DE69027030T2 - Eine fehlertolerante datenspeicherungsanordnung - Google Patents

Eine fehlertolerante datenspeicherungsanordnung

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenspeichersystem, das eine Gruppe von integrierten Schaltungen oder Halbleiter-Chips umfaßt, wobei jeder Chip einen Speicher enthält der aus einer Gruppe von Speicherorten besteht, von denen einige fehlerhaft sein können.
  • Speicher-Chips leiden unter einer kleinen Zahl von Fehlern, die während der Herstellung entstehen oder sich anschließend entwickeln können. Es wurden Systeme entwickelt, die solche fehlerhaften Chips tolerieren können. Die allgemeinste Form der Fehlertoleranz im Gebrauch ist die Einbeziehung von Ersatz oder Redundanz-Reihen- und -Spalten von Bits in jeden Speicher-Chip. Nach der Herstellung wird die fehlerhafte Reihe oder Spalte durch Chip-Prüfung identifiziert, und der Ersatz wird programmiert, um das fehlerhafte Element zu ersetzen. Die Programmierung ist permanent, indem beispielsweise ein Laserchnitt oder das elektrische Durchbrennen einer Sicherung verwendet wird. Dies hat sich als eine erfolgreiche Technik erwiesen und wird heute bei allen Speicherherstellern verwendet, siehe den Aufsatz "Redundancy - the new device technology for circuits of the 80's", R.J. Smith, International Electron Devices Meeting, Dezember 1982.
  • Die sogenannte Redundanz-Lösung leidet unter Begrenzungen, insbesondere im frühen Teil des Lebenskreislaufs der Herstellung eines Speicherprodukts. Der Hersteller muß die Zahl und den Typ von fehlerhaften Elementen vorhersagen, die als Ergebnis eines bestimmten Herstellungsprozesses erwartet werden, um die geeignete Zahl von Ersatzreihen und -spalten vorzusehen. Die Wahl des Herstellers für den Ersatz ist durch Grenzen erzwungen, die durch die Chip-Fläche und die Funktion auferlegt werden. Ferner kann die Programmiertechnik die Wirksamkeit des Ersatzes von Elementen beschränken. Die Programmierung ist permanent, da keine Vorsorge für die Reparatur von Fehlern getroffen wird, die sich nach einer gewissen Betriebszeitdauer entwickeln.
  • Eine alternative Lösung ist in GB 2 184 268 beschrieben. Anstatt zu versuchen, perfekte Speichervorrichtungen durch Reparatur von unvollkommenen Chips in der Fabrik (Redundanz) herzustellen, wurde vorgeschlagen, schadhafte Vorrichtungen wiederzuverwerten und nur ihre guten Bits zu verwenden. Dieses Verfahren hat einen Haupt-Nachteil. Während der Datenübertragung erscheinen periodisch große leere Zwischenräume. Während bei einem örtlichen Computer diese Zwischenräume identzifiziert und der Eingang oder der Ausgang schwebend gehalten werden könnte, würde ein entfernteres System die Schwierigkeit beim Stoppen und Starten haben. Diese Zwischenräume führen zu einer stark verminderten Datenübertragungsrate. Ein weiterer Nachteil ist die Verminderung der Speicherkapazität.
