(57)【要約】本発明は、中央演算処理装置（１２）および不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）を備えるデータ処理用の装置（１０）に関する。中央演算処理装置（１２）および不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）が、メモリバス（１４、１６、２０、３２）を介して接続される。前記装置（１０）を動作させるオペレーティングシステムに関するデータが、前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）内に少なくとも部分的に格納され、前記装置（１０）を動作させるためにオペレーティングシステムが使用するメモリは、少なくとも部分的には前記不揮発性メモリ（３４）である。
2012530991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央演算処理装置（１２）と、不揮発性ランダムアクセスメモリを装着するためのメモリバス（１４、１６、２０、３２）とを備えるデータ処理用の装置（１０）であって、
前記装置（１０）を動作させるのに使用されるオペレーティングシステムに関するデータが、少なくとも部分的に前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）内に格納され、および、
前記装置（１０）を動作させるために前記オペレーティングシステムが使用するメモリが、少なくとも部分的に前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）である、装置（１０）。
【請求項２】
前記装置（１０）が備える唯一の記録可能メモリが前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）である、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）が、前記装置（１０）から物理的に着脱可能な前記装置（１０）の構成要素（４２）内に配置される、請求項１または２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記メモリバス接続（１４、１６、２０、３２）が、前記中央演算処理装置（１２）と前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）との間のピン（４４）のダイレクトワイヤ接続（５０）またはプラグ接続（４６）によって実現される、請求項１から３のうちの一項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記メモリバス（１４、１６、２０、３２）はＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ接続である、請求項４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３４）が種々の仮想セククション（３８、４０）に分割される、前記請求項のうちの一項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
少なくとも１つの仮想セククション（４０）がデータ記憶用に使用され、および、別の仮想セククション（３８）がデータを処理するための１次メモリとして使用される、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記仮想セククション（３８、４０）のサイズは動的に割り当て可能である、請求項６または７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記不揮発性ランダムアクセスメモリ（３８）は、相変化ランダムアクセスメモリ、磁気ランダムアクセスメモリ、強誘電体ランダムアクセスメモリ、およびナノチューブＲＡＭデバイスのうちの１つである、前記請求項のうちの一項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
パーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサ、組込みプラットフォーム、セットトップボックス、およびメディアレコーダのうちの１つである、前記請求項のうちの一項に記載の装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中央演算処理装置および不揮発性ランダムアクセスメモリを備えるデータ処理用の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４を参照すると、データ処理用の装置１０、特にコンピュータシステム、ホームエンターテイメントデバイスなどの典型的なアーキテクチャが示されている。以下ではＣＰＵと呼ぶ中央演算処理装置１２が、フロントサイドバス１４を介してノースブリッジ１６に接続される。ＲＡＭとも呼ばれるランダムアクセスメモリ１８がノースブリッジ１６に接続される。ノースブリッジ１６およびサウスブリッジ２０が、図４に示す、データ処理用の装置１０のバスシステムを構築する。ノースブリッジ１６とサウスブリッジ２０が、例えばダイレクトメディアインターフェース２２を介して接続される。データストレージデバイス２４、例えばハードディスクなどが、Ｓ−ＡＴＡインターフェース２６を介してサウスブリッジ２０に接続される。さらに、いくつかのＵＳＢポート２８およびＰＣＩスロット３０がサウスブリッジ２０に接続される。
