DE2543515A1 - Verfahren zum regenerieren der speicherinhalte von speicherzellen in mos-speichern und mos-speicher zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von
• Speicherzellen in MOS-Speichern und MOS-Speicher zur Durchführung des Verfahrens" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von Speicherzellen in MOS-Speichern und auf einen MOS-Speicher zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Zu Beginn der Entwicklung hochintegrierter Speicher in MOS-Technik wurden statische Speicherzellen verwendet, die aus 6 oder 8 Transistoren bestanden und eine verhältnismäßig grosse Fläche auf einem Chip beanspruchten.
• Um zu höheren Integrationsdichten zu kommen, wurden in der Folge dynamische Speicherzellen entwickelt, die zum Beispiel aus drei Transistoren oder aus nur einem Transistor und einem Speicher kondensator bestehen. Bei derartigen dynamischen Speicherzellen wird Information in Form einer elektrischen Ladung auf einer Kapazität gespeichert, die bei einer aus drei Transistoren bestehenden Speicherzelle als parasitäre Gate-Substrat-Kapazität besteht, wogegen bei einer aus einem Transistor bestehenden Speicherzelle zusätzlich ein echter Speicherkondensator im Layout vorzusehen ist.
• Infolge von Leckstrdmen bleibt die gespeicherte Ladung nur kurze Zeit erhalten, so daß in gewissen Zeitintervallen, typisch alle zwei Millisekunden, die im Speicher enthaltene Information aufgefrischt werden muß.
• Die Auffrischung der gespeicherten Information wird durch eine äußere Steuerung bewirkt, zum Beispiel eine im Speichersystem zusätzlich eingebaute Schaltung oder durch Programmsteuerung über eine Datenverarbeitungseinheit (CPU . Central Processing Unit). Im ersten Fall kann die CPU während des Auffrischvorganges nicht auf den Speicher zugreifen, im zweiten Fall steht die CPU während der Auffrischung nicht für ihre eigentliche Aufgabe zur Verfügung. In beiden Fällen ist also zusätzlicher Aufwand zur Informationsauffrischung erforderlich, der insbesondere bei kleinen Sreichersystemen stark ins Gewicht fällt.
• Zur Informationsauffrischung bei dynamischen Speicherzellen sind bereits einige Vorschläge bekannt geworden, die darauf basieren, daß über die während einer bestimmten Zeit als Folge von Speicherzugriffen automatisch ausgeführten Auffrischvorgänge Buch geführt wird und nach Ablauf der maximalen Auffrischperiode auch alle übrigen bis dahin noch nicht aufgefrischten Speicherzellen aufgefrischt werden. Diese Methoden verringern den Zeitaufwand zur Auffrischung des Speichers, benötigen aber zusätzlichen Aufwand zur Steuerung und lassen darüberhinaus kein synchrones Arbeiten von CPU und Speicher zu.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von Speicherzellen in MOS-Speichern zu schaffen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Arbeitszyklus des Speichers unterteilt wird in einen ersten Zeitabschnitt, in dem nur Auffrischvorgänge ablaufen und in einen weiteren Zeitabschnitt, in dem nur Lese- und/oder Schreibvorgänge durchgeführt werden.
• Bei Anwendung dieses Verfahrens lassen sich die Auffrischvorgänge 1it#geringem Aufwand durchfllhren. Dies ist besonders bei relativ kleinen Speichersystemen vorteilhaft.
• Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen hervor.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Fig. 1A zeigt die Aufteilung eines Arbeitszyklus 10 in einen ersten Teil 11 und einen weiteren Teil 12.
• Während des Zeitintervalls 11 finden nur Auffrischvorgän und während des Zeitintervalls 12 Lese- und/oder Schreibvorgänge statt. Die Zyklen 10 laufen synchron zu den Zyklen der CPU ab.
• Damit ist sichergestellt, daß Auffrisch- und Speicherbetrieb unabhängig voneinander sind und folglich auch keine Wartezeiten für die CPU infolge von Auffrischvorgängen in Speichern entstehen.
• Fig. 1B zeigt eine Anzahl Speicherzyklen 20. Auf eine gewisse Anzahl Zyklen ohne Auffrischung folgt ein Zyklus mit Auffrischung.
• In diesem Zyklus wird eine Zeile des Speicherzellenfeldes aufgefrisch. Auf diese Weise werden sequentiell alle Zeilen aufgefrische Typisch müssen innerhalb von 2 ms alle Zeilen mindestens einmal aufgefrischt werden, um eine abgespeicherte Information zu erhalten. Wenn die Zykluszeit des Speichers beispielsweise 5/us beträgt, und das Speicherzellenfeld 64 Zeilen umfaßt, muß nach Jeweils 2 ms/64 1 31,25 /u8, also in Jedem sechsten Speicherzyklus eine Zeile aufgefrischt werden Figur 2 zeigt das Blockschaltbild eines MOS-Speichers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Speicherzellenfeld 30 bestehend aus dynamischen Speicherzellen, Decoder 31, die an die Wortleitungen der Speicherzellen angeschlossen sind sowie Lese-und Schreibverstärker 38 die an die Bitleitungen der Speicherzellen angeschlossen sind, sind an sich bekannt und werden deshalb nicht näher beschrieben. Die von der CPU kommende Arbeitsadresse für die Auswahl einer oder mehrerer Speicherzellen wird in einem Adreßregister 33 zwischengespeichert. Während der Zeitabschnitte 12, in denen Lese- und/oder Schreibvorgänge stattfinden können, werden die Adressen aus dem Adreßregister 33 über den Multiplexer 32 auf die Decoder 31 durchgeschaltet. Damit wird eine Zeile des Speicherzellenfeldes ausgewählt. Der Ablauf der Lese- und Schreibvorgänge ist ebenfalls bekannt und nicht Gegenstand dieser Beschreibung. Während der Zeitabschnitte 11, in denen der Inhalt Jeweils einer Speicherzellenzelle aufgefrischt wird, wird der Inhalt des Zykluszählers 34 über den Multiplexer 32 auf den Decoder 31 geschaltet. Der Zykluszähler 34 enthält dabei die Adresse der Zeile, die aufzufrischen ist.
