CN100383874C - 在基于探针的数据存储器件中的数据重写的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供用于在基于探针的数据存储器件(1)中重写数据的方法和装置，其中通过在存储器表面(5)上的比特位置上凹坑的有无来表示数据比特，所述凹坑由所述器件的探针机构(2)在存储器表面(5)上形成。编码输入数据以产生编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)来在存储器表面上记录编码比特序列以覆盖原先记录的比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)等。与编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的特性一起，所述重写技术使用写入处理的物理机构，利用在存储器表面上的比特位置的合适间距，在比特位置写入凹坑可以擦除在限定数量的相邻比特位置内的现有凹坑。另外，所述重写技术包括读取原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的至少某些凹坑，其中通过读取原有数据的结果来部分地确定在重写操作中在存储器表面上写入的数据的模式。

Description

在基于探针的数据存储器件中的数据重写的方法和装置

技术领域

本发明总的来说涉及基于探针的数据存储器件，具体涉及使能在这样的器件中的数据重写的方法和装置，在这样的器件中可以存储数据而不用首先擦除先前写入的数据。

背景技术

在基于探针的数据存储器件中，在存储器表面上通过凹痕或“凹坑”的有无来表示所存储的数据，所述凹痕或“凹坑”由所述器件的探针形成在表面上。例如，在基于AFM(Atomic Force Microscope，原子力显微镜)的存储器件中，探针是安装在微型制造的悬臂的端点的纳米级的尖端。这个尖端可以在聚合体基底形式的存储介质的表面上移动。提供一种机构来加热尖端，因此加热与尖端接触的点的聚合体表面，使得尖端刺入表面产生凹坑。这样的凹坑一般表示一个值“1”的比特，由在存储器表面上的比特位置的凹坑的不存在来表示一个值“0”的比特。在读扫描模式中，可以使用热机探针机构来在探针移动通过比特凹痕的图案的时候通过检测悬臂的偏移来读回数据。在IBM Journal of Research & Development，Volume 44，No.3，May 2000，pp323-340，“The‘Millipede’-More Than One Thousand Tips for Future AFMData Storage”，Vettiger et al(IBM研究和开发期刊，44卷，第3号，2000年5月，第323-340页，“‘百足虫(Millipede)’-用于未来AFM数据存储的超过1000个的尖端”，Vettiger等)及其在那里所引用的参考文件中详细说明了基于AFM的数据存储器。如在此文件中所述，在利用单个悬臂探针实现基本的读取/写入操作的同时，实际上，使用独立可寻址的悬臂的集成阵列以便提高数据率。阵列的每个悬臂可以当所述阵列相对于存储器表面移动时在它自己的存储区域内读取和写入数据。

在基于探针的数据存储器件中重写数据是有问题的。例如，如果0对应于在比特位置的“无凹坑”，则在比特位置写入0对应于无动作。因此，在比特位置预先写入的“1”上写入“0”将使得原有的“1”完整无缺，从而导致新写入的数据不正确。因此，现有的系统要求在可以向存储器表面写入新的数据之前擦除原有的数据。例如，在上述的百足虫器件中，可以通过加热存储器表面以导致聚合体的融化和“回流(reflow)”来擦除原有的数据。在写入之前擦除原有数据的这个要求对功耗和操作速度都具有负面含义。

允许在基于探针的数据存储器件中直接以新的数据重写原有数据的系统已经在我们的同时待审的2002年5月13日提交的欧洲专利申请第02010648.0号中得到公开。这些系统的方面也在“The Role of Signal Processing and Codingin Data Storage：State of the Art and Future Trends”，E.Eleftheriou，IEEECommunications Theory Workshop 2002，Sanibel Island，FL，May 19-22，2002(“在数据存储中的信号处理和编码的角色：现代和未来趋势”，E.Eleftheriou，IEEE通信理论专题研讨会2002，Sanibel岛，芬兰，2002年5月19-22日)中得到讨论。通过进行输入数据编码处理和使用写处理的物理机构来在这些系统中实现重写。具体地说，当在存储器表面上写入一个凹坑时，材料被探针移动并且沉积在周围的区域中。在例如上述的百足虫器件中，融化的聚合体沉积在产生“环形墙(donut walls)”或“环形物(rings)”的凹坑周围的区域，“环形墙”或“环形物”具有比聚合体背景更大的拓扑轮廓。如果一个凹坑距离现有的凹坑足够近地被形成，则现有的凹坑可以至少由于材料变形而被部分填充，有效地将“1”变为“0”，因此擦除了“1”。这个现象因此对要记录到存储器表面上的凹坑之间的最小距离施加约束条件T_min。通过使用输入数据编码处理，在欧洲申请第02010648.0号中公开的系统使用这种现象来实现数据的直接重写。输入数据编码是有效的两阶段处理。在第一阶段，输入数据被编码以防止在编码的输入数据中出现给定值“x”的两个连续比特。例如，如果x＝1，则该编码保证在编码的输入数据中的连续的“1”至少被“d”个0分离，其中d是大于等于1的预定数。这种编码的作用是保证在写操作之后要剩在存储器表面中的连续凹坑总是被至少一个“无凹坑”分离。因此，这种编码能够在未编码情形下提高记录的比特密度，在未编码情形中，最小比特间距被限制为T_min。在第二编码阶段中，使用一种算法来从编码的输入比特序列产生重写比特序列。简言之，在此使用的算法是基于前提：如上所述，由于材料的变形，写入凹坑会擦除在新凹坑的任一侧上的现有相邻凹坑。当产生的重写比特序列被写在存储器表面上的时候，效果是依赖于具体的操作参数记录原始编码输入比特序列或者这个比特序列的补码。这个结果与被重写的原有数据的比特值无关，因此不必擦除原有数据。

在上述的重写技术中的开发中，我们的待审的、2002年6月27日提交的欧洲专利申请第02405541.0公开了这样的系统，它们能够以降低的功耗来实现重写。这些系统使用其中数量d≥2的初始编码阶段，随后特别使用由这个编码允许的较高记录比特密度。在存储器表面上产生和写入重写序列，其中具有这样的比特间距，它使得在比特位置写入凹坑可以擦除在相邻比特位置d距离内的现有凹坑。用于产生重写序列的处理再次保证重写操作的结果是记录原始编码输入比特序列或它的补码，而与所重写的数据的比特值无关。

发明内容

按照本发明的一个方面，提供了一种用于在基于探针的数据存储器件中重写数据的方法，其中通过在存储器表面上的比特位置上的、由所述器件的探针机构在存储器表面上形成的凹坑的有无来表示数据比特，所述比特位置相间以使得在比特位置写入凹坑可以擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数。所述方法包括：编码输入数据，使得在编码的比特序列中的值x的连续比特被值x的至少d个比特分离，其中d是大于等于r的预定数；读取由编码的比特序列重写的原有比特序列的部分数据以定位任何过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特要记录的位置的r比特位置内的凹坑；前进通过要记录编码的比特序列的系列比特位置，在所述要记录编码的比特序列的系列比特位置中的部分位置写入新的凹坑，使得：(a)通过写入新凹坑擦除在原有比特序列中的任何过量凹坑，(b)凹坑保留在要记录值x的编码比特的每个位置，(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特的位置之外的、在所述系列中的位置写入的任何新凹坑。

