TWI472920B - A system and method for improving the read and write speed of a hybrid storage unit - Google Patents

A system and method for improving the read and write speed of a hybrid storage unit Download PDF

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Description

提升混合式儲存單元讀寫速度之系統及其方法
本發明係一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統及其方法，該方法係能使一快取控制器利用一系統中儲存之正向映射表格及反向映射表格，將資料優先寫入一高速儲存單元中，或優先讀取該高速儲存單元中之資料，以提昇該電腦之運作效率。
按，隨著微電子技術的快速成長，各類電腦產品的週邊設備亦漸驅高級且多元化，如今，消費者使用電腦不僅是為了處理一般的文書作業及瀏覽網路，更為了能觀賞高畫質影音檔案、享受3D線上遊戲或處理複雜的應用程式，但無論是高畫質影音檔案或是各類電子資料文件，其檔案大小必然會隨著資料的複雜及精細度而提昇，因此，高容量的硬碟遂成為所有電腦產品所不可或缺的必要配備。
目前，一般的常規硬碟(Hard Disk Drive，簡稱HDD)雖然已能儲存高達TB級的電子資料，然而，常規硬碟卻限於自身的機械式結構，致使其讀寫速度難以提昇至與中央處理器(Central processing unit，簡稱CPU)之處理速度相匹配的程度，且常規硬碟具有消耗功率大及不耐震動等特性，並不利於應用在各類行動電子裝置上，因此，近年來業者不斷地進行研究及開發，期能尋找出一種新的儲存裝置，其中，又以固態硬碟最具發展性，固態硬碟(Solid State Disk、Solid State Drive，簡稱SSD)，是一種基於永久性記憶體(如快閃記憶體)的電腦資料儲存裝置，其主要技術是將數個記憶體(如：NAND記憶體)連接起來，再搭配適當的控制晶片及電路，所形成之一儲存裝置。在固態硬碟的規格方面，由於固態硬碟常作為傳統常規硬碟的替代品，故大多數的製造廠商會將固態硬碟設計為和常規硬碟相同的規格，例如常見的1.8英寸、2.5英寸或3.5英寸規格。而在固態硬碟與電腦的連接介面方面，目前的固態硬碟普遍採用SATA2介面，但亦有部分固態硬碟採用IDE、SATA、SATA3、1394、USB、或PCI-E等連接介面。此外，在固態硬碟中所採用的記憶體，大致上可分為兩大類：MLC(Multi-Level Cell，多層式儲存)及SLC(Single-Level Cell，單層式儲存)，另外較新型的還有TLC(Triple-Level Cell)記憶體。就目前的技術而言，使用MLC的固態硬碟成本較使用SLC的低，但是寫入速度較低、使用壽命也較短。
固態硬碟與常規硬碟相較之下，具備了無噪音、低功耗、讀寫中耐震性高、低發熱及易輕量化等優點，這也使得固態硬碟十分適合應用在行動電子裝置上，除此之外，根據相關測試數據顯示，固態硬碟的讀取速度約可達到常規硬碟的2～3倍以上，寫入速度亦可達到常規硬碟的1.5倍以上。在目前常規硬碟成為系統效能瓶頸的情況下，採用固態硬碟應是一種不錯的解決方案。然而，在價格方面，目前無論是永久性記憶體還是非永久性記憶體，其每百萬位元組成本(Cost per Megabyte)都遠高於常規硬碟，使得大容量的固態硬碟價格居高不下，故一般使用者較不可能完全以固態硬碟取代常規硬碟。
為此，有業者研發出一種混合式硬碟(Hybrid Device)，其技術一般通稱為HDDBOOST，主要是在電腦上安裝一控制裝置，並將一常規硬碟及一固態硬碟分別連接至該控制裝置，以使電腦能透過該控制裝置，從任一硬碟中讀出資料，或透過該控制裝置同時寫入該二硬碟，惟，藉由該項技術雖能勉強提升資料的讀取速度，但在寫入資料時，該控制裝置會同時將資料寫入至該常規硬碟與該固態硬碟，以維持兩者的資料同步化，因此仍無法對電腦整體的運作效率有明顯地改進。
由於，混合式硬碟僅為一種硬體結構，故在實際運作時，尚必須有一套相對應之軟體或系統，始能正確地將資料寫入混合式硬碟中，或將資料由該混合式硬碟中讀取出來，這類處理流程，將對混合式硬碟實際上展現出的效能有極大的影響，因此，如何設計出一種提升混合式硬碟讀寫速度之系統及其方法，即成為本發明在此亟欲解決的重要問題。
有鑑於習知混合式硬碟並未有一完善的資料處理方法，造成電腦整體運作效率難以彰顯的問題，發明人憑藉著多年的實務經驗，並經過多次的實驗及研究後，終於設計出本發明之一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統及其方法，期能讓各種混合式儲存單元(如：混合式硬碟)的功效更迅速及準確。
