CN101329906A - 非易失顺序模块式存储器、其数据存储及读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种非易失顺序模块式存储器，所述存储器被分割为若干存储块，每个存储块的数据信息分配一个统一的地址，各存储块之间采用随机读写方式，存储块内部采用顺序存储方式。本发明针对大量数据存储，改善RAM式存储方式的缺点，提出一套新型的非易失模块式新型存储器及其存储与读取方法，可以提高相变存储芯片的读写速度、可重复读写次数、降低功耗。

Description

非易失顺序模块式存储器、其数据存储及读取方法

技术领域

本发明属于半导体存储技术领域，涉及一种存储器，尤其涉及一种非易失顺序模块式存储器；此外，本发明还涉及上述非易失顺序模块式存储器的数据存储方法、数据读取方法。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材的研究热点也就围绕其器件工艺展开：器件的物理机制研究，包括如何减小器件料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。

相变存储器的读、写、擦操作就是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲信号：擦操作(RESET)，当加一个短且强的脉冲信号使器件单元中的相变材料温度升高到熔化温度以上后，再经过快速冷却从而实现相变材料多晶态到非晶态的转换，即“1”态到“0”态的转换；写操作(SET)，当施加一个长且中等强度的脉冲信号使相变材料温度升到熔化温度之下、结晶温度之上后，并保持一段时间促使晶核生长，从而实现非晶态到多晶态的转换，即“0”态到“1”态的转换；读操作，当加一个对相变材料的状态不会产生影响的很弱的脉冲信号后，通过测量器件单元的电阻值来读取它的状态。

目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点都集中在如何尽快实现相变存储器的商业化上。对于目前的相变存储芯片而言，多采用随机读写存储方式(RAM)。可随机读写方式固然是相变存储芯片较之于闪存(FLASH)的一个优点。但是对于大量数据存储而言，RAM式的读写方式往往会造成较大的功耗，较慢的速度和较低的可重复读写次数。

本发明针对大量数据存储，改善RAM式存储方式的缺点，提出一套新型的非易失模块式新型存储方式，以此提高相变存储芯片的读写速度、可重复读写次数、降低功耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以提高相变存储芯片的读写速度、可重复读写次数、降低功耗的非易失顺序模块式存储器。

同时，本发明提供上述非易失顺序模块式存储器的数据存储方法。

另外，本发明还提供上述非易失顺序模块式存储器的数据读取方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种非易失顺序模块式存储器，所述存储器被分割为若干存储块，每个存储块分配一个统一的地址，各存储块之间采用随机读写方式，存储块内部采用顺序读些方式。

作为本发明的一种优选方案，所述存储器利用相变材料的高阻和低阻间的可逆转变来实现数据的存储。

作为本发明的一种优选方案，对于一个范围较大的存储块分配一个统一的地址，存储块的大小根据存储芯片最终的功能定位设定；各存储块大小相等、或大小不一，各存储块的存储量固定不变、或动态可变。

作为本发明的一种优选方案，所述存储块内部采用顺序存储方法，后一个数据存储的位置由前一个或多个存储数据的位置及其数据量推断出来。

作为本发明的一种优选方案，数据存储时，对待写入的数据量进行预先评估，对于数据量大的数据存储于容量大的存储块中，数据量小的数据存储于容量小的存储块中。

作为本发明的一种优选方案，数据存储时，对待写入的数据量进行预先评估，对于数据量大的数据存入一个存储块中，或者分割存入两个或两个以上存储块中。

本发明同时揭示了上述非易失顺序模块式存储器的数据存储方法，该方法包括如下步骤：

步骤A1、将待存储数据指向至少一个存储块；

步骤A2、按照顺序方式存入数据；

步骤A3、完成存储数据操作。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤A1还包括：对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一设定值，将该数据的地址自动转换到某一个特定的存储块中，同时将转换信息记录在另一块非易失性存储块中。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤A1还包括：对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一设定值，则将数据量分割存储入两个或多个不同的存储块中；同时将分割存储的地址转换信息存入另一块非易失性存储块中。