因此，在本发明的实施例中，要存储在所述器件中的输入数据被首先编码以保证：在所产生的编码比特序列中，特定值x(它在不同的实施例中可以是0或1)的连续比特被补码值x的至少d比特分离(其中在此和其他全部位置的符号 表示比特反转)。在这个编码处理中的预定数量d依赖于在写操作中使用的比特间距。具体地说，如果比特位置的间距使得在比特位置写入一个凹坑可以由于材料的变形而擦除在相邻比特位置r内的先前写入的凹坑，则r≥1并且d≥r。在这个初始编码处理阶段之后，编码的比特序列通过重写处理记录在存储器表面上。但是，与我们的以前的系统——它依赖于与要重写的原有数据无关的重写处理——相反，实现本发明的方法在重写处理中利用原有数据。因此，通过读取原有数据的结果而部分地确定在重写操作中在存储器表面上写入的数据的模式。不是必须读取所有原有数据。读取部分原有数据来定位任何如上所定义的“过量凹坑”。这是必须通过在重写操作中写入合适模式的新凹坑而被擦除的，下面将详细说明。一般，当前进通过用于重写操作的系列比特位置，在所选择的位置写入新凹坑以便满足上述的条件(a)-(c)。

按照特定条件读取原有数据和写入新凹坑的上述处理保证重写操作的结果是在存储器表面上记录编码的比特序列。具体地说，在记录模式(pattern)中的一个凹坑对应于在编码的比特序列中的值x的一个比特，在记录模式中的一个“无凹坑”对应于值x的一个比特。因此实现了直接的重写，并且擦除了在写入之前擦除原有数据的必要。另外，在重写处理中读取原有数据使得能够识别必须使用特定的重写模式来擦除原有数据的区域。因此，这样的重写模式可以仅仅在必要时使用。而且，至少在本发明的优选实施例中，对于重写操作，比现有的重写系统的等效操作需要更少的功率。下面将进一步讨论这些功率优点。

一般在读取处理中，可以通过读取比特位置和识别凹坑来确定地定位过量凹坑，或通过识别可能包括过量凹坑的特定组的比特位置(在此称为“写区域”)来定位过量凹坑。因此，在一些实施例中，定位过量凹坑的处理可以包括：

(1)读取原有比特序列的部分数据来识别任何过量凹坑，这些过量凹坑不位于这样的一组比特位置中，所述一组比特位置紧随另一个过量凹坑并且以要记录编码值x的比特的下一个位置和在所述系列中的最后位置之后的比特位置的第一次出现结尾；

(2)对于所识别的每个过量凹坑，定义写入区域为紧随那个凹坑的所述组的比特位置。

这两个步骤用于定位所有的过量凹坑。那些紧在写入区域之前的过量凹坑通过读取而被确定地识别。任何附加的过量凹坑必须位于写入区域内。因此，识别写入区域用于将任何附加的过量凹坑定位在写入区域的区域内。当前进通过系列比特位置的时候，可以随后根据是否给定的位置在一个写入区域内来确定是否新凹坑需要被写在那个位置。下面详细说明用于在此的写入操作的特定要求。

在如上所述的诸如百足虫的基于探针的器件中，通过依序移动单个读/写探针通过比特位置来在一系列比特位置写入比特序列。因此，在可以设想替代实施例的同时，一般期望：如果需要的话，当探针在重写操作期间在它的通过系列比特位置的前进过程中到达给定的比特位置读取这个位置。即，在所述系列中的每个比特位置，确定是否应当读取比特位置和/或是否需要写入新的凹坑，采取合适的动作，并且探针随后移动到下一个比特位置。这可以通过实施例来实现，在所述实施例中，当前进通过系列比特位置时，如果满足如下三个条件则至少读取当前的比特位置，所述三个条件即：

(a)在当前的位置记录值x的一个编码比特；

(b)当前的位置不在记录值x的编码比特的位置的r比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)当被置位时指示当前位置在写入区域中的写入区域指示符被复位。

在这样的实施例中，如果通过读取当前的位置来识别一个凹坑，则对下一个比特位置设置写入区域指示符。这个指示符随后保持被置位，直到对后面的比特位置它被复位。具体地说，每当在写入区域的最后位置写入新的凹坑时，写入区域指示符对下一个比特位置复位。这些特征允许读取要作出的确定、要定位的过量凹坑和所定义的写入区域，这些都是在写入操作进行时进行的。下面详细说明使用这些特征的特定实施例和如何构造写入模式的示例。

在一般可以使用任何施加d≥r约束条件的编码方案来用于输入数据的初始编码的同时，本发明的优选实施例使用基于RLL(有限行程长度)(d，k)限制码的原理的代码。传统上在这样的代码中，(d，k)约束条件表示在编码的比特序列中的连续的1被至少“d”个0和至多“k”个0分离，其中k＞d。但是，如上所述，一般初始的输入数据编码可以禁止在编码输入数据中的两个连续的“1”(x＝1)或两个连续的“0”(x＝0)。因此，虽然“d”和“k”传统上表示0的数量，但是在一些实施例中，这些约束条件可能用于在0之间所允许的“1”的数量。

本发明的另一个方面提供用于控制在基于探针的数据存储器件中的重写的装置，其中通过在表面上的比特位置上的、由所述器件的探针机构在存储器表面上形成的凹坑的有无来表示数据比特，所述比特位置相间以使得在比特位置写入凹坑可以擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数。所述装置包括：编码器，用于编码要存储在所述器件中的输入数据，使得在编码的比特序列中的值x的连续比特被值x的至少d个比特分离，其中d是大于等于r的预定数；读取/写入控制器，用于控制探针机构对数据的读和写，所述读取/写入控制器配置成：读取由编码的比特序列重写的原有比特序列的部分数据以定位任何过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特要记录的位置的r比特位置内的凹坑；前进通过要记录编码的比特序列的系列比特位置，以便在所述要记录编码的比特序列的系列比特位置中的部分位置进行新的凹坑的写入，使得：(a)通过写入新凹坑擦除在原有比特序列中的任何过量凹坑，(b)一个比特保留在要记录值x的编码比特的每个位置，(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特的位置之外的、在所述系列中的位置写入的任何新凹坑。

本发明的另一个方面提供了基于探针的数据存储装置，包括：存储器表面；探针机构，用于通过在其中形成凹坑来在存储器表面上记录数据，以便通过在表面上的比特位置上的凹坑的有无来表示数据，所述比特位置相间以使得在比特位置写入凹坑可以擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数，探针机构并且用于从存储器表面读取数据；编码器，用于编码由所述装置存储的输入数据，以便通过值x的至少d比特来分离在编码的比特序列中的值x的连续比特，其中d是大于等于r的预定数；读取/写入控制器，用于控制探针机构对数据的读和写，所述读取/写入控制器配置成：读取由编码的比特序列重写的原有比特序列的部分数据以定位任何过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特要记录的位置的r比特位置内的凹坑；前进通过要记录编码的比特序列的系列比特位置，以便在所述要记录编码的比特序列的系列比特位置的部分位置进行新的凹坑的写入，使得：(a)通过写入新凹坑擦除在原有比特序列中的任何过量凹坑，(b)凹坑保留在要记录值x的编码比特的每个位置，(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特的位置之外的、在所述系列中的位置写入的任何新凹坑。

应当明白，一般，虽然在此针对实现本发明的方法来说明了特征，但是也可以在实现本发明的装置中提供对应的特征，反之依然。

附图说明

现在参照附图通过示例说明本发明的实施例，其中：

图1是实现本发明的基于探针的数据存储器件的示意方框图；

图2是实现本发明的第一重写方法的流程图；

图3图解了在将图2的方法应用到采样数据中的读取/写入操作；

图4图解了具有对图2的方法的改进的读取/写入操作；

图5是图解实现本发明的第二重写方法的流程图；

图6图解了具有对图2的方法的附加改进的读取/写入操作；

图7是图解体现本发明的第三重写方法的流程图；

图8图解了在将图7的方法应用到采样数据中的读取/写入操作；

图9是图解实现本发明的第四重写方法的流程图；

图10图解了具有对图7的方法的附加改进的、图8的读取/写入操作；

图11是在图2的方法的功率分析中使用的参数的表格；

图12是图解与先前的重写方法相比较的利用图2方法的节能的图；

图13是在图7方法的功率分析中使用的参数的表格；

图14是图解利用图7方法的节能的图。

具体实施方式

图1示出了实现本发明的基于探针的存储器件，器件1包括探针机构，在这个实施例中，它包括在上述的IBM研究和开发期刊参考文件中所述类型的百足虫探针存储阵列2。阵列控制器3控制探针存储阵列2的操作。阵列控制器3包括在上述参考文件中所述的阵列驱动器和检测器电路4，用于驱动阵列的各个探针来在聚合体存储介质5的表面上读取和写入数据。阵列控制器3也包括读取/写入控制器6，用于经由驱动器和检测器电路4控制阵列2的操作。以便按照下述的重写方法来进行数据的读写。一般，读取/写入控制器6可以以硬件或软件或两者的组合来实现，并且从在此的说明中，适当实现方式对本领域内的技术人员是显然的。器件1也包括：(d，k)编码器7，用于编码由所述器件存储的输入数据；(d，k)解码器8，用于解码从聚合体存储介质5读取的数据以提供数据输出。可以以一般公知的形式来实现编码器7和解码器8。