  • US-3,735,368 offenbart ein Datenspeichersystem, das mit seinen Speicherelementen an vorgegebenen Positionen gemäß dem Ort von Fehlern innerhalb dieser Speicherelemente zusammengebaut wird. Es wird ein fest verdrahtetes Versetzen verwendet, so daß ein adressiertes fehlerhaftes Element durch ein Ersatz-Speicherelement ersetzt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein fehlertolerantes Datenspeichersystem vorgesehen mit einer Anordnung primärer integrierter Schaltungen, einer redundanten integrierten Schaltung, wobei die jeweiligen primären und redundanten integrierten Schaltungen einen Speicher umfassen, der eine Anordnung von in Zeilen und Spalten angeordneten Speicherstellen umfaßt, einer Mehrzahl von Datenleitungen, die an entsprechende Schaltungen in einer Reihe der primären integrierten Schaltungen angeschlossen sind, um Daten in die Schaltungen dieser Reihe parallel einzuschreiben bzw. Daten aus den Schaltungen dieser Reihe auszulesen, Mitteln zum jeweils einzelnen Erzeugen logischer Spaltenadressen, auf jede logische Spaltenadresse reagierenden Versetzungsmitteln zum Verbinden ausgewählter Spalten der entsprechenden primären integrierten Schaltungen mit ihren entsprechenden Datenleitungen, wobei mindestens einige der ausgewählten Spalten physikalische Adressen aufweisen, die sich von der logischen Spalten-Adresse unterscheiden, und wobei die Versetzungsmittel so angeordnet sind, daß für jede primäre integrierte Schaltung mit einem Fehler in der ausgewählten Spalte jeder entsprechenden Datenleitung mit einer nicht fehlerhaften Spalte in der redundanten integrierten Schaltung verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß zufallsmäßige primäre und redundante integrierte Schaltungen zufallsmäßige Spalten aufweisen, die fehlerhaft sind, und die besagten Versetzungsmittel programmierbare elektronische Mittel zum Umsetzen jeder logischen Spalten-Adresse in eine Menge physikalischer Spalten-Adressen, eine für jede primäre integrierte Schaltung und eine für die redundante integrierte Schaltung, so daß nicht mehr als eine der physikalischen Spalten-Adressen der Menge in ihrer entsprechenden integrierten Schaltung der einen fehlerhaften Spalte entspricht, auf jede logische Spalten-Adresse reagierende Kennzeichnungsmittel zum Kennzeichnen der primären integrierten Schaltungen, für die die umgesetzte physikalische Adresse einer fehlerhaften Spalte entspricht, und auf die Kennzeichnungmittel reagierende elektronisch steuerbare Mittel zum Verbinden der Datenleitung für diese integrierte Schaltung mit der redundanten integrierten Schaltung umfassen.
  • Ein typischer Speicher-Chip umfaßt eine zweidimensionale Speicheranordnung von n Spalten entlang der Horizontalachse und m Reihen entlang der Vertikalachse. Ein typischer Herstellungsfehler beeinträchtigt eine oder mehrere Spalten und/oder Reihen.
  • Bei den hier zu beschreibenden Ausführungsformen der Erfindung werden Spalten (oder Häufungen von individuellen Bit-Fehlern) durch Umschalten von fehlerhaften Spalten auf gute Spalten (Ersatz) im Flug wiedergewonnen. Dieser sogenannte "dynamische Ersatz" ist wirksam, weil moderne Speichervorrichtungen eine große Zahl von Spalten haben (üblicherweise mehr als 512). Die Ersatzspalten werden durch einen besonderen Chip vorgesehen, der jeder Reihe der Speichergruppe hinzugefügt wird.
  • Während des Datentransfers ist der Spaltenort derjenige, der am häufigsten adressiert wird, da der dynamische Spaltenersatz (DCS) autonom mit hoher Geschwindigkeit arbeiten muß. Da Reihen geeignete Datenblöcke darstellen, wird eine fehlerhafte Reihe ersetzt, bevor eine Übertragung beginnt und während der Zeitdauer der Übertragung benutzt.
  • Die Reihen-Wiedergewinnung ist ähnlich dem oben beschriebenen DCS und bekannt als pre-emptiver Reihenersatz (PRS). PRS verwendet eine Ersatzreihe von Chips, um die fehlerhaften Reihen der Chips in den Gruppen zu ersetzen, jedoch findet der Ersatz statt, bevor die Datenübertragung beginnt, und der ausgewählte Ersatz bleibt im Gebrauch, bis die Datenübertragung abgeschlossen ist.
  • Die Wiedergewinnungsfunktion von DCS und PRS wurde unter Berücksichtigung eines realistischen Bereichs der Fehler-Gesamtzahl, des Speicher-Typs und der Gruppen-Größe ermittelt. Es wurde gezeigt, daß die Kombination von DCS und PRS 100 % Wiedergewinnung erreicht, wobei 100 % die maximale Speicherung (Ignorieren von Fehlern) der Chip-Gruppe mit Ausnahme von Redundanzen darstellt.
