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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffrischen des
Inhalts einer Speicherzelle einer Speicheranordnung sowie eine Speicheranordnung
zur Durchführung
dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zum Auffrischen des Inhalts einer Speicherzelle einer Speicheranordnung
mit einem protokollbasierten Datenpakettransfer.
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Bei
modernen Speicheranordnungen für Computersysteme
und dergleichen wird die Speicheranordnung über Datenpakete, die mit hoher
Geschwindigkeit zwischen einem Computersystem und einer Schnittstelle
der Speicheranordnung gemäß einem
vorbestimmten Protokoll übertragen
werden, angesteuert. Die Datenpakete umfassen Schreibdaten, Lesedaten,
Adressierungsdaten und Befehlsdaten. Die Speicherzellen der Speicheranordnung
umfassen üblicherweise
DRAM-Speicherzellen. Diese DRAM-Speicherzellen verlieren ihren Dateninhalt
innerhalb kürzester
Zeit, und deshalb muss der Dateninhalt dieser Speicherzellen innerhalb
bestimmter Zeiträume
periodisch wieder aufgefrischt werden.
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Bei
modernen Speicheranordnungen mit einem protokollbasierten Datenpakettransfer
erfolgt das Auffrischen der Speicherzellen im normalen Betrieb der
Speicheranordnung durch ein Befehlsdatenpaket, welches von zum Beispiel
dem Computersystem an die Speicheranordnung geschickt wird. Somit ist
im Normalbetrieb des Computersystems das Computersystem dafür verantwortlich,
das Auffrischen des Inhalts der Speicherzellen der Speicheranordnung
ausreichend oft durchzuführen,
so dass der Inhalt der Speicherzellen nicht verloren geht.
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Bei
vielen Computersystemen, zum Beispiel Notebooks oder digitalen Videorekordern,
gibt es einen so genannten standby Betriebsmodus, in dem das Computersystem
angehalten wird, um möglichst wenig
Energie zu verbrauchen, und trotzdem in der Lage ist, den ordnungsgemäßen Betrieb
sehr schnell wieder aufzunehmen. Üblicherweise findet in diesem standby
Betriebsmodus keine Kommunikation zwischen dem Computersystem und
der Speicheranordnung statt. Demzufolge erhält die Speicheranordnung auch
keine Befehlsdatenpakete zum Auffrischen der Inhalte der Speicherzellen
und somit wäre ein
Datenverlust unvermeidbar. Deshalb wird auch die Speicheranordnung
in diesem Fall in einen standby Betriebsmodus umgeschaltet, in welchem
sie selbst für
das Auffrischen des Inhalts der Speicherzellen der Speicheranordnung
verantwortlich ist. Damit die Inhalte der Speicherzellen der Speicheranordnung
nicht verloren gehen, ist auch bei dem Übergang von dem normalen Betriebsmodus
zu dem standby Betriebsmodus und umgekehrt sicherzustellen, dass
der Abstand zwischen zwei Auffrischvorgängen einer jeden Speicherzelle
ausreichend gering ist. Trotzdem sollten, insbesondere im standby Betriebsmodus,
unnötige
Auffrischvorgänge
vermieden werden, um die Energieaufnahme möglichst gering zu halten.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Auffrischen des Inhalts einer Speicherzelle einer Speicheranordnung
bereitzustellen, welches das Auffrischen des Inhalts aller Speicherzellen
der Speicheranordnung innerhalb der vorgegebenen Zeitabstände sicherstellt.
Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Speicheranordnung
bereitzustellen, welche zur Durchführung des oben genannten Verfahrens
geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zum Auffrischen des Inhalts einer Speicherzelle
einer Speicheranordnung gemäß Anspruch 1
sowie durch eine Speicheranordnung gemäß Anspruch 8 gelöst. Die
abhängigen Ansprüche definieren
bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Auffrischen
des Inhalts einer Speicherzelle einer Speicheranordnung bereitgestellt,
bei welchem eine Auffrischvorrichtung der Speicheranordnung zum
Auffrischen des Inhalts der Speicherzelle wahlweise über eine
Schnittstelle der Speicheranordnung oder von einer internen Ansteuervorrichtung
der Speicheranordnung angesteuert wird.