在操作中，输入数据被提供到(d，k)编码器7，(d，k)编码器7像如下将进一步讨论的那样，编码输入数据以产生编码的比特序列b₀，b₁，b₂，...，等。这个编码的比特序列被提供到阵列控制器3，其中读取/写入控制器6实现下述的重写方案，以在聚合体存储介质5上的连续比特位置记录比特b₀，b₁，b₂，...，。当记录的数据被依序从存储器表面读取的时候，读取的比特序列被阵列控制器3提供到(d，k)解码器8。这个解码器将由编码器7使用的(d，k)编码反转，在此将原有的输入数据恢复为输出数据。

由编码器7实现的(d，k)编码保证在编码的输入数据中的特定值x的连续比特被值x的至少d和至多k比特分离，其中d是大于等于1的预定数并且k＞d。在下面的示例中，假定在(d，k)编码处理中x＝1，以使得在编码的比特序列b₀，b₁，b₂，...，中的连续的“1”被至少d和至多k个0分离。在这种情况下，当编码的比特序列被记录在聚合体存储介质5的时候，值的一个记录比特“1”用在存储器表面上的一个凹坑表示，并且值的一个比特0对应于“无凹坑”。因此，在输入数据编码中的d约束条件保证在存储器表面上记录的连续凹坑将总是被至少d个“无凹坑”分离。这允许在未编码情况(d＝0)下提高记录的比特密度，在此未编码情况中，如上所述，最小比特间距被限制为T_min。对于实现本发明的重写方法的操作，在存储器表面5上的比特位置的间距使得在比特位置写入一个凹坑可以擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的一个凹坑，其中r是大于等于1的预定数。利用这些约束条件，如果在不包括凹坑的比特位置i写入一个新凹坑，则将擦除在比特位置i-r到i+r中的任何现有凹坑。d约束条件保证从位置i-r到位置i和从位置i到位置i+r可以存在不超过一个凹坑。因此，通过写入一个新凹坑、在写入位置i的每侧一个来擦除两个相邻凹坑的最大者。另外，如果在包括一个现有凹坑的比特位置i写入一个新的凹坑，则在范围i-r到i+r中的相邻比特位置由于d约束条件而必须包括“无凹坑”。现在说明各种可以由读取/写入控制器6实现和可以使用这些作用的重写方案。

在下面的示例中，b₀，b₁，b₂，...，b_i，，...，b_n-1是要记录在比特位置i＝0，1，2，...，n-1的、由(d，k)编码器7输出的编码的比特序列，并且d₀，d₁，d₂，...，d_i，...，d_n-1是要在记录处理中重写的原有比特序列。一个备用比特被用在下述的比特位置n。

在要说明的第一种重写方法中，在初始的输入数据编码处理中d＝1，在写入处理中r＝1，因此在比特位置i写入一个新的凹坑可以擦除在相邻位置i-1和i+1位置中的一个现有凹坑。对于任何单比特写操作，在下列情况下原有和新的比特序列将不同：

(1)原有比特d_i＝1，新比特b_i＝0

(2)原有比特d_i＝0，新比特b_i＝1

在情况(1)中，通过在下一个比特位置写入“1”(即新的凹坑)来擦除原有的“1”(即被改变到“0”)。因为d约束条件，原有的“1”总是被跟随至少一个“0”，并且通过写入新的凹坑将其改变为“1”。因此重复执行这个过程直到在b_i序列中的下一个“1”。在情况(2)中，通过在其位置写入一个“1”而将原有的“0”改变为“1”。在此不需要进一步的动作，因为在b_i序列中的“1”由于d约束条件而总是被跟随至少一个“0”。因此，即使原有比特序列的下一个比特是“1”，它也已经通过写入新的凹坑而被擦除，并且因此提供在b_i序列中在这个位置所需要的“0”。根据这些原理，重写方法通过定义“写入区域”而使用在原有和新的比特序列中的“1”的相对位置。前进通过系列比特位置i，某些原有比特d_i按如下所述方式读取。如果在给定的位置j读取一个“1”并且在b_i序列中的下一个“1”在位置m，则写入区域包括在位置(j+1)到m的(m-j)比特的组。变量wa被定义为写入区域指示符。对于在写入区域中的所有比特位置设置写入区域指示符wa(wa＝1)。否则它被复位(wa＝0)。在这个示例中由读取/写入控制器6进行的读取/写入操作被下面的伪代码说明，并且以图2的流程图表示：

Initialization：

i＝0，wa＝0

if b₀＝1

write′1′at bit position i＝0

else

read d₀，and if d₀＝1，then  wa＝1

Loop for 1·i·n-1：

if  b_i＝1

write′1′at bit position i，wa＝0

else if wa＝1

write′1′at bit positioni

else

read d_i，and if d_i＝1，then  wa＝1

i＝i+1

Spare bit(i＝n)：

if  wa＝1

write′1′at bit positionn

参见图2，当如步骤10所示开始重写操作时，在步骤11变量i和wa被初始化为0。控制器6随后在步骤12读取编码的比特序列的第一比特b_i。如果b_i＝1(在步骤13的“是”)，则操作进行到步骤14，其中在当前的比特位置i，“1”被写入为新的凹坑。由于上述的作用，一般写入这个“1”保证，虽然对于i＝0，仅仅位置i和(i+1)是当然相关的，但是在位置(i-1)、i和(i+1)存储的比特现在分别是0、1、0，如方框14中所示。变量wa随后在步骤15被设置为0，因此如果写入区域指示符已经预先被设置(wa＝1)则复位写入区域指示符，这可以是在处理的后面过程中的情况。操作随后进行到步骤S16，其中控制器6查看是否已经到达了用于记录b_i序列的比特位置系列的最后位置(n-1)。如果否(步骤16的“否”)，则在步骤17将当前的比特位置加1，并且操作返回步骤12来针对下一个比特位置。

如果在步骤13的任何过程中，对于当前的比特位置b_i＝0，然后在步骤19，控制器6查看是否置位了写入区域指示符，如果否，即当前的比特位置不在写入区域，则在步骤20读取在当前比特位置的原有比特d_i。如果在当前的比特位置存在一个现有的凹坑，即在确定步骤21 d_i＝1，则在步骤22写入区域指示符被置位，并且操作进行到步骤16。假定在此i＜n-1，则操作进行到下一个比特位置，并且如前一样返回步骤12。返回步骤21，如果在此d_i＝0，则写入区域指示符保持复位，并且操作直接进行到步骤16。于是，如果当读取当前比特位置时d_i＝0，则不需要任何动作。但是，如果当读取当前比特位置时识别了一个凹坑(d_i＝1)，则对下一个比特位置置位写入区域指示符。

