DE1931524B2 - Datenspeicher- und datenspeicheransteuerschaltung - Google Patents

Description

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Speicherelemente mit Hilfe eines Computers durch- deten Methoden auch auf andere Typen von inte-

zuführen, der dann auf Grund dieser Prüfung eine grierten Speichern anwendbar.

individuelle Verdrahtung für den Speicher entwirft, Fig. 1 zeigt einen wortorganisierten adressengedie die unbrauchbaren Speicherelemente oder gege- steuerten Speicher mitsamt seiner Verdrahtung,
benenfalls diejenigen Worte ausspart, die diese un- 5 Als weiße Kreise sind funktionsfähige Speicherbrauchbaren Speicherelemente enthalten. elemente dargestellt, unbrauchbare Speicherelemente

Diese Methoden sind jedoch nur in Fällen anwend- sind durch schwarze Kreise angedeutet. Jedes Speibar, bei denen die Ausfallrate relativ gering ist. Hier- cherelement ist über eine Bitleitung BL, die in Spalfür ein Zahlenbeispiel. In einer Speicherebene seien tenrichtung verläuft, und eine Wortleitung WL, die in 1024 Worte zu je 50 Bits vorgesehen. Unter der An- io Zeilenrichtung verläuft, angesteuert,
nähme, daß in 10⁰/o aller Worte mindestens ein un- EHe Tatsache, daß einige Speicherelemente wegen brauchbares Speicherelement auftritt, so ergibt sich ihrer Fehlerhaftigkeit unbrauchbar sind, läßt sich in eine Zahl von 102 auszusparenden Worten. Wird einem üblichen logischen Prüfprogramm feststellen, angenommen, daß die Fehler in der Ebene statistisch da ja die Verdrahtung bereits in der gezeigten Weise verteilt sind, so wird es nur wenige Worte mit mehr 15 vollständig vorhanden ist und nicht mehr verändert als einem Fehler geben. Die maximal zulässige Aus- werden soll.

fallrate beträgt folglich etwa Der erste Schritt ist die Veränderung der unbrauchbaren Speicherelemente in der Weise, daß sie

102 ^ Q2o/_O bei der Abfrage (»Lesen«) Signale abgeben, die sich

1024 · 50 ~ ' ^zo deutlich von den 0- bzw. L-Signalen der funktionsfähigen Speicherelemente unterscheiden. Bei einem

Derartig niedrige Ausfallraten sind heute un- Halbleiterspeicher kann dies beispielsweise dadurch

realistisch. erreicht werden, daß am Ausgang eines Speicher-

Wird von einer Ausfallrate von 10% ausgegangen, elementes eine oder mehrere Verbindungen unterbroso ergibt sich für jedes Wort im Mittel, daß fünf 25 chen werden, z. B. in der üblichen Foto-Ätztechnik Speicherelemente unbrauchbar sind. Bei statistischer oder durch gesteuerte scharf gebündelte Laserstrah-Verteilung dieser Elemente über die Ebene sind die len. Detaillierte Beispiele hierfür werden weiter unten Probleme, die sich ergeben, wenn eine individuelle beschrieben.

Verdrahtung vorgesehen werden soll, die die un- Bei einem Dünnschichtspeicher kann man beibrauchbaren Speicherelemente ausspart, nahezu un- 30 spielsweise durch eine örtliche starke Erhitzung die lösbar. magnetische Charakteristik zerstören, was sich wie-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derum z. B. durch einen Laserstrahl bewerkstelligen

Datenspeicher der genannten Art zu schaffen, der die läßt. In diesem Fall wird beispielsweise beim Lesen

genannten Probleme auf einfache Weise löst. statt eines positiven oder negativen Impulses gar

Die Erfindung besteht darin, daß die unbrauch- 35 kein Impuls auf der Leseleitun? auftreten,
baren Speicherelemente des Datenspeichers derart Soil nun ein Wort, dr.s im Speicher gespeichert verändert sind, daß sie bei der Abfrage Signale ab- werden soll, w Bits enthalten und ist auf Grund des geben, die die Unbrauchbarkeit des Speicherelemen- Fabrikationsprozesses mit einer mittleren Anzahl untes kenntlich machen, und daß in der Ansteuerschal- brauchbarer Speicherelemente / zu rechnen, so wird tung Mittel vorgesehen sind, die beim Einschreiben 40 bei der Herstellung des Speichers die Anzahl der des Wortes diejenigen Bits, die mittels eines un- Speicherelemente für das Wort zu w + f gewählt. Im brauchbaren Speicherelementes gespeichert werden Prinzip kann jetzt das Wort vollständig gespeichert sollen, auf das nächstfolgende brauchbare Speicher- werden, jedoch ergeben sich beim Lesen und Schreielement verschieben. ben gewisse Schwierigkeiten, die sich aus der erfor-

Sie besteht bei einer Speicherschaltung, bei der 45 deriichen Stellenverschiebung, die die unbrauchbaren bereits mindestens zwei Speicherelemente als Bit- Speicherelemente ausspart, ergeben.
stellen-Speicherelementgruppe pro Bitstelle vorge- Im folgenden sollen der Einfachheit halber zusehen sind und im Falle seiner Brauchbarkeit ein ein- nächst die Maßnahmen erörtert werden, die beim ziges Element mit der Leseleitung verbunden ist, dar- Lesen diese Schwierigkeiten meistern, wobei eine in, daß in den unbrauchbaren Bitstellen-Speicher- 50 Schaltung nach F i g. 2 verwendet wird.
elementgTuppen ein Speicherelement derart verändert Es werde ein Wort mit fehlerhaften Speicherist, daß es bei der Abfrage ein Signal abgibt, das die elementen aufgerufen. Die Lesesignale von funktions-Unbrauchbarkeit der Bitstellen-Speicherelement- tüchtigen Speicherelementen werden einem Speichergruppe kenntlich macht, und daß Mittel vorgesehen register SR I zugeführt, die Signale, die von den unsind, die beim Einschreiben des Wortes diejenigen 55 brauchbaren Elementen abgegeben werden und geBits, die in einer unbrauchbaren Bitstellen-Speicher- maß den obigen Ausführungen als solche erkennbar elemeotgruppe gespeichert werden sollen, auf die sind, werden einem Speicherregister SR Π zugeführt, nächstfolgende brauchbareBitstellen-Speicherelement- Im Speicherregister SR I sind entsprechend den fehgTuppe bzw. das nächstfolgende brauchbare Ersatz- lerhaften Speicherelementen Leerstellen (*) enthalspeicherelement verschieben. 60 ten, während das Speicherregister SRTl an den glei-