【０００３】
通常、標準的なランダムアクセスメモリデバイス（ＲＡＭ）、例えばＳＤＲＡＭ（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）またはＤＤＲ−ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲＡＭ（ｄｏｕｂｌｅ  ｄａｔａ  ｒａｔｅ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）デバイスがランダムアクセスメモリ１８として使用される。これらのデバイスは高速のデータ転送レートを実現する。しかし、これらのメモリは揮発性メモリであり、記憶容量がいくぶん限定される。一方、データストレージデバイス２４、例えば従来型ハードディスクドライブまたはフラッシュメモリデバイスの提供するデータ転送レートは低いが、不揮発性であり、大記憶容量を有する。
【０００４】
図４に示すようなシステムアーキテクチャを有するマシン上で動作するオペレーティングシステムの起動シーケンス（ブーティング）の間に、データストレージデバイス２４上に通常は格納されるオペレーティングシステムに関するデータをこのデバイスから読み取らなければならず、サウスブリッジ２０およびノースブリッジ１６を介してランダムアクセスメモリ１８にコピーしなければならない。データストレージデバイス２４のデータ転送レートが限定され、データがランダムアクセスメモリ１８に達するまでの経路が長いために、そのような装置のブーティングに数分かかることがある。そのようなシステムをシャットダウンすべき場合に同じ課題が生じる。ＣＰＵ１２によって現在処理中のデータがランダムアクセスメモリ１８に格納され、パワーダウンによってデータを失わないために、データをデータストレージデバイス２４にコピーしなければならない。別の課題は、例えば停電による突然の電力喪失である。揮発性ランダムアクセスメモリ１８に格納されたすべてのデータが失われ、オペレーティングシステムが不定の状況で停止し、それぞれのシステムの次のブートアップ時に、時間のかかる電力障害リスタート手順が必要となる。
【０００５】
フラッシュメモリ構成からコードを直接実行するデバイス、方法、およびシステムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムは、バスシステムを介してＣＰＵおよびＲＡＭと通信するフラッシュベースのユニットを備える。コードを実行するために、ＣＰＵはＲＡＭからコードを読み取るが、コードはフラッシュベースのユニットに格納される。このフラッシュベースのユニットは、フラッシュメモリと直接通信する揮発性メモリ構成要素を特徴とする点で既知のユニットとは異なる。
【０００６】
別のデータストレージデバイスが知られている（例えば、特許文献２参照）。開示されたデバイスは、コントローラ、ＦｅＲＡＭユニット、およびフラッシュメモリユニットを備える。高データ転送レートを提供するＦｅＲＡＭに着信データを格納することにより、データ転送レートの向上を達成することができる。後で、コントローラが、はるかに大きいデータ容量を提供するフラッシュメモリユニットにデータをシフトしている。
【０００７】
大きなＲＡＭストレージを提供することによってコンピュータシステムのブーティング速度を向上させることができるが（例えば、特許文献３参照）、ＲＡＭ用の別々の電源が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００２８７０８  Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００５０２６１  Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許第７０４７３５６  Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術から知られている欠陥に関して改善されたデータ処理用の装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１１】
本発明によるデータ処理用の装置は、中央演算処理装置と、不揮発性ランダムアクセスメモリを接続するためのメモリバスとを備える。上記装置を動作させるのに使用されるオペレーティングシステムに関するデータが、上記不揮発性ランダムアクセスメモリ内に少なくとも部分的に格納される。上記装置を動作させるためにオペレーティングシステムが使用するメモリは、少なくとも部分的には上記不揮発性ランダムアクセスメモリである。