现在返回步骤19，如果确定在此对于当前比特位置设置写入区域指示符，则操作进行到步骤23，其中在当前位置写入“1”作为新的凹坑。操作随后进行到步骤16，并且继续如前。当最终达到在系列中的最后比特位置的时候，即在步骤16i＝n-1，则在步骤25控制器6查看是否当前置位了写入区域指示符wa，如果否，则不需要任何动作，并且重写处理结束。但是，如果wa＝1，则在步骤26，控制器在“备用”比特位置n写入“1”作为新的凹坑，并且处理结束。

图3通过采样数据的工作示例显示了上述重写处理的操作。这个过分简单化的示例假定16比特编码的b_i序列要被记录在比特位置i＝0到15，并且i＝16通过备用的比特位置。在所述附图的上部示出了要重写的原有的比特序列d_i和编码的b_i序列。随着写入操作的进行，写入区域指示符wa如上所述被置位和复位，其中如图中所示定义写入区域。当探针通过系列比特位置时，在图中数据行下面所示的所选择比特位置执行新凹坑的读取(R)或写入(W)。通过在图中下面的9个比特模式来示出在重写操作进行时的连续写入W的结果。这些模式的每个示出了当已经执行特定的写入操作W时在存储器表面剩余的比特序列。因此，第一模式示出了在已经在i＝1写入新的凹坑之后的记录序列，第二模式示出了在i＝2写入之后的序列，等等。在每个模式中，以粗体所示的“1”表示刚刚写入的新凹坑的位置。可以从这个图看出，一旦在备用比特位置i＝16已经写入最后的新凹坑，则在系列比特位置i＝0到15记录的比特序列是原始的编码b_i序列。

虽然上述的简单示例示出了重写方法的操作，实际上，用于写入操作的一个数据行一般比16比特长很多。关于备用比特位置，可以在存储介质的可写入扇区附近提供保护带以保证在行的开始和结尾有空间，并且避免在不同扇区的数据之间的干扰。当从存储器表面读回数据时，忽略在保护带中的额外比特。注意，不必在所有情况下在备用比特位置而仅仅当这个位置落入写入区域时写入新的凹坑。图3示出了每当通过读取比特位置i来识别一个“原有的”凹坑(即d_i＝1)的时候，一个写入区域跟随。(注意，到读取位置i＝5的时间，已经通过在i＝4的写入W来擦除了在此的原始的“1”)。具体地说，一个写入区域被定义为这样的比特位置组，它紧随通过读取比特位置而识别的“原有”凹坑，并且以下列的第一次出现结尾：(a)记录值“1”的编码比特b_i的下一个位置，(b)在系列i＝0到n-1中的最后比特位置(即备用比特位置)之后的比特位置。也可以看出，利用这种方法，用于在给定比特位置读取(R)或写入(W)新凹坑的条件如下：

-对于在系列i＝0到n-1中的每个位置，如果(a)要在当前位置记录值“0”的编码比特b_i，并且(b)写入区域指示符被复位，则读取当前位置；

-对于每个位置i＝0到n，如果(a)要在当前位置记录值“1”的编码比特b_i或者(b)写入区域指示符被置位，则在当前位置写入新的凹坑。

在对上述实施例的第一种改进中，可以通过考虑在比特间距中r＝1约束条件的作用而降低读操作R的数量。具体地说，如果在当前的比特位置写入(W)一个新的凹坑，则不必读取下一个比特位置，因为它必须包括“0”，已经通过写操作W擦除了在这个位置先前存在的任何的“1”。因为在任何情况下都不读取在写入区域中的比特位置，因此对写入区域外部的位置节省了读取。图4示出了对于与图3相同的数据的读取/写入处理，但是包括在所述重写方法中的这种改进。如图所示，省略了在比特位置i＝5、7、10和13的读取R。可以看出这些位置的每个是在要记录值“1”的编码比特b_i的位置之后的比特位置。在通过前进通过比特系列中达到这些位置中的任一个的时间之前，所述位置由于刚才所述的情况而必须包括一个“0”，因此不会改变重写操作的结果。

对图2的实施例的第二种改进利用d约束条件来降低读取R的数量。具体地说，如果通过读取当前比特位置而识别了原有的凹坑(d_i＝1)，则不必读取下一个d比特位置，因为它们由于d约束条件而必定包括“0”。图3示出了，在第一实施例中，通过读取识别的原有凹坑是紧接在写入区域之前的那些。因为在此不读取在写入区域中的比特位置，因此仅仅在d大于写入区域长度的特定实施例中节省了读取。最小写入区域长度是一个比特，因此在此节省读取是可能的，其中d＞1。虽然这种节省的读取仅仅发生在操作中d大于给定的写入区域的长度的地方，但是使用各种(d，k)编码的统计分析示出了较短的写入区域更为可能，并且单个比特写入区域是至今最为可能的。在除了参照图4所述的、基于r＝1约束条件之外，还应用这种节省读取的地方，在d＞2的情况下，另外的节省是可能的。图5的流程图图解了实现本发明的第二重写方法，其中这两种读取节省手段都具备r＝1并且d的一般值＞2。在这个实施例中，使用附加的变量ez来定义“专用区”的长度。专用区是一组比特位置，其中由于刚才所述的一种或其他读取节省手段而不必执行读取R。

参见图5，重写方法广义上对应于图2的重写方法，并且在此仅仅说明关键的差别。因此，步骤30-33分别对应于图2的步骤10-13，但是在步骤31所述附加变量ez被初始化为0。在步骤33，假定当前的编码比特b_i＝0，则在步骤34控制器6查看是否写入区域指示符被置位。假定否，则步骤35查看是否ez＝0。假定是(即当前的比特位置不在写入区域或专用区中)，则在步骤36读取在当前位置的原有比特d_i。接着，假定在确定步骤37中d_i＝1，则在步骤38中置位写入区域指示符，并且将变量ez置位为d。因此，下一个比特位置是写入区域和长度为d的专用区的第一位置。操作随后进行到对应于图2的步骤16的步骤39。返回步骤37，如果在此d_i＝0，则不需要任何动作，并且操作将直接进行到步骤39。

假定在步骤33的下次通过中b_i＝0，则因为写入区域指示符现在被置位(wa＝1)，则操作将从步骤34向步骤41进行。随后如在图2的步骤23一样在当前比特位置写入新的凹坑。但是此后，控制器在步骤42查看ez＞2。这是确定是否当前的专用区延伸到下一个比特位置之外。如果是，则在步骤43中，ez的值降1(以说明当前比特位置)，并且操作进行到步骤39。返回步骤42。如果在此ez≤2，则在步骤44将ez置位为1，因为刚刚在当前位置写入了新的凹坑，因此读取除外由于r约束条件而总是用在下一个比特位置。

假定在步骤33的下次通过中b_i＝1，表示写入区域的最后的比特位置，则操作进行到步骤45，其中在当前位置将b_i＝1写入为新的凹坑。在步骤46，写入区域指示符被复位以备用于下一个比特位置，并且操作经由刚才所述的步骤42继续。在步骤33的下一次通过中，在步骤34 b_i＝0并且wa＝0。因为在这种情况下仍然ez≥1，因此在当前位置省略步骤36的读取，并且在步骤41将ez的值降低1来备用于下一个比特位置。在写入区域之后的第一位置的这个读取可以因为r约束条件而总是被省略。但是，如果在步骤41后由于d约束条件而仍然ez≥1，则在下一个比特位置编码比特将再次是b_i＝0，并且对这个比特位置将在步骤35发生进一步的读取节省。这个读取节省将对于后续的比特位置继续直到ez降低到0。

注意，对于在写入区域之外b_i＝1，将在当前位置在步骤45写入新的凹坑。步骤46在此没有作用，因为写入区域指示符已经复位，并且在步骤42中ez是0。因此，在步骤44将ez置位为“1”，以在下一个比特位置提供1比特的专用区，这个位置由于r约束条件而必然包括一个“0”。当在步骤39最终达到系列的最后位置i＝n-1的时候，操作如图2实施例那样进行，当前方法的步骤48和49对应于图2的步骤25和26。