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger chen Stellen eine »L« zeigt. Wird das Speicherregistei

Ausfuhrungsbeispiele unter Zuhilfenahme von Ab- SR I als Schieberegister ausgeführt, so kann durch die

bildungen näher erläutert. erforderliche Anzahl von Verschiebungen das ge-

Der Einfachheit halber sei davon ausgegangen, daß wünschte Aufrücken zu einem in der richtigen Rei-

ein Halbleiterspeicher betrachtet werde, bei dem die 65 henfolge gespeicherten Wort erreicht werden.

Speicherelemente als bistabile Kippstufen ausgebildet Beim Einschreiben eines vorgegebenen Worte;

sind. läuft der Vorgang umgekehrt ab. Zunächst wird di<

Wie schon oben dargelegt sind aber die angewen- Adresse aufgerufen. Im Speicherregister SR Π er-

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scheinen die fehlerhaften Speicherelemente mit ihrem Diese Information kann auf Grund der besonderen

Stellenwert. Das vorgegebene Wort wird in das Spei- Ausgangssignale der fehlerhaften Speicherelemente

cherregister SRI eingegeben und in diesem so aus- durch einen nochmaligen Lesevorgang gewonnen

einandergerückt, daß entsprechend dem Inhalt des werden, oder wie in F i g. 5 gezeigt, durch ein weite-

Speicherregisters 5RII die fehlerhaften Speicher- 5 res Speicherregister SRIII, das die gleiche Informa-

elemente ausgespart werden. Sodann wird das Wort tion enthält wie das Speicherregister 5RII im oben

aus dem Speicherregister 5RI in den Speicher über- beschriebenen Fall. Zum Auseinanderrücken der Bits

nommen. Es ist auch möglich, ein zusätzliches Spei- braucht nun in der Schaltung nach F i g. 5 eine Ver-

cherregrster SRIII derart vorzusehen, daß beim Schiebung nur im Speicherregister SR I vorgenommen

Lesen das eine, beim Einschreiben das andere der io zu werden. Hierfür zeigt F i g. 6 ein Beispiel, das in

Speicherregister SRII bzw. SRIII die Fehlerstellen- der gleichen Weise aufgebaut ist wie das Beispiel in

anzeige übernimmt. F i g. 3.

Im folgenden soll noch dargelegt werden, wie die Die beschriebenen Schaltungen liefern eine serielle geschilderten Schiebeoperationen bewerkstelligt wer- Verschiebung, so daß mehrere Schiebetakte ausgeben können. *5 nutzt werden müssen, was Zeit erfordert. Der Spei-

F i g. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, mit cherzyklus wird dadurch verlängert. Zwar ist diese dessen Hilfe der Auslesevorgang nochmals erläutert Verlängerung deshalb verhältnismäßig gering, weil wird. SR I und SR II sind die schon erwähnten Spei- Verschiebungen wesentlich rascher zu bewerkstellicherregister, wobei im Speicherregister SR II die mit gen sind als Lese- oder Schreibvorgänge. Trotzdem fehlerhaften Speicherelementen bestückten Stellen ao wäre es vorteilhaft, die geschilderten Verschiebungen durch eine L vermerkt sind, während die Stellen, die in einem einzigen Takt durchzuführen. Dies ist nach durch funktionsfähige Speicherelemente realisiert der eben beschriebenen Methode möglich, wenn in sind, mit einer 0 erscheinen. Im Speicherregister SRI jedem Wort nur maximal ein einziges Speichersind die entsprechenden fehlerhaften Stellen mit * element fehlerhaft ist. Unter Zugrundelegung der gebezeichnet. Dort kann L oder 0 stehen, was jedoch as nannten Werte führt das zu einer maximal zulässigen völlig belanglos ist. Im Speicheiregister SR I sind nun Ausfallrate von
von links nach rechts die Bits B₁ bis B₄ enthalten, die ._,

das Wort bilden. Jedes dieser Bits B₁ kann eine 0 ^ 2°/o.

oder ein L sein. ¹⁰²⁴'⁵⁰

Zwischen den Speicherregistern SRI und SRII ist 30

ein Netzwerk aus UND- und ODER-Schaltungen Dieser Wert ist heute bei großen Kapazitäten kaum

vorgesehen, die ein Verschieben der Bits innerhalb erreichbar. Es sei aber darauf hingewiesen, daß ohne

des Speicherregisters SRI nach links bewirken sol- Anwendung der erfindungsgemäßen Datenspeicher-

len. Die Ausgänge der Stufen des Speicherregisters ansteuerungsschaltung ein Speicher mit einer der-

SRII sind dabei (mit Ausnahme der ersten und der 35 artigen Ausfallrate, bei dem in der bisher bekannten

letzten Stufe) mit jeweils einem Eingang eines Weise fehlerhafte Worte ausgespart werden, bereits

