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多路Flash并行存储技术的研究与实现

作　者: 陈川
导　师: 刘芸
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: NAND Flash 并行策略 开关级并行 总线级并行 芯片级并行
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 82次
引　用: 2次
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内容摘要


近些年来,随着计算机技术的不断发展与问题规模的不断扩大,相当部分应用正逐渐呈现出数据密集型的发展趋势。传统计算机系统所采取的机械磁盘设备由于较大I/O访问延迟,明显成为制约整个计算机系统的性能瓶颈,已无法满足未来应用需求。闪存(NAND Flash)作为存储介质属于电子访问设备,具有读写速度快,非易失等特征,已经历了多次技术变革,代替传统机械硬盘的趋势也出现端倪,得到了国内外学者和工业界人士的普遍重视,但如何充分提高闪存存储器的实际访问带宽,降低I/O访问延迟,并且发挥多路闪存并行访问优势,是存储系统设计师需要重点关注的问题。本文所作的主要工作是在一种新型固态盘设计体系结构:Meteoric结构上进行并行性策略开发,采用三个层次并行组织结构来提高多路Flash存储阵列访存性能。首先,本文首先对多路NAND Flash并行存储控制器的各个功能部件进行了详细设计,使单个控制器能够对多块芯片同时进行操作控制;然后,采用了交叉开关模块来对多路Flash存储控制器进行控制,将多I/O请求调度到各个存储模块上,实现系统的开关级并行;接着,研究多总线并行技术与超级芯片的控制操作来提高多路请求平均访存带宽,进行总线级并行调度;最后,设计了Agent代理单元进行芯片级并行调度,利用芯片交叉存取减少各类访存操作的平均延迟,达到芯片级并行的目的。针对并行闪存系统的时钟精度仿真结果表明:采用了两级并行方法后性能提升接近6倍;再加入芯片级并行后,性能提升超过了7倍,通过对照实验验证了并行性对于整体性能具有较大的提升。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 存储领域现状介绍  10-13
    1.1.1 存储现状  10
    1.1.2 传统的存储介质  10-11
    1.1.3 新型存储介质  11-13
  1.2 Flash 存储的特点及应用  13-18
    1.2.1 Flash 简介  13-15
    1.2.2 基于NAND Flash 的相关产品  15-17
    1.2.3 Flash 存储技术的相关研究  17-18
  1.3 课题研究的意义和内容  18-19
  1.4 论文结构  19-20
第二章 固态存储并行技术的研究现状  20-34
  2.1 FTL 层简介  20-25
    2.1.1 关于地址映射  21-25
    2.1.2 FTL 性能分析  25
  2.2 RAID 并行技术研究  25-29
    2.2.1 技术简介  26
    2.2.2 两个层面的应用介绍  26-29
  2.3 读写分流技术研究  29-32
    2.3.1 读写分流技术简介  29
    2.3.2 读写分流并行调度的实现  29-32
  2.4 本章小结  32-34
第三章 Meteoric存储系统总体并行性设计方案  34-54
  3.1 Meteoric 存储系统总体设计目标与整体框架  34-36
    3.1.1 系统设计目标与功能要求  34-35
    3.1.2 系统整体设计框架  35-36
  3.2 各子部件设计框图与主要状态机  36-50
    3.2.1 多路NAND Flash 并行存储控制器设计实现  36-48
    3.2.2 超级芯片的相关结构设计  48-50
  3.3 交叉开关单元设计与实现  50-53
    3.3.1 交叉开关模块设计目标  51-52
    3.3.2 交叉开关模块工作原理  52-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章 芯片级并行方法研究与实现  54-64
  4.1 串行I/O 访问结构  54-55
    4.1.1 磁盘串行访问原理  54
    4.1.2 SSD 数据访问原理  54-55
  4.2 并行I/O 访问方法  55-56
    4.2.1 并行写入方式  55
    4.2.2 并行访问  55-56
  4.3 Agent 代理单元的调度算法  56-62
    4.3.1 Agent 单元整体结构设计与完成功能  56-60
    4.3.2 基于公平性的调度算法  60-61
    4.3.3 基于吞吐量的调度算法  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章仿真测试与实现  64-70
  5.1 多路NAND Flash 控制器功能验证  64-66
    5.1.1 读操作仿真过程  64-65
    5.1.2 写操作仿真过程  65-66
    5.1.3 块擦除操作仿真过程  66
  5.2 多路多芯片Flash 控制器并行仿真  66-67
  5.3 应用Agent 单元的仿真情况分析  67-70
第六章 结束语  70-72
  6.1 课题取得的成果  70-71
  6.2 下一步的工作  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
作者在学期间取得的学术成果  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机（不连续作用电子计算机） > 存贮器
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