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Wenn
die Auffrischvorrichtung der Speicheranordnung von beispielsweise
einem an die Speicheranordnung angeschlossenen Computersystem über die
Schnittstelle der Speicheranordnung angesteuert wird, stellt das
Computersystem sicher, dass die Inhalte der Speicherzellen der Speicheranordnung
in ausreichenden Abständen
aufgefrischt werden, indem das Computersystem entsprechende Befehle
zum Auffrischen von Speicherzellen über die Schnittstelle an die
Speicheranordnung ausgibt. Indem das Computersystem die Auffrischvorrichtung ansteuert,
kann es die Auffrischvorgänge
zeitlich derart ansteuern, dass die Gesamtsystemleistung des Computersystems
durch die Auffrischvorgänge
nur minimal vermindert wird und trotzdem ein Auffrischen aller Speicherzellen
sichergestellt ist. Wenn die Auffrischvorrichtung durch die interne
Ansteuervorrichtung der Speicheranordnung angesteuert wird, stellt die
interne Ansteuervorrichtung sicher, dass die Speicherzellen der
Speicheranordnung in ausreichenden zeitlichen Abständen aufgefrischt
werden, ohne dass eine Ansteuerung über die Schnittstelle erforderlich
ist. Somit kann beispielsweise in einem standby Betriebsmodus des
Computersystems die Kommunikation zwischen dem Computersystem und der
Speicheranordnung vollständig
abgeschaltet werden, ohne dass der Inhalt der Speicherzellen der Speicheranordnung
verloren geht. Dies führt
zu einer erheblichen Energieeinsparung im standby Betrieb des Computersystems.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Speicheranordnung mehrere
Speicherzellen, die zyklisch aufgefrischt werden. Die Speicherzellen
werden dabei unabhängig
davon, ob die Auffrischvorrichtung über die Schnittstelle oder
von der internen Ansteuervorrichtung angesteuert wird, in einer
vorgegebenen Reihenfolge zyklisch aufgefrischt. Vorteil dieser Ausführungsform
ist, dass auch nach einem Wechsel der Ansteuerung der Auffrischvorrichtung
von der Schnittstelle zu der internen Ansteuervorrichtung oder umgekehrt
für alle
Speicherzellen der Speicheranordnung ein Auffrischen innerhalb der
erforderlichen Auffrischintervalle sichergestellt werden kann.
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Im
Rahmen der Erfindung wird ferner eine Speicheranordnung mit einer
Schnittstelle, mindestens einer Speicherzelle, einer Auffrischvorrichtung zum
Auffrischen des Inhalts der mindestens einen Speicherzelle, einer
internen Ansteuervorrichtung, welche zur Ansteuerung der Auffrischvorrichtung ausgestaltet
ist, und einer Umschaltvorrichtung, welche mit der internen Ansteuervorrichtung,
der Schnittstelle und der Auffrischvorrichtung verbunden ist, bereitgestellt.
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Die
Schnittstelle dient zum Übertragen
von Daten und Befehlen in Form von Datenpaketen gemäß einem
vorbestimmten Protokoll zwischen der Speicheranordnung und beispielsweise
einem Computersystem. Die Umschaltvorrichtung schaltet wahlweise
ein Signal der Schnittstelle oder ein Signal der internen Ansteuervorrichtung
zu der Auffrischvorrichtung zum Steuern des Auffrischens des Inhalts
der mindestens einen Speicherzelle durch.
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Vorteil
dieser Speicheranordnung ist, dass das Auffrischen der Speicherzellen
wahlweise über die
Schnittstelle von beispielsweise einem an die Speicheranordnung
angeschlossenen Computersystem gesteuert werden kann oder über die
interne Ansteuervorrichtung, wobei ein Auffrischen der Speicherzellen
unabhängig
davon, ob die Ansteuerung über
die Schnittstelle oder die interne Ansteuervorrichtung erfolgt,
kontinuierlich fortgesetzt wird. Wenn die Ansteuerung über die
Schnittstelle von beispielsweise einem Computersystem erfolgt, stellt
das Computersystem sicher, dass die Speicherzellen der Speicheranordnung
in zeitlich ausreichend geringen Abständen aufgefrischt werden, damit
sie ihren Inhalt nicht verlieren, wobei das Computersystem gleichzeitig
die Zeitpunkte des Auffrischens derart wählen kann, dass die Gesamtleistung
des Computersystems nur minimal durch die Auffrischvorgänge reduziert
wird. Wenn die Auffrischvorrichtung von der internen Ansteuervorrichtung
angesteuert wird, kann ein Auffrischen der Inhalte der Speicherzellen
sichergestellt werden, ohne dass Befehle über die Schnittstelle der Speicheranordnung übertragen
werden müssen.
Dies ist insbesondere im Falle eines standby Betriebsmodus von Vorteil,
da in diesem Fall keinerlei Kommunikation zwischen dem Computersystem
und der Speicheranordnung notwendig ist und trotzdem die Inhalte
der Speicherzellen der Speicheranordnung erhalten bleiben.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speicheranordnung,
welche eine Schnittstelle, eine Auffrischvorrichtung, eine interne
Ansteuervorrichtung und eine Speicherbank mit Speicherzellen umfasst.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Auffrischvorrichtung für
eine Speicheranordnung mit vier Speicherbänken.
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3 zeigt
das Zeitsteuerverhalten der Auffrischvorrichtung der 2.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer internen Ansteuervorrichtung der Speicheranordnung.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Auffrischvorrichtung für
eine Speicheranordnung mit vier Speicherbänken, die in zwei Gruppen zu
jeweils zwei Speicherbänken
zusammengefasst sind.
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6 zeigt
das Zeitsteuerverhalten der in 5 gezeigten
Auffrischvorrichtung.