  • Die vorliegende Erfindung erzielt 100 % Speicher-Wiedergewinnung, selbst wenn alle Chips in der Gruppe fehlerhaft sind, sogar die Ersatz-Chips. Die Redundanz-Verfahren können jedoch nur bei Fehlern betrieben werden, die eindeutige logische Orte besetzen, da jeder fehlerhafte Ort in einen von n oder m Orten in den Ersatzchips eingegeben wird. Ein Haupt-Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, diese Fehler zu handhaben, die denselben physikalischen Ort in verschiedenen Chips einnehmen, da die normale Adressensequenz während der Datenübertragung versetzt wird, um den koinzidenten physikalischen Ort rechtzeitig zu einem unterschiedlichen logischen Ort zu bewegen.
  • Die Erfindung verwendet in der Fabrik programmierte Karten von falschen Spalten- und Reihenorten und Versetznummern. Wenn sich während einer Feldoperation ein Fehler entwickelt, können die Fehlerkarten und Versetznummern neu programmiert werden und so eine Feld-Fehlertoleranz vorsehen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend nur beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:
  • Fig. 1 eine Reihe von Chips in einem Speichersystem zur Erläuterung der Prinzipien, auf denen die Erfindung beruht;
  • Fig. 2 zwei Reihen von Chips in einem Speichersystem zur Erläuterung des Prinzips eines logischen Adressenversatzes, der bei der Erfindung verwendet wird;
  • Fig. 3 eine Gruppe von Modulen gemäß unserer internationalen Anmeldung PCT/GB 90/00539;
  • Fig. 4 einen der Module von Fig. 3, der modifiziert ist, um einen XRAM zu bilden;
  • Fig. 5 ein Fließdiagramm zur Veranschaulichung der XRAM- Selektion, der Befehls-Dekodierung und der Durchführung;
  • Fig. 6 eine mögliche Anordnung für die Zusammenschaltung einer Gruppe von XRAMS;
  • Fig. 7 ein Speichersystem, das eine Gruppe von vollkommenen XRAMS enthält;
  • Fig. 8 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung des Prinzips des dynamischen Spalten-Ersatzes;
  • Fig. 9 einen Ausgangs-Multiplexer von Fig. 8
  • Fig. 10 ein Diagramm zur weiteren Erläuterung des preemptiven Reihen-Ersatzes;
  • Fig. 11 ein mögliches Verpackungs-Schema für Karten, die Spalten- und Reihenfehler und Versatz-Werte beschreiben;
  • Fig. 12 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Datenspeichersystems gemäß der Erfindung;
  • Fig. 13 ein typisches Datenspeichersystem, das einen RAM enthält;
  • Fig. 14 eine zweite Ausführungsform eines Datenspeichersystems gemäß der Erfindung;
  • Fig. 15 eine Gruppen-Spalten-Ansteuerung des Systems von Fig. 14;
  • Fig. 16 einen Ausgangs-Multiplexer des Systems von Fig. 14,
  • Fig. 17 ein Format für die pre-emptive Reihen-Ersatzkarte; und
  • Fig. 18 ein Format für die dynamische Spalten-Ersatzkarte.
  • Ein Datenspeichersystem umfaßt eine Gruppe von Speicher- Chips, die aus einer Vielzahl von Spalten und einer Vielzahl von Spalten und einer Vielzahl von Reihen bestehen. Fig. 1 zeigt eine solche Reihe von Chips C0 bis CN zusammen mit einem Ersatz-Chip CS für die Reihe. Jeder Chip umfaßt eine Gruppe von Speicherorten, die aus einer Vielzahl von Spalten und einer Vielzahl von Reihen bestehen. Parallele Daten, die auf Leitungen DO bis DN empfangen werden, werden den jeweiligen Haupt-Chips gleichzeitig zugeführt, sobald eine Gruppen-Reihe und eine Chip-Reihe für alle Chips (einschließlich des Ersatz-Chips) ausgewählt worden sind. Das erste Daten-Wort wird in die Reihe 0, die Spalte 0 von allen Haupt-Chips gleichzeitig eingeschrieben, das zweite Daten-Wort wird in die Reihe 0, die Spalte 1 von allen Haupt-Chips gleichzeitig eingeschrieben usw. Wenn somit eine Gruppen-Reihe und eine Chip-Reihe ausgewählt worden ist, wird die Spalten-Adresse über der Breite der jeweiligen Chips fortgeschaltet, dann wird die nächste Chip-Reihe ausgewählt, und der Prozeß setzt sich fort.