本發明之一目的，係提供一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，該系統包括一電腦、一混合式儲存單元及一快取控制器等裝置，且儲存有一正向映射表格及一反向表格，該等映射表格係能分別儲存於該系統中之任一裝置內，該混合式儲存單元係由至少一常規儲存單元及至少一高速儲存單元構成，且該高速儲存區段之讀寫速度係大於常規儲存區段(如：常規儲存區段為常規硬碟、高速儲存區段為固態硬碟)，該常規儲存單元能被劃分為複數個常規區段，該高速儲存單元則能被劃分為複數個高速儲存區段；該正向映射表格中設有複數個正向欄位，以分別對應至各該常規區段，該反向映射表格中設有複數個反向欄位，以分別對應至各該高速儲存區段；該快取控制器係分別與該混合式儲存單元及該電腦相電氣連接，該快取控制器係能在各該正向欄位內寫入一反向標籤值，使各該正向欄位對應至一反向欄位，且使該正向欄位相對應之常規區段，能對應至該反向欄位相對應之高速儲存區段；或在各該反向欄位內寫入一正向標籤值，以對應至一正向欄位，且使該反向欄位相對應之高速儲存區段，能對應至該正向欄位相對應之常規區段。如此，各該常規區段及各該高速儲存區段，即能藉由該等映射表格及該等標籤值，彼此相互對應，使該電腦能透過該快取控制器，在該混合式儲存單元上讀寫資料。
本發明之另一目的，係提供一種提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，該方法係能使該快取控制器執行一寫入程序，該寫入程序之步驟包括：接收一寫入命令，並依據該寫入命令，辨識該資料欲被寫入之一常規區段；判斷該正向映射表格中對應於該常規區段之正向欄位內是否已被寫入之一反向標籤值？若是，則依據該反向標籤值，將資料寫入該反向標籤值相對應之高速儲存區段中，否則，將資料寫入該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，並更新該正向映射表格及反向映射表格。如此，透過該方法，該快取控制器即能優先將資料寫入該高速儲存單元中，並利用該高速儲存單元之高速寫入特性，提昇該電腦之運作效率。
本發明之又一目的，乃該方法尚能使該快取控制器執行一讀取程序，該讀取程序包括：接收一讀取命令，並依據該讀取命令，辨識欲讀取之資料之一常規區段；嗣，判斷該正向映射表格中對應於該常規區段之正向欄位內是否已被寫入之一反向標籤值？若是，則依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並讀取該高速儲存區段中之資料，否則，讀取該常規區段中之資料，且將該資料分別傳送至該電腦及該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，並更新該正向映射表格及反向映射表格。
本發明之再一目的，乃該方法尚包括一鏡射程序，使該快取控制器在未接收到該讀取命令及寫入命令的情況下，能依據該反向映射表格，判斷各該常規區段儲存之資料與對應之高速儲存區段中儲存之資料是否相符？若資料不相符，則將該高速儲存區段中儲存之資料鏡射至對應之該常規區段中，以確保該常規區段中之資料能與對應之高速儲存區段相對應。
為便　貴審查委員能對本發明之技術特徵、目的及其手段有更進一步的認識與理解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：
本發明係一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統及其方法，請參閱第1圖所示，係本發明之第一較佳實施例，該系統1包括一電腦10、一混合式儲存單元11及一快取控制器12等裝置，且儲存有一正向映射表格101及一反向映射表格102，其中各該映射表格101、102係能分別儲存在該系統1中之任一裝置內(如：兩者皆儲存在該電腦10中，或分別儲存在混合式儲存單元11及該快取控制器12中)；該混合式儲存單元11係由一常規儲存單元110及一高速儲存單元112構成，該常規儲存單元110及該高速儲存單元112係為不同種類之儲存裝置(如：常規硬碟、固態硬碟、磁碟陣列、快閃記憶體模組、SDRAM記憶體模組(DDR/DDR2/DDR3)或Magnetoresistive Random Access Memory(MRAM)記憶體模組等)，且該高速儲存單元112之讀寫速度係大於該常規儲存單元110(如：常規儲存單元110為常規硬碟、高速儲存單元112為固態硬碟；或常規儲存單元110為磁碟陣列、高速儲存單元112為SDRAM記憶體模組；或常規儲存單元110為常規硬碟、高速儲存單元112為快閃記憶體模組；或常規儲存單元110為固態硬碟、高速儲存單元112為SDRAM記憶體模組；或常規儲存單元110為磁碟陣列、高速儲存單元112為MRAM記憶體模組等)；該快取控制器12係分別與該電腦10及該混合式儲存單元11相電氣連接，且能透過該正向映射表格101及該反向映射表格102，控制該系統1在寫入資料及讀取資料之流程步驟，進而提昇該混合式儲存單元11的讀寫速度。