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7 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
einer internen Ansteuervorrichtung der Speicheranordnung.
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1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt einer Speicheranordnung 1,
welche eine Schnittstelle 2, eine Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3,
eine Auffrischvorrichtung 4, eine interne Ansteuervorrichtung 5,
Speicherbänke 6 und
ein Einstellmittel 7 umfasst. Die Schnittstelle 2 kann
zum Beispiel sechs Anschlüsse
aufweisen, über
welche Datenpakete gemäß einem
vorbestimmten Protokoll mit einem daran angeschlossenen Computersystem
ausgetauscht werden. Die Datenpakete können Schreibdaten, Lesedaten,
Adressierungsdaten oder Befehlsdaten umfassen. Die Schnittstelle 2 ist
mit einer Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 verbunden,
welche die über
die Schnittstelle 2 empfangenen Datenpakete verarbeitet
und entsprechende Aktionen innerhalb der Speicheranordnung auslöst, oder
welche an das Computersystem zu übertragende
Zustände
oder Informationen der Speicheranordnung in Datenpakete verpackt
und über
die Schnittstelle 2 an das Computersystem schickt.
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Die
Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 ist mit der Auffrischvorrichtung 4 verbunden.
Zusätzlich
ist die Auffrischvorrichtung 4 mit der internen Ansteuervorrichtung 5 und
dem Einstellmittel 7 zum Einstellen eines Betriebsmodus
der Speicheranordnung verbunden. In Abhängigkeit von dem Zustand des Einstellmittels 7 ist
nun ein Auffrischen der Speicherbänke 6, die ebenfalls
mit der Auffrischvorrichtung 4 verbunden sind, wahlweise über die
Schnittstelle 2 und die Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 oder über die
interne Ansteuervorrichtung 5 möglich.
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Die
Speicherzellen einer Speicherbank können nicht alle auf einmal
aufgefrischt werden, sondern werden in kleinen Einheiten, so genannten
Zeilen, aufgefrischt. Zum Auffrischen einer Zeile einer Speicherbank
muss die Speicherbank selektiert werden und die Adresse der aufzufrischenden
Zeile an die Adressleitungen der Speicherbank angelegt werden. Mittels
eines Auffrischsignals werden dann die Speicherzellen dieser Zeile
der Speicherbank aufgefrischt und danach die Speicherbank deselektiert.
Ein Selektieren bzw. Deselktieren einer Speicherbank wird auch als "Öffnen" bzw. "Schliessen" einer Speicherbank bezeichnet. Üblicherweise
werden alle Zeilen einer Speicherbank der Reihe nach innerhalb eines
vorgegebenen Zeitraums aufgefrischt und dieser Vorgang kontinuierlich
wiederholt. Der vorgegebene Zeitraum entspricht der maximalen Zeit,
die verstreichen darf, bevor eine Speicherzelle wieder aufgefrischt
werden muss, damit sie ihren Inhalt nicht verliert.
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Zum
Durchführen
dieser Auffrischvorgänge umfasst
die Auffrischvorrichtung 4 eine Zeilenzählereinheit 8, Umschaltmittel 9,
eine externe Auffrischsteuerung 10 und eine interne Auffrischsteuerung 11. Die
Zeilenzählereinheit 8 ist
mit den Speicherbänken 6 verbunden
und stellt die Zeilenadressen für
den Auffrischvorgang bereit. Die externe Auffrischsteuerung 10 und
die interne Auffrischsteuerung 11 sind jeweils mit den
Eingängen
des Umschaltmittels 9 verbunden, welches wahlweise Speicherbankauswahlinformationen
der externen Auffrischsteuerung 10 bzw. internen Auffrischsteuerung 11 in
Abhängigkeit von
dem Einstellmittel 7 zur Ansteuerung der Speicherbänke 6 verwendet.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise der Auffrischvorrichtung 4 in den
beiden möglichen
Betriebszuständen,
die von dem Einstellmittel 7 eingestellt werden können, dem
aktiven Betriebszustand und dem standby Betriebszustand beschrieben
werden.
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Aktiver Betriebszustand
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In
dem aktiven Betriebszustand wird die interne Ansteuervorrichtung 5,
welche mit dem Einstellemittel 7 verbunden ist, deaktiviert,
so dass sie keine Auffrischvorgänge
anstößt. Die
interne Auffrischsteuerung 11 ist. somit in diesem Betriebszustand
ebenfalls inaktiv. Das Umschaltmittel 9, welches ebenfalls mit
dem Einstellmittel 7 verbunden ist, schaltet im aktiven
Betriebszustand die Bankauswahlinformationen von der externen Auffrischsteuerung 10 zu
den Speicherbänken 6 durch.
Die externe Auffrischsteuerung 10 wird von der Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 über Verbindungsleitungen
angesteuert.