  • Jeder Chip kann Fehler enthalten. Diese können aus einer Anzahl von fehlerhaften Speicherorten innerhalb einer Spalte bestehen (in diesem Fall kann angenommen werden, daß der Chip eine fehlerhafte Spalte enthält), oder aus einer Anzahl von fehlerhaften Speicherorten innerhalb einer Reihe (in diesem Fall kann angenommen werden, daß der Chip eine fehlerhafte Reihe hat), oder aus einem einzigen fehlerhaften Speicherort (in diesem Fall kann angenommen werden, daß der Chip entweder eine fehlerhafte Spalte oder eine fehlerhafte Reihe hat).
  • Fig. 1 zeigt eine fehlerhafte Spalte in jedem Chip, wobei der Chip 0 beispielsweise eine fehlerhafte Spalte 0 hat. Eine Karte MAP speichert Daten, die angeben, welcher Chip eine fehlerhafte Spalte in der Spalte hat, die in irgendeinem Augenblick adressiert wird. Wenn beispielsweise die Spalten 0 aller Chips gleichzeitig adressiert werden, zeigt die Karte MAP an, daß der Chip 0 eine fehlerhafte Spalte an dieser Adresse hat. Die Karte MAP steuert einen N:1 Multiplexer MUX (mit dem alle Datenleitungen verbunden sind) an, um die Datenleitung 0 mit der adressierten Spalte 0 des Ersatz-Chips CS am Ende der Gruppen-Reihe zu verbinden. Das Daten-Bit auf der Leitung 0 wird somit in die gegenwärtig adressierte Spalte des Ersatz-Chips kopiert.
  • Die Anordnung von Fig. 1 wird jedoch nicht damit fertig, wenn mehr als ein Chip einen Fehler in derselben Spalte hat (z.B. zwei Chips haben eine fehlerhafte Spalte 0), d.h. Spalten-Koinzidenz. Demzufolge werden die logischen Adressen der Chip-Spalten innerhalb einer Reihe relativ zu einander in einer Weise versetzt, die sicherstellt, daßes keine solche Koinzidenz gibt. Dies ist im Prinzip in Fig. 2 in der oberen Reihe dargestellt, alle Haupt- Chips haben eine fehlerhafte Spalte 0 und so auch der Ersatz- Chip. Wenn die logische Adresse der physikalischen Adresse entsprechen würde, dann würde die Koinzidenz von fehlerhaften Spalten einen wirksamen Betrieb verhindern. Statt dessen werden, wie in der unteren Reihe dargestellt ist, die logischen Adressen der unterschiedlichen Chips relativ zueinander in einer Weise versetzt, die sicherstellt, daß für irgendeine logische Adresse nicht mehr als ein Chip vorhanden ist, der eine fehlerhafte Spalte an dem entsprechenden physikalischen Spaltenort hat. Wenn beispielsweise die logische Adresse 0 eine fehlerhafte Spalte (physikalischer Ort 0) in dem ersten Chip aber in keinem anderen Chip findet, findet die logische Adresse 2 nur eine fehlerhafte Spalte im Chip 2; die logische Adresse 3 findet keine fehlerhaften Spalten in irgendeinem Chip usw.
  • Fehlerhafte Reihen können in gleicher Weise behandelt werden, obwohl der Reihen-Ersatz vorzugsweise vor der Datenübertragung statt im Flug stattfindet. Genaue Anordnungen für sowohl den Spalten-Ersatz als auch den Reihen-Ersatz ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.