復請參閱第1圖所示，該常規儲存單元110係能被劃分成複數個常規區段M，該高速儲存單元112則能被劃分為複數個高速儲存區段N；該正向映射表格101包括複數個正向欄位m，各該正向欄位m係分別與各該常規區段M相對應，該反向映射表格102包括複數個反向欄位n，各該反向欄位n係分別與各該高速儲存區段N相對應。在本實施例中，該正向映射表格101及該反向映射表格102之縱向及橫向分別依序標有複數個參考值(即A1、A2、B0、1、2、3等)，依據該等參考值，各該正向欄位m及各該反向欄位n係能分別對應至一正向標籤值或一反向標籤值(如：第1圖中標示黑框之欄位中，與參考值A1、2相對應之正向欄位m之正向標籤值為A12，與參考值B0、2相對應之反向欄位n之反向標籤值為B02)。
承上，在此特別一提者，一般實體儲存元件(即常規儲存單元110及該高速儲存單元112)係由複數個最小邏輯存取單位(如：每個邏輯存取單位為512位元組)以線性排列方式所構成，而本發明乃以複數個該最小邏輯存取單位為一區段的單位大小，將各該儲存單元110、112劃分成複數個線性排列的區段，及產生相對應之映射表格101、102，惟，為使相關領域之人士能更直覺地理解本發明之技術特徵，在第1圖中係以標示有縱向參考值及橫向參考值的表格方式呈現，合先陳明。
復請參閱第1圖所示，各該正向欄位m內能被寫入一反向標籤值，以對應至一反向欄位n，且使該正向欄位m相對應之常規區段M，能對應至該反向欄位n相對應之高速儲存區段N，或各該反向欄位n內能被寫入一正向標籤值，以對應至一正向欄位m，且使該反向欄位n相對應之高速儲存區段N，能對應至該正向欄位m相對應之常規區段M；例如，在第1圖中，對應於正向標籤值A21之正向欄位m內能被寫入一反向標籤值B01，由於該反向標籤值B01係與一反向欄位n相對應，故該正向欄位m相對應之常規區段M將能透過該等映射表格，對應至該反向欄位n相對應之高速儲存區段N。
請參閱第1及2A圖所示，在該電腦10欲將一資料寫入各該常規區段M的情況下，該電腦10係能傳送一寫入命令至該快取控制器12，或在該電腦10欲讀取各該常規區段M中儲存之資料的情況下，該電腦10能傳送一讀取命令至該快取控制器12，使該快取控制器12執行相對應之動作。本發明之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法係能使該快取控制器12分別執行一寫入步驟、一讀取步驟及一鏡射步驟，該寫入步驟包括：(201)接收該電腦10傳來之寫入命令；(202)依據該寫入命令，辨識出該資料欲被寫入之至少一常規區段M，並依據該正向映射表格101，搜尋各該對應之正向欄位m；(203)判斷各該正向欄位m內是否已被寫入一反向標籤值？若是，進入步驟(204)，否則，進入步驟(206)；(204)依據該反向標籤值，搜尋對應之反向欄位n及高速儲存區段N；(205)將該資料寫入該高速儲存區段N中；(206)判斷該高速儲存單元112中是否具有未被使用之高速儲存區段N？若是，則進入步驟(208)，否則，進入步驟(207)；(207)執行一置換程序，以將至少一高速儲存區段N中之資料置換至該常規儲存單元110中相對應之常規區段M；(208)將資料寫入該高速儲存單元112中未被使用之高速儲存區段N；及(209)更新該正向映射表格101及反向映射表格102中分別對應於該常規區段M(即該電腦10欲寫入資料之常規區段M)及該高速儲存區段N(即實際上被寫入資料之高速儲存區段N)之該正向欄位m及該反向欄位n內之反向標籤值及正向標籤值。
承上，請參閱第1及2B圖所示，該置換程序係能使該快取控制器12依據該等映射表格101、102執行下列步驟：(211)依據該反向映射表格102，搜尋至少一反向欄位n及相對應之高速儲存區段N；(212)依據該反向欄位n內被寫入之正向標籤值，搜尋相對應之正向欄位m及常規區段M；(213)　判斷各該常規區段M中之資料是否與該高速儲存區段N中之資料相符？若是，進入步驟(215)，否則，進入步驟(214)；(214)將該常規區段M中之資料更新成該高速儲存區段N中之資料；(215)刪除該高速儲存區段N中之資料；及(216)清除該正向映射表格101及反向映射表格102中分別對應於該常規區段M及該高速儲存區段N之該正向欄位m及該反向欄位n內之反向標籤值及正向標籤值。
承上，如此，在該電腦10欲將資料寫入該常規儲存單元110時，該快取控制器12即能先將資料寫入該高速儲存單元112中，以節省該系統1運作之效率。請參閱第1及3圖所示，該讀取程序包括：(301)接收該電腦10傳來之讀取命令；(302)依據該讀取命令，辨識出該電腦10欲讀取資料之至少一常規區段M，並依據該正向映射表格101，搜尋各該對應之正向欄位m；(303)判斷各該正向欄位m內是否已被寫入一反向標籤值？若是，進入步驟(304)，否則，進入步驟(306)；(304)依據該反向標籤值，搜尋對應之反向欄位n及高速儲存區段N；(305)讀取該高速儲存區段N中之資料，並傳輸至該電腦10；(306)　判斷該高速儲存單元112中是否具有未被使用之高速儲存區段N？若是，則進入步驟(308)，否則，進入步驟(307)；(307)執行該置換程序，以將至少一高速儲存區段N中之資料置換至該常規儲存單元110中相對應之常規區段M；(308)將該電腦10欲讀取資料之常規區段M中之資料同時傳送至該電腦10及該高速儲存單元112，並將該資料寫入未被使用之高速儲存區段N中；及(309)更新該正向映射表格101及反向映射表格102中分別對應於該常規區段M(即該電腦10欲讀取資料之常規區段M)及該高速儲存區段N(即接收該常規區段M中資料之高速儲存區段N)之該正向欄位m及該反向欄位n內之反向標籤值及正向標籤值。