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Damit
ein an die Speicheranordnung 1 angeschlossenes Computersystem
einen Auffrischvorgang auslöst,
schickt es einen entsprechenden Befehl in einem Datenpaket über die
Schnittstelle 2 an die Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 der
Speicheranordnung 1. Das Datenpaket enthält neben dem
Befehl zum Auffrischen auch eine Speicherbankauswahlinformation,
welche die aufzufrischende spezifiziert. Der Befehl zum Auffrischen
wird zusammen mit der Speicherbankauswahlinformation an die externe
Auffrischsteuerung 10 weitergegeben. Die externe Auffrischsteuerung 10 gibt
die Speicherbankauswahlinformation über das Umschaltmittel 9 an
die Speicherbänke 6 weiter
und selektiert somit eine Speicherbank zum Auffrischen. Dann wird
die Zeilenzählereinheit 8 von
der externen Auffrischsteuerung 10 über Verbindungsleitungen derart
angesteuert, dass die Zeilenzählereinheit 8 eine
Zeilenadressierungsinformation an die Speicherbänke ausgibt. Dann gibt die
externe Auffrischsteuerung 10 ein Auffrischsignal an die
Speicherbänke 6,
wodurch die Speicherzellen der ausgewählten Zeile der ausgewählten Speicherbank 6 aufgefrischt
werden und anschließend
die Speicherbank deselektiert wird. Abschließend wird in der Zeilenzählereinheit 8 der
Zähler
für die
ausgewählte
Speicherbank um Eins erhöht. Damit
ist der Auffrischvorgang für
eine Zeile einer Speicherbank abgeschlossen, wobei die Ansteuerung
durch die Befehle von dem angeschlossenen Computersystem erfolgt
und keine zusätzliche
Zeitsteuerung oder Taktversorgung benötigt.
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Es
ist Aufgabe des angeschlossenen Computersystems, alle Speicherbänke und
alle Zeilen aller Speicherbänke
in ausreichend kurzen Intervallen aufzufrischen. Dabei ist eine
Adressierung der Zeilen von dem Computersystem nicht erforderlich,
da die Zeilenadressierungsinformation von der Zeilenzählereinheit 8 bereitgestellt
wird.
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Standby Betriebszustand
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Im
standby Betriebszustand steuert das Einstellmittel 7 das
Umschaltmittel 9 derart an, dass die Speicherbankauswahlinformation
von der internen Auffrischsteuerung 11 zu den Speicherbänken 6 durchgeschaltet
wird. Ferner wird durch das Einstellmittel 7 die interne
Ansteuervorrichtung 5 aktiviert. Die interne Ansteuervorrichtung
kann beispielsweise ein Oszillator sein, welcher in regelmäßigen Abständen Signale
zum Einleiten eines Auffrischvorgangs an die interne Auffrischsteuerung 11,
mit der er über eine
Verbindungsleitung verbunden ist, ausgibt. Wenn die interne Auffrischsteuerung 11 ein
Signal zum Einleiten eines Auffrischvorgangs erhält, steuert sie die Zeilenzählereinheit 8 und über das
Umschaltmittel 9 die Speicherbänke 6 derart an, dass
in jeder Speicherbank jeweils eine Zeile von Speicherzellen aufgefrischt
wird, indem die Speicherbank selektiert wird, die Zeilenadresse
angelegt wird, die Speicherzellen der Zeile aufgefrischt werden
und die Speicherbank deselektiert wird. Abschließend werden in der Zählereinheit 8 die
Zähler
für die
einzelnen Speicherbänke
jeweils um Eins erhöht.
Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt.
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Die
Zähler
in der Zählereinheit 8 sind
in dieser Ausführungsform
derart ausgestaltet, dass sie einen Zählbereich aufweisen, welcher
die gesamte Anzahl der Zeilen einer jeden Speicherbank adressieren
kann. Ferner ist der nächste
Zählwert
eines jeden Zählers,
nachdem der Höchstwert
des jeweiligen Zählers
erreicht wurde, der Wert Null. Außerdem werden die Zähler nach
einem Hardware-Reset auf einen vorbestimmten Wert, beispielsweise
Null, gesetzt.
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Durch
eine derartige Ausgestaltung der Speicheranordnung 1 ist
sichergestellt, dass die Speicherzellen der Speicherbänke 6 sowohl
im aktiven Betriebsmodus als auch im inaktiven Betriebsmodus zuverlässig aufgefrischt
werden und auch nach einem beliebigen Hin- und Herschalten zwischen
den beiden Betriebsmodi das Auffrischen der Speicherzellen in den
Speicherbänken 6 sichergestellt
ist, wobei die Zählerstände der
jeweiligen Zähler kontinuierlich
weitergezählt
werden.
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Das
Einstellen des Einstellmittels 7 in den standby Betriebsmodus
kann über
einen Befehl, welcher der Speicheranordnung über die Schnittstelle gemäß einem
vorbestimmten Protokoll zugeführt wird,
eingestellt werden. Somit ist es möglich, dass zum Beispiel in
einem Notebook ein stromsparender standby Betriebsmodus eingestellt
werden kann, und dass in diesem standby Betriebsmodus keine Kommunikation
zwischen der Speicheranordnung und dem Computersystem notwendig
ist, um den Inhalt der Speicherzellen der Speicheranordnung aufzufrischen.