  • Eine erste Ausführungsform eines Datenspeichersystems gemäß dieser Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt und beruht auf einem Steuersystem, das in unserer internationalen Patentanmeldung PCT/GB 90/00539 offenbart ist. Dieses Steuersystem wird zunächst beschrieben. Somit beschreibt unsere Anmeldung PCT/GB 90/00539 ein Steuersystem, das Steuersignale mit Modulen in einer Gruppe als Kreuzpunkt-Netzwerk verbindet. Fig. 3 beschreibt eine solche Gruppe, die mit R11- (horizontalen) und C12- (vertikalen) Steuerleitungen verbunden ist. Die Datenwegverbindungen DI13 und DO14 sind von dem Steuer-Netzwerk getrennt. Gemäß der Erfindung sind die Module RAMS, die eine Schaltung enthalten, um das R- und das C-Protokoll zu stützen, und die als XRAMS bezeichnet sind. Die Gruppe ist inaktiv bis sowohl die R- und C-Signale eines bestimmten XRAM bestätigt werden. Nach einer Bestätigung wird der XRAM- Ort aktiv, und sofern weder R und C gemeinsam negiert werden, ist der XRAM-Ort in der Lage, Befehle zu empfangen, zu dekodieren und auszuführen, wobei die C-Leitung verwendet wird, um serielle Befehlsdaten zu übertragen und die R-Leitung, um als synchronisierender Takt zu wirken. Der XRAM umfaßt einen DRAM mit einer zusätzlichen Schaltung, und vorzugsweise ist die Vorrichtung so angeordnet, daß sie entweder als XRAM oder als üblicher DRAM durch geeignete Anschlüsse an seine Stifte verwendet werden kann. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung als ein XRAM verwendet.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Steuersystem verwendet, um eine Adresseninformation in individuelle XRAMs innerhalb der Gruppe zu programmieren. In den meisten Fällen wird eine R-Leitung (für eine bestimmte Reihe von XRAMs) zusammen mit allen C-Leitungen der Gruppe bestätigt. Serielle Daten, die auf irgendeiner C-Leitung erscheinen, dürfen nicht identisch mit denen einer anderen C-Leitung sein.
  • Ein typischer XRAM ist als Blockschaltbild in Fig. 4 dargestellt. Eine Decoder-Schaltung XDEC 181 ist mit dem Kreuzungspunkt einer R-182- und einer C-180-Leitung in einer Gruppe verbunden. Die XDEC bestimmt, wenn sowohl R und C bestätigt werden (Chip ausgewählt), erzeugt die Takt-Zeitsteuerung von der R-Leitung und übernimmt Daten auf der C-Leitung. Die XDEC sendet Daten SD 196, die in der C-Leitung erscheinen, an das Instruktions- Speicherregister ISR 183 und an das Adressen-Speicherregister ASR 184. Das ISR verriegelt ein serielles Datenpaket und steuert den Instruktions-Bus IBUS 194 an, nachdem die Daten in der Instruktions-Ausführungseinheit IEU 186 verriegelt worden sind. Die IEU ist verantwortlich für die Bestimmung, wenn ISR und ASR geladen worden sind, und um die Ausführung der dekodierten Instruktion auf dem IBUS auszulösen. Die IEU erzeugt alle Signale, die von dem DRAM 187 benötigt werden. Ein Daten-Multiplexer DMUX 188 leitet Daten von dem DRAM oder verschiedenen Testpunkten zu dem Ausgangsanschluß.
  • Eine typische XRAM-Auswahl/Ausführungs-Sequenz ist in Fig. 5 dargestellt. Instruktionspakete werden über die C-Leitungen unmittelbar nach der Chip-Auswahl gesendet. Dies ist eine Option, um ein Adressenpaket zu senden, das die Spalte, die Reihe oder die Spalte und die Reihe definiert, von der die ursprüngliche Datenübertragung beginnen wird. Das Instruktionspaket kann auf vielfache Weise kodiert werden. PCT/GB 90/00539 beschreibt eine Liste von möglichen Befehlen, z.B. schnelles Schreiben in der Seitenbetriebsart (PMWT). Die Seitenbetriebsart ist eine übliche Datenübertragungsbetriebsart und arbeitet im wesentlichen, während die Reihen-Adressen innerhalb eines Speichers konstant gehalten werden, während die Spalten-Adressen entlang der ausgewählten Reihe mit hoher Geschwindigkeit geordnet werden. Das Instruktionspaket wird dekodiert, um den Signaltakt zu erzeugen, der von dem XRAM gefordert wird, um den bestimmten erforderlichen Datenübertragungsbetrieb aufzurufen. Die Ausführung einer bestimmten Betriebsart wird durch die R-Leitung getaktet, die mit der Reihe von ausgewählten Chips verbunden ist. Die Instruktions- Ausführung ist in PCT/GB 90/00539 beschrieben und wird durch die Instruktions-Ausführungseinheit (IEU) innerhalb jedes Chips durchgeführt.