承上，在此特別一提者，該讀取程序中之置換程序，由於其流程係與前述寫入程序中之置換程序步驟相同，故不再贅述。
請參閱第1及4圖所示，該鏡射程序包括：(401)判斷是否接收到該讀取命令或寫入命令？若是，進入步驟(402)，否則進入步驟(403)；(402)執行相對應之命令；(403)依據該反向映射表格102，判斷各該常規區段M儲存之資料與對應之高速儲存區段N中儲存之資料是否相符？若是，結束該鏡射程序，否則，進入步驟(404)；及(404)將該高速儲存區段N中儲存之資料鏡射至對應之該常規區段M中，以更新該常規區段M中之資料，並更新該等映射表格101、102之內容。
另，復請參閱第1圖所示，在本發明之第一較佳實施例中，在該正向欄位m內未被寫入一反向標籤值的情況下，該快取控制器12係先判斷該高速儲存單元112是否具有未使用過之高速儲存區段N？再進行後續寫入資料或讀取資料之步驟，然而，在本發明之第二較佳實施例中，該快取控制器12亦能在完成寫入資料或讀取資料之步驟後，始判斷該高速儲存單元112是否具有尚未使用過之高速儲存區段N？如此，即能確保該快取控制器12每次執行完該寫入流程及該讀取流程後，該高速儲存單元112能保持在具有未被使用之高速儲存區段N之狀態。請參閱第1及5圖所示，茲分別說明本發明之第二較佳實施例之寫入程序及讀取程序如下：(501)接收該電腦10傳來之寫入命令；(502)依據該寫入命令，辨識出該資料欲被寫入之至少一常規區段M，並依據該正向映射表格101，搜尋各該對應之正向欄位m；(503)判斷該正向欄位m內是否已被寫入一反向標籤值？若是，進入步驟(504)，否則，進入步驟(506)；(504)依據該反向標籤值，搜尋對應之反向欄位n及高速儲存區段N；(505)將該資料寫入該高速儲存區段N中；(506)將資料寫入該高速儲存單元112中未被使用之高速儲存區段N；(507)更新該正向映射表格101及反向映射表格102中分別對應於該常規區段M(即該電腦10欲寫入資料之常規區段M)及該高速儲存區段N(即實際上被寫入資料之高速儲存區段N)之該正向欄位m及該反向欄位n內之反向標籤值及正向標籤值；(508)判斷該高速儲存單元112中是否具有未被使用之高速儲存區段N？若是，則結束該寫入程序，否則，進入步驟(509)；及(509)執行一置換程序，以將至少一高速儲存區段N中之資料置換至該常規儲存單元110中相對應之常規區段M，並結束該寫入程序。
請參閱第1及6圖所示，係本發明之第二較佳實施例之讀取程序流程圖：(601)接收該電腦10傳來之讀取命令；(602)依據該讀取命令，辨識出該電腦10欲讀取資料之至少一常規區段M，並依據該正向映射表格101，搜尋各該對應之正向欄位m；(603)判斷各該正向欄位m內是否已被寫入一反向標籤值？若是，進入步驟(604)，否則，進入步驟(606)；(604)依據該反向標籤值，搜尋對應之反向欄位n及高速儲存區段N；(605)讀取該高速儲存區段N中之資料，並傳輸至該電腦10；(606)將該電腦10欲讀取資料之常規區段M中之資料同時傳送至該電腦10及該高速儲存單元112，並將該資料寫入未被使用之高速儲存區段N中；(607)更新該正向映射表格101及反向映射表格102中分別對應於該常規區段M(即該電腦10欲讀取資料之常規區段M)及該高速儲存區段N(即接收該常規區段M中資料之高速儲存區段N)之該正向欄位m及該反向欄位n內之反向標籤值及正向標籤值；(608)判斷該高速儲存單元112中是否具有未被使用之高速儲存區段N？若是，則結束該讀取程序，否則，進入步驟(609)；及(609)執行一置換程序，以將至少一高速儲存區段N中之資料置換至該常規儲存單元110中相對應之常規區段M，並結束該讀取程序。
復請參閱第1圖所示，業者尚能在該反向映射表格102加設至少一旗標t，該旗標t係能指向最先被寫入資料之高速儲存區段N相對應之反向欄位n，以在該快取控制器12執行置換程序的過程中，該快取控制器12係能先刪除該反向欄位n相對應之高速儲存區段N，或者，該旗標t亦能設計成指向最後被寫入資料之高速儲存區段N相對應之反向欄位n，以避免在該置換程序中，該快取控制器12刪除到最近寫入之資料，而造成重複讀取資料時該電腦10效率不彰之問題。由於，該旗標t係該快取控制器12在搜尋該反向映射表格102時之一種參考指標，故業者能依自身之需求，自行設定該旗標t之指向方式，如：Least Frequently Used(LFU，即指向與最不常使用的高速儲存區段N相對應之反向欄位n)，或Least Recently Used(LRU，即指向與最近最少使用的高速儲存區段N相對應之反向欄位n)等，且其設定方式，並不以前述該等方式為限，合先陳明。
