現今快閃記憶體已經被廣泛地應用在各種不同的領域。但由於成本的考量,高密度低成本的快閃記憶體的市場佔有率與日俱增,但此類的快閃記憶體同時也帶來許多管理上的問題,例如資料存取速率大幅下降與資料錯誤率大幅上升。因此提出並研發一既省主記憶體又能有效提昇快閃記憶體讀寫效能與資料可靠性的方法,實為一重要的課題。
一個快閃記憶體晶片是由區塊 (block) 所組成,每個區塊是由頁面 (page) 所組成,每個頁面包含一個資料區與一個額外區,資料區是用來存放資料而額外區是用來存放管理資料(如錯誤更正碼、資料區所存資料的邏輯位址…等)。區塊是資料抹除的單位,而頁面是讀寫的基本單位。當一個頁面被寫入資料之後就不能再寫入資料,必須要等到它所在的區塊被整個抹除後才能再寫入資料。因此為了效能的考量,通常我們會把寫入的資料寫到空閒頁面 (free page),而不是寫回原來的頁面,因此,同一份資料可能會同時有多個版本存在於快閃記憶體之中,然而只有最後一版的資料為有效資料,其餘舊版的資料皆為過期或無效資料。存放最後一版資料的頁面稱為有效頁面,存放舊版資料的頁面稱為無效頁面。如圖一所示,快閃記憶體裝置上通常會搭配一個管理機來管理快閃記憶體,使得主機系統能夠使用邏輯位址直接存取快閃記憶體存儲裝置上相對映邏輯位址的資料,而不需了解快閃記憶體的存取特性及實際資料所存在的實體位址。為了管理快閃記憶體,在快閃記憶體存儲裝置上需要一個邏輯位址與實體位址的轉換機制 (address translation) 或轉換資訊,這樣才能找到每個邏輯位址的資料存在處。另外,當系統沒有足夠的空閒區塊時,空間回收單元 (garbage collector) 就會被啟動來回收存放過期或舊版資料的空間。由於每個區塊所能被抹除的次數有限,因此在選擇回收並抹除的區塊時,必須盡量使得每個區塊被抹除的次數較為平均,以延長快閃記憶體的使用壽命。
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