[发明专利]一种固态硬盘及其访问控制方法、一种固态硬盘控制器

说明书

技术领域

本发明涉及数据存储装置固态硬盘，特别是涉及一种固态硬盘及其访问控制方法和一种固态硬盘控制器。

背景技术

硬盘驱动器(Hard Disk Driver，HDD)作为一种基本的存储设备，广泛应用于电子通信领域。传统的HDD硬盘采用磁介质进行数据存储，数据存储在密封于洁净的硬盘驱动器内腔的若干个磁盘片上，并通过磁头进行数据读写。由于读写磁头为机械结构，因此，传统HDD硬盘在访问速度、防震动、发热量以及功耗、噪音方面存在固有缺陷。随着CPU多核技术和虚拟化应用的快速发展，磁盘I/O子系统的瓶颈也越来越明显，传统硬盘无法也不可能跟上随摩尔定律进化的微处理器的发展。例如，1996年以来的大约十年内微处理器的性能提高到了原来的约30倍，而硬盘的性能只提高了1.3倍。因此，发展新的基于半导体存储介质的无需机械结构的硬盘存储装置已成为解决存储设备I/O速度瓶颈的最佳途径。

其中，以集成电路形式的NAND Flash(与非门闪存)芯片作为存储介质的固态硬盘(Solid State Disk，SSD)为目前应用最广发展最快的半导体存储介质硬盘。现有的基于NAND Flash的存储装置的I/O速度可以达到传统硬盘的10³数量级，而消耗的功率只有同类传统硬盘的1/10，因此，SSD的应用领域已经从移动通信设备、游戏机等便携式逐步发展到笔记本、台式机，并且随着SSD控制技术的发展，SSD也开始在网络存储和企业级服务器领域获得应用。

SSD具有访问速度快、功耗低，以及体积小、重量轻、防震性能好、无噪声等诸多优点，但是，根据现有技术水平，SSD的存储容量仍受到限制。目前，SSD的单颗最大存储容量只有256GB，与传统硬盘的动辄TB数量级的存储空间相比尚有很大差距。众所周知，对于硬盘而言，其首要功能是存储数据，硬盘容量越大，所能存放的数据越多。容量、速度以及可靠性是决定用户需求的主要因素。随着计算机网络和多媒体应用的日益广泛，无论是企业还是个人用户对存储空间的需求都在以几何级数增长，而SSD的容量限制已成为妨碍其普及的重要原因。

固态硬盘与计算机系统相连接是固态硬盘的一种较为广泛的应用。固态硬盘与计算机系统连接的示意图如图1所示，其中，固态硬盘3由固态硬盘控制器2和固态硬盘的存储单元4两部分组成。主机系统1通过硬盘控制器2对存储单元4进行访问。固态硬盘控制器2是对于硬盘进行控制的一个模块，也是硬盘驱动器和主机的接口。主机系统和硬盘的信息交换通过固态硬盘控制器2完成。从SSD问世以来，针对其访问控制有诸多方法，从早期的针对EEPROM Flash硬盘的专利公开(如美国专利号5806070，申请日为1997年9月16日，名为“Device and method for controlling solid-state memory system”)到近期的针对NAND Flash硬盘的如美国专利申请号11/254,508，申请日为2005年10月20日，名为“Method to enable fast disk caching and efficient operations on solid state disks”；以及美国专利申请号11/594,893，申请日为2006年11月9日，名为“Semiconductor solid state disk controller”的专利申请等相继出现。根据现有技术的各种SSD及其访问控制方法，SSD控制器的一般结构如图2所示。从图中可见，现有的SSD控制器2包括：主控单元210、主机接口单元220、缓冲单元230和存储接口单元240，其中主机接口单元210与主机进行通信，而存储接口单元240用于对SSD的存储单元进行数据读写操作，主控单元210对整个访问过程进行管理。

现有技术的这些方法虽然在一定程度上解决了SSD的访问控制问题，却还不能满足目前对SSD存储能力的迫切需求。这里存储能力可以理解为存储具预定信息量的数据的能力。因为，由于芯片工艺等多种原因，目前SSD的单位存储成本仍远较传统HDD硬盘为高，单个SSD的容量也受到限制。为了降低成本，扩大其存储能力，现有技术均采用的是提高SSD的物理容量的方法，这种方式比较直观容易想到，但其效果显然受限于芯片工艺等技术的发展水平。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提高SSD的信息存储能力，而提高的途径为增加现有SSD的有效容量，即在不改变SSD物理存储空间的条件下，增加其有效信息容量，以使SSD能够存储的信息量得到迅速和有效的提高。