• Wenn 64 Zeilen vorhanden sind, ist der Zykluszäler also ein Zähler mod 64, das heißt er zählt 0,1,2,.,.,62,63,0,1,.,. . DerDer Takt für den Zyklus zähler 34 wird aus dem Systemtakt 36 durch Untersetzung in einem Taktteiler 35 gewonnen. Wenn der Systemtakt beispielsweise eine Periodendauer von 5/us hat, muß der Taktteiler 35 die Frequenz des Systemtaktes 36 durch 6 teilen, damit bei 64 vorhandenen Zeilen Jede Zeile mindestens alle 2 ms aufgefrisoht wird Der Systemtakt 36 wird ebenso wie der Anfangstakt 39 an zentraler Stelle erzeugt und zur Synchronisation der einzelnen Funktionsgruppen des Systems benützt0 Eine Takterzeugungseinheit 37 steuert den internen Ablauf von Auffrisch-, Lese- und Schreibzyklen. Figur 3 zeigt ein weiteres bevorzug tes Ausführungsbeispiel eines MOS-Speichers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Zykluszähler 34a ist hier als Schieberegister ausgeführt, das ebensoviele Stufen enthält wie das Speicherzellenfeld 30 Speicherzellenzeilen aufweist.
• Durch die Ausbildung des Zyklus zählers als Schieberegister kann im Layout des MOS-Speichers Platz eingespart und damit eine grössere Packungsdichte erreicht werden. In einer Stufe des Schieberegisters 34a ist eine logische Eins enthalten, die angibt welche Speicherzellenzele aufzufrischen ist; alle anderen Stufen des Schieberegisters enthalten eine logische Null. Die logische Eins läuft im Schieberegister 34a um, gesteuert von dem Ausgang des Taktteilers 35. Taktteiler und Takterzeugungseinheit wirken wie im MOS-Speicher von Fig. 2. Der Multiplexer, der zwischen Arbeitsadresse und Auffrischadresse umschaltet, ist mit im Decoder 31a enthalten. Das Schieberegister wird durch den Systemtakt 36 und den Anfangstakt 39 bei Einschalten des Systems so vorgesetzt, daß in genau einr Stufe eine logische Eins und in allen anderen Stufen logische Nullen enthalten sind.
• Unter Bezug auf Fig. 4 wird eine Weiterbildung eines MOS-Speichers erläutert, bei dem eine Speicherzellenzeile auch in 2 aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen aufgefrischt werden kann, wodurch eine kürzere Arbeitszykluszeit erreichbar ist. Beispielsweise wird im Zyklus 40 während einer Zeitspanne 42 der Inhalt einer Zeile gelesen und zwischengespeichert. Im Zyklus 41 kann dann während der Zeitspanne 43 die zwischengespeicherte Information in die aufzufrischende Speicherzellenzeile zurückgeschrieben werden. Durch eine Steuerung muß aber sichergestellt werden, daß wenn im Zyklus 40 in eine bestimmte Speicherzellenzeile geschrieben wurde, für diese Zeile während des Zyklus 41 der zweite Teil des iuffrischzyklus 43 stattfinden kann.
• L e e r s e i t e

Claims (3)

1. Patentansprilche Verfahren zum Regenerieren der Speicherinhalte von Speicherzellen in MOS-Speichern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arbeitszyklus des Speichers unterteilt wird in einen ersten Zeitabschnitt, in dem nur Auffrißchvorgange ablaufen und in einen weiteren Zeitabschnitt, in dem nur Lese- und/oder Schreibvorgänge durchgeführt werden.
2. 2. riOS-Speicher zur Durchfdhrung des Verfahrens nach inspruch 1 mit einem aus dynamischen Speicherzellen bestehenden Speicherzellenfeld mit einem an die Wortleitungen der Speicherzellen angeschlossenen Decoder und an die Bitleitungen der Speicherzellen angeschlossenen Lese- und Schreibverstärkern mit einer von einer Zentraleinheit (CPU) beeinflußten Takterzeugungseinheit gekennzeichnet durch einen der Takterzeugungseinheit (37) nachgeschalteten, den Systemtakt herabsetzenden Taktteiler (35), einen die Jeweils aufzufrischende Zeile des Speicherzellenfeldes bestimmenden Zykluszähler (34), einAdreßregister (33) zur Abspeicherung der Arbeitsadressen, sowie einer zwischen dem Adreßregister (33) und der Decoderschaltung (31) angeordneten Multiplexerschaltung (32).
3. 3. flOS-Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zykluszähler (34a) als Schieberegister ausgebildet ist.