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基于NAND闪存的固态存储技术研究与实现

作　者: 王建勋
导　师: 肖侬
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: SSD NAND闪存 闪存转换层 偏移优先 块级LRU
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 140次
引　用: 2次
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内容摘要


随着集成电路技术的不断发展,微处理器的性能不断提高,存储系统性能逐渐成为制约整个计算机系统性能提升的瓶颈。传统磁盘设备由于其较大的I/O访问延迟,已逐渐不能满足未来应用需求。闪存具有读写速度快,非易失等特征,受到了人们的普遍关注,目前基于NAND闪存的SSD已得到了广泛应用。本课题主要研究了NAND闪存存储系统及其性能优化关键技术。首先,设计了基于NAND闪存的并行存储系统,其主要特点在于:提出了多个层次并行以及流水线技术来提高访存性能;采取了PCI Express 2.0高速接口连接至主机设备;采取了大容量DRAM作为易失性写缓冲器,并在系统中完成了DDR存储控制器的结构设计。其次,鉴于写前擦除特点降低了NAND闪存的写操作性能,在上述NAND闪存并行存储系统中提出了一种基于日志块的闪存转换层的偏移优先策略,致力于降低系统对闪存的写操作或擦除操作。实验结果表明,该策略不仅可以降低闪存的擦除操作,而且可以减少闪存的总体执行时间和平均垃圾回收延时,提高了闪存的使用寿命,并提高了闪存的访问性能。最后,在NAND闪存并行存储系统中添加缓存也是对提高闪存性能的有效解决方法,本课题还提出了一种基于块级LRU缓存替换策略与偏移优先策略的综合管理方法,与若干面向闪存的缓存策略进行了比较,可以进一步提高闪存的访问性能。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 课题研究背景  11-14
    1.1.1 信息技术发展对存储的需求  11
    1.1.2 辅存存储介质分类  11-13
    1.1.3 磁盘存储技术的发展  13-14
  1.2 课题研究现状  14-17
    1.2.1 SSD简介  14-16
    1.2.2 SSD应用现状  16-17
  1.3 课题研究内容  17
  1.4 论文结构  17-18
第二章 NAND闪存的相关技术  18-30
  2.1 闪存简介  18
  2.2 闪存内部组织结构  18-20
  2.3 闪存存储关键技术  20-27
    2.3.1 地址映射  20-22
    2.3.2 垃圾回收  22-23
    2.3.3 损耗均衡  23-27
  2.4 闪存文件系统简介  27-30
第三章 Meteoric固态盘系统总体结构  30-37
  3.1 Meteoric固态盘系统的体系结构  30-31
  3.2 Meteoric固态盘系统的工作原理  31
  3.3 Meteoric固态盘系统的并行机制  31-32
  3.4 Meteoric固态盘系统的流水线机制  32
  3.5 DDR控制器的结构设计  32-37
第四章 闪存转换层的优化设计  37-56
  4.1 几种经典的闪存转换层策略  37-41
    4.1.1 替换块策略  37-38
    4.1.2 日志块策略（BAST）  38
    4.1.3 FAST策略  38-41
  4.2 偏移优先策略（Offset-First Scheme）  41-48
    4.2.1 对更新请求的处理  42
    4.2.2 垃圾回收策略  42-43
    4.2.3 定性比较和分析  43-48
  4.3 偏移优先策略的性能测试  48-56
第五章 基于NAND闪存的缓存策略研究与设计  56-63
  5.1 基于闪存的缓存替换策略研究  56-59
    5.1.1 FAB（Flash-Aware Buffer Management Policy）  56-57
    5.1.2 CFLRU（Clean-First LRU）  57-58
    5.1.3 CFDC（Clean-First Dirty-Clustered）  58-59
    5.1.4 BPLRU  59
  5.2 OF-BLRU  59-60
  5.3 OF-BLRU的性能测试  60-63
    5.3.1 基于偏移优先策略的块级LRU与页级LRU的闪存性能比较  60-62
    5.3.2 OF-BLRU与BPLRU的性能比较  62-63
第六章 总结  63-64
  6.1 本课题所做的工作  63
  6.2 下一步工作  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
作者在学期间取得的学术成果  68

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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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