图5实施例示出了在这个重写方法中，用于读取在系列中的当前比特位置的条件是：

(a)在当前位置记录值“0”的编码比特；

(b)当前位置不是要记录值“1”的编码比特的位置之后的位置，并且不在通过读取前面的位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)写入区域指示符被复位。

图2和5的实施例提供了简单和有效的重写系统。但是，在对所述实施例的进一步的改进中，可以通过使用对在写操作W之前的比特位置的r约束条件的作用来进行进一步的读取节省。具体地说，如果要在给定的比特位置写入(W)新的凹坑，则不必读取前一个比特位置i-1，因为它当在位置i的写入W之后将总是包括“0”。因为在上述的实施例中未读取在写入位置中的比特位置，因此附加的读取节省适用于在写入区域之外的位置。图6示出了对于与图3和4相同的数据的读取/写入处理，但是除了图4所示的之外还包括这种改进。与图4相比较，省略在比特位置i＝8和11的读取R。可以看出，这些位置的每个是在要记录值“1”的编码比特b_i的位置之前的比特位置。在i＝11的读取的省略避免了对位置i＝12定义的写入区域。但是，重写操作的最后结果不变。

图6示出了在重写操作中的读取处理的关键要求是定位在原有数据序列中的那些凹坑(在此“1”)，所述那些凹坑不在要记录值“1”的编码比特b_i的位置的r比特位置内，其中在这个示例中r＝1。这些凹坑是在此定义的“过量凹坑”。在所示的采样数据中，过量凹坑是在比特位置i＝0、2和14的那些。必须通过在b_i＝1的位置写入的新凹坑和其上在重写操作中写入新凹坑的适当模式来具体擦除这些凹坑。在图6的处理中，通过组合读取比特位置和定义写入区域来定位过量凹坑。具体地说，通过读取这些比特位置来识别在i＝0和i＝14的过量凹坑。这些是这样的过量凹坑，它们不位于这样的一组比特位置内，所述一组比特位置紧随另一个凹坑并且以下列的第一次出现结尾：(a)记录值“1”的编码比特b_i的下一个位置，(b)备用比特位置。于是写入区域被定义为跟随这些过量凹坑的每一个作为上述的一组比特位置。任何附加的过量凹坑必须位于一个写入区域内，并且因此经由写入区域的定义定位。在图6中，例如，在i＝2的过量凹坑位于跟随在i＝0读取的过量凹坑的写入区域内。于是，写入区域对必须使用特殊的写入模式来擦除过量凹坑的那些区域划界。在至今所述的r＝1的实施例中，所使用的写入模式是连续凹坑的序列。

现在说明第三种写方法，其中在初始输入数据编码处理中d＝2，在写入处理中r＝2。在此，r约束条件表示在比特位置i写入一个新凹坑可以擦除在相邻位置i-2、i-1、i+1和i+2的现有凹坑，d约束条件保证在这些位置出现两个凹坑的最大者，在写入位置i的每侧一个。如果在位置i已经存在原有的凹坑，则d约束条件保证在范围i+2到i-2的范围中的相邻位置包括“无凹坑”。如前一样，对于在这个实施例中的任何单比特写入操作，原有的和新的比特序列可以在下列情况下不同：

(1)原有比特d_i＝1，新比特b_i＝0

(2)原有比特d_i＝0，新比特b_i＝1

在情况(1)中，通过在位置i+1和i+2的任何一个中写入“1”(即新的凹坑)来擦除在位置i的原有的“1”。因为d约束条件，原有的“1”总是被跟随至少两个“0”，并且通过写入新的凹坑将其中一个改变为“1”。因此重复执行这个过程直到在b_i序列中的下一个“1”。在情况(2)中，通过在其位置写入一个“1”而将原有的“0”改变为“1”。在此不需要进一步的动作，因为在b_i序列中的“1”由于d约束条件而总是被跟随至少两个“0”。因此，即使原有比特序列的下两个比特中的任何一个是“1”，它也已经通过写入新的凹坑而被擦除，因此在b_i序列中提供这个位置所需要的“0”。根据这些原理，重写方法再次使用在原有和新的比特序列中的“1”的相对位置。如前一样，当前进通过比特位置i的系列时，某些原有比特d_i被读取(R)，通过置位和复位写入区域指示符wa来定义写入区域，并且在某些比特位置写入(W)新凹坑。但是，在这种方法中使用附加的变量Lwa来在重写操作中跟踪写入区域的长度。下面的伪代码说明在这个实施例中由读取/写入控制器6进行的读取/写入操作：

Initialization：

i＝0，wa＝0，Lwa＝0

if b₀＝1

 write′1′at bit position i＝0

else if b₁＝1

         write′1′at bit position i＝1

else

read d₀，and if d₀＝1，then wa＝1 and Lwa＝2

                            else if d₁＝1，then wa＝1 and Lwa＝1

Loop for 2·i·n-1：

if b_i＝1

         if Lwa is even，then write″1′s″at positions i-Lwa+[2:2:Lwa]

         else write″1′s″at positions i-Lwa+[1:2:Lwa]

wa＝0，Lwa＝0

else if wa＝1

Lwa＝Lwa+1

else

 read d_i，and if d_i＝1，then wa＝1 and Lwa＝1

i＝i+1

 Spare bit(i＝n)：

if wa＝1

if Lwa is even，then write″1′s″at positions n-Lwa+[2:2:Lwa]

              else write″1′s″at positions n-Lwa+[1:2:Lwa]

在图7的流程图中表示了由上述算法定义的读取/写入处理，在所述流程图中在步骤60开始重写操作。在此为了简化，由步骤61表示在上述算法中的初始化过程。这个初始化过程处理如上所定义的前两个编码比特b₀和b₁，从下面关于在整个操作中任何使用写入区域的说明中，这个过程的效果是明显的。因此，在图7的步骤62，对于下一个比特位置i设置为2，在步骤63读取编码的比特序列的当前比特(初始为b₂)。如果在确定步骤64 b_i＝0，则操作进行到步骤65，它确定是否当前的比特位置在写入区域中(wa＝1)。如果否，则在步骤66读取在当前比特位置的原有比特d_i。如果在当前比特位置存在现有的凹坑，即在确定步骤67中d_i＝1，则在步骤68置位写入区域指示符(wa＝1)以备用于下一个比特位置，并且将写入区域长度指示符Lwa置位为1。Lwa＝1表示下一个比特位置是写入区域的第一比特位置。操作然后进行到步骤69，它查看是否已经到达了最后的编码比特b_n-1。假定否，则在步骤70操作进行到下一个比特位置，并且对这个位置返回步骤63。返回步骤67，如果在此d_i＝0，则不需要任何动作，并且操作直接进行到步骤69。

现在返回步骤65，如果确定在此要对于当前比特位置置位写入区域指示符，则在步骤72长度指示符Lwa加1。因此对于在写入区域中的连续比特位置，指示符Lwa连续递增以跟踪当前写入区域的长度。当接着在步骤64读取b_i＝1时，则操作进行到步骤73，它查看是否Lwa的当前值是偶数。如果是，则在步骤74控制器6在比特位置i-Lwa+[2:2:Lwa]写入“1”作为新的凹坑。即，在位置i-Lwa+2、i-Lwa+4、i-Lwa+6等写入新的凹坑，直到(但不超过)位置i。因此在写入区域中每两个比特位置写入一个新的凹坑以提供“1”(凹坑)和“0”(无凹坑)的交替模式。但是如果在步骤73确定Lwa是奇数，则在步骤75在位置i-Lwa+[1:2:Lwa]写入新的凹坑。因此，再次在写入区域中的每两个位置写入凹坑直到位置i，但是这次以位置i-Lwa+1开始。从步骤74或75，操作进行到步骤76。在此，写入区域指示符被复位(wa＝0)，并且Lwa被置位为0，表示写入区域是完整的，并且操作进行到步骤69。

