器的融合内存系统

说明书

技术领域

本发明属于计算机存储领域，具体涉及一种非易失存储器和动态随机存取存储器的融合内存系统。

背景技术

新型非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM）的出现，为扩展计算机内存提供了新的途径，同时促进了计算机在系统结构上的改变。现有的NVM有PCM（Phase Change Memory，相变存储器），STT-RAM（Spin Transfer Torque Random Access Memory，自旋转移矩随机存储器），MRAM（Magnetic Random Access Memory，磁性随机存储器器），FeRAM（Ferroelectric Random Access Memory,铁电随机存储器）等。新型非易失性存储器的存储机理不再是传统的利用电子形成的电荷流存储数据的，而是利用磁阻效应、阻变效应、相变效应等等诸如此类的机理实现数据的存储，这样的特性使它们具有了诸多传统存储器不会具有的优势，如相变存储器是一种由硫族化合物材料构成的新型非易失性存储器，它利用材料可逆转的相变来存储信息，相变存储器材料在一定条件下会发生从非晶体状态到晶体状态，再返回非晶体状态的变化，在此过程中的非晶体状态和晶体状态呈现出不同的电阻特性和光学特性，因此，可以利用非晶态和晶态分别表示“0”和“1”来存储数据，它提供了非易失、低能耗、随机读写速度快等特点。目前三星和美光公司陆续推出了90nm和45nm制程的PCM芯片。

当前新型非易失存储器在计算机存储系统领域的研究，主要方向有两个：一是作为外存设备使用，二是采用非易失存储器和DRAM作为混合内存（Hybrid Memory），即DRAM是非易失存储器的cache。

相对于DRAM而言，非易失存储器具有非易失性，可以长期保留数据，同时具有高密度特性，这对内存技术的进一步发展提供了支持；但与此同时非易失存储器具有相对较大的延迟，且写速率和DRAM也有差距，部分非易失存储器的寿命也相对有限，若想它可以替代DRAM，就必须克服其自身寿命、能耗和延迟等诸多问题，但现有的研究大多都只针对这诸多问题中的某一个进行，并没有综合考虑克服多方面的限制，因此非易失存储器单独做内存还存在很多挑战和困境，短期内也无法做到DRAM的完全替代者。目前一般仅用非易失存储器替代计算机原有系统的ROM部分，或者研究使用DRAM和非易失存储器构建混合内存，即用非易失存储器做计算机存储系统的中间存储层，如：数据存储依次通过磁盘、非易失存储器、动态随机存取存储器、Cache、CPU，数据访问层次太多，IO路径过长，并没有充分发挥出非易失存储器的特点。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种非易失存储器和动态随机存取存储器的融合内存系统，解决现有计算机内存掉电数据丢失、开机启动慢，能耗降低困难、频繁与磁盘交换的IO性能低下等一系列问题，同时能够通过动态调整融合内存缓冲区空间的容量，自适应应用负载请求，提高内存使用效率。

本发明提出的一种非易失存储器和动态随机存取存储器的融合内存系统，包括：

统一编址、统一管理的非易失存储器（NVM）和动态随机存取存储器（DRAM），其中DRAM包括充当非易失存储器的cache的DRAM cache部分，其空间容量可动态调整；

协议转换模块，用于将非易失存储器物理芯片封装接口协议转换为内存接口所采用的内存协议；

融合内存控制器，用于根据非易失存储器和DRAM物理芯片的工作时序、上层调用命令以及引脚电平信号状态，设置工作状态机以完成相应的操作，并提供驱动内存芯片的软件接口；

融合内存管理模块，用于对融合内存进行统一管理，包括DRAM空间容量动态调整子模块，其中，所述DRAM空间容量动态调整子模块用于周期性监测DRAM cache部分的命中率H，并检测读写请求比例R：

R=读请求数目÷写请求数目    （1）

当命中率H＜K且读写请求比例R<T时，增大DRAM cache容量，其中，K、T均为预定阈值，其值可根据用户需求而自定义配置，0<K<1，0<T<1；

当命中率H≥K且读写请求比例R≥T时，减小DRAM cache容量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：最大限度发挥出非易失存储器和DRAM的优势，通过融合内存架构，解决现有内存系统掉电数据丢失、开机启动慢，能耗降低困难、频繁与磁盘交换的IO性能低下等一系列问题。

附图说明

图1为本发明实施例的融合内存系统架构图；