在此需特別一提者，復請參閱第1圖所示，在本發明之第一較佳實施例中，該混合式儲存單元11及該快取控制器12係皆安裝於該電腦10上，惟，在本發明之其他較佳實施例中，該混合式儲存單元11及該快取控制器12之裝設方式並不以此為限，該混合式儲存單元11亦能以外接方式(即該常規儲存單元110或該高速儲存單元112為一外接式硬碟)與該電腦10相電氣連接；或該快取控制器12能內建於該電腦10之主機板(圖中未示)上，並與該電腦10上之一南橋電路14，整合為一體，使該南橋電路14能透過該快取控制器12，控制該混合式儲存單元11，如此，亦能如本發明之第一較佳實施例般，提昇該系統1之讀寫該混合式儲存單元11之速度及效率，合先陳明。
承上，在本發明之第一較佳實施例中，該等映射表格101、102係儲存且設定於該系統1中，惟，在本發明之其他較佳實施例中，該等映射表格101、102亦能由該系統1主動辨識產生，如：該快取控制器12能在辨識出該常規儲存單元110及該高速儲存單元112之產品資訊(如：容量大小、規格等)後，依據該產品資訊，產生該等映射表格101、102，並儲存於該電腦10中，如此，則尚能大幅增加該系統1之應用彈性，合先陳明。
請參閱第7圖所示，係本發明之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統7的第二較佳實施例，其中該電腦70、該常規儲存單元710、該高速儲存單元712及該快取控制器72係為分別獨立之元件，且該快取控制器72係分別與該電腦70及該混合式儲存單元71(即該常規儲存單元710及該高速儲存單元712)相電氣連接，如此，該電腦70亦能透過該快取控制器72，提昇該混合式儲存單元71在進行讀取資料或寫入資料時的處理速度。
又，在前述實施例中，本發明之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統中包括一常規儲存單元及一高速儲存單元，惟，在本發明之其他實施例中，該系統亦能包括複數個常規儲存單元或複數個高速儲存單元，如：一第一常規儲存單元、一第二常規儲存單元及一高速儲存單元，該系統僅需使該等常規儲存單元之正向映射表格與該高速儲存單元之反向映射表格相對應，即能利用該高速儲存單元，同時提昇該等常規儲存單元之讀寫速度，同理，該系統亦能由複數個高速儲存單元及一常規儲存單元構成，如：一常規儲存單元、一第一高速儲存單元及一第二高速儲存單元，以在該等儲存單元即能相互配合(如：透過讀寫速度較快之第二高速儲存單元加速該常規儲存單元，且透過讀寫速度更快的第一高速儲存單元加速第二高速儲存單元)的情況下，更進一步地提昇該等儲存單元的讀寫速度。
為能更清楚地解釋本發明之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統及其方法的運作流程，茲以第1及8A～8C圖為例，詳細說明該等映射表格101、102於寫入程序中，所逐一進行之動作：請參閱第8A圖所示，係該電腦10最初欲將資料寫入一常規區段M之示意圖，在第8A圖中，左方分別為正向映射表格101及相對應之常規儲存單元110，右方則為反向映射表格102以及相對應之高速儲存單元112，常規區段M中以黑框特別註明者，為該電腦10欲將資料寫入之常規區段M，由於該常規區段M相對應之正向欄位m(對應於正向標籤值A11)內並未被寫入一反向標籤值，故該快取控制器12會將該資料寫入該高速儲存單元112中任一未被使用之高速儲存區段N。
請參閱第1及8B圖所示，該快取控制器12將該資料寫入任一高速儲存區段N中後，係能更新該等映射表格101、102，以在對應於該常規區段M及該高速儲存區段N之正向欄位m及反向欄位n中，分別填入對應之標籤值(即B01及A11)，嗣，請參閱第8C圖所示，在該快取控制器12未接收到寫入命令或讀取命令的情況下，該快取控制器12能將該高速存取區段中之資料更新至該常規區段M中，如此，即能將資料儲存至該電腦10原先欲寫入之常規區段M中。
請參閱第1及9A圖所示，在該電腦10欲將複數個資料分別寫入三個常規區段M(及第9A圖中標明黑框者)的情況下，由於該等常規區段M相對應之正向欄位m內皆未被寫入反向標籤值，因此，請參閱第9B圖所示，該快取控制器12能先將部分之資料寫入該高速儲存單元112中未使用之高速儲存區段N中，嗣，該快取控制器12將執行置換程序，判斷該高速儲存單元112中之至少一高速儲存區段N(第9B圖中標記黑框者)，其儲存之資料是否與相對應之常規區段M中之資料相符？由於該常規區段M之資料已在前述第8C圖中完成更新資料之鏡射程序，故該快取控制器12僅需將該常規區段M中之資料刪除，並更新該等映射表格101、102中之標籤值，即能完成此部份之置換程序，並空出一個被使用之高速儲存區段N來(如第9C圖所示)，請參閱第9D圖所示，在空出該高速儲存區段N後，該快取控制器12即能將剩餘之資料寫入該高速儲存區段N中，嗣，如第9E圖所示，再更新該等映射表格101、102中之標籤值，以及該常規區段M中之資料，即能將資料儲存至該電腦10原先欲寫入之常規區段M中。