  • Da während der Instruktionsausführung die C-Leitung bestätigt aber inaktiv ist (keine Rückkehr-zu-1-Übergänge erfährt), ist sie frei, die Aktionen der IEU zu ergänzen. Dies erfordert eine zusätzliche Instruktion an die typische aber nicht erschöpfende Liste, die in PCT/GB 90/00539 gegeben ist. Alle in der Liste gezeigten Instruktionen erzeugen Signale, die von dem DRAM in Abhängigkeit von den auf der R-Leitung erscheinenden Takt-Übergängen erforderlich ist. Diese Signale enthalten ein Schreibauslöse- Signal, das entweder ein oder aus ist und den DRAM informiert, zu schreiben bzw. zu lesen. Die zusätzliche Instruktion ist identisch in ihrer Operation zu PMWT, mit der Ausnahme, daß das Schreibauslöse-Signal nicht örtlich durch die IEU erzeugt wird. Statt dessen wird das Schreibauslöse-Signal von fern durch die C- Leitung zugeführt. Diese zusätzliche Instruktion erlaubt das wahlweise Schreiben irgendeines Spaltenortes und kann im Flug ausgewählt werden und ist bekannt als Schreibbetrieb von ferne.
  • Fig. 6 zeigt eine Gruppe von XRAMS 23, die an den Kreuzungspunkten der individuellen R26- und C27-Steuerleitungen verbunden sind. Eine mögliche Anordnung sind acht C-Leitungen und zweiunddreißig R-Leitungen. Die R- und C-Signale werden durch die integrierte Ansteuerschaltung IDC 21 erzeugt. Wegen der charakteristischen Verminderung des Stift-Ausgangs des XRAM wird nur eine einzige integrierte Schaltung benötigt, um alle R- und C-Leitungen der Gruppe anzusteuern. Demzufolge können die Takt-Versetzungen zwischen den R- und dem C-Signalen im Grunde genommen beseitigt werden. Die IDC wird mit einem R-Adressenbus (RABUS) 28 versorgt, der eine aus der Vielzahl von R-Ausgangsleitungen (RBUS) 26 auswählt. Der R-Eingang 29 ist die Quelle der R-Signal- Taktsteuerung. R wird erneut getaktet durch CK 30 und zu einer der RBUS-Leitungen "bertragen. Der C-Eingangs-Bus (CIBUS) 22 versorgt einen Eingang pro C-Leitung in der Gruppe. Der CIBUS überträgt serielle Daten an die einzelnen C-Leitungen, und damit können verschiedene Chip- Spalten verschiedene C-Daten empfangen. CIBUS-Signale werden erneut durch den CK 30-Eingang getaktet und zu dem C-Ausgangs-Bus (COBUS) 27 übertragen.
  • Der Steuerweg der Gruppe ist vom Datenweg getrennt. Der Datenweg besteht aus der Daten-Ein-Ansteuerstufe 20, die mit den Eingangs-Stiften der XRAMs verbunden ist und der Daten-Aus-Ansteuerstufe 32.
  • Fig. 7 zeigt ein Speichersystem, das eine auf einem Mikroprozessor (MPU) 44 beruhende Steuereinheit umfaßt, die mit dem XRAM- Substrat 43 verbunden ist. Es sind nur Datenwege dargestellt. Adressen- und Karten-Speicher-Signale werden angenommen. Aus Gründen der Klarheit ist nur ein Substrat gezeigt, obwohl zahlreiche Substrate möglich sind (unter Verwendung zusätzlicher Bord-Auslöse-Leitungen WE/53). Das Speichersystem ist mit einem entfernten Computer durch den Host-Computer-Schnittstellen-Bus (HCIBUS) 40 verbunden. Der HCIBUS ist verantwortlich für die Aussendung von Nachrichten an die MPU über den mit einem Karten- Speicher versehenen Schnittstellen-Port 41, wobei die Datenübertragung angefordert und Blockadressen-Deskriptoren ausgesendet werden, was bekannt ist als logische Blocknummern (LBNs). LBNs sind üblicherweise eine zusammenhängende Folge von Zahlen von bis N.