ODEP-Gatters verbunden, dessen Ausgang mit dem als unbrauchbar anzusehen wäre,

zweiten Eingang des nächstfolgenden ODER-Gatters In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird

verbündet" ist. Die Eingänge der Stufen des Speicher- die serielle Verschiebung durch eine parallel verlau-

registers SRI (mit Ausnahme der ersten Stufe) sind 40 fende Operation ersetzt.

mit den Ausgängen von UND-Gattern verbunden, F i g. 7 zeigt eine hierfür geeignete Schaltung, bei deren Eingänge mit den Ausgängen der zugehörigen der wiederum zwei Speicherregister SRI, SRII vor-ODER-G atter verbunden sind (bzw. im Falle des gesehen sind, die in gleicher Weise, wie oben beersten UND-Gatters mit dem Ausgang deT ersten schrieben, Informationen über die unbrauchbaren Stufe des Speicherregisters SRII). Dem jeweils zwei- 45 Speicherelemente bzw. die Bitfolge des Speicherworten Eingang der UND-Gatter wird ein Schiebetakt tes beinhalten. Jeder Stelle des Wortes ist ein Auszugeführt. Dieser Schiebetakt wird über zwei Ver- wählschalter S₁ bis S₄ zugeordnet, der vier Stellungen zögerungsglieder mit der Verzögerungszeit χ außer- einnehmen kann. Der hier dargestellte Schalter wire dem dem Speicherregister SRII zugeführt. Für die zweckmäßig in bekannter Weise aus elektronischer Funktion der in F i g. 2 gezeigten Anordnung gibt 50 Elementen realisiert. Stehen alle Schalter S₁ bis S₄ ix F i g. 3 ein Beispiel, bei dem jeweils übereinander die einer ersten Stellung O, so werden die einzelnen Stu Inhalte der Speicherregister SRI und SRII zu auf ein- fen des Speicherregisters SRI in der normalen Rei anderfolgenden Taktzeiten dargestellt sind. In diesem henfolge direkt mit den Eingangsklemmen b_t bis b Falle ist wiederum w = 4, / = 3. Im ersten Takt wer- verbunden, die den Schalterarmen der Auswahlschal den alle Informationen im Speicherregister SRI, die 55 ter S₁ bis S₄ zugeordnet sind. Steht ein Auswahl rechts von der ersten, von links her gezählten Fehl- schalter in einer zweiten Stellung 1, so entspricht die stelle liegen, um eine Stelle nach links gerückt. Dann einem einmaligen Verschieben der betreffenden Stell wird im Speicherregister SRII die erste L von links nach rechts. Entsprechendes gilt für die übrige gelöscht usf. Für die Funktion der Schaltung ist noch Schalterstellungen.

eine Anordnung ELL erforderlich, die ein Kriterium 60 Für das Zusammenrücken der Informationen ii

für »erste L von links« liefert und über ein Lösch- Speicherregister SR I beim Lesen werden jedoch Ve

glied LG die jeweils »erste L von links« löscht Schiebungen benötigt, die von den im Speicherregist

Solche Anordnungen sind bekannt und im Aufbau SRII enthaltenden Informationen abhängen, entlai

einfach, siehe z.B. Fig.4a oder 4b. Nach maximal des Speicherregisters SRI also unterschiedlich se

ί Schiebetakten steht die gelesene Information in ge- 65 können. In dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel ist es £

wohnter Weise im Speicherregister SR I an. forderlich, daß die Auswahlschalter von links nai

Zum Einschreiben wird wiederum die Information rechts in den Stellungen 0,0,2,3 stehen, damit die i

über die fehlerhaften Speicherelemente benötigt. Speicherregister SRI enthaltende Information um

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Aussparung der fehlerhaften Speicherelemente an tion beim Lesen beschrieben, so kann beim Ein-

den vier Ausgangsklemmen O₁ bis b₄ ansteht. Es ist schreiben das Prinzip entsprechend angewandt wer-

also erforderlich, aus den Informationen im Speicher- den, wobei jedoch nach rechts statt nach links ver-

register SR II Signale zur Einstellung der Auswahl- schoben werden muß.

schalter S₁ bis S₄ abzuleiten. Fig. 8 zeigt ein Schema, 5 Im folgenden soll gezeigt werden, wie in einfacher wie in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten der Weise die eingangs geforderte Kenntlichmachung un-Inhalt des Speicherregisters SR II auf 0 gebracht brauchbarer Speicherelemente erreicht werden kann, werden kann, wobei gleichzeitig die Einstellgrößen wenn die Speicherelemente E durch bistabile Kippfür die Auswahlschalter S₁ bis S₄ gewonnen werden. stufen realisiert sind. In Fi g. 11 sei E₁ ein funktions-Ausgehend von dem in F i g. 7 gezeigten Inhalt des io tüchtiges Element, E₉ sei als unbrauchbar ermittelt Speicherregisters SR II wird in einem ersten Schritt worden. Waagerecht "dargestellt sind Wortleitungen eine »erste Verknüpfungsgröße« derart gebildet, daß WL, denen der Takt T zum Lesen des jeweiligen nach der »ersten L von links« nach recht hin alle Wortes zugeführt werden. Senkrecht dazu ist eine Stellen mit einer L besetzt werden. Danach wird eine Bitleseleitung BL angeordnet, die über einen Wider-Verknüpfungsgröße »erste L von links« gebildet 15 stand mit einer Spannungsquelle von —0.1 V ver-(dritte Zeile in F i g. 8). Diese Verknüpfungsgrößc bunden ist. Jedes der Speicherelemente E₁ und E₂ ist wird negiert und mit der ursprünglich vorgegebenen über zwei gegeneinandergeschaltete Dioden D_n, D₁₁ Verknüpfungsgröße, die dem Inhalt des Speicher- bzw. D₂₁, D₂₂ mit der Bitleseleitung BL verbunden, registers SR II entspricht (erste Zeile), konjunktiv Über jeweils eine Diode D₁₃ bzw. D₂₃ ist der Verbinverknüpft (vierte Zeile). Das Ergebnis dieser Ver- 20 dungspunkt der Diode D₁₁, D₁₂ bzw. D₂₁, D₂₂ mit der knüpfung ist eine Verknüpfungsgröße, die der ur- zugehörigen Wortleseleitung WLl bzw. WL2 versprünglichen Verknüpfungsgröße (erste Zeile) bis auf bunden. Außerdem liegt dieser Punkt über Widereine Stelle völlig entspricht. Lediglich die erste L von stände an einer Spannung von — 3 V. Vorausgesetzt, links ist durch eine 0 ersetzt. Diese neugebildete Ver- daß jedes Speicherelement die Spannungswerte — 1 knüpfungsgröße wird in einem zweiten Schritt zum 25 oder 0 V abgeben kann und daß der Takt T den Wert Ausgangspunkt genommen, und nach den entspre- 0 V für den Ruhestand und den Wert — 2 V für die chenden Operationen wird schließlich der Inhalt des Abfrage aufweist, ergibt sich für das funktionstüchtige Speicherregisters SR II durch Nullen repräsentiert. Element je nach seinem gespeicherten Inhalt eine

