DE2247835C3

DE2247835C3 - Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von MOS-Speichern und MOS-Speicher zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2247835C3
Application number: DE2247835A
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 Muenchen Elsner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ELSNER, PETER, 8000 MUENCHEN, DE
Priority date: 1972-09-29
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2247835A1; DE2247835B2; NL7313198A; NL178825B; FR2201520A1; GB1452514A; IT1006088B; NL178825C; BE805470A; US4112513A; FR2201520B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von Speicherzellen in MOS-Speichern nach dem Oberbegriff des Anspruchs I und auf einen MOS-Speicher zur Durchführung dieses Verfahrens.

In dynamischer Technik betriebene MOS-Speicherzellen müssen in bestimmten Zeitabständen T re* generiert werden, da die Speicherzellen als informationsabhängig aufgeladene Kondensatoren ausgebildet sind, die ihre Ladungen infolge von Leckströmen mit der Zeit verlieren. Derartige Regenerationen erfolgen im allgemeinen durch normale Lesevor-' gange. Für die Dauer der Regenerierung ist der Speicher jedesmal gesperrt und kann keine Speicheroperationen ausführen, Speicheranforderungen, die in diese Sperrzeit fallen, werden verzögert ausgeführt, d, h, die

SpeicherzugrifTszeit verlängert sich.

Derartige MOS-Speicher weisen, wie beispielsweise aus »The 1103 and its applications« im »1103 Handbook« der Intel Corporation bekannt ist, folgende Organisation auf: Der gesamte Speicher ist in ti sogenannte Regenerieradressen unterteilt, wobei alle zu einer solchen Regenerieradresse gehörenden Speicherzellen in festen Zeitabständen T regeneriert werden müssen. Ein Regenerierzähler, der die Adresse der zum Regenerieren anstehenden Speicherzellen liefert, wird

nach jeweils einer Zeitspanne —um eine Adressenstelle

weitergeschaltet. Dabei wird ein Regenerier-Vorgang ausgelöst, während dessen Dauer der Speicher gegen Anforderungen gesperrt ist. Ein Regeneriervorgang

ίο hat im allgemeinen die gleiche Dauer und den gleichen Ablauf wie ein durch eine Anforderung ausgelöster Speicherzyklus. Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß sich, insbesondere bei größeren Speichern, die mittlere Zugriffszeit sowie die mittlere Zykluszeit erheblich verlängern. Der Zeitverlust beträgt z. B. bei T = 2 msec für einen 128 k Byte-Speicher mit einer Zykluszeit von 0,6 μβ und η = 5 J 2 Regenerieradressen etwa 15°/<r, ein entsprechender Speicher mit 512 kByte-Speicherkapazität würde sogar mit einem Zeitverlust von etwa 60% arbeiten.

Aus der DT-OS 19 50 695 ist ein Datenspeicher aus integrierten Halbleiterspeichern bekannt geworden, bei dem bei einer Ansteuerung eines Speicherelementes für eine Lese- oder Schreiboperation gleichzeitig alle Speicherelemente der angesteuerten Reihe regeneriert werden. Auf diese Weise kann eine gewisse Verkürzung der Speicheniykluszeit erreicht werden. Der bekannte Speicher weist aber den Nachteil auf, daß bei ihm eine systematische Regenerierung des gesamten Speichers während der Ausführung von Lese-ZSciireiboperationen nicht möglich ist, denn es ist durchaus nicht ausgeschlossen, daß nacheinander entweder das gleiche Speicherelement oder nur Speicherelemente ein und derselben Reihe fur eine Lese-/Schreiboperation angesteuert werden. Alle übrigen Speicherelemente eines Datenspeichers werden dann nicht mitregeneriert, sondern müssen erst durch gesonderte Regeneriervorgänge in bekannter Weise regeneriert werden, was, wie oben erläutert die gesamte SpeicherzugrifTszeit verlängert. Das liegt daran, daß die mit der Ansteuerung eines Speicherelementes regenerierten anderen Speicherelemente der gleichen Reihe örtlich starr miteinander gekoppelt sind.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe

SS zugrunde, ei η verbessertes Verfahren zum Regenerieren zu schaffen, bei welchem das Zusammentreffen von Sch reib-/Lese vorgänge η mit Regenerationsvorgängen nahezu völlig vermieden und damit die mittlere Zugriffszeit des Speichers verringert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in jedem Teil des Speichers registriert wird, welche der Speicherzellen während des vorgesehenen Regenerierzeitraumes schon regeneriert wurden, daß bei Ausführung eines Speicherzyklus in einem Teil des

6j Speichers in einem anderen Teil des Speichers in fortlaufender Folge jeweils mindestens eine der noch nicht regenerierten Speicherzellen regeneriert wird und daß vor Ablauf des Regenerierzeitraumes gegebenenfalls

noch jene Speicherzellen zwangsweise regeneriert werden, die bis dahin noch nicht regeneriert wurden.

Durch Anwendung dieses Verfahrens wird erreicht, daß ein Speicher um so häufiger sozusagen »verdeckt« regeneriert wird, je häufiger er aufgerufen wird. Die nachteiligen Sperrzeiten infolge sogenannter »offener« Regeneriervorgänge werden damit vernachlässigbar selten, so daß sich die mittlere SpeicherzugrilTszeit und Speicherzykluszeit durch die erforderlich werdenden Regeneriervfirgänge des Speicherinhaltes nicht mehr verlängern. Wird jedoch ein Speicher eine Zeit lang nicht aufgerufen, so kann es vorkommen, daß für eine gewisse Anzahl von in dem Speicher befindlichen Speicherzellen diejenige Zeit nahezu erreicht ist, nach der die Speicherzellen spätestens wieder regeneriert werden müssen. Um ein ordnungsgemäßes Regenerieren aller Speicherzellen in dem Speicher zu garantieren, werden deshalb die innerhalb eines vorgesehenen Regenerierzeitraumes ausgeführten Regeneriervorgänge registriert und kurz vor Ablauf des zulässigen Regenerierzeitraumes alle diejenigen Speicherzellen zwangsweise regeneriert, die bis dahin noch nicht regeneriert wurden. Dies ist jedoch um so seltener der Fall, je häufiger der Speicher aufgerufen wird, d. h. je größer die Wahrscheinlichkeit für einen »verdeckten« Regenenervorgang ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei einem MOS-Speicher die Gesamtzahl der η Regenerieradressen vorteilhafterweise in mehrere (K) Bereiche unterteilt und der Speicher derart organisiert, daß synchron mit einem Speicherzyklus in einem dieser K Bereiche ein Regeneriervorgang in jedem der K—I übrigen Bereiche ablaufen kann. Jeder dieser

K Bereiche enthält damit " Regenerieradressen. Jede

dieser ⁿ _o Regenerieradressen jedes Bereiches ist in m κ

Gruppen zu je /Adressen unterteilt, so daß dann jeder der K Bereiche m = J-. Gruppen zu je i Adressen

enthält. Die Arswahl der einzelnen Regenerieradressen erfolgt durch, einen sogenannten Gruppenzähler, der die zum Regenerieren entstehende Gruppenadresse

liefert und nach jeweils einer Zeitspanne - =

um eine Adressenstelle weitergeschaltet wird. Gleichzeitig mit jedem der angeforderten Speicherzyklen in einem der K Bereiche wird dann ein Regenerierzyklus in jedem der restlichen K— 1 Bereiche ausgelöst, und zwar in der durch den Gruppenzähler adressierten Gruppe von Speicherzellen, Weiterhin ist jedem der 'K Bereiche des Speichers ein Regenerierzähler zugeordnet, der die bis zu i Adressen der noch zu regenerierenden Speicherzellen innerhalb der zum Regenerieren anstehenden Gruppen liefert.

Weitere Merkmale über die Ausbildung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,

In der Zeichnung ist schematich die Struktur der Regenerier-Adressen eines erfindungsgemäßen Spei-

η chers dargestellt. Bei dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist der gesamte Speicher in K = 2 Bereiche unterteilt, von denen der Bereich 1 z, B. alle geradzahligen Adressen und der Bereich 2 alle ungcradzahligen Adressen enthält. Würde man den Speicher

z. B. so auslegen, daß er η = 512 Regenerieradressen enthält, dann würde jeder der beiden Bereiche 1 bzw. 2

damit -%- = 256 Regenerieradressen umfassen.

