【摘要】：鑒于NAND Flash閃存的可擦除次數(shù)有限,不均衡的擦除會(huì)降低閃存的可靠性,因此,為了延長閃存的使用壽命,設(shè)計(jì)一個(gè)自適應(yīng)均衡擦除次數(shù)的磨損均衡算法至關(guān)重要�；旌瞎虘B(tài)硬盤通常由SLC(Single-Level Cell)和MLC(Multi-Level Cell)閃存構(gòu)成,SLC和MLC閃存之間的冷熱數(shù)據(jù)分配、閃存間的磨損均衡以及閃存內(nèi)部的磨損均衡是混合固態(tài)硬盤閃存轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題,針對(duì)這些問題,本文主要做了以下工作:1)基于SLC和MLC閃存各自的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了一種閾值隨當(dāng)前讀寫請(qǐng)求大小動(dòng)態(tài)變化的分離器。SLC適合處理小而熱的數(shù)據(jù),MLC適合處理大而冷的數(shù)據(jù),由于熱數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)常的被讀寫,如果熱數(shù)據(jù)盡可能的部署在SLC閃存,數(shù)據(jù)整體的響應(yīng)時(shí)間會(huì)大大減少。實(shí)驗(yàn)表明本文的動(dòng)態(tài)閾值算法能很好地識(shí)別冷熱數(shù)據(jù)。2)針對(duì)混合固態(tài)中SLC內(nèi)部磨損度不均衡和閃存利用率低的問題,設(shè)計(jì)了一種利用基于物理頁循環(huán)隊(duì)列的方法來管理SLC閃存。本文通過控制循環(huán)隊(duì)列的長度對(duì)SLC中的熱數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,從而提高SLC閃存的利用率。通常而言,SLC閃存耐受性比MLC高10倍到20倍的壽命,混合固態(tài)硬盤中SLC和MLC閃存之間極易出現(xiàn)磨損度不同步問題,針對(duì)這個(gè)問題本文設(shè)計(jì)了一種流量控制器,通過兩者的磨損均衡度和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)熱度,來對(duì)冷熱數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性的重新分配,能有效平衡兩者的磨損度和減少閃存間數(shù)據(jù)的遷移次數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述方法可以有效提高SLC內(nèi)部的磨損均衡度、閃存的利用率以及SLC和MLC閃存之間的磨損均衡度。3)鑒于MLC內(nèi)部磨損均衡的問題,本文提出了基于邏輯頁的熱度與物理塊的熱度相結(jié)合的靜態(tài)磨損算法和動(dòng)態(tài)磨損均衡算法。對(duì)數(shù)據(jù)的熱度進(jìn)行了重新定義,算法除了考慮物理頁的因素外,還考慮到邏輯頁的本身熱度以及邏輯頁的更新時(shí)間間隔。對(duì)于冷熱物理塊的識(shí)別,考慮到了閃存介質(zhì)的物理特性,來解決物理塊擦除不均問題(有些塊幾乎不被擦除,而有些塊反復(fù)擦除)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能大大的提高M(jìn)LC閃存內(nèi)部磨損均衡度,提高閃存的使用壽命。
【圖文】：

圖２．邋１邋ＳＳＤ結(jié)構(gòu)圖逡逑上圖２．邋１是ＳＳＤ的一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)圖，多路轉(zhuǎn)發(fā)器（Ｆｌａｓｈ邋Ｄｅｍｕｘ／Ｍｕｘ）主要功逡逑能是發(fā)出指令，處理器不僅需要管理請(qǐng)求流，還要提供邏輯的磁盤地址到物理閃逡逑存地址的轉(zhuǎn)換。處理器，緩沖管理器和多路轉(zhuǎn)發(fā)器通常是用獨(dú)立的器件組成，比逡逑

２．１．２邋ＮＡＮＤ閃存的物理結(jié)構(gòu)逡逑閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)中的閃存介質(zhì)是由閃存陣列構(gòu)建［３２＿３＇閃存陣列的基本存儲(chǔ)單逡逑元是一種類ＮＭＯＳ的雙層浮空柵（Ｆｌｏａｔｉｎｇ邋Ｇａｔｅ）邋ＭＯＳ管組成，如下圖２．２所示：逡逑Ｏ逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｇａｔｅ逡逑十＋邋－｝—邋￣ｈＨ￣￣ｈＨ￣￣ｈ逡逑—＾ＰｌｏｉＳｈｇ＾Ｓａｔｅ——逡逑干干干干＿）＿邋＿十丨、＾＾逡逑￣＾邐Ｐ－ｗｅｌｌ（ＯＶ）邐＾逡逑Ｎ－ｗｅｌｌ（ＯＶ）逡逑Ｐ＝ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（ＯＶ）逡逑圖２．邋２閃存的物理結(jié)構(gòu)圖逡逑存電子的浮動(dòng)?xùn)牛ǎ疲欤铮幔簦椋睿珏澹牵幔簦澹┦窃谠礃O（Ｓｏｕｒｃｅ）和漏極（Ｄｒａｉｎ）之間電流逡逑單向傳導(dǎo)的半導(dǎo)體上形成，浮動(dòng)?xùn)疟灰粚雍窈竦墓柩趸そ^緣體包裹著，浮動(dòng)珊逡逑是在漏極和源極之間控制傳導(dǎo)電流的選擇／控制柵（Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｇａｔｅ）上面。逡逑寫操作是在控制極加正電壓，使電子通過絕緣層進(jìn)入浮柵極。擦除操作正好逡逑相反，是在襯底加正電壓，，把電子從浮柵極中吸出來。如下圖２．３和圖２．４所示：逡逑Ｖｐｐ（Ｐｒｏｇｒａｍ）邐Ｅｒａｓｅｄ邋Ｓｔａｔｅ邋——二——逡逑Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ邋Ｓｔａｔｅ邋丫邐邐逡逑＼邐＇邐：邐ｐ￣—＾邐／，，逡逑邐邋￣￣邋＂ＺＺ．邋ｉ逡逑個(gè)個(gè)個(gè)ｔ個(gè)一邐ｎ逡逑ｎ邐ｎ逡逑Ｐ－ｗｅｌｌ逡逑Ｐ－ｗｃｌｌ逡逑＇ｊ逡逑乃如邐Ｖｐｐ（Ｅｒａｓｅ）逡逑圖２．邋２閃存的編程狀態(tài)邐圖２．邋３閃存的擦除狀態(tài)逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉巍;王t@屏;;基于隨機(jī)映射的相變內(nèi)存磨損均衡方法[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年11期

2 陸游游;舒繼武;;閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)綜述[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2013年01期

3 趙鵬;白石;;基于隨機(jī)游走的大容量固態(tài)硬盤磨損均衡算法[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2012年05期

4 劉柳;黃德才;;一種邏輯塊溫度和物理塊年齡的磨損均衡算法[J];計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用;2011年12期

5 鄭文靜;李明強(qiáng);舒繼武;;Flash存儲(chǔ)技術(shù)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2010年04期

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1 高立森;固態(tài)硬盤控制器磨損均衡算法研究[D];上海交通大學(xué);2011年

2 邢春波;閃存磨損均衡算法研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2635937