【００１２】
本発明による装置の概念は、以下の考慮すべき点に基づく。
【００１３】
従来技術から知られているコンピュータシステムは、複数の異なるタイプのメモリおよびストレージデバイスを備える。これは、あらゆるタイプのストレージがそれ自体の非常に特有の利点および欠点を有することのためであり、例えばハードディスクは巨大な記憶容量を提供するが、提供するデータ転送レートが限定され、ランダムアクセス特性を提供しない。一方、例えばＤＤＲ−ＳＤＲＡＭは高データ転送レートを提供するが、記憶空間に対するコストが高いために、その記憶容量はいくぶん限定される。ハードディスクはデータを永続的に格納するが、典型的なランダムアクセスメモリは揮発性である。
【００１４】
それぞれのタイプのメモリの利点を強調するために、今日のコンピュータから知られている典型的なアーキテクチャが開発された。しかし、このアーキテクチャは著しい欠点を有する。相異なるメモリを相互接続し、管理する必要性のために、データスループットが限定される長いデータ経路が開発された。
【００１５】
不揮発性ランダムアクセスメモリの記憶空間の可用性およびコストに関して行われた最近の改良は、前述の課題を克服する完全に新しいコンピュータアーキテクチャの可能性を提供する。データの永続的大容量記憶用に使用されるメモリ、通常は、例えばユーザデータ、オペレーティングシステムに関するデータ、アプリケーションプログラムなどの記憶用のハードディスクと、データ処理用に使用されるランダムアクセスメモリ、例えばＤＤＲ−ＳＤＲＡＭデバイスとを単一のインテグレーテッドメモリとして設計することができる。不揮発性ランダムアクセスメモリが、データの永続的大容量記憶用のメモリならびにＣＰＵによるデータ処理用のメモリとして動作することができる。
【００１６】
有利には、例えば、従来技術から知られているコンピュータ内のハードディスクドライブ上に通常は格納される別のアプリケーションプログラムに関するデータについてのアクセス時間が著しく短縮される。特にコンピュータの起動中に時間のかかるプロセスである、コンピュータのハードディスクドライブからメインランダムアクセスメモリにそれぞれのデータをコピーすることの代わりに、ＣＰＵは、不揮発性ランダムアクセスメモリ内の所望のデータに直接アクセスすることができる。結果は、ブーティングシーケンスが高速となり、システム性能が改善される。
【００１７】
好ましくは、装置によって備えられる唯一の記録可能メモリが上記不揮発性ランダムアクセスメモリである装置が提供される。
【００１８】
記録可能メモリは、頻繁な読取り−書込みプロセスのために使用されるメモリ、すなわちコンピュータの標準動作中に使用されるメモリであることが理解される。従来技術から知られているコンピュータシステムでは、メインランダムアクセスメモリ、例えばＳＤＲＡＭ、および大容量ストレージデバイス、例えばハードディスクはそのような記録可能メモリである。書換え可能ＣＤまたはＤＶＤならびにメモリスティックなどは、ここではそのような記録可能メモリとして理解されない。
【００１９】
有利には、本発明によるコンピュータシステムは、１つのタイプの記録可能メモリだけを備える。その結果、コンピュータのアーキテクチャが単純化される。
【００２０】
好ましくは、不揮発性ランダムアクセスメモリが装置から物理的に着脱可能な装置の構成要素内に配置される装置が提供される。
【００２１】
ユーザデータならびにアプリケーションプログラムおよびオペレーティングシステムに関するデータが、不揮発性ランダムアクセスメモリ内に格納される。第１のコンピュータシステムから上記不揮発性ランダムアクセスメモリを切り離し、それを第２の別のコンピュータシステムに接続することにより、第１のコンピュータシステムで開始したコンピュータ作業を、第２のコンピュータシステムを使用して続行することができる。提案するコンピュータアーキテクチャにより、コンピュータシステムの非常に柔軟な変更が可能となり、現状態のメインメモリがランダムアクセスメモリの不揮発性によって保護されることにより、起動シーケンスさえも不要となる。当該の相異なるコンピュータシステムは、相異なる周辺機器、例えばディスプレイや入力デバイスなどの相異なるＩ／Ｏハードウェアを備えることがある。相異なるコンピュータシステム間で円滑な変更を可能にするために、それぞれのシステムに割り当てられたハードウェアプロファイルを不揮発性ランダムアクセスメモリ内に格納することができる。
【００２２】
有利には、ランダムアクセスメモリは、上記装置によって備えられる唯一の記録可能メモリであり、上記装置から物理的に着脱可能な装置の構成要素内に配置される。
【００２３】
単にコンピュータシステムで別のメモリが利用可能でないために、ユーザデータ、特に個人データまたは機密データを格納することができるのは、不揮発性ランダムアクセスメモリだけである。コンピュータシステムからメモリを切り離すことにより、ユーザはすべての個人データを持ち運ぶことができる。したがって、外部コンピュータシステムが一時的に使用され、またはコンピュータシステムが別のユーザによって一時的に使用される場合に、個人データが思いがけずに拡散され、または紛失する危険がない。
