本文關(guān)鍵詞：固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在各方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。硬盤的容量雖然有很大的提升，但是其訪問速度與計(jì)算機(jī)的其他部件（如內(nèi)存、處理器）的速度相比，速度不匹配問題進(jìn)一步加深，這使得存儲(chǔ)子系統(tǒng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能瓶頸�；贜AND閃存的固態(tài)硬盤的出現(xiàn)，使這個(gè)問題得到一定程度的緩解。然而由于閃存的固有缺陷，基于NAND閃存的固態(tài)硬盤也有諸多不盡人意之處，如讀寫速度差異大、不支持原地更新、擦除次數(shù)有限等，這嚴(yán)重影響了它的性能、壽命及可靠性等。本文以基于NAND閃存的固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，在分析NAND閃存的基本特性及固態(tài)硬盤的構(gòu)架的基礎(chǔ)上，主要研究了固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)中的閃存轉(zhuǎn)換層（FTL）算法和緩沖區(qū)管理算法。 在閃存轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的研究中，通過分析DFTL算法的缺陷，本文提出了SDFTL（Sequential/Second Cache DFTL）算法，增強(qiáng)了對(duì)連續(xù)請(qǐng)求的處理能力，減少了由于映射項(xiàng)頻繁剔除引起的翻譯頁更新。該算法新設(shè)置連續(xù)緩存和二級(jí)緩存，連續(xù)緩存利用請(qǐng)求的空間局部性，對(duì)請(qǐng)求的映射信息進(jìn)行預(yù)取，以提高緩存的命中率，減少對(duì)翻譯頁的讀取次數(shù)；二級(jí)緩存對(duì)映射項(xiàng)的剔除策略進(jìn)行改進(jìn)，將從一級(jí)緩存剔除的、發(fā)生更新的映射項(xiàng)暫存在二級(jí)緩存中，延遲了映射項(xiàng)的更新時(shí)間，并采用批量更新策略回寫到閃存，以減少翻譯頁的寫回次數(shù)和擦除次數(shù)。通過以上兩點(diǎn)改進(jìn)，SDFTL算法能明顯改善對(duì)連續(xù)請(qǐng)求的處理能力，減少系統(tǒng)的平均響應(yīng)時(shí)間。仿真實(shí)驗(yàn)表明，SDFTL算法相比DFTL，映射表命中率平均提高41.57%，擦除次數(shù)平均減少23.08%，響應(yīng)時(shí)間平均減少17.74%。 在緩沖區(qū)管理算法設(shè)計(jì)的研究中，通過分析BPLRU算法的缺陷，本文提出了一種基于虛擬塊的寫緩沖區(qū)管理算法——VBLRU（Virtual Block-based LRU）算法，減少了緩存項(xiàng)剔除時(shí)的額外讀寫操作，提高了緩沖區(qū)的空間利用率。該算法使用虛擬塊做為緩沖區(qū)管理的基本單元，增加了構(gòu)成連續(xù)請(qǐng)求的可能性，減少了對(duì)閃存的額外讀寫操作；對(duì)大塊的連續(xù)請(qǐng)求不加載到緩沖區(qū)中，直接交由FTL處理，提高了緩沖區(qū)的利用率。通過以上改進(jìn)，VBLRU算法能明顯減少對(duì)閃存的讀取次數(shù)，有效提高緩沖區(qū)的利用率，提高系統(tǒng)的整體性能。仿真實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)緩沖區(qū)容量為1MB時(shí)，VBLRU算法相比BPLRU，寫緩沖區(qū)命中率平均提高7.25%，，擦除次數(shù)平均減少31.64%，響應(yīng)時(shí)間平均減少22.50%。
【關(guān)鍵詞】：固態(tài)硬盤 NAND閃存 閃存轉(zhuǎn)換層 緩沖區(qū)管理
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP333.35
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究背景與意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 固態(tài)硬盤簡(jiǎn)介10-11
• 1.2.2 固態(tài)硬盤的研究熱點(diǎn)11-13
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)14-15
• 第2章 固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)基礎(chǔ)15-26
• 2.1 閃存簡(jiǎn)介15-17
• 2.1.1 閃存的基本概念和分類15
• 2.1.2 NAND 閃存的結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.3 NAND 閃存的分類16-17
• 2.2 固態(tài)硬盤的構(gòu)架17-18
• 2.3 關(guān)鍵技術(shù)概述18-23
• 2.3.1 地址映射18-21
• 2.3.2 垃圾回收21-22
• 2.3.3 損耗均衡22-23
• 2.3.4 關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)23
• 2.4 仿真平臺(tái)的搭建23-24
• 2.5 本章小結(jié)24-26
• 第3章 閃存轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)26-43
• 3.1 幾種經(jīng)典的 FTL 算法26-31
• 3.1.1 BAST26-27
• 3.1.2 FAST27-29
• 3.1.3 DFTL29-31
• 3.2 SDFTL 設(shè)計(jì)31-37
• 3.2.1 設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)31
• 3.2.2 SDFTL 的總體構(gòu)架31-32
• 3.2.3 關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)32-33
• 3.2.4 SDFTL 的地址映射33
• 3.2.5 定性比較與分析33-37
• 3.3 性能測(cè)試與結(jié)果分析37-41
• 3.3.1 SDFTL 性能分析37-40
• 3.3.2 SDFTL 與 DFTL、純頁級(jí) FTL 的性能對(duì)比分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 第4章 緩沖區(qū)管理設(shè)計(jì)43-56
• 4.1 緩沖區(qū)簡(jiǎn)介43-44
• 4.1.1 緩沖區(qū)的原理概述43-44
• 4.1.2 常見的緩沖區(qū)替換策略44
• 4.2 可感知閃存的經(jīng)典緩沖區(qū)管理算法44-46
• 4.2.1 Clean-First LRU44-45
• 4.2.2 Block Padding LRU45-46
• 4.3 VBLRU 設(shè)計(jì)46-48
• 4.3.1 設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)46-47
• 4.3.2 VBLRU 的關(guān)鍵技術(shù)47-48
• 4.3.3 VBLRU 處理流程48
• 4.4 性能測(cè)試與結(jié)果分析48-55
• 4.4.1 VBLRU 性能分析50-51
• 4.4.2 VBLRU 與 BPLRU 的性能對(duì)比分析51-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第5章 總結(jié)與展望56-58
• 5.1 總結(jié)56-57
• 5.2 展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 附錄63