本发明还揭示了上述非易失顺序模块式存储器的数据读取方法，该方法包括如下步骤：

步骤B1、找到存储数据地址；

步骤B2、按照顺序方式读出数据；

步骤B3、完成数据读取操作。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤B1还包括：读取地址转换信息的步骤；所述步骤B2包括：根据地址转换信息，将数据读出。

本发明的有益效果在于：本发明针对大量数据存储，改善RAM式存储方式的缺点，提出一套新型的非易失模块式新型存储器及其存储与读取方法，可以提高相变存储芯片的读写速度、可重复读写次数、降低功耗。

附图说明

图1为实施例一中非易失模块式顺序存储方法示意图。

图2为实施例二中非易失模块式顺序存储方法示意图。

图3为实施例三中非易失模块式顺序存储方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明涉及一种存储装置。利用相变存储原理进行非易失的模块式顺序存储。对于范围较大的存储区间，给与一个统一的地址，称为存储块。在存储块中采用顺序存储方法，即后一个数据存储的位置可以由前一个或多个存储数据的位置推断出来。而对于一个存储块有一个统一的地址，存储块与存储块之间采用随机读写方式。该方式可以减小大量数据读写时功耗、提高读写速度等。

对于大容量数据存储而言，存储数据的地址往往可以由前一位或多位存储数据的地址推断出来。例如，属于消费类电子产品的第三代媒体播放器(MP3)，通常一首MP3歌曲需要3M-4M。在这3M-4M中往往数据的组织形式是有一定规律的。如果在拷贝入一首MP3歌曲时，还是采用RAM方式进行的话，那么由于地址译码，数据逻辑转换等等外围逻辑电路需要进行大量运算，势必会降低功耗，减慢速度。另一方面，如果在拷贝入一首MP3歌曲时采用顺序存储方式，那么在拷贝本次数据时下一数据的地址可以并行的计算得出，这样省去了大量的地址译码，数据逻辑转换等外围逻辑电路的运算时间，同时也使得逻辑更加简单，电路趋于简化，从而降低功耗。

本发明首先对相变存储器根据其具体应用领域进行分割。将一个整体的相变存储芯片分割为多个小的存储块，这些存储块的大小可以相同，也可以不同；可以是固定不变的，也可以是动态可变的。具体大小可以视存储器的应用领域而定。对于一个存储块仅仅拥有一个地址。进行读写操作时，首先读写数据地址指向一个特定的存储块。存储芯片开始进行顺序式的数据存储。

对待写入的数据量进行预先评估，本发明将数据量较大的数据存入容量较大的存储块中，将数据量较小的数据存入容量较小的存储块中。这种方法应对存储芯片进行一个大小不一的分割。给每一个存储块用一个地址标记。存储数据过程中，首先对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一值，则将该数据的地址自动转换到某一个特定的存储块中，同时将转换信息记录在另一块非易失性存储块中。在读出过程中，首先将地址转换信息读出，然后根据地址转换信息，将数据读出。

另外，对待写入的数据量进行预先评估，如果数据量较大，则将数据量分割存储入两个或多个不同的存储块中。存储数据过程中，首先对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一值，则将该数据量分割存储，同时将分割存储的地址转换信息存入另一块非易失性存储块中。在读出过程中，首先将地址转换信息读出，然后根据地址转换信息，将数据读出。

实施例一

图1显示了新型的非易失模块式顺序存储器。首先对存储器进行分割，给每一个存储块一个共同的地址，每个存储块仅有一个地址。存储块与存储块之间采用随机读写方式，存储块内部采用顺序读写方式。

存储方式如下：

A11、待存储数据指向一个存储块。

A12、按照顺序方式存入数据。

A13、完成存储数据操作。

读出方式如下：

B11、找到存储数据地址

B12、按照顺序方式读出数据。

B13、完成数据读出操作。

实施例二

图2显示了另一种非易失模块式顺序存储方式。对待写入的数据量进行预先评估，将数据量较大的数据存入容量较大的存储块中，将数据量较小的数据存入容量较小的存储块中。这种方法应对存储芯片进行一个大小不一的分割。给每一个存储块用一个地址标记。存储数据过程中，首先对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一值，则将该数据的地址自动转换到某一个特定的存储块中，同时将转换信息记录在另一块非易失性存储块中。在读出过程中，首先将地址转换信息读出，然后根据地址转换信息，将数据读出。