Diese Regenerieradressen sind bei dem angegebenen

2(i Beispiel in m Gruppen zu je / Regenerieradressen unterteilt. Für das angegebene Zahlenbejspiel könnten m und /jeweils 16 sein. Ein GruppenwählerG liefert die für die beiden Bereiche 1 bzw. 2 gemeinsame Gruppenadresse, z. B. in einer Adressierung 1 aus 16.

Weiterhin sind zwei Regenerierzähler R1 und 2? 2 vorgesehen, die innerhalb der jeweils adressierten Gruppe für jeden der beiden Bereiche 1 bzw. 2 die individuelle Regenerier-Adresse, z. B. wiederum in einer Adressierung 1 aus 16 liefern. Die beiden Zähler

jo zählen unabhängig voneinander, d. h.,cin im Bereich 1 ablaufender Speicherzyklus hat im Bereich 2 gleichzeitig einen Regenerierzyklus zur Folge, der vom Zähler R2 gezählt wird; ebenso zählt der Zähler Rl Regenerierzyklen im Bereich 1, die gleichzeitig mit Speicherzyklen im Bereich 2 ausgeführt werden.

Das gleichzeitige Ausfühien von Regenerier-Vorgängen mit Speicherzyklen unterbleibt in denjenigen Bereichen des Speichers, deren Regenerier-Zähler bereits auf Null stehen. Andererseits werden nach Ablauf der pro Gruppe zur Verfügung stehenden Zeitspanne -, in unserem Beispiel bei einer Regenerierzeit von T = 2 msec nach 125 μβ zwangsweise Regenerierzyklen ausgelöst, bis die beiden Zähler R1

bzw. Rl auf Null stehen.

Berechnungen zeigten, daß bei einem derart organisierten und betriebenen Speicher das Regenerieren fast immer »verdeckt« ausgeführt wird, d. h. praktisch kein Zeitverlust entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von Speicherzellen in MOS-Speichern, wobei synchron mit in einem Teil des Speichers ausgeführten Speicherzyklen Speicherzellen in einem anderen Teil des Speichers regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teil des Speichers registriert wird, welche der Speicherzellen während des vorgesehenen Regenerierzeitraumes schon regeneriert wurden, daß bei Ausführung eines Speicherzyklus in einem Teil des Speichers in einem anderen Teil des Speichers in fortlaufender Folge jeweils mindestens eine der noch nicht regenerierten Speicherzellen regeneriert wird und daß vor Ablauf des Regenerierzeitraumes gegebenenfalls noch jene Speicherzellen zwangsweise regeneriert werden, die bis dahin noch nicht regeneriert wurden.

2. Verfahren-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausführen von Rsgeneriervorgängen synchron mit Speicherzyklen in denjenigen Teilen des Speichers unterbleibt, deren Speicherzellen bereits alle regeneriert sind.

3. MOS-Speicher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl (n) der Regenerieradressen des Speichers in mehrere (X) Bereiche (1,2) unterteilt und der Speicher derart organisiert ist, daß synchron mit einem Speicherzyklus in einem dieser X-D?ieiche ein R.egeneriervorgang in jedem der X-I übrigen Bereiche ablaufen kann,

daß die % Regenerieradressen jedes Speicher-

bereiches in m Gruppen zu / Adressen unterteilt sind, daß ein Gruppenzähler (G) vorgesehen ist, der jeweils die zum Regenerieren anstehende Gruppenadresse liefert und nach jeweils einer Zeitspanne —- = _{um e}j_ne Adressenstellc

m «

weitergeschaltet wird, und daß jedem der X-Bereiche des Speichers ein Regenerierzahler (R 1, K 2) zugeordnet ist, der die bis zu i Adressen der noch zu regenerierenden Speicherzellen innerhalb der zum Regenerieren anstehenden Gruppen liefert.

4. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Weiterschalten des Gruppenzählers um eine Stelle zunächst kein Regeneriervorgang ausgelöst, sondern in der nachfolgenden Zeitspanne I auf einen Speicherzyklus gewartet

Hl

wird.