如果在步骤64的任何一个通过中，对于在写入区域外部的比特位置b_i＝1(wa＝0)，则因为Lwa＝0，操作将经由步骤73到步骤74。在这种情况下，一个新的凹坑将被仅仅写在位置i-Lwa+Lwa，即当前位置i，这是公式所允许的唯一写入位置。当最终达到系列中的最后一个比特位置时，即在步骤69中i＝n-1，则在步骤78中控制器6查看是否写入区域指示符wa被当前置位。如果否。则不需要进一步的动作，并且重写过程结束。但是如果wa＝1，则下面的步骤79、80、81一般对应于上述的步骤73、74和75。但是在此，在位置n-Lwa+[2:2:Lwa](步骤80)或n-Lwa+[1:2:Lwa](步骤81)的写入区域中写入新的凹坑，因为写入区域的最后位置是备用比特位置n。重写过程随后结束。

图8通过与图3类似的工作示例图解了这个实施例的操作。这个附图与图7相结合示出在这个实施例中用于写入新凹坑(W)的条件如下：

-对于不在写入区域中的当前比特，如果值“1”的编码比特b_i要记录在当前位置则在那个位置写入一个新的比特；

-对于在写入区域中的一组比特位置，以写入区域的前两个位置开始并且以在写入区域的最后位置的新凹坑的写入结束来在至少每两个比特位置写入一个新的凹坑。

同样，用于读取(R)在系列中(在初始位置i＝0，i＝1之后的)当前比特位置的条件是下面两个：

(a)在当前位置记录值“0”的编码比特b_i，

(b)复位写入区域指示符。

如图8所示，一旦已经在备用比特位置i＝16写入最后的新凹坑，则在不同位置i＝0到15的系列记录的比特序列是原始的编码b_i序列。

上述的实施例也可以被改进为包括一个或多个与关于前述实施例所述的读取节省手段。因此例如，对于跟随要记录值“1”的编码比特b_i的位置的在r＝2位置内的比特位置可以排除读取(R)。另外，对于跟随已经通过读取识别原有凹坑(d_i＝1)的位置的在d比特位置内的比特位置可以排除读取(R)。如前一样，因为在当前实施例中无论如何不读取在写入区域内的比特位置，因此这些读取节省适用于在写入区域之外的位置。图9的流程图示出了基于图7但被改进以包括这两个读取节省的一个实施例，其中r＝2并且d的一般值大于3。图9流程图对应于图7但是具有改进的步骤88和附加的步骤91-94以包括专用区的思想。在此步骤88和附加步骤91-94分别对应于图5中的步骤38和41-44，它们包括在前述实施例中的专用区，并且在这个实施例中具有同等的作用。因为在此r＝2，确定步骤92查看是否ez＞3，并且步骤94设置ez＝2。

利用图9的改进，可以看出用于读取在系列中的当前比特位置的条件是：

(a)在当前比特位置记录值“0”的编码比特；

(b)当前位置不在跟随记录值“1”的编码比特的位置的r＝2位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)复位写入区域指示符。

这样，与图8的读取/写入处理相比较，图9的改进擦除了在比特位置i＝6、7、10、11、13和14的读取(R)。

虽然图7和9提供了简单和有效的重写系统，但是可以通过使用在写入操作W之前的比特位置上的r约束条件的作用来再次进行进一步的读取节省。因为在此r＝2，因此如果在给定的比特位置写入(W)一个新的凹坑则不必读取前两个比特位置i-2和i-1，因为在位置i的写入W之后它们总是包括“0”。再一次，这个附加的读取节省适用于在写入区域之外的比特位置，因为在上述实施例中不读取在写入区域中的位置。图10示出了对于与图8相同的数据的读取/写入处理，但是除了图9的读取节省手段之前还包括这个改进。这个改进另外擦除了在比特位置i＝8的读取R，因此防止对位置i＝9定义写入区域。因此，虽然重写操作的最后结果不变，但是仅仅在位置i＝0和15需要读取R。这些读取足够定位所有的过量凹坑。在这个示例中，仅有的过量凹坑是在位置i＝0和15处的那些，它们是通过读取这些比特位置而被肯定地识别的。通过使用在读取/写入进程期间定义的写入区域中的适当的写入模式，擦除了过量凹坑，并且在重写操作之后剩余的仅有凹坑是在b_i＝1的所需要位置的那些。

注意，虽然在刚才所述的r＝2实施例的写入区域中将“1”(凹坑)和“0”(无凹坑)的交替模式用做特别简单的写入模式，但是其他写入模式也是可能的。例如，在图8的从i＝1到i＝5的写入区域中，在位置i＝2、4和5或位置i＝2、3和5执行的写入W也将用于擦除在i＝0的过量凹坑，并且同时在i＝5的b_i＝1的所需要位置剩余仅仅一个凹坑。而且，虽然这些交替写入模式利用最小可能数量的写入W来获得所期望的结果，但是如果功率耗损不严重，则可以在写入模式中使用附加的写入。一般，对于r的任何给定值，用于在写入区域中写入新的凹坑的条件是满足下列各项：

(a)在写入区域的第一r位置内写入一个新的比特，

(b)在写入区域的最后位置写入一个新的比特，

(c)通过在写入区域中写入的另一个新的凹坑来擦除在除了写入区域的最后位置之外的其中写入的任何新的凹坑。

这些条件保证按照需要擦除所有的过量凹坑，并且在写入区域的最后位置保留一个凹坑。除了这个最后位置是备用比特位置n之外，这个最后位置对应于要记录值“1”的编码比特b_i的位置，因此在这个位置保留的凹坑是正确的。

在上述的实施例中，对于在写入区域之外的比特位置，用于在比特位置写新凹坑的条件是要在那个位置记录值“1”的编码比特b_i。但是在其他的实施例中，可能不需要在所有这些位置写入新的凹坑。例如，如果在这些位置进行读取R，则如果在那个位置(即b_i＝1和d_i＝1)已经存在原有的凹坑，就不必写入新的凹坑。一般，对于在每个比特位置依次进行读取/写入操作的实施例，只要对于在系列i＝0到n-1中的每个比特位置，如果满足下列所有条件则至少读取当前比特位置，那就满足用于定位所有过量凹坑的要求：

(a)在当前位置记录值“0”的编码比特b_i；

(b)当前位置不在要记录值“1”的编码比特b_i的位置的r比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)复位写入区域指示符。

当然可以设想这样的实施例，其中不使用写入区域系统，和/或其中除了当单个探针到达在写入序列中的一个位置的时候，可以执行这个比特位置的读取。不论使用什么方法，必须读取至少足够的原有比特序列d_i，以便如上所述定位所有过量凹坑。关于新凹坑的写入(W)，一般必须在满足下列条件的系列中的足够的位置写入新的凹坑：

(a)通过写入新的凹坑来擦除在原有比特序列中的任何过量凹坑；

(b)在要记录值“1”的编码比特b_i的每个位置保留一个凹坑；

(c)通过写入另一个新的凹坑来擦除在所述系列中除了要记录值“1”的编码比特b_i的位置之外的位置写入的任何新的凹坑。

在实现本发明的重写方法中，在操作中执行的读取(R)和写入(W)的数量将依赖于原始输入数据的统计、所使用的特定输入数据编码处理和在原有和新的数据序列中的“1”的相对位置。但是，利用实现本发明的重写方法的功耗可以比在上述引用的、我们早期的欧洲申请中公开的方法所需要的更少。通过下列的分析来对此说明。

在第一实施例中，在上面图2和3的基本实施例中的功耗将与在我们的欧洲申请第02010648.0中的公开的重写方法相比较。那个申请说明了两种基本的重写方法，它们在本申请中被称为“方法1”和“方法2”，方法2涉及低功耗。下面的分析比较上述图2的实施例与所述早期申请的方法2。

