[发明专利]用于实现多级别存储器分级体系的设备和方法

说明书

技术领域

该发明一般涉及计算机系统的领域。更特别地，本发明涉及用于实现多级别存储器分级体系的设备和方法。

背景技术

A. 当前存储器和存储配置

对于当今计算机创新的限制因素之一是存储器和存储技术。在常规的计算机系统中，系统存储器（也被称作主存储器、初级存储器、可执行存储器）通常通过动态随机访问存储器（DRAM）来实现。即使当没有存储器读或写发生时，基于DRAM的存储器也消耗功率，因为它必须不断地对内部电容器进行重新充电。基于DRAM的存储器是易失性的，这意味着一旦移除功率，则丢失存储在DRAM存储器中的数据。常规的计算机系统也依赖多级别的缓存以改善性能。缓存是在处理器与系统存储器之间的高速度存储器,用来比从系统存储器供应存储器访问请求快地供应存储器访问请求。这样的缓存通常用静态随机访问存储器（SRAM）来实现。缓存管理协议可以用来确保最频繁访问的数据和指令被存储在缓存的级别之一中，由此减少了存储器访问事务的数量并改善了性能。

关于大容量存储设备（也被称作次级存储设备或磁盘存储设备），常规的大容量存储装置通常包括磁介质（例如，硬盘驱动）、光学介质（例如，光盘（CD）驱动、数字通用磁盘（DVD）等等）、全息介质和/或大容量存储闪存存储器（例如，固态驱动（SSD）、可移除闪存驱动等等）。一般地，这些存储装置被认为是输入/输出（I/O）装置，因为它们由处理器通过实现各种I/O协议的各种I/O适配器来访问。这些I/O适配器和I/O协议消耗大量的功率，并且可以具有对管芯区域和平台的形成因素的显著影响。当没有连接到永久电源时具有有限电池寿命的便携式或移动装置（例如，膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、个人数字助理（PDA）、便携式媒体播放器、便携式游戏装置、数字摄像机、移动电话、智能电话、功能电话等等）可以包括可移除大容量存储装置（例如，嵌入式多媒体卡（eMMC）、安全数字（SD）卡），所述大容量存储装置通常经由低功率互连和I/O控制器耦合至处理器，以便满足活动的和空闲的功率预算。

关于固件存储器（诸如引导程序存储器（也被称作BIOS闪存）），常规的计算机系统通常使用闪存存储器装置存储经常读但很少（或从不）写入的持久性系统信息。例如，由处理器执行来在引导过程（基本输入和输出系统（BIOS）映像）期间初始化关键系统部件的初始指令通常被存储在闪存存储器装置中。当前在市场中可得的闪存存储器装置一般具有有限速度（例如，50MHz）。该速度由用于读协议的开销开销进一步降低（例如，2.5MHz）。为了使BIOS执行速度加速，常规的处理器一般在引导过程的预先可扩展固件接口（PEI）阶段期间缓存BIOS代码的一部分。处理器缓存的大小对用在PEI阶段的BIOS代码（也被称作“PEI BIOS 代码”）的大小设置了限制。

B. 相变存储器（PCM）和相关的技术

相变存储器（PCM）（有时也被称作相变随机访问存储器（PRAM或PCRAM）、PCME、双向通用存储器或者硫族化物RAM（C-RAM ））是一种开发了硫族化物玻璃的独特行为的类型的非易失性计算机存储器。作为电流经过产生的热的结果，硫族化物玻璃可以在以下两个状态之间切换：晶体和非晶体。PCM的最近版本可以实现两个附加的不同状态。

PCM提供了比闪存更高的性能，因为PCM的存储器元素可以被更快地切换，写（将各个位改变到1或0）可以在不需要首先擦除整个单元块的情况下完成，并且来自写的退化更慢（PCM装置可以经受得住大约100兆个写周期；PCM退化是由于在编程、金属（或其它材料）迁移和其它机制期间的热膨胀而导致的）。

附图说明

下面的描述和附图用来说明本发明的实施例。在附图中：

图1图示了根据本发明的实施例的缓存和系统存储器布置；

图2图示了在本发明的实施例中采用的存储器和存储分级体系；

图3图示了本发明的实施例可以在其上实现的计算机系统；

图4A图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第一系统体系结构；

图4B图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第二系统体系结构；

图4C图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第三系统体系结构；

图4D图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第四系统体系结构；

图4E图示了根据本发明的实施例的包括PCM的第五系统体系结构；