請參閱第1及10A圖所示，在該電腦10欲讀取一常規區段M(即第10A圖中該常規儲存單元110中被標記黑框之常規區段M)中之資料的情況下，由於該常規區段M相對應之正向欄位m並未被寫入任何反向標籤值，意即該高速儲存單元112並未有相對應之高速儲存區段N，故該快取控制器12將先執行該置換程序，以將一高速儲存區段N(即第10A圖中該高速儲存單元112中被標記黑框之高速儲存區段N)中之資料置換至該常規儲存單元110中，請參閱第10B圖所示，該快取控制器12依據該高速儲存區段N相對應之反向欄位n內寫入之正向標籤值，搜尋出對應之常規區段M，並確認該常規區段M中之資料與該高速儲存區段N中之資料相符後，即能清空該高速儲存區段N，請參閱第10C圖所示，在該高速儲存區段N之資料被置換至該常規區段M後，該快取控制器12能將該常規區段M中之資料同時傳輸至該電腦10及該高速儲存區段N中，以便後續若該電腦10再度需要讀取該常規區段M時，該快取控制器12即能直接由該高速儲存區段N中讀取。
按，以上所述，僅為本發明之若干較佳實施例，惟，本發明所主張之範圍並不侷限於此，凡相關技術領域之人士在參考本發明後，所能輕易思及之變化者，均應不脫離本發明之保護範疇。
1．．．提升混合式儲存單元讀寫速度之系統
10、70．．．電腦
101．．．正向映射表格
102．．．反向映射表格
11、71．．．混合式儲存單元
110、710．．．常規儲存單元
112、712．．．高速儲存單元
12、72．．．快取控制器
14．．．南橋電路
M．．．常規區段
N．．．高速儲存區段
m．．．正向欄位
n．．．反向欄位
t．．．旗標
第1圖係本發明之系統之第一較佳實施例示意圖；
第2A圖係本發明之第一較佳實施例之寫入程序流程圖；
第2B圖係本發明之第一較佳實施例之置換程序流程圖；
第3圖係本發明之第一較佳實施例之讀取程序流程圖；
第4圖係本發明之第一較佳實施例之鏡射程序流程圖；
第5圖係本發明之第二較佳實施例之寫入程序流程圖；
第6圖係本發明之第二較佳實施例之讀取程序流程圖；
第7圖係本發明之系統之第二較佳實施例示意圖；
第8A～8C圖係本發明之第一較佳實施例之作動分解圖；
第9A～9E圖係本發明之第一較佳實施例之作動分解圖；及
第10A～10C圖係本發明之第一較佳實施例之作動分解圖。
1．．．提升混合式儲存單元讀寫速度之系統
10．．．電腦
101．．．正向映射表格
102．．．反向映射表格
11．．．混合式儲存單元
110．．．常規儲存單元
112．．．高速儲存單元
12．．．快取控制器
14．．．南橋電路
M．．．常規區段
N．．．高速儲存區段
m．．．正向欄位
n．．．反向欄位
t．．．旗標

Claims (15)

  1. 一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，包括：一電腦，儲存有一正向映射表格及一反向映射表格，該正向映射表格中設有複數個正向欄位，該反向映射表格中設有複數個反向欄位；至少一常規儲存單元，係與該電腦相電氣連接，且能被劃分為複數個常規區段，以分別與各該正向欄位相對應；至少一高速儲存單元，其讀寫速度係大於該常規儲存單元之讀寫速度，該高速儲存單元係與該電腦相電氣連接，且能被劃分為複數個高速儲存區段，以分別與各該反向欄位相對應；及一快取控制器，係分別與該電腦、該常規儲存單元及該高速儲存單元相電氣連接，且能在各該正向欄位內寫入一反向標籤值，使該正向欄位能對應至一反向欄位，且使該正向欄位相對應之常規區段，能對應至該反向欄位相對應之高速儲存區段；或在各該反向欄位內寫入一正向標籤值，使該反向欄位能對應至一正向欄位，且使該反向欄位相對應之高速儲存區段，能對應至該正向欄位相對應之常規區段。
  2. 如請求項1所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器接收到一寫入命令的情況下，該快取控制器能依據該寫入命令，辨識該資料欲被寫入之至少一常規區段，若該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內已被寫入之一反向標籤值，則依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並將該資料寫入各該高速儲存區段中，否則，將該資料寫入該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  3. 如請求項2所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器接收到一讀取命令的情況下，該快取控制器能依據該讀取命令，辨識該電腦欲讀取之至少一常規區段，若該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內已被寫入之一反向標籤值，則依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並讀取各該高速儲存區段中之資料，否則，將各該常規區段中之資料同時傳送至該電腦及該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  4. 如請求項3所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器未接收到該讀取命令或寫入命令的情況下，若該快取控制器判斷各該常規區段儲存之資料與對應之高速儲存區段中儲存之資料並不相符，則將該高速儲存區段中儲存之資料鏡射至對應之該常規區段中。