下面的术语被使用：

N是编码比特b_i的数量

N_code是在编码比特b_i中的“1”的数量

N_method2是利用方法2的写入(单凹坑写入操作)的数量

N_w是利用图2的方法的写入(W)的数量

N_r是利用图2的方法的读取(R)的数量

P_r是读取一个比特所需要的功率

P_w是写入一个“1”比特所需要的功率

根据上述这些定义，图2的方法相对于方法2的总的功耗降低通过下式给出：

$1-\frac{\left(N_w\right)+\left(N_r\right)\left(\frac{P_r}{P_w}\right)}{\left(N_{\mathrm{method}2}\right)}$

图11的表格包括针对编码比特的总数被标准化的上述的数量的平均值。这些平均值是基于100次重写动作的，其中每个编码、在存储器表面上记录和随后以不同组的1024字节的用户数据重写了1024字节的用户数据。因此，在平均统计中使用总共1.6M比特(具有1/2的编码率)。所使用的三个(d，k)编码是在申请第02010648.0号中详细说明的那些。根据这些数字，图12的图示出了对于两个(2，10)编码和对于值

的范围的(百分比的)功耗降低。这显示出，对于典型的读取和写入操作功率要求，图2的方法比我们早期申请的方法2要求更少的功率。例如，如果P_r＝0.25P_w，则新的重写方法与方法2相比较将总功耗降低20％。类似的分析示出了新的重写方法与我们早期申请的方法1相比较将总功耗降低40％。

作为第二个示例，在上述图7和8的r＝2实施例中的功耗与在我们的欧洲申请第02405541.0号中公开的d＝2的重写方法相比较。以下被称为“方法3”的这个后者的方法比上述的方法2需要更少的功率。下面定义了附加的参数：

N_method3是利用方法3的写入(单凹坑写入操作)的数量

N_w2是利用图7的方法的写入(W)的数量

N_r2是利用图7的方法的读取(R)的数量

图7的方法相对于方法3的总的功耗降低通过下式给出：

$1-\frac{\left(N_{w2}\right)+\left(N_{r2}\right)\left(\frac{P_r}{P_w}\right)}{\left(N_{\mathrm{method}3}\right)}$

图13的表格包括针对编码比特的总数被标准化的上述的数量的平均值。如前一样，使用1.6M比特(具有8/16的编码率)来获得平均统计，两个(2，10)编码与图11相同。图14示出了对于值(

)的不同值的两个(2，10)编码的功率降低。这显示出，即使方法3本身是很低功率的方法，但是对于特定的读取和写入操作功率要求，图7的方法要求比方法3更少的功率。特别是，当 $\frac{P_r}{P_w}<0.2$ 时，图7的方法提供了降低的功耗。

可以看出，通过上述的实施例提供了高度有效的重写方法。但是，可以对特定的所述实施例进行很多改进。例如，虽然存储器件1在所述的实施例中使用百足虫探针存储阵列，但是也可以在其他实现本发明的基于探针的存储器件中使用不同的探针机构。而且，虽然所述的特定实施例使用(d，k)编码，一般可以对输入数据的初始编码使用施加d≥r约束条件的任何编码方案。而且，在上述的示例中，应用了x＝1输入数据编码处理，其中d约束条件应用于在“1”之间允许的0的数量。其他实施例可以应用x＝0输入数据编码，因此d约束条件应用到在0之间允许的1的数量。以任何一种方式，在编码的输入数据中的值x的一个比特对应于在存储器表面上记录的一个凹坑，值x的一个比特对应于“无凹坑”。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所述的实施例进行各种改变和修改。

Claims (41)

1.一种用于在基于探针的数据存储器件(1)中重写数据的方法，其中通过在存储器表面(5)上的比特位置上的、由所述器件的探针机构(2)在所述存储器表面(5)上形成的凹坑的有无来表示数据比特，所述比特位置相间以使得在比特位置写入凹坑来擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数。所述方法包括：

编码输入数据，以使得在编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)中的值x的连续比特被值

的至少d个比特分离，其中d是大于等于r的预定数；

读取由编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)重写的原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的部分数据以定位过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特(b_i)要记录的位置的r比特位置内的凹坑；

前进通过要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置，在所述要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置中的部分位置写入新的凹坑，使得：

(a)通过写入新凹坑擦除原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)中的过量凹坑，

(b)一个凹坑保留在要记录值x的编码比特(b_i)的每个位置，

(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特(b_i)的位置之外的、在所述系列中的位置写入的新凹坑。

2.按照权利要求1的方法，包括：

读取原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的部分数据来识别过量凹坑，这些过量凹坑不位于这样的一组比特位置中，所述一组比特位置紧随另一个过量凹坑，并且以要记录编码值x的编码比特(b_i)的下一个位置和在所述系列中的最后位置之后的比特位置的第一次出现结尾；

对于所识别的每个过量凹坑，定义写入区域为紧随那个凹坑的所述组的比特位置；

对于在写入区域内的比特位置，写入新的凹坑以使得：

(a)在写入区域的第一个r位置内写入一个新的凹坑，

(b)在写入区域的最后位置写入一个新的凹坑，

(c)通过在写入区域内写入的另一个新的凹坑擦除在除了写入区域的最后位置之外的区域写入的新的凹坑。

3.按照权利要求2的方法，包括：对于不在写入区域中的比特位置，在要记录值x的编码比特(b_i)的比特位置写入一个新的凹坑。

4.按照权利要求2或3的方法，包括：

当前进通过所述系列的比特位置时，如果有下列条件则至少读取当前比特位置：

(a)在当前位置记录值

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不在记录值x的编码比特(b_i)的位置的r比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的d比特位置内，

(c)当置位时指示当前位置在写入区域中的写入区域指示符(wa)复位；

如果通过读取当前位置来识别凹坑，则设置下一个比特位置的写入区域指示符(wa)；

当在写入区域的最后位置写入新的凹坑时，复位下一个比特位置的写入区域指示符(wa)。

5.按照权利要求4的方法，其中r＝1，包括：当前进通过所述系列时，对于直到在系列中的最后比特位置之后的位置的比特位置，如果满足下列条件中的任何一个则在当前比特位置写入一个新的凹坑：

(a)在当前位置要记录值x的编码比特(b_i)；

(b)置位写入区域指示符(wa)。

6.按照权利要求5的方法，包括：当前进通过所述系列时，如果满足下列条件则读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值的编码比特(b_i)，

(b)复位写入区域指示符(wa)。

7.按照权利要求5的方法，包括：当前进通过所述系列时，如果满足下列条件则读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不是记录值x的编码比特(b_i)的位置之后位置，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)复位写入区域指示符(wa)。

8.按照权利要求4的方法，其中r＝2，包括：当前进通过所述系列时：

对于不在写入区域内的当前比特位置，如果要在那个位置记录值x的编码比特(b_i)则在当前位置写入一个新的凹坑；

对于在写入区域中的一组比特位置，以写入区域的前两个位置开始并且以在写入区域的最后位置的新凹坑的写入结束来在至少每两个比特位置写入一个新的凹坑。

9.按照权利要求8的方法，包括：当前进通过在所述系列中的前两个位置之后的比特位置时，如果满足下列条件则读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)复位写入区域指示符(wa)。

10.按照权利要求8的方法，包括：当前进通过在所述系列中的前两个位置之后的比特位置时，如果满足下列条件则读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不在跟随记录值x的编码比特(b_i)的位置的2比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)写入区域指示符(wa)被复位。