Es läßt sich eine sehr vorteilhafte Schaltung finden. Spannung von —0,1 oder — 1 V in der Bit-Leselei-

um die geschilderten Operationen zu realisieren. 30 tung, während für das unbrauchbare Speicherelement

F i g. 9 zeigt sie für ein einziges Speicherelement E durch Auftrennung der Verbindung zwischen der

des" Speicherregisters SRII. Dem einen Ausgang der Diode D₂₁ und dem Verbindungspunkt mit der Diode

Stufe ist ein ODER-Gatter 1 nachgeschaltet, dessen D₂₂ eine Spannung von — 2 V abgegeben wird, die

zweiter Eingang mit dem ODER-Gatter der vorher- als Kriterium für die Unbrauchbarkeit des Elementes

gehenden Stufe" des Speicherregisters verbunden ist. 35 verwendet werden kann. Es sei darauf hingewiesen.

Am Ausgang dieses ODER-Gatters 1 ist die »erste daß bei Speichern üblicher Bauart die Abtrennung

Verschiebungsgröße« abgreifbar. fehlerhafter Speicherelemente von der Bit-Leselei-

Der Ausgang des Speicherelementes ist weiterhin tung nicht dazu führt, daß sich fehlerhafte Elemente mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 2 ver- durch eine besondere Spannung zu erkennen geben, bunden, dessen zweiter Eingang negiert ebenfalls mit 40 Dies ergibt sich daraus, daß zur Bit-Leseleitung stets dem ODER-Gatter der vorhergehenden Stufe ver- die Ausgänge sehr vieler Speicherelemente hinführen, knüpft ist und dessen Ausgang mit einem negierten die normalerweise nach Art einer ODER-Schaltung Eingang eines weiteren UND-Gatters 3 verbunden funktionieren. Wenn die nicht aufgerufenen Speicherist. Der andere, nicht negierte Eingang des UND- elemente ein 0-Potential an die Bit-Leseleitung abGatters 3 ist ebenfalls mit dem Ausgang des Speicher- 45 geben, ändert somit ein aufgerufenes Speicherelemem elementesverbunden. Am Ausgang des UND-Gatters 2 dieses Potential nur dann, wenn es eine L gespeichert ist die Verschiebungsgröße »erste L von links« abzu- hat. Ein abgetrenntes Speicherelement ist also von greifen. Am Ausgang des UND-Gatters 3 wird das einem eine 0 speichernden Speicherelement nichi Ergebnis der konjunktiven Verknüpfung des negier- unterscheidbar. Es sind also besondere Schaltmaßten Vektors »erste L von links« und des Ursprung- 50 nahmen erforderlich, damit ein Signal eines ausgeliehen Inhalts des Speicherregisters SÄ II abgenom- rufenen fehlerhaften Speicherelementes allein da: men. Vom Ausgang des UND-Gatters 3 geht es direkt Potential an der Bit-Leseleitung bestimmt, wie diei zum nächsten Schritt gemäß Fig. 8 weiter. in Fig. 11 als Beispiel gezeigt wird. Eine weiten

Sind für eine Stelle des Speicherregisters SR II alle Möglichkeit besteht darin, daß die 0- und L-Signalc

erforderlichen Verschiebungsgrößen abgeleitet wor- 55 aufgerufener funktionstüchtiger Elemente durcl·

den, so muß die höchste Verschiebungsgröße Vor- andere Potentiale dargestellt werden, als im Ruhe

rang vor den anderen erhalten. Dies kann beispiels- zustand auf der Bit-Leseleitung vorhanden ist. Danr

weise mittels einer Schaltung nach Fig. 10 gesche- muß nur dafür gesorgt werden, daß aufgerufene feh

hen, bei der von oben her die Verschiebungsgrößen lerhafte Speicherelemente das Ruhepotential der Bit

zugeführt werden und bei der unten die entspre- 60 Leseieitung unverändert lassen. Da bekannt ist, zi

chende Schalterstellung abgegriffen wird. Diese welchem Zeitpunkt eine Abfrage vorgenommen wird

Schalterstellung wird dem zugehörigen Auswahlschal- zeigt das Bestehenbleiben des Ruhepotentials dam

ter nach Fig. 7 zugeführt. Jeder dieser Auswahl- sofort an, daß ein fehlerhaftes Speicherelement auf

schalter S₁ bis S₄ erhält an der erforderlichen Schal- gerufen wurde.