Vorteilhafterweise wird der standby Betriebsmodus auch dann von
dem Einstellmittel 7 eingestellt, wenn die Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 einen
Fehler in der Kommunikation zwischen dem Computersystem und der
Speicheranordnung 1 feststellt. Im Falle eines Kommunikationsfehlers
zwischen dem Computersystem und der Speicheranordnung könnte es
zum Verlust von Datenpaketen kommen, wodurch ein zuverlässiges Auffrischen
der Speicherzellen der Speicheranordnung nicht mehr sichergestellt
ist. Durch ein Wechseln in den standby Betriebsmodus wird das Auffrischen
des Inhalts der Speicherzellen weiterhin sichergestellt.
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Vorteilhafterweise
weist die Speicheranordnung verschiedene Stromversorgungsdomänen auf, die
selektiv ein- und ausgeschaltet werden können. So kann die Speicheranordnung 1 beispielsweise
einen standby Stromversorgungskreis und einen aktiven Stromversorgungskreis
aufweisen, wobei beispielsweise die Schnittstelle 2, die
Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 und die externe Auffrischsteuerung 10 von
dem aktiven Stromversorgungskreis versorgt werden, während die übrigen Komponenten von
dem standby Stromversorgungskreis versorgt werden, so dass im standby
Betriebsmodus die Schnittstelle 2, die Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 und
die externe Auffrischsteuerung 10 stromlos geschaltet werden
können.
Da insbesondere die Schnittstelle 2 und die Datenpaketverarbeitungsvorrichtung 3 besonders
viel Strom verbrauchen, kann dadurch der Stromverbrauch der gesamten
Speicheranordnung im standby Betriebsmodus erheblich reduziert werden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Zeilenzählereinheit 8. In
der dargestellten Ausführungsform
weist die Zeilenzählereinheit 8 vier Zähler 12-15 und
vier Umschaltmittel 16-19 auf. Verbindungsleitungen 30-33 verbinden
die Ausgänge der
Zähler 12-15 mit
jeweils einer der Speicherbänke 6.
Die Ansteuereingänge
der Zähler
zum Erhöhen des
Zählerinhalts
sind über
Umschaltmittel 16-19 mit Verbindungsleitungen 20-27 derart
verbunden, dass die Zähler 12-15 in
einem aktiven Betriebszustand der Speicheranordnung über die
Verbindungsleitungen 20-23 von der externen Auffrischsteuerung 10 angesteuert
werden, und dass die Zähler 12-15 in
einem standby Betriebsmodus über
die Verbindungsleitungen 24-27 von der internen
Auffrischsteuerung 11 angesteuert werden. Dazu sind die
Verbindungsleitungen 20-23 mit der externen Auffrischsteuerung 10 verbunden
und die Verbindungsleitungen 24-27 mit der internen
Auffrischsteuerung 11. In Abhängigkeit von dem eingestellten
Betriebsmodus der Speicheranordnung werden die Umschaltmittel 16-19 über die
Verbindungsleitung 28, welche mit dem Einstellmittel 7 verbunden
ist, entsprechend umgeschaltet. Über
eine Verbindungsleitung 29, welche ein Rückstellsignal
aufweist, wenn die Speicheranordnung zurückgesetzt wird, können die
Zähler 12-15 auf
Null gesetzt werden. Die Zähler 12-15 geben
ihren aktuellen Zählwert über Verbindungsleitungen 30-33 an
die Speicherbänke 6 aus.
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Wie
im Zusammenhang mit 1 erklärt, erfolgt im Normalbetriebsmodus
der Speicheranordnung ein Auffrischvorgang derart, dass die externe Auffrischsteuerung 10 eine
der Speicherbänke 6 auswählt, dieser
ausgewählten
Speicherbank von dem zugehörigen
Zähler 12-15 die
entsprechende Zeilenadressierungsinformation zugeführt wird,
der Auffrischbefehl von der externen Auffrischsteuerung 10 an
die Speicherbänke 6 gegeben
wird und abschließend
der entsprechende Zähler 12-15 über die
Verbindungsleitung 20-23 um Eins erhöht wird.
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Im
standby Betriebsmodus werden die Zähler 12-15 über die
Verbindungsleitungen 24-27 von der internen Auffrischsteuerung 11 angesteuert.
Wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, erfolgt ein Auffrischvorgang über die interne
Auffrischsteuerung 11 im standby Betriebsmodus derart,
dass die interne Auffrischsteuerung 11 über das Umschaltmittel 9 die
Verbindungsleitungen 34-37 zur Auswahl der Speicherbänke 6 ansteuert,
während
die Zähler 12-15 über die
Verbindungsleitungen 30-33 die Zeilenadressierungsinformationen
für die
Speicherbänke 6 bereitstellen.