【００２４】
好ましくは、メモリバス接続が、中央演算処理装置と不揮発性ランダムアクセスメモリとの間のピンのダイレクトワイヤ接続またはプラグ接続によって実現される装置が提供される。好ましくは、メモリバスはＰＣＩ−Ｅｘｐｒｅｓｓ接続である。
【００２５】
良好なシステム性能を達成するためには、メモリとＣＰＵとの間に高データ転送レートが必要である。したがって、ＣＰＵと不揮発性ランダムアクセスメモリとの間の直接的かつ高速の接続が好ましい。
【００２６】
有利には、不揮発性ランダムアクセスメモリが種々の仮想セククションに分割される装置が提供される。好ましくは、少なくとも１つの仮想セククションがデータ記憶用に使用され、別の仮想セククションがデータを処理するための１次メモリとして使用される。一改良によれば、仮想セククションのサイズが動的に割り当て可能である。
【００２７】
有利には、不揮発性ランダムアクセスメモリは、相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ）、またナノチューブ（Ｎａｎｏｔｕｂｅ）ＲＡＭデバイスである。
【００２８】
上述のタイプの不揮発性ランダムアクセスメモリデバイスは、現在および将来の応用例に対する有望な候補である。これらは市販されており、または市販される予定であり、本発明の装置の高信頼性のランダムアクセスメモリに関する要件を満たす。
【００２９】
本発明の別の実施形態によれば、パーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサ、組込みプラットフォーム、セットトップボックス、またはメディアレコーダのうちの１つである装置が提供される。明らかに、前述のコンピュータアーキテクチャは、これらの電子デバイスにとって有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下では、添付の図および図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。各図の同様の細部または対応する細部が同一の参照番号でマークされる。
【００３１】
【図１ａ】従来技術から知られている概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態による概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図１ｃ】本発明の一実施形態による概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図１ｄ】本発明の一実施形態による概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図２ａ】従来技術から知られている概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態による概略コンピュータアーキテクチャを示す図である。
【図３】不揮発性メモリの割振りを示す略図である。
【図４】従来技術から知られているコンピュータアーキテクチャを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１ａに、従来技術から知られているコンピュータアーキテクチャの略図を示す。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１２がバスシステム３２に接続される。バスシステムは、１つまたは複数の接続ピンを有する２つまたはそれよりも多くのデバイス、例えばＣＰＵとメモリを接続するための接続手段であると理解される。バスシステムは、デバイスの接続ピンをパラレルに、シリアルに、または、パラレル配置される複数のシリアル接続で接続する。ランダムアクセスメモリ１８としてのＳＤＲＡＭデバイスと、データストレージデバイス２４としてのハードディスクドライブもバスシステム３２に接続される。
【００３３】
一方、図１ｂに示すように、本発明の一実施形態によれば、ランダムアクセスメモリ１８とデータストレージデバイス２４の両方が、単一の不揮発性ランダムアクセスメモリ３４、すなわちＰＣＲＡＭデバイスによって置き換えられる。図１ａからわかるように、ＣＰＵ１２がバスシステム３２に接続される。ＣＰＵ１２と不揮発性ランダムアクセスメモリ３４とはバスシステム３２を介して通信する。メモリバス３２と不揮発性ランダムアクセスメモリ３４との間の接続は、ダイレクトワイヤ接続５０または図１ｃに示すようなプラグ４６によって実現される接続である。図１ｃでは、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４は物理的に着脱可能な構成要素４２の中にある。構成要素４２は、ピン４４のプラグ接続４６を介してメモリバス３２に接続可能である。あるいは、図１ｄに示すようなメモリバス３２と不揮発性ランダムアクセスメモリ３４との間のワイヤレス接続も使用可能である。