terklemme so ein ausgezeichnetes Potential, das die 65 Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für dies«

sofortige Durchschaltung für diese Registerstelle er- zweite Art der Kenntlichmachung fehlerhafter Spei

möglicht. cherelemente. Es seien wiederum waagerechte Wort

Wurde eben das Zusammenrücken der Informa- leitungen PFL₁ und WL₂ dargestellt, senkrecht seiet

Bit-Leseleitungen BL_x und BL₂ dargestellt, die am oberen Ende auf Widerstände jeweils an einer Spannung von — 2 V liegen. Die Speicherelemente E₁ bis E₄ geben, wenn sie funktionsfähig sind, die Spannungswerte — 1 V oder 0 V ab. Dem Ausgang der Speicherelemente sind jeweils die Emitter von Transistoren Ts₁ bis Ts₄ nachgeschaltet. Die Basis der Transistoren ist jeweils über Widerstände mit den Wortleitungen WL verbunden. Der Kollektor der Transistoren ist jeweils mit den Bit-Leseleitungen BL verbunden. Zusätzlich sind zu den Wortleitungen WL Hilfsleitungen HL_x und HL₂ vorgesehen, die über Dioden D₁ bis D₄ mit den Kollektoren der Transistoren verbunden sind. Auf der Wortleitung WL liegt im Ruhezustand ein Potential von +1 V, das die Transistoren (vom pnp-Typus) im gesperrten Zustand hält. Für diese Abfrage erscheint an den Wortleitungen WL eine Spannung von — 2 V, die die Transistoren durchschaltet, so daß an den Bit-Leseleitungen BL unten die Spannungswerte — 1 oder 0 V je nach dem Inhalt des abgefragten Speicherelementes E erscheinen.

Wird eines der Speicherelemente E als unbrauchbar erkannt, so stellt sich auch hier wieder die Frage, wie eine der Leitungsverbindungen am besten unterbrochen werden kann, um eine eindeutige Kennzeichnung dieses Speicheielementes zu erhalten.

Die eingangs erwähnte Anwendung eines Lasers erfordert wegen der erforderlichen Präzision des Zielens dann, wenn eine große Anzahl von fehlerhaften Elementen vorliegt, einen untragbaren Zeitaufwand. Entsprechendes gilt für Foto-Ätztechnik, die die Herstellung einer jeweils individuellen Maske erfordert. Fig. 12 zeigt einen Weg, wie die genannten Schwierigkeiten umgangen werden können. In die Verbindung der Kollektoren der Transistoren zu den Bit-Leseleitungen BL sind »Schmelzsicherungen« F eingesetzt, die vom Transistor her gesehen hinter der Verbindung mit der Diode D liegen. Diese Schmelzsicherungen können beispielsweise als besonders schmal ausgeführte Leiterzüge ausgebildet sein, die durch einen erhöhten Stromfluß zum »Durchbrennen« veranlaßt werden können.

Die Stromstöße können über die eingezeichneten Hilfsleitungen HL zugeführt werden. Nach dieser Operation werden die Dioden durch eine genügend große negative Vorspannung auf der Hilfsleitung HL dauernd gesperrt.

Werden die Dioden ebenfalls gleich mitintegriert hergestellt, so können sie natürlich auch ihrerseits wieder Fehler aufweisen. Zwar ist es möglich, diese Dioden mit besonderer Sorgfalt herzustellen, etwa indem man ihnen eine besonders große Fläche zuweist, jedoch bleibt grundsätzlich die Schwierigkeit bestehen, daß die Dioden möglichst ohne Fehler hergestellt sein müssen. Ein Ausweg aus diesen Schwierigkeiten könnte darin bestehen, daß die Stromimpulse an die Schmelzsicherung F durch aufzusetzende Kontaktbürsten zugeführt werden. Eine andere Möglichkeit, die besonders geeignet ist, wenn sehT viele und sehr kleine Speicherelemente vorhanden sind, besteht darin, bei der Herstellung an der Stelle der Dioden D eine Leitungsunterbrechung vorzusehen. Nachdem durch die Prüfung die Koordinaten der fehlerhaften Speicherelemente festgestellt worden sind, werden in der üblichen Maskentechnik sämtliche Leitungen an der Stelle der Dioden D durchverbunden. Durch Stromstöße in den betreffenden Bit-Leseleitungen und Hilfsleitungen BL bzw. HL werden die zu den als fehlerhaft festgestellten Koordinaten gehörenden Schmelzsicherungen F durchgebrannt. Zum Schluß werden wieder in der üblichen Maskentechnik sämtliche Leitungen an der Stelle der Diode D durch Ätzung unterbrochen. Bei dieser Methode werden keine individuellen Masken benötigt.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß Fehler, die die Speicherelemente unbrauchbar machen, meist gehäuft

ίο an gewissen Stellen der Speicherebene auftreten. Der Grund für die Häufung ist in größeren Kristallfehlern oder in Abbildungsfehlern am Rand zu suchen. In solchen Fällen ist eine Abhilfe dadurch möglich, daß jedem zu speichernden Bit mehr als ein Speicherelement zugeordnet wird. Aus Sicherheitsgründen wird man die zu einem Bit gehörenden Speicherelemente nicht dicht beieinander, sondern an verschiedenen Stellen der Speicherebene anordnen. Fig. 13 zeigt in schematischer Darstellung den Fall, daß pro Bit zwei Speicherelemente vorgesehen sind. Die aus den Bits gebildeten Worte liegen jeweils um eine halbe Speicherbreite auseinander und werden parallel angesteuert. Die unbrauchbaren Speicherelemente sollen dabei von der Leseleitung abgetrennt sein, wofür eine der oben geschilderten Techniken geeignet ist, während die funktionstüchtigen Speicherelemente sämtlich angeschlossen bleiben. Unter diesen Umständen wird nur für den Fall, daß beide einem Bit zugeordneten Speicherelemente unbrauchbar sind, eine Aussparung gemäß dem oben geschilderten System erforderlich. Im Mittel können bei jeweils zwei Speicherelementen pro Bit 50 ⁰Zo der gleichmäßig statistisch verteilten Fehler kompensiert werden; der Prozentsatz der Fälle, bei denen beide Speicherelemente eines Bits unbrauchbar sind, dürfte verhältnismäßig gering sein.