Dann gibt die interne Auffrischsteuerung 11 ein Signal
zum Durchführen
des Auffrischvorgangs der ausgewählten
Speicherbänke
und der ausgewählten
Zeileninformation an die Speicherbänke 6 aus und erhöht abschließend die
entsprechenden Zähler 12-15,
welche den Speicherbänken
zugeordnet sind, in welchen eine Zeile aufgefrischt wurde.
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3 zeigt
beispielhaft ein Zeitsteuerverhalten für vier Speicherbänke, in
welchem jeweils eine Zeile der vier Speicherbänke nacheinander zeitlich versetzt
aufgefrischt wird. Die dargestellten Signalverläufe 24-28 und 30-41 entsprechen
den Signalen auf den entsprechenden Signalleitungen 24-28 und 30-41 in
den 1 und 2. Die Signale 24-27 werden
von der internen Ansteuervorrichtung 5 an die interne Auffrischsteuerung 11 übertragen.
Diese Signale können
von der internen Auffrischsteuerung 11 direkt zur Auswahl
einer Speicherbank 6 zu dem Umschaltmittel 9 weitergeleitet
werden. Das Umschaltmittel 9 überträgt diese Signale dann über die Leitungen 34-37 zu
den Speicherbänken 6.
Ferner dienen die Signale 24-27 zum Auslösen des
Auffrischvorgangs in den Speicherbänken 6 und werden außerdem über die
Umschaltmittel 16-19 zum Erhöhen der Zähler 12-15 über die
Leitungen 38-41 verwendet. Wie aus dem Diagramm
der 3 ersichtlich, werden im standby Betriebsmodus
(dargestellt über
das aktivierte Signal 28, welches von dem Einstellmittel 7 bereitgestellt
wird) Speicherzellen der Speicherbänke 6 folgendermaßen aufgefrischt:
Zu
einem Zeitpunkt t0 wird ein Signal mit einer steigenden Flanke über die
Leitung 24 der Zeilenzählereinheit 8 zugeführt. Über das
Umschaltmittel 16 wird diese steigende Flanke über die
Leitung 38 dem Zähler 12 zugeführt. Da
der Zähler 12 nur
auf die fallende Flanke seinen Zählerinhalt
erhöht,
bleibt der Inhalt des Zählers 12 zunächst unverändert auf
dem Zählwert 6 stehen.
Der Zählwert 6 wird über die
Verbindungsleitungen 30 als Zeilenadressierungsinformation
zu einer ersten der Speicherbänke 6 ausgegeben. Gleichzeitig
erzeugt die interne Auffrischsteuerung 11 aus dem Signal 24 das
Bankauswahlsignal 34 für die
erste Speicherbank 6. Zusätzlich wird ein Signal, welches
den Auffrischvorgang innerhalb der Speicherbänke 6 durchgeführt, indem
es die Speicherbänke 6 selektiert,
an die Speicherbänke 6 von
der internen Auffrischsteuerung 11 ausgegeben. Somit wird
die Zeile 6 der ersten Speicherbank 6 aufgefrischt.
Zum Zeitpunkt t1 wird über
die Leitung 24 eine fallende Flanke zu der Zeilenzählereinheit 8 übertragen.
Verzögert
um die Durchlaufzeit des Umschaltmittels 16 wird diese
fallende Flanke über
die Leitung 38 zum Zeitpunkt t2 dem Zähler 12 zugeführt. Daraufhin
wird der Inhalt des Zählers 12 von
6 auf 7 erhöht.
Zusätzlich
wird die fallende Flanke der Leitung 24 der internen Auffrischsteuerung 11 zugeführt, welche
daraufhin die erste Speicherbank 6 über die Leitung 34 deselektiert.
Somit ist der Auffrischvorgang für
die Speicherzellen der Zeile 6 der ersten Speicherbank 6 fertiggestellt.
Danach erfolgt zwischen t3 und t5 ein Auffrischvorgang für die Speicherzellen
der Zeile 11 der zweiten der Speicherbänke 6, zwischen t6
und t8 ein Auffrischen der Speicherzellen der Zeile 4 der
dritten der Speicherbänke 6 und zwischen
t9 und t11 ein Auffrischen der Speicherzellen der Zeile 8 der
vierten der Speicherbänke 6.
Zum Zeitpunkt t12 wiederholt sich der gesamte Vorgang für alle Speicherbänke, wobei
die Zeilenadressierungsinformationen in diesem Fall für alle Speicherbänke um Eins
höher ist
als zum Zeitpunkt t0.
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Da
die Zähler 12-15 nach
Erreichen ihres Höchstwerts
wieder auf Null zurückspringen,
wird durch eine derartig ausgestaltete Zeilenzählereinheit 8 ein
Auffrischen der Speicherzellen der Speicherbänke 6 der Speicheranordnung 1 in
einem standby Betriebsmodus zuverlässig sichergestellt. Da die Speicherzellen
der Speicherbänke 6 zeitlich
versetzt aufgefrischt werden, können
Stromspitzen vermieden werden, welche beim gleichzeitigen Auffrischen von
Speicherzellen in allen Speicherbänken auftreten würden. Ferner
wird ein zyklisches Auffrischen der Speicherzellen einer jeden Speicherbank
unabhängig
von dem Betriebsmodus in welchem sich die Speicheranordnung befindet,
sichergestellt.
