计算机体系结构经过长期的发展,在各方面都取得了长足的进步。在存储体系结构方面,虽然存储系统的容量得到了很大的提升,但是不同设备之间的速度差异问题进一步加深,使得存储子系统成为整个计算机体系发展的瓶颈之一。NAND闪存的发明,使得内存与底层存储系统之间速度上的差异性得到了有效的缓解。但是由于NAND闪存固有的缺陷:读写开销差异较大、不支持“原地更新”操作以及擦除次数有限等特点,严重影响了基于闪存的存储设备的性能、可靠性及使用寿命等。本文以基于NAND的固态硬盘为研究对象,主要研究基于NAND闪存的缓冲区管理算法以及垃圾回收算法,以减少对底层NAND闪存的读、写、擦除等操作,减少存储系统对上层请求的响应时间并延长其使用寿命。在基于闪存的缓冲区替换算法设计中,通过对CF-LRU,LRU-WSR以及ADLRU这些经典算法的分析,本文提出了一种局部性感知的缓冲区替换算法——LLRU。算法将缓冲区分为四类:冷干净缓冲区、冷脏缓冲区、热干净缓冲区、热脏缓冲区,同时还利用了数据访问的频度,从而增加了缓冲区的利用率。通过以上改进,当缓冲区容量为4MB时,LLRU比AD-LRU平均命中率提升4.89%,比AD-LRU读物理页次数平均减少11.61%,比AD-LRU写物理页平均减少10.98%,比AD-LRU块擦除次数平均减少4.95%,比AD-LRU系统运行时间平均减少10.93%。在对固态硬盘闪存转换层的研究中,通过对BAST,FAST这些经典的混合映射策略的分析,发现了混合映射策略在执行垃圾回收策略时高昂的合并代价。同时分析了DFTL中的垃圾回收策略Basic_GC,我们发现如果在页级映射执行垃圾回收策略前,对请求数据进行冷热分类的方法能够有效的减少对闪存芯片的读写以及物理块的擦除次数。通过以上操作,本文提出的DAP方法与Basic_GC相比,减少数据读写次数16.25%,块擦除次数5.86%,以及平均响应时间4.86%。