【摘要】：閃存是二十世紀(jì)八十年代東芝公司發(fā)明的一款新型存儲(chǔ)器,它具有低功耗、高抗震、高速、非易失、體積小等優(yōu)良特性,這些優(yōu)良特性使得其被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備以及嵌入式設(shè)備中。隨著近年來閃存芯片容量的快速增長和價(jià)格的不斷下降,閃存對(duì)傳統(tǒng)磁盤形成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn),已經(jīng)成為目前最為重要的新型二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備,并且開始廣泛應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)以及企業(yè)級(jí)服務(wù)器環(huán)境中。 隨著閃存的廣泛應(yīng)用,針對(duì)閃存的數(shù)據(jù)管理技術(shù)成為當(dāng)前國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。研究者們大都從DBMS層面及SSD內(nèi)部結(jié)構(gòu)和算法兩方面入手,以提高閃存的存儲(chǔ)和訪問特性以及使用壽命。與此同時(shí),一個(gè)新的問題逐漸引起了研究者的重視,即如何評(píng)估閃存數(shù)據(jù)管理算法的性能。目前提出的解決方法基本有兩種:一是用內(nèi)存仿真閃存,二是基于商用的SSD。前者具有成本低,靈活性好等特點(diǎn),但大多數(shù)內(nèi)存仿真程序只是針對(duì)作者自己提出的某個(gè)算法,無法供其他研究者使用,通用性較差,導(dǎo)致不同算法之間的性能對(duì)比很難進(jìn)行。后者具有成本高,使用方便等特點(diǎn),可以較準(zhǔn)確的獲得算法的運(yùn)行性能。但商用SSD的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及FTL算法對(duì)用戶完全透明,研究者難以進(jìn)行SSD內(nèi)部緩沖區(qū)算法、FTL算法、磨損均衡以及其他相關(guān)算法的實(shí)驗(yàn)。因此,構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一的閃存實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)促進(jìn)閃存存儲(chǔ)器的研究具有重要意義。 針對(duì)當(dāng)前閃存相關(guān)算法的性能試驗(yàn)所面臨的問題,本論文提出了一個(gè)軟硬件集成的、開放的、可配置的混合NAND型閃存數(shù)據(jù)管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本論文的工作主要有以下兩點(diǎn): (1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種軟硬集成的、高效靈活的閃存數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。集成了閃存存儲(chǔ)板硬件和FTL、閃存驅(qū)動(dòng)層等軟件實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)不僅支持DBMS層面的各種算法驗(yàn)證,也支持SSD內(nèi)部的各類算法驗(yàn)證,保證了大多數(shù)閃存驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的要求。 (2)提出了一種高效的SSD內(nèi)部的寫緩沖區(qū)置換算法BPCLC,并利用該閃存數(shù)據(jù)管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行算法驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,BPCLC算法優(yōu)于同類型的其他算法,同時(shí)表明該平臺(tái)能夠適用于各種閃存算法的研究實(shí)驗(yàn)。
【圖文】：

震性好等優(yōu)良特性，隨著閃存價(jià)格的下降和容量的增加介質(zhì)的存儲(chǔ)器逐漸步入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的舞臺(tái)，并占據(jù)主導(dǎo)地硬盤的趨勢（Bouganim et al 2009; Gray et al 2008; Lee 表 1-1 是一款 SSD 和傳統(tǒng)磁盤的對(duì)比數(shù)據(jù)，從表中可方面比傳統(tǒng)磁盤都有較大優(yōu)勢。閃存存儲(chǔ)器比傳統(tǒng)磁盤有優(yōu)勢，但其自身也存在很多問的磁道、盤面、柱面、扇區(qū)的結(jié)構(gòu)不同，閃存是由塊（個(gè)塊包含固定數(shù)目的數(shù)據(jù)頁（Page），一般是 64 頁， 據(jù) 頁 為 單 位 ， 而 磁 盤 是 按 字 節(jié) 操 作 ； 閃 存 不 支 持 原ce Update），因此如果需要執(zhí)行一次更新操作，則需要所在的物理塊進(jìn)行擦除，然后進(jìn)行其他操作；閃存的擦般為一百萬次，頻繁的擦除會(huì)大大降低閃存的壽命。此程中，由于已有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是針對(duì)磁盤進(jìn)行性能優(yōu)化的性能并沒有得到最大的利用。

普通的場效應(yīng)管和半導(dǎo)體晶體管類似，不同的是，閃存芯片的晶體管中入了“控制柵”（Control Gate）和“浮動(dòng)?xùn)拧保‵loating Gate）。控制柵將子移出或注入浮動(dòng)?xùn)�；而浮�?dòng)?xùn)疟砻姘擦艘粚庸柩趸锝^緣體，通過制柵與電容耦合，達(dá)到貯存電子的目的。當(dāng)負(fù)電子從浮動(dòng)?xùn)艃?nèi)移出，對(duì)應(yīng)單晶體管的狀態(tài)就由 0 變成 1；相反，當(dāng)在控制柵的作用下負(fù)電被注入浮動(dòng)?xùn)艜r(shí)，對(duì)應(yīng)單晶體管的狀態(tài)就由 1 變成 0。在寫入數(shù)據(jù)之，閃存芯片必須將浮動(dòng)?xùn)艃?nèi)的負(fù)電子全部移走，將相關(guān)閃存存儲(chǔ)塊中位的存狀態(tài)都置為 1，改操作即擦除操作，因此，擦除操作也是最耗時(shí)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2594661