  5. 一種提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，包括至少一常規儲存單元、至少一高速儲存單元及一快取控制器等裝置，且儲存有一正向映射表格及一反向映射表格，該正向映射表格及該反向映射表格係儲存於該系統中之任一裝置內，該正向映射表格中設有複數個正向欄位，該反向映射表格中設有複數個反向欄位；其中該常規儲存單元能被劃分為複數個常規區段，以分別與各該正向欄位相對應；該高速儲存單元之讀寫速度係大於該常規儲存單元之讀寫速度，且能被劃分為複數個高速儲存區段，以分別與各該反向欄位相對應；該快取控制器係分別與該常規儲存單元、該高速儲存單元及一電腦相電氣連接，且能在各該正向欄位內寫入一反向標籤值，使該正向欄位能對應至一反向欄位，且使該正向欄位相對應之常規區段，能對應至該反向欄位相對應之高速儲存區段；或在各該反向欄位內寫入一正向標籤值，使該反向欄位能對應至一正向欄位，且使該反向欄位相對應之高速儲存區段，能對應至該正向欄位相對應之常規區段。
  6. 如請求項5所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器接收到一寫入命令的情況下，該快取控制器能依據該寫入命令，辨識該資料欲被寫入之至少一常規區段，若該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內已被寫入之一反向標籤值，則依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並將該資料寫入各該高速儲存區段中，否則，將該資料寫入該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  7. 如請求項6所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器接收到一讀取命令的情況下，該快取控制器能依據該讀取命令，辨識該電腦欲讀取之至少一常規區段，若該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內已被寫入之一反向標籤值，則依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並讀取各該高速儲存區段中之資料，否則，將各該常規區段中之資料同時傳送至該電腦及該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  8. 如請求項7所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之系統，其中在該快取控制器未接收到該讀取命令或寫入命令的情況下，若該快取控制器判斷各該常規區段儲存之資料與對應之高速儲存區段中儲存之資料並不相符，則將該高速儲存區段中儲存之資料鏡射至對應之該常規區段中。
  9. 一種提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，係應用於一系統上，該系統包括一電腦、一混合式儲存單元及一快取控制器等裝置，且儲存有一正向映射表格及一反向映射表格，該正向映射表格及該反向映射表格係能儲存於該系統中之任一裝置內，該混合式儲存單元係由至少一常規儲存單元及至少一高速儲存單元構成，該高速儲存單元之讀寫速度係大於該常規儲存單元之讀寫速度，且該常規儲存單元能被劃分成複數個常規區段，該高速儲存單元能被劃分為複數個高速儲存區段；該正向映射表格包括複數個正向欄位，各該正向欄位係分別與各該常規區段相對應，該反向映射表格包括複數個反向欄位，各該反向欄位係分別與各該高速儲存區段相對應，各該正向欄位內能被寫入一反向標籤值，以對應至一反向欄位，且使該正向欄位相對應之常規區段，能對應至該反向欄位相對應之高速儲存區段，或各該反向欄位內能被寫入一正向標籤值，以對應至一正向欄位，且使該反向欄位相對應之高速儲存區段，能對應至該正向欄位相對應之常規區段；該快取控制器係分別與該電腦、該常規儲存單元及該高速儲存單元相電氣連接，在該電腦欲將一資料寫入各該常規區段的情況下，該電腦係能傳送一寫入命令至該快取控制器；該方法係能使該快取控制器執行一寫入程序：接收該寫入命令；依據該寫入命令，辨識該資料欲被寫入之至少一常規區段；判斷該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內是否已被寫入之一反向標籤值；及在判斷出該正向欄位內已被寫入一反向標籤值的情況下，依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並將該資料寫入各該高速儲存區段中；或在判斷出該正向欄位內未被寫入一反向標籤值的情況下，將該資料寫入該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  10. 