  • Speicherdaten werden direkt zum HCIBUS übertragen, nachdem ein geeignetes Nachrichtenprotokoll zwischen dem MPU 44 und dem Host-Computer beobachtet worden ist. Die Speicherdaten werden über die Systemdaten-Steuereinheit SDC 42 aus dem XRAM-Substrat gelesen oder in dieses eingeschrieben. Die SDC ist verantwortlich für die HCIBUS-Steuerung und die Fehlerfeststellung und Korrektur (EDC). Weder das HCIBUS-Protokoll noch die SDC EDC ist hier beschrieben, da es viele verfügbare veröffentlichte Verfahren gibt.
  • Das XRAM-Substrat wird durch die System-Zugriffs-Steuereinheit (SAC) 47 gesteuert. Die SAC ist verantwortlich für die Formatierung der jedem Substrat zugeführten C-Daten und für die Substrat-, die Gruppen-Reihen- und die interne XRAM-Reihenauswahl.
  • Nachdem die Startadresse innerhalb eines Chips (eine Funktion von LBN) dekodiert worden ist, beginnt die Datenübertragung von einer ausgewählten Reihe von XRAM innerhalb eines ausgewählten Substrats. Blockgrößen können passend zu der Länge einer Reihe innerhalb eines XRAM (üblicherweise 512, 1024 oder 2048) festgelegt werden. Die Datenübertragung fängt am Beginn einer Reihe innerhalb eines XRAM an und hört am Ende auf. Ein binärer Zähler in jedem XRAM führt die Spaltenadressen-Sequenz während der Datenübertragung zu.
  • Das in Fig. 7 dargestellte Speichersystem geht von vollkommenen XRAM-Chips aus. Das System von Fig. 12 gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch Fehler in XRAM-Spalten und/oder Reihen tolerieren. Wenn fehlerhafte Spalten adressiert werden, führt eine Information, die die fehlerhafte Adresse beschreibt, Multiplexer in den Datenweg des Substrats ein, um Daten wieder in eine gute Spalte des Ersatz-XRAM hinein- oder aus dieser herauszuführen. Diese Information wird während der Herstellung bestimmt und permanent in einem nicht flüchtigen Speicher jedes Substrats gespeichert. Diese Eintragung von fehlerhaften Spaltenadressen im Flug beseitigt alle Datendurchsatzverluste. Ein Blockschaltbild zur Erläuterung des dynamischen Spalten-Ersatzsystems ist in Fig. 8 dargestellt. Einzelne oder angehäufte Bits werden in derselben Weise wie fehlerhafte Spalten gehandhabt.
  • In Fig. 8 ist die dynamische Spalten-Ersatz-Karte (DC-SM) 61 eine Nachschlagtabelle, die von einem Haupt-Spaltenzähler (MCC) 60 adressiert wird, der eine Folge von Spaltenadressen vom Beginn der Reihe bis zum Ende adressiert. Der MCC 60 wird durch einen Übertragungs-Takt 81 getaktet, der das Synchronsignal für die Datenübertragung zu oder von der Gruppe 72 ist. Die DCSM 61 erzeugt eine Folge von Kodierungen, die alle spezifischen Chips identifizieren, die einen Fehler in der adressierten Spalte haben. Ein mögliches Code-Format ist x Bits plus ein Markierungs-(Tag)-Bit, wobei x die Breite der Gruppe ist, und das Markierungs-Bit identifiziert eine bestimmte 0 bis x Chip-Adresse als das fehlerhafte XRAM. Der MOX-Auswahl-Bus (MSBUS) 65 überträgt die x Bits an den Eingangs-Multiplexer 75 und an den Ausgangs-Multiplexer 77. An vielen Orten sind Null-Codes (Markierungs-Bit ist Null) anzutreffen, jedoch wenn ein Markierungs-Bit gültig ist, werden Daten, die zu dem durch den Wert von MBUS definierten XRAM gehen, in den Ersatz XRAM 73 kopiert, indem einer von x Bits über den Eingangs- Multiplexer ausgewählt wird. Die in Fig. 8 dargestellte DCSM 61 zeigt einen 3-Bit-Code plus einem Markierungs-Bit. Eine übliche 8 Bit breite Nachschlagtabelle könnte daher XRAM-Gruppen handhaben, die eine Breite von 128 Chips haben.
