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固态硬盘控制器磨损均衡算法研究

作　者: 高立森
导　师: 付宇卓
学　校: 上海交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 固态硬盘闪存静态磨损均衡哈希表
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

基于闪存的固态硬盘具有体积小、功耗低、速度快、抗冲击能力强等多种优点,但闪存的固有缺陷也对固态硬盘控制器的管理构成了巨大的挑战。其中,磨损均衡算法是用来提高固态硬盘的寿命和可靠性。在NAND型闪存中,数据更新的频率不同。经常被更新的数据被称为热数据,而相对较少更新的数据被称为冷数据。若热数据持续不断的访问同一个块,导致该块很快被磨穿(wear out),固态硬盘将会变得很不稳定而无法使用。如何将擦除操作均匀的分散在整个存储空间,使NAND型闪存的使用寿命达到最长,是磨损均衡算法(wear leveling algorithm)的重点。在本论文中,通过实现具有基于冷热物理块鉴别和冷热数据鉴别的静态磨损均衡算法,来提高固态硬盘的寿命和可靠性。本文首先根据物理块在内存哈希表中记录的冷热程度把所有块分成两组,然后基于此实现冷热数据迁移的功能;继而在此基础上加入鉴别冷热数据属性的模块,根据内存哈希表中对于写入数据的记录鉴别其冷热属性,并将冷热数据分别写入热块和冷块中。同时,本文使用一种动态磨损均衡算法来进一步提高闪存系统的可靠性和寿命。通过一系列的实验,可以看出在占用极少的内存空间和系统资源的条件下实现了很好的磨损均衡效果,使闪存系统达到了很好的性能。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题背景  10-12
    1.1.1 闪存  10-11
    1.1.2 固态硬盘  11-12
  1.2 固态硬盘控制算法概述  12-14
    1.2.1 固态硬盘基本系统结构  12-13
    1.2.2 闪存基本特性  13
    1.2.3 固态硬盘控制算法简介  13-14
  1.3 课题研究内容及贡献  14
  1.4 论文结构  14-15
第二章固态硬盘关键控制算法  15-20
  2.1 闪存转换层  15-16
  2.2 垃圾回收算法  16-17
  2.3 磨损均衡算法  17-18
    2.3.1 动态磨损均衡算法  17-18
    2.3.2 静态磨损均衡算法  18
  2.4 总结与分析  18-20
第三章基于冷热物理块鉴别模块的静态磨损均衡算法  20-29
  3.1 算法的提出  20
  3.2 算法应用系统结构及算法实现  20-27
    3.2.1 算法应用的系统平台结构  20-22
    3.2.2 构建哈希表及相关操作  22-24
    3.2.3 冷热物理块鉴别模块及冷热数据迁移  24-27
  3.3 一种动态磨损均衡算法  27-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章基于冷热数据鉴别模块及冷热物理块鉴别模块的静态磨损均衡算法  29-40
  4.1 算法的提出  29-30
  4.2 算法实现  30-38
    4.2.1 构建哈希表及相关操作  30-32
    4.2.2 冷热数据鉴别的功能模块  32-35
    4.2.3 改进静态磨损均衡算法  35-38
  4.3 本章小结  38-40
第五章仿真平台及实验结果分析  40-49
  5.1 仿真平台与实验环境  40-41
  5.2 所用trace 介绍  41-47
  5.3 本章小结  47-49
第六章结束语  49-51
  6.1 主要工作与创新点  49-50
  6.2 后续研究工作  50-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  55-57

固态硬盘控制器磨损均衡算法研究

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