如請求項9所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中，在該電腦欲讀取各該常規區段中儲存之資料的情況下，該電腦能傳送一讀取命令至該快取控制器，該方法尚能使該快取控制器執行一讀取程序：接收該讀取命令；依據該讀取命令，辨識欲讀取之該資料之至少一常規區段；判斷該正向映射表格中對應於各該常規區段之正向欄位內是否已被寫入之一反向標籤值；及在判斷出該正向欄位內已被寫入一反向標籤值的情況下，依據該反向標籤值，搜尋對應之高速儲存區段，並讀取各該高速儲存區段中之資料；或在判斷出該正向欄位內未被寫入一對應之反向標籤值的情況下，讀取各該常規區段中之資料，且將該資料分別傳送至該電腦及該高速儲存單元中未被使用之高速儲存區段，且更新該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於各該常規區段及各該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  11. 如請求項10所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中該方法尚能使該快取控制器執行一鏡射程序：在未接收到該讀取命令或寫入命令的情況下，依據該反向映射表格，判斷各該常規區段儲存之資料與對應之高速儲存區段中儲存之資料是否相符；及若資料不相符，則將該高速儲存區段中儲存之資料鏡射至對應之該常規區段中。
  12. 如請求項11所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中在該快取控制器將資料寫入該高速儲存單元前，若該快取控制器判斷該高速儲存單元中不具有未使用之高速儲存區段，則該快取控制器能進行一置換程序，以將該高速儲存單元中之資料置換至該常規儲存單元中相對應之常規區段，該置換程序包括：依據該反向映射表格，搜尋至少一反向欄位及相對應之高速儲存區段；依據該反向欄位內被寫入之正向標籤值，搜尋相對應之正向欄位及常規區段；判斷該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料是否相符；及在該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料相符的情況下，刪除該高速儲存區段中之資料，嗣，清除該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於該常規區段及該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值；或在該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料不相符的情況下，將該常規區段中之資料更新成該高速儲存區段中之資料，且刪除該高速儲存區段中之資料，嗣，清除該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於該常規區段及該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  13. 如請求項11所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中在該快取控制器將資料寫入未使用之高速存取區段後，若該快取控制器判斷該高速儲存單元中不具有未使用之高速儲存區段，則該快取控制器能進行一置換程序，以將至少一高速儲存區段中之資料置換至該常規儲存單元中相對應之常規區段，該置換程序包括下列步驟：依據該反向映射表格，搜尋至少一反向欄位及相對應之高速儲存區段；依據各該反向欄位內被寫入之正向標籤值，搜尋相對應之正向欄位及常規區段；判斷該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料是否相符；及在該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料相符的情況下，刪除該高速儲存區段中之資料，嗣，清除該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於該常規區段及該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值；或在該常規區段中之資料與該高速儲存區段中之資料不相符的情況下，將該常規區段中之資料更新成該高速儲存區段中之資料，且刪除該高速儲存區段中之資料，嗣，清除該正向映射表格及反向映射表格中分別對應於該常規區段及該高速儲存區段之該正向欄位及該反向欄位內之反向標籤值及正向標籤值。
  14. 如請求項11所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中該反向映射表格中尚包括有至少一旗標，各該旗標係能指向該高速儲存單元中之一高速儲存區段，以在該置換程序中，該快取控制器能根據該旗標，優先刪除與各該旗標相對應之高速儲存區段中之資料。
  15. 如請求項11所述之提升混合式儲存單元讀寫速度之方法，其中該反向映射表格中尚包括有至少一旗標，各該旗標係能指向該高速儲存單元中之一高速儲存區段，以在該置換程序中，該快取控制器能根據該旗標，優先保留與各該旗標相對應之高速儲存區段中之資料。
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