  • Der durch den XRAM vorgesehene Schreibbetrieb von ferne wird verwendet, um nur das fehlerhafte Spalten-Bit in den Ersatz-XRAM einzuschreiben, andernfalls würde der Ersatz die guten Orte des XRAM mit dem Fehler kopieren, und damit würden die durch vorhergehenden Ersatz gespeicherten Daten überschrieben. Demzufolge wird die C-Leitung 69, die mit dem Ersatz-XRAM verbunden ist, niedrig mit der geeigneten Zeit (in Abhängigkeit von einem gültigen Markierungs-Bit) über das Tor 68 gepulst. Alle Chips in der Reihe sind programmiert worden, um in einem örtlich erzeugten Schreibauslöse-Signal (PMWT) zu arbeiten, wenn ein Datenblock geschrieben wird, während der Ersatz-Chip programmiert worden ist, um im Seitenbetrieb bei Schreibbetrieb von ferne zu arbeiten. Die XRAMs werden programmiert, um bestimmte Betriebsarten sicherzustellen, bevor die Datenübertragung beginnt.
  • Während des Lesens wird der Ausgang des fehlerhaften Bits durch den Ausgang des Ersatz-Chips über den Ausgangs-Multiplexer 77 ersetzt. Fig. 9 veranschaulicht den Ausgangs-Multiplexer in größeren Einzelheiten. Dieser umfaßt einen 1-Aus-N-Decoder 91, der mit Eingängen A92 und S90 gespeist wird. A ist mit dem MSBUS 65 und 5 mit dem Markierungs-Bit 66 von der DCSM verbunden. Wenn S niedrig ist, sind alle Ausgänge des Decoders hoch. Dies ist die normale Situation, und Bits von der Gruppe werden unmittelbar mit dem Daten-Ausgangs-Bus verbunden. Wenn jedoch S hoch ist, wird einer der N Ausgänge niedrig gesteuert, wodurch der Datenstrom von dem Ersatz-Bit 105 ausgewählt wird. Der Daten-Ausgang wird durch das Bord-Auslöse-Signal, das mit dem Ausgangs-Multiplexer verbunden ist, wirksam gemacht.
  • Es wird nur ein Fehler pro MCC-Zählung zugelassen. Wenn die Spaltenadressen-Zähler innerhalb jedes XRAM alle von demselben Ort starten, besteht eine Gefahr, daß zwei oder mehr Fehler in verschiedenen XRAMs denselben Zeitpunkt besetzen würden, d.h. eine Koinzidenz bilden wie in Verbindung mit Fig. 2 erläutert wurde. Solche Koinzidenzen können nicht wiedergewonnen werden, da es nur einen logischen Spalten-Ersatz (nur einen Ersatz-XRAM pro Gruppen-Reihe) gibt. Daher hat jeder Chip eine unterschiedliche Spalten-Sequenz von anderen Chips in derselben Reihe. Der Versatz-Wert für jeden Chip wird erzeugt, nachdem physikalische Fehler bestimmt worden sind, wenn ein Substrat hergestellt wird, wobei die Gruppe geprüft wird und dann ein eine Versetzung erzeugender Algorithmus für die fehlerhaften Eintragungen jedes XRAM betrieben wird.
  • Es können zahlreiche Algorithmen zur Erzeugung von Versatzwerten entwickelt werden. Das einfachste Vorgehen fügt einfach eine Zahl zu dem ersten Ort jedes Fehlers hinzu (und dieselbe Zahl zu allen Orten innerhalb derselben Anhäufung) und prüft dann die Chip-Karten erneut, um zu sehen, ob der koinzidente Fehler vermieden worden ist. Wenn eine Koinzidenz noch verbleibt, wird derselbe Ort (und diejenigen innerhalb derselben Anhäufung) erneut fortgeschaltet, und die Fehlerkarten werden erneut geprüft, u.s.w., bis der fortgeschaltete Wert die Zahl der möglichen Orte