Im folgenden sei eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschrieben, bei der von einem Hilfsspeicher Gebrauch gemacht wird.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen muß allgemein darauf geachtet werden, daß sich sowenig Anschlüsse wie möglich ergeben, da die Herstellung einer großen Zahl äußerer Verbindungen technologisch schwierig ist. Es ist also vorteilhaft, auf

+5 einer Speicherebene eines wortorganisierten Speichers die Wortauswahlschaltung schon zusammen mit den Speicherelementen vorzusehen. Wird beispielsweise bei einem aus bistabilen Kippstufen aufgebauten Halbleiterspeicher die Wortauswahlschaltung auf der gleichen Grundplatte realisiert, so kann diese Wortauswahlschaltung wiederum Fehler aufweisen, die einen ordnungsgemäßen Speicherbetrieb durch fehlerhafte Dekodierung stört.

Man könnte daran denken, diejenigen Worte, di< zu solchen Fehlstellen innerhalb der Wertauswahl schaltung gehören, als unbrauchbar anzusehen un< somit zur Speicherung nicht heranzuziehen, günstige jedoch ist der Einsatz eines Hilfsspedchers.

Der Einsatz eines solchen HilfsSpeichers sei im fol genden an Hand der F i g. 14 kurz skizziert Nebe einem aus den beschriebenen Speicherelementen au1 gebauten und als Hauptspeicher bezeichneten Spe eher Sp_x ist ein kleinerer HilfsSpeicher Sp₂ vorg< sehen.

Nach der Herstellung der Speicherebene jewei beider Speicher wird zunächst überprüft, weld Worte sich infolge Fehlem innerhalb der Wortau wahlschaltung nicht oder falsch, beispielsweise do

pell einstellen lassen. Außerüem wird die obenerwähnte Prüfung auf unbrauchbare Speicherelemente innerhalb der Worte vorgenommen. Die Adressen der Worte, die entsprechend der Prüfung nicht benutzbar sind, da sie entweder fehlerhaft einstellbar sind oder mehr unbrauchbare Speicherelemente enthalten als zulässig, werden in einem Hilfsspeicher notiert.

Entsprechend der Notierung nicht benutzbarer Adressen werden jetzt die Adressen der nicht brauchbaren Worte des Hauptspeichers Sp₁ in einem Zuordner 2 den Adressen der funktionstüchtigen Worte des Hilfsspeichers Sp₂ zugeordnet. Derartige Zuordner sind bekannt und einfach zu realisieren, beispielsweise als Diodenmatrizen. Bei der Abfrage wird nun dann, wenn der Adresse im Hauptspeicher .5Jp₁ mehr unbrauchbare Speicherelemente als zulässig angehören, sowohl im Hauptspeicher Sp₁ als auch im iÜlfsspeicher Sp₂ ein Speicherinhalt hinausgelesen.

Da nur der aus dem Hilfsspeicher Sp_? gelesene Speicherinhalt als richtig anzusehen ist, wird ihm in einei Vorrangschaltung VS der Vorzug gegeben, so daß der richtige Speicherinhalt im Speicherregister SpR erscheint. Derartige Vorrangschaltungen sind einfach zu realisieren, beispielsweise entsprechend Fig. 15. wo einem UND-Gatter ein ODER-G atter nachgeschaiiet ist, wobei dem UND-Gatter der Inhalt des Hauptspeichers Sp₁ und der negierte Auslesebefehl

ίο für den Hilfsspeicher 2 zugeführt werden, während dem ODER-Gatter neben der Ausgangsgröße de: UND-Gatters der Speicherinhalt des Hilfsspeichers 2 zugeführt wird.

Der Vorteil der eben beschriebenen Weiterbildung liegt darin, daß neben dem großen Hauptspeichei lediglich ein wesentlich kleinerer Hilfsspeicher ver wendet werden muß, dessen Größe sich nach der Anzahl der zu erwartenden unbrauchbaren Speicherelemente des Hauptspeichers richtet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung, bei der eine sehr große Anzahl von gleichen Speicherelementen zu einem Speicher S derart zusammengefaßt ist, daß Wörter mit jeweils vorgegebener Bitzahl gespeichert werden, wobei auf Grund des Herstellungsprozesses der Speicherelemente ein Teil desselben unbrauchbar ist, bei der für jedes Wort über die vorgegebene xo Bitzahl hinaus zusätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, deren Anzahl entsprechend der Anzahl der für das Wort zu erwartenden unbrauchbaren Speicherelemente gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die unbrauchbaren Speicherelemente des Datenspeichers derart verändert sind, daß sie bei der Abfrage Signale abgeben, die die Unbrauchbarkeit des Speicherelemente:» kenntlich machen, und daß in der Ansteuerschaltung Mittel vorgesehen sind, die beim Einschreiben des Wortes diejenigen Bits, die mittels eines unbrauchbaren Speicherelementes gespeichert werden sollen, auf das nächstfolgende brauchbare Speicherelement verschieben.

2. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung, bei der eine sehr große Anzahl von gleichen Speicherelementen zu einem Speicher derart zusammengefaßt ist, daß Wörter mit jeweils vorgegebener Bitzahl gespeichert werden, wobei auf Grund des Herslellungsprozesses der Speicherelemente ein Teil desselben unbrauchbar ist, wobei pro Bitstelle mindestens zwei Speicherelemente als Bitstellen-Speicherelementgruppe vorgesehen sind, wovon im Falle seiner Brauchbarkeit ein einziges Element mit der Leseieitung verbunden ist und wobei außerdem für jedes Wort über die vorgesehene Bitzahl hinaus zusätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, deren Anzahl entsprechend der Anzahl der für das Wort zu erwartenden unbrauchbaren Bitstellen-Speicherelementgruppen gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den unbrauchbaren Bitstellen-Speicherelementgruppen ein Speicherelement derart verändert ist, daß es bei der Abfrage ein Signal abgibt, das die Unbrauchbarkeit der Bitstellen-Speicherelementgruppe kenntlich macht, und daß Mittel vorgesehen sind, die beim Einschreiben des Wortes diejenigen Bits, die in einer unbrauchbaren Bitstellen-Speicherelementgruppe gespeichert werden sollen, auf die nächstfolgende brauchbare Bitstellen-Speicherelementgruppe bzw. das nächstfolgende brauchbare Ersatzspeicherelement verschieben.

3. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die beim Auslesen solche Stellen unterdrücken, die zu unbrauchbaren Speicherelementen bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen gehören.

4. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Schieberegister ausgebildetes Speicherregister (SRU, SKIII) vorgesehen ist, dessen Stellenzahl gleich der Summe der Zahl der vorgegebenen Bits und der Zahl der zusätzlichen Speicherelemente ist und in dem die unbrauchbaren Speicherelemente bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen zugeordneten Stellen durch ein L markierbar sind, daß das einzuschreibende oder gelesene Wort in einem weiteren als Schieberegister ausgebildeten Speicherregister (SRI) gleicher Stellenzahl wie die erstgenannten Speicherregistcr enthalten ist und daß Mittel vorgesehen sind, die von einer ersten in einem der erstgenannten Speicherregister (SR II, SRIII) markierten Stelle aus die folgenden Stellen innerhalb des weiteren Speicherregisters (SRI) taktweise so lange verschieben, bis beim Einschreiben die als zu unbrauchbaren Speicherelementen bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen gehörigen Stellen ausgespart sind und beim LeäUi die entsprechenden Lücken ausgefüllt sind.

5. Datenspeicher- und DatenspeicheransteuerschaJtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Stellenverschiebung Auswahlschalter (S) sind, deren Zahl gleich der Bitzahl der Worte ist, und bei denen die Zahl der Schaltlagen um 1 größer ist als die Zahl der unbrauchbaren Speicherelemente bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen und die je nach Schaltlage die ihm direkt zugeordnete Stelle oder die nächsthöheren Stellen des Speicherregisters (SR I) durchschalten und daß Mittel vorgesehen sind, die auf Grund des Inhaltes des Speicherregisters (SÄ II bzw. SÄ III) die Schaltlage der Auswahlschalter so wählen, daß unbrauchbare Speicherelemente bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen ausgespart werden.

6. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Schaltlage jedes der Auswahlschalter (S) bestimmenden Größen aus dem Speicherregister (SÄ II, SÄ III) mittels eines logischen Netzwerks ableitbar sind, das dem Speicherregister zugeordnet ist, und einen »ersten Schiebebefehl« dadurch abgibt, daß, ausgehend von einer ersten mit L besetzten Stelle des Speicherregisters, alle weiteren Stellen mit L besetzt werden, wenn L das Merkmal für die Unbrauchbarkeit des zugehörigen Speicherelementes bzw. der Bitstellen-Speicherelementgruppen ist, daß die erste mit L besetzte Stelle der Information des Speicherregisters (SÄ II, SÄ III) auf 0 gesetzt wird und daß die so geänderte Information entsprechend zur Ableitung weiterer »Schiebebefehle« ausgenutzt wird, bis die maximal zugelassene Zahl von L auf 0 gesetzt ist.

7. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem aus den Speicherelementen gebildeten Speicher (Sp_t) ein Hilfsspeicher (Sp₂) in der Weise vorgesehen ist, daß Worte, die in dem Speicher nicht eingeschrieben werden können, in dem Hilfsspeicher gespeichert werden.

8. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenntlichmachung unbrauchbarer Speicherelemente in der Weise erfolgt, daß sich bei der Abfrage des unbrauchbaren Speicherelementes auf der Bitleseleitung (BL) ein besonderes Potential einstellt, das sich von den in beiden möglichen Speicherzuständen eines funktionstüchtigen Speicherelementes bei seiner Abfrage wiedergegebenen Potentialen unterscheidet.

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9. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuer- Speicher derart zusammengefaßt ist, daß Wörter jeschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekenn- weils vorgeggebener Bitzahl gespeichert werden, wozeichnet, daß das besondere Potential sich von bei auf Grund des Herstellungsprozesses der Speidem im Ruhezustand anliegenden Potential unter- cherelemente ein Teil desselben unbrauchbar ist, bei scheidet. 5 der für jedes Wort über die vorgegebene Bitzahl hin-

10. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuer- aus zusätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, schaltung nach Anspruch S, dadurch gekenn- deren Anzahl entsprechend der Anzahl der für das zeichnet, daß das besondere Potential mit dem im Wort zu erwartenden unbrauchbaren Speicher-Ruhezustand anliegenden Potential überein- elemente gewählt ist.