存储方式如下：

A21、对待存储数据进行评估。

A22、将地址转换为合适的存储块中，并将地址转换信息记入到地址转换信息存储模块中。

A23、进行顺序存储数据操作。

A24、完成存储数据操作。

读出方式如下：

B21、读出数据转换信息。

B22、找到存储数据地址

B23、按照顺序方式读出数据。

B24、完成数据读出操作。

实施例三

图3显示了另一种非易失模块式顺序存储方式。对待写入的数据量进行预先评估，如果数据量较大，则将数据量分割存储入两个或多个不同的存储块中。存储数据过程中，首先对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一值，则将该数据量分割存储，同时将分割存储的地址转换信息存入另一块非易失性存储块中。在读出过程中，首先将地址转换信息读出，然后根据地址转换信息，将数据读出。

存储方式如下：

A31、对待存储数据进行评估。

A32、如果数据量较大，则将数据量分割存储入两个或多个不同的存储块中。将地址转换为合适的存储块中，并将地址转换信息记入到地址转换信息存储模块中。

A33、进行顺序存储数据操作。

A34、完成存储数据操作。

读出方式如下：

B31、读出数据转换信息。

B32、找到存储数据地址

B33、按照顺序方式读出数据。

B34、完成数据读出操作。

综上所述，本发明针对大量数据存储，改善RAM式存储方式的缺点，提出一套新型的非易失模块式新型存储器及其存储与读取方法，可以提高相变存储芯片的读写速度、可重复读写次数、降低功耗。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1、一种非易失顺序模块式存储器，其特征在于：所述存储器被分割为若干存储块，每个存储块分配一个统一的地址，各存储块之间采用随机读写方式，存储块内部采用顺序读些方式。

2、根据权利要求1所述的非易失顺序模块式存储器，其特征在于：所述存储器利用相变材料的高阻和低阻间的可逆转变来实现数据的存储。

3、根据权利要求1所述的非易失顺序模块式存储器，其特征在于：对于一个范围较大的存储块分配一个统一的地址，存储块的大小根据存储芯片最终的功能定位设定；各存储块大小相等、或大小不一，各存储块的存储量固定不变、或动态可变。

4、根据权利要求1所述的非易失顺序模块式存储器，其特征在于：所述存储块内部采用顺序存储方法，后一个数据存储的位置由前一个或多个存储数据的位置及其数据量推断出来。

5、根据权利要求1所述的非易失顺序模块式存储器，其特征在于：数据存储时，对待写入的数据量进行预先评估，对于数据量大的数据存储于容量大的存储块中，数据量小的数据存储于容量小的存储块中。

6、根据权利要求1所述的非易失顺序模块式存储器，其特征在于：数据存储时，对待写入的数据量进行预先评估，对于数据量大的数据存入一个存储块中，或者分割存入两个或两个以上存储块中。

7、权利要求1至6任意一项所述非易失顺序模块式存储器的数据存储方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤A1、将待存储数据指向至少一个存储块；

步骤A2、按照顺序方式存入数据；

步骤A3、完成存储数据操作。

8、根据权利要求7所述的数据存储方法，其特征在于：所述步骤A1还包括：对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一设定值，将该数据的地址自动转换到某一个特定的存储块中，同时将转换信息记录在另一块非易失性存储块中。

9、根据权利要求7所述的数据存储方法，其特征在于：所述步骤A1还包括：对待存入数据量进行评估，如果数据量达到某一设定值，则将数据量分割存储入两个或多个不同的存储块中；同时将分割存储的地址转换信息存入另一块非易失性存储块中。

10、权利要求1至6任意一项所述非易失顺序模块式存储器的数据读取方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

步骤B1、找到存储数据地址；

步骤B2、按照顺序方式读出数据；

步骤B3、完成数据读取操作。

11、根据权利要求10所述的数据读取方法，其特征在于：所述步骤B1还包括：读取地址转换信息的步骤；所述步骤B2包括：根据地址转换信息，将数据读出。

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