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Alternativ
können,
sofern das Auftreten von den oben genannten Stromspitzen kein Problem
darstellt, die Auffrischvorgänge
auch gleichzeitig oder zumindest zeitlich überlappend durchgeführt werden.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
einer internen Ansteuervorrichtung 5, welche zur Ansteuerung
der in 2 gezeigten Zeilenzählereinheit 8 geeignet
ist. Die interne Ansteuervorrichtung 5 umfasst einen Oszillator 38,
ein Freigabemittel 39 und Verzögerungselemente 40-42.
Der Oszillator 38 erzeugt ein periodisches Signal, welches ähnlich dem
in 3 gezeigten Signal 24 sein kann. Dieses
Signal wird einem Freigabemittel 39 zugeführt, welchem
ferner die Ausgabe des Einstellmittels 7 zugeführt wird. Wenn
das Einstellmittel 7 auf den aktiven Betriebsmodus eingestellt
ist, weist das Ausgabesignal des Freigabemittels 39 nicht
das in 3 gezeigte Signal 24 auf, sondern weist
ein Signal mit festem Pegel, beispielsweise einem Low-Pegel, auf.
Somit erfolgt im aktiven Betriebsmodus keine Ansteuerung der Zeilenzählereinheit 8 durch
die interne Ansteuervorrichtung 5.
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Im
standby Betriebsmodus entspricht die Ausgabe des Freigabemittels 39 dem
in 3 mit Signal 24 bezeichneten Signal.
Dieses Signal wird der Zeilenzählereinheit 8 über die
Verbindungsleitung 24 direkt zugeführt. Ferner wird dieses Signal
einer Reihenschaltung von drei Verzögerungselementen 40-42 zugeführt, und
somit die verzögerten
Signale 25-27 erzeugt, welche ebenfalls der Zeilenzählereinheit 8 über die
Signalleitungen 25-27 zugeführt werden. Mithilfe dieser
einfachen internen Ansteuervorrichtung 5 ist es möglich, das
zuvor beschriebene zeitlich versetzte Auffrischen der Speicherbänke 6 in einem
standby Betriebsmodus durchzuführen.
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Obwohl
eine zeitlich versetzte Ansteuerung wie oben beschrieben vorteilhaft
ist, ist es natürlich auch
möglich,
die Speicherbänke 6 synchron
anzusteuern und somit gleichzeitig in jeder der Speicherbänke 6 jeweils
eine Zeile von Speicherzellen aufzufrischen.
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5 zeigt
eine weitere bevorzugte Ausführungsform
einer Zeilenzählereinheit 8,
welche zum Auffrischen von vier Speicherbänken 6 ausgestaltet ist.
Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Zeilenzählereinheit 8 weist
die Zeilenzählereinheit 8 der 5 nur
zwei Verbindungsleitungen 47 und 48 zu der internen
Ansteuervorrichtung 5 auf und umfasst zusätzlich zwei
Multiplexmittel 43 und 45, welche dazu ausgestaltet
sind, die Zeilenadressierungsinformationen der Zähler 12 bis 15 über die
Verbindungsleitungen 49 und 50 zu übertragen,
welche mit den Speicherbänken 6 verbunden
sind, wobei Verbindungsleitung 49 mit einer ersten und
einer zweiten der Speicherbänke 6 verbunden
ist und Verbindungsleitung 50 mit einer dritten und einer
vierten der Speicherbänke 6 verbunden
ist. Mulitplexmittel 43 ist dabei derart ausgestaltet,
dass es in Abhängigkeit von
den Steuerleitungen 38 und 39 wahlweise die Zeilenadressierungsinformation 30 des
Zählers 12 oder
die Zeilenadressierungsinformation 31 des Zählers 13 auf
die Verbindungsleitungen 49 durchschaltet. Analog ist Multiplexmittel 45 derart
ausgestaltet, dass es in Abhängigkeit
von den Signalen der Verbindungsleitungen 40 und 41 wahlweise
die Zeilenadressierungsinformationen 32 des Zählers 14 oder die
Zeilenadressierungsinformationen 33 des Zählers 15 auf
die Verbindungsleitungen 50 durchschaltet.
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In
einem normalen Betriebsmodus der Speicheranordnung 1 wird
die Zeilenzählereinheit 8 so wie
im Zusammenhang mit 2 beschrieben von der externen
Auffrischsteuerung 10 angesteuert. Im Unterschied zu der
in 2 gezeigten Ausführungsform werden in der in 5 gezeigten
Ausführungsform
die Zeilenadressierungsinformationen nicht direkt über die
Verbindungsleitungen 30-33 von den Zählern 12-15 an
die Speicherbänke 6 übertragen, sondern
mithilfe der Multiplexmittel 43 und 45 immer nur
die Zeilenadressierungsinformationen über die Verbindungsleitungen 49 und 50 zu
den Speicherbänken 6 übertragen,
welche für
den aktuell durchgeführten
Auffrischvorgang benötigt
werden. Dadurch ist es möglich,
Verbindungsleitungen zwischen der Zeilenzählereinheit 8 und
den Speicherbänken 6 einzusparen,
wodurch die gesamte Chipfläche,
die von der Speicheranordnung benötigt wird, reduziert werden
kann.