stimmt, während die die beiden möglichen Spei- io Die Erfindung betrifft außerdem eine Datenspeicherzustände eines funktionstüchtigen Speicher- cherschaltung und eine Datenspeicheransteuerschalelementes bei seiner Abfrage wiedergebenden tung, bei der eine sehr große Anzahl von gleichen Potentiale von dem im Ruhezustand anliegenden Speicherelementen zu einem Speicher derart zusam-Potential abweichend gewählt sind. mengefaßt ist, daß Wörter mit jeweils vorgegebener

11. Verfahren zur Bewirkung der Veränderung 15 Bitzahl gespeichert werden, wobei auf Grund des unbrauchbarer Speicherelemente eLaes Daten- Herstellungsprozesses der Speicherelemente ein Teil Speichers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- desselben unbrauchbar ist, wobei pro Bitstelle mindedurch gekennzeichnet, daß bei als bistabile Kipp- stens zwei Speicherelemente als Bitstellen-Speicherstufen ausgebildeten Speicherelementen die Ver- elementgruppe vorgesehen sind, wovon im Falle änderung durch Aultrennung mindestens einer 20 seiner Brauchbarkeit ein einziges Element mit der Verbüidungsleitung in der Weise erfolgt, daß sich Leseleitung verbunden ist, und wobei außerdem für beim Lesen ein Ausgangssignal an dem unbrauch- jedes Wort über die vorgegebene Bitzahl hinaus zubaren Speicherelement ergibt, das sich von den sätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, deren Ausgangssignalen der funktionstüchtigen Spei- Anzahl der für das Wort zu erwartenden unbrauchcherelemente seiner Größe nach unterscheidet. 25 baren Bitstellen-Speicherelementgruppen gewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge- Die Rechnertechnik benötigt große Datenspeicher, kennzeichnet, daß die Auftrennung einer Verbin- Kernspeicher, Dünnschichtspeicher und Halbleiterdungsleitung in der Weise erfolgt, daß die Ver- speicher sind wegen der bei ihnen zu erreichenden bmdungsleitung mit einem derart großen Strom kurzen Zugriffszeiten besonders interessant,
beaufschlagt wird, daß sie, vorzugsweise an einer 3° Die Notwendigkeit, Massenspeicher auf kleinem dafür vorbereiteten »Schmelzsicherung« (F), Raum unterzubringen, führte dazu, sogenannte intedurchbrennt. grierte Speicher anzustreben, für die in einem einzi-

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge- gen Prozeß sehr viele Speicherelemente gleich an den kennzeichnet, daß der Strom über Hilfsleitungen Stellen erzeugt werden, an denen sie nachher Ver- (HL) und Dioden (D) zugeführt wird und daß die 35 Wendung finden sollen.

Dioden anschließend dauernd gesperrt gehalten Bei Halbleiterspeichern sind die Speicherelemente,

werden. die aus bistabilen Kippstufen gebildet sind, in einem

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge- regelmäßigen schachbrettartigen Muster auf der kennzeichnet, daß der Strom von außen über auf- Oberfläche einer Halbleitergrundscheibe angeordnet, gesetzte Kontaktbürsten zugeführt wird. 4° Bei Dünnschichtspeichern wird eine dünne ferro-

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge- magnetische Schicht erzeugt, auf der einzelne in sich kennzeichnet, daß nach der Prüfung der Speicher- geschlossene Bitstellen gegeneinander abgegrenzt elemente auf ihre Funktionstüchtigkeit Zuleitun- werden, die jeweils ein Speicherelement bilden.

gen erzeugt werden, über die der Strom nach dem Bei den üblichen Methoden des Lesens und Schrei-

Koinzidenzprinzip den unbrauchbaren Speicher- 45 bens wird nun den Speicherelementen ein Verdrahelementen zugeführt wird, und daß nach dem tungsschema zugeordnet, das sich kreuzende Zeilen-Auftrennen der Verbindungsleitung die Zuleitun- und Spaltenleitungen vorsieht und nicht individuell gen entfernt werden. auf den einzelnen Speicher abgestimmt ist, sondern

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge- entsprechend der Speichergröße festgelegt wird und kennzeichnet, daß die Auftrennung einer Ver- 50 dann bei der Fertigung mehrerer Speicher immer bindungsleitung mittels Laserstrahlen und/oder wieder verwendet wird. Eine Reparatur einzelner, Ätzung erfolgt. fehlerhafter und somit unbrauchbarer Speicherele-

17. Verfahren zur Bewirkung der Verände- mente ist im allgemeinen nicht möglich.

rung unbrauchbarer Speicherelemente eines Unter diesen Umständen ist es erforderlich, für die

Datenspeichers nach einem der Ansprüche 1 55 einzelnen Speicherelemente eine wesentlich geringere bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei als Teile Ausfallrate anzustreben, als es bei nichtintegrierten einer dünnen ferromagnetischen Schicht ausgebil- Speichern der Fall ist, bei denen aus der Gesamtzahl deten Speicherelementen die Veränderung durch der produzierten Speicherelemente die brauchbaren kurzzeitige starke Erwärmung des Speicher- herausgesucht werden können, um dann zu dem Geelementes, vorzugsweise mit Hilfe von Laser- 60 samtspeicher zusammengesetzt zu werden,
strahlen, vorgenommen wird. Da es bis heute noch nicht gelungen ist, die Aus

fallrate bei integrierten Speichern auf 0 herabzusetzen und da dies auch in absehbarer Zukunft nicht zu erwarten ist, werden Überlegungen angestellt, wie 65 integrierte Speicher mit verhältnismäßig wenig un-

Die Erfindung betrifft eine Datenspeicher- und brauchbaren Speicherelementen doch noch verwend-Datenspeichersteuerschaltung, bei der eine sehr große. bar gemacht werden können. Diesbezügliche Vor-Anzahl von gleichen Speicherelementen zu einem schlage sehen vor, die Prüfungen auf fehlerhafte