[发明专利]闪存设备和方法

说明书

本发明是以下发明专利申请的分案申请：申请号：200680042655.9，申请日：2006年11月13日，发明名称：闪存设备和方法。

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。