ワイヤレス接続では、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４を備える構成要素４２が、アンテナ４８と、それに接続されたワイヤレス接続を介して送信すべきデータを準備する手段（図示せず）とを有する。一方、ワイヤレス接続手段（図示せず）およびアンテナ（図示せず）がメモリバス３２に接続される。ＣＰＵ１２からのデータ通信が、メモリバス３２を介してワイヤレス接続手段（図示せず）に対して実施され、その後、ワイヤレス経路を介して、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４を備える構成要素４２に接続されたアンテナ４８に対して実施される。あるいは、ＣＰＵ１２と不揮発性ランダムアクセスメモリ３４との間の接続が光接続として実現される。
【００３４】
図２ａに、従来技術から知られている別の概略的コンピュータアーキテクチャを示す。ここで図示するコンピュータシステムでは、バスシステムがノースブリッジ１６とサウスブリッジ２０に分割される。ＣＰＵ１２が、フロントサイドバス１４を介してノースブリッジ１６に接続される。さらに、ランダムアクセスメモリ１８がノースブリッジ１６に接続される。データストレージデバイス２４、例えばハードディスクドライブ、および周辺機器３６、例えばプリンタ、ネットワークカードなどが、サウスブリッジ２０に接続される。
【００３５】
一方、本発明の別の実施形態によれば、ランダムアクセスメモリならびにデータストレージデバイスとして動作する不揮発性ランダムアクセスメモリ３４が、図２ｂに示すようにノースブリッジ１６に直接接続される。したがって、ＣＰＵ１２と不揮発性ランダムアクセスメモリ３４との間の通信のために高速データバスが利用可能である。図２ａからわかるように、さらに周辺機器がサウスブリッジ２０に接続される。
【００３６】
図３に、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４のアロケーションの略図を示す。単に一例として、図３の左側部分に示すように、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４の容量は１００ＧＢｙｔｅであるべきである。図３の右側部分に示すように、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４の記憶空間が、１ＧＢｙｔｅのサイズを有する第１のセククション３８と、９９ＧＢｙｔｅのサイズを有する第２のセククション４０とに割り当てられる。別の例として、第１の小さい方のセククション３８がデータ処理用に使用され、第２の大きい方のセククション４０が、データ、例えばユーザデータ、オペレーティングシステムに関するデータなどの永続的記憶用に使用される。データ処理用に予め定めた部分３８と、記憶用に予め定めた部分４０とに統一記憶メモリを分割することは、記憶用に使用される大きい方のセククション４０でファイルシステム構造を使用できるという利点を有する。これにより、メモリの大きい方のセククション４０のアドレス指定が容易になる。メモリの記憶部分４０とメモリの処理部分３８との間のデータのコピーが高速に実施される。コピープロセスが１つのメモリ３４において実現されるからである。したがって、やはりメモリを記憶部分４０および処理部分３８で構築することにより、複合デバイスの利点が実現される。好ましくは、第１のセククション３８および第２のセククション４０のサイズが動的に割り当てられる。好ましくは、第１のセククション３８と第２のセククション４０との間の割振りが、コンピュータシステムの実際の作業負荷、または上記メモリが物理的に着脱可能なエンティティ内に配置される場合は不揮発性ランダムアクセスメモリ３４の現在の使用に依存する。
【００３７】
コンピュータが高作業負荷に直面する場合にシステムの性能を改善するために、データを処理するために使用される不揮発性メモリの第１のセククション３８のサイズを拡大することができる。不揮発性ランダムアクセスメモリ３４が複数の異なるコンピュータシステムに対して作業するユーザに関するパーソナルワークベンチとして使用される場合、システムの性能は主な焦点ではない。したがって、ユーザに大きい記憶容量を提供するために、不揮発性ランダムアクセスメモリ３４の第２のセククション４０のサイズを可能な限り大きく選ぶことができる。
【図１ａ】
2012530991.tif 000003
【図１ｂ】
2012530991.tif 000004
【図１ｃ】
2012530991.tif 000005
【図１ｄ】
2012530991.tif 000006
【図２ａ】
2012530991.tif 000007
【図２ｂ】
2012530991.tif 000008
【図３】
2012530991.tif 000009
【図４】
2012530991.tif 000010
【国際調査報告】
2012530991.tif 000011
2012530991.tif 000012