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6 zeigt
das Zeitsteuerverhalten der in 5 gezeigten
Zeilenzählereinheit 8 im
Falle des standby Betriebsmodus der Speicheranordnung 1.
In dem standby Betriebsmodus ist das Ausgabesignal 28 des
Einstellmittels 7, wie in 6 dargestellt,
aktiv. Dadurch wird eine Ansteuerung der Zeilenzählereinheit 8 durch
die interne Auffrischsteuerung 11 über die Umschaltmittel 16-19 ermöglicht. 6 zeigt
das Zeitsteuerverhalten der beiden oberen in 5 gezeigten
Zähler 12 und 13 für die beiden
in 5 oben angeordneten Speicherbänke 6. Die Signale 47 und 48 von
der internen Ansteuervorrichtung 5 werden über die
Umschaltmittel 16 und 17 auf die Verbindungsleitungen 38 und 39 durchgeschaltet.
Zusätzlich
zu der Ansteuerung der Zähler 12 und 13,
wie in Zusammenhang mit 2 beschrieben, steuern die Signale
auf den Verbindungsleitungen 38 und 39 jetzt auch
das Multiplexmittel 43. Wie in 6 dargestellt, werden über die
Verbindungsleitung 49 in Abhängigkeit von den Signalen 38 und 39 mithilfe
des Multiplexmittels 43 die Zeilenadressierungsinformationen der
Zähler 12 oder 13 der
Verbindungsleitungen 30 bzw. 31 übertragen.
Vergleichbar zu den beiden in 5 oben dargestellten
Speicherbänken 6,
die von den Zählern 12 und 13 angesteuert
werden, werden die in 5 unten dargestellten Speicherbänke 6 von den
entsprechenden Zählern 14 bzw. 15 angesteuert.
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Die
Zeilenzählereinheit 8 wird über die
Verbindungen 47 und 48 von der internen Ansteuervorrichtung 5 angesteuert,
wobei die Zähler 12 und 14 sowie
die Zähler 13 und 15 jeweils
gleichzeitig von den Signalen der Verbindungsleitungen 47 bzw. 48 angesteuert
werden. Dementsprechend werden Speicherzellen der Speicherbänke, die
den Zählern 12 und 14 bzw. 13 und 15 zugeordnet
sind, jeweils gleichzeitig aufgefrischt. 7 zeigt
eine interne Ansteuervorrichtung 5, welche zum Ansteuern
der in 5 gezeigten Zeilenzählereinheit 8 ausgestaltet ist.
Die interne Ansteuervorrichtung 5 umfasst einen Oszillator 38,
welcher ein periodisches Signal erzeugt, welches im Wesentlichen
dem Signal 47 der 6 entspricht.
Dieses Signal wird einem Freigabemittel 39 zugeführt, welchem
ferner die Ausgabe des Einstellmittels 7 zugeführt wird.
In einem normalen Betriebsmodus der Speicheranordnung ist die Ausgabe
des Freigabemittels 39 aufgrund der Eingabe des Einstellmittels 7 ein
dauerhafter Low-Pegel, so dass keine Ansteuerung der internen Auffrischsteuerung 11 von
der internen Ansteuervorrichtung 5 erfolgt. In einem standby
Betriebsmodus der Speicheranordnung entspricht die Ausgabe des Freigabemittels 39 im
Wesentlichen dem Signal 47, welches in 6 dargestellt
ist. Dieses Ausgabesignal wird zum einen direkt über die Verbindungsleitung 47 der
Zeilenzählereinheit 8 aus 5 zugeführt und
außerdem
einem Verzögerungselement 40 zugeführt, dessen
Ausgabe über
die Verbindungsleitung 48 der Zeilenzählereinheit 8 zugeführt wird.
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Die
zuvor genannten Ausführungsformen der
Speicheranordnung können
vorteilhafterweise auf einem Halbleiterchip ausgebildet sein, wobei
die Speicherbänke 6 insbesondere
dynamische Speicher (DRAM-Speicher) sein können. Ferner ist die Anzahl
der verwendeten Speicherbänke 6 nicht
auf eine bestimmte Anzahl beschränkt,
sondern kann eine beliebige Anzahl von Speicherbänken umfassen, vorzugsweise
16 Speicherbänke.
Die Speicherbänke
können
außerdem
in Speicherbankgruppen angeordnet werden, welche über gemeinsame
Leitungen angesteuert werden, um weiterhin Chipflächenbedarf
zu reduzieren.