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 林必毅;周俊;周清華;;地鐵列車存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究[J];微計(jì)算機(jī)信息;2010年11期

2 韓梅;;基于專用控制芯片的固態(tài)硬盤研制[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2011年08期

3 王增虹;王京言;;硬盤大比拼[J];網(wǎng)絡(luò)與信息;2010年10期

4 范小娟;;數(shù)據(jù)恢復(fù)對(duì)策分析與研究[J];軟件導(dǎo)刊;2008年08期

5 任健強(qiáng);;SSD在便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用[J];信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化;2010年04期

6 于治樓;;基于FPGA的固態(tài)硬盤控制器的研究與設(shè)計(jì)[J];信息技術(shù)與信息化;2009年03期

7 白潔;馬海兵;;固態(tài)硬盤在存儲(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J];中國(guó)科技信息;2010年06期

8 何秉榮;;基于SSD的計(jì)算機(jī)開放實(shí)驗(yàn)室[J];中國(guó)現(xiàn)代教育裝備;2010年19期

9 葉宏祥;;移動(dòng)存儲(chǔ)關(guān)鍵性技術(shù)的研究及進(jìn)展[J];移動(dòng)通信;2009年11期

10 何秉榮;;固態(tài)硬盤與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)維護(hù)[J];林區(qū)教學(xué);2009年06期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 梅松竹;李宗伯;;Storage 7000系列混合存儲(chǔ)系統(tǒng)分析[A];2009年中國(guó)高校通信類院系學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王鵬;低密度奇偶校驗(yàn)碼應(yīng)用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 沈佐兵;固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

2 欒志斌;基于TrueFFS理論的固態(tài)硬盤在通信領(lǐng)域的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2006年

3 孫浩然;高速海量固態(tài)硬盤的設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

4 步凱;基于RAID技術(shù)的固態(tài)存儲(chǔ)陣列系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

5 袁飛;固態(tài)硬盤的研究與應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2010年

6 楊宗;Flashcache的實(shí)現(xiàn)原理與優(yōu)化研究[D];華中科技大學(xué);2013年

7 王亮;基于固態(tài)硬盤加密方法的研究[D];華中科技大學(xué);2011年

8 周鴻;基于緩沖檢測(cè)器的固態(tài)硬盤控制器的設(shè)計(jì)與仿真[D];上海交通大學(xué);2011年

9 侯奎;固態(tài)硬盤的閃存轉(zhuǎn)換層映射策略研究[D];重慶大學(xué);2012年

10 高立森;固態(tài)硬盤控制器磨損均衡算法研究[D];上海交通大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：固態(tài)硬盤設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：372778