11.按照权利要求1-3中的任何一个的方法，其中r＝1。

12.按照权利要求4所述的方法，其中r＝1。

13.按照权利要求5、6、7和12中的任何一个的方法，其中d＝1。

14.按照权利要求11所述的方法，其中d＝1。

15.按照权利要求1-3中的任何一个的方法，其中r＝2。

16.按照权利要求4所述的方法，其中r＝2。

17.按照权利要求8、9、10中的任何一个的方法，其中d＝2。

18.按照权利要求15所述的方法，其中d＝2。

19.按照权利要求16所述的方法，其中d＝2。

20.按照权利要求1、2、3、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、19中的任何一个的方法，其中x＝1。

21.按照权利要求4所述的方法，其中x＝1。

22.按照权利要求11所述的方法，其中x＝1。

23.按照权利要求13所述的方法，其中x＝1。

24.按照权利要求15所述的方法，其中x＝1。

25.按照权利要求17所述的方法，其中x＝1。

26.一种用于在基于探针的数据存储器件(1)中控制数据重写的装置，其中通过在存储器表面(5)上的比特位置上的、由所述器件的探针机构(2)在所述存储器表面(5)上形成的凹坑的有无来表示数据比特，所述比特位置相间以使得在比特位置写入凹坑来擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数。所述装置包括：

编码器(7)，用于编码要存储在所述器件中的输入数据，以使得在编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)中的值x的连续比特被值

的至少d个比特分离，其中d是大于等于r的预定数；

读取/写入控制器(6)，用于控制探针机构对数据的读和写，所述读取/写入控制器配置成：读取由编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)重写的原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的部分数据以定位过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特(b_i)要记录的位置的r比特位置内的凹坑，前进通过要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置，以便在所述要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置中的部分位置进行新的凹坑的写入，使得：

(a)通过写入新凹坑擦除原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)中的过量凹坑，

(b)比特保留在要记录值x的编码比特(b_i)的每个位置，

(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特(b_i)的位置之外的、在所述系列中的位置写入的新凹坑。

27.一种基于探针的数据存储装置(1)，包括：

存储器表面(5)；

探针机构(2)，用于通过在其中形成凹坑来在存储器表面(5)上记录数据，以便通过在所述存储器表面(5)上的比特位置上的凹坑的有无来表示数据，所述比特位置相间以便在比特位置写入凹坑来擦除在相邻比特位置r距离内的先前写入的凹坑，其中r是大于等于1的预定数，探针机构还用于从所述存储器表面(5)读取数据；

编码器(7)，用于编码由所述装置(1)存储的输入数据，以便通过值的至少d比特来分离在编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)中的值x的连续比特，其中d是大于等于r的预定数；

读取/写入控制器(6)，用于控制探针机构(2)对数据的读和写，所述读取/写入控制器(6)配置成：读取由编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)重写的原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的部分数据以定位过量的凹坑，其中过量凹坑是不在值x的编码比特(b_i)要记录的位置的r比特位置内的凹坑；前进通过要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置，以便在所述要记录编码的比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)的系列比特位置中的部分位置进行新的凹坑的写入，使得：

(a)通过写入新凹坑擦除原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)中的过量凹坑，

(b)凹坑保留在要记录值x的编码比特(b_i)的每个位置，

(c)通过写入另一个新的凹坑擦除除了要记录值x的编码比特(b_i)的位置之外的、在所述系列中的位置写入新凹坑。

28.按照权利要求26或27所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：

进行对原有比特序列(d₀，d₁，d₂，...，)的部分数据的读取，来识别过量凹坑，这些过量凹坑不位于这样的一组比特位置中，所述一组比特位置紧随另一个过量凹坑并且以要记录编码值x的编码比特(b_i)的下一个位置和在所述系列中的最后位置之后的比特位置的第一次出现结尾；

对于所识别的每个过量凹坑，定义写入区域为紧随那个凹坑的所述组的比特位置；

对于在写入区域内的比特位置，写入新的凹坑以使得：

(a)在写入区域的第一个r位置内写入一个新的凹坑，

(b)在写入区域的最后位置写入一个新的凹坑，

(c)通过在写入区域内写入的另一个新的凹坑擦除在除了写入区域的最后位置之外的区域写入的新的凹坑。

29.按照权利要求28所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：对于不在写入区域中的比特位置，读取/写入控制器(6)在要记录值x的编码比特(b_i)的比特位置写入一个新的凹坑。

30.按照权利要求28所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：

当前进通过所述系列的比特位置时，如果有下列条件则至少读取当前比特位置：

(a)在当前位置记录值

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不在记录值x的编码比特(b_i)的位置的r比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的d比特位置内，

(c)当被置位时指示当前位置在写入区域中的写入区域指示符(wa)被复位；

如果通过读取当前位置来识别凹坑，则设置下一个比特位置的写入区域指示符(wa)；

当在写入区域的最后位置写入新的凹坑时，复位下一个比特位置的写入区域指示符(wa)。

31.按照权利要求29所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：

当前进通过所述系列的比特位置时，如果有下列条件则至少读取当前比特位置：

(a)在当前位置记录

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不在记录值x的编码比特(b_i)的位置的r比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的d比特位置内，

(c)当被置位时指示当前位置在写入区域中的写入区域指示符(wa)被复位；

如果通过读取当前位置来识别凹坑，则设置下一个比特位置的写入区域指示符(wa)；

当在写入区域的最后位置写入新的凹坑时，复位下一个比特位置的写入区域指示符(wa)。

32.按照权利要求30或31所述的装置，其中r＝1，所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过所述系列时，对于直到在系列中的最后比特位置之后的位置的比特位置，如果满足下列条件中的任何一个则读取/写入控制器(6)在当前比特位置写入一个新的凹坑：

(a)在当前位置要记录值x的编码比特(b_i)；

(b)置位写入区域指示符(wa)。

33.按照权利要求32所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过所述系列时，如果满足下列条件则读取/写入控制器(6)读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)复位写入区域指示符(wa)。

34.按照权利要求32所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过所述系列时，如果满足下列条件则读取/写入控制器(6)读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不是记录值x的编码比特(b_i)的位置之后位置，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)复位写入区域指示符(wa)。

35.按照权利要求30或31所述的装置，其中r＝2，所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过所述系列时：

对于不在写入区域内的当前比特位置，如果要在那个位置记录值x的编码比特(b_i)则读取/写入控制器(6)在当前位置写入一个新的凹坑；

对于在写入区域中的一组比特位置，读取/写入控制器(6)以写入区域的前两个位置开始并且以在写入区域的最后位置的新凹坑的写入结束来在至少每两个比特位置写入一个新的凹坑。

36.按照权利要求35所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过在所述系列中的前两个位置之后的比特位置时，如果满足下列条件则读取/写入控制器(6)读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)复位写入区域指示符(wa)。

37.按照权利要求35所述的装置，其中所述读取/写入控制器(6)配置成：当前进通过在所述系列中的前两个位置之后的比特位置时，如果满足下列条件则读取/写入控制器(6)读取当前比特位置：

(a)在当前位置要记录值

的编码比特(b_i)，

(b)当前的位置不在跟随记录值x的编码比特(b_i)的位置的2比特位置内，并且不在通过读取前一个位置而识别的凹坑的d比特位置内；

(c)写入区域指示符(wa)被复位。

38.按照权利要求26、27、29、30、31、33、34、36、37中的任何一个的装置，包括解码器(8)，用于解码从存储器表面(5)读取的编码比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)，解码器(8)配置成实现由所述编码器(7)实现的代码反转。

39.按照权利要求28所述的装置，包括解码器(8)，用于解码从存储器表面(5)读取的编码比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)，解码器(8)配置成实现由所述编码器(7)实现的代码反转。

40.按照权利要求32所述的装置，包括解码器(8)，用于解码从存储器表面(5)读取的编码比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)，解码器(8)配置成实现由所述编码器(7)实现的代码反转。

41.按照权利要求35所述的装置，包括解码器(8)，用于解码从存储器表面(5)读取的编码比特序列(b₀，b₁，b₂，...，)，解码器(8)配置成实现由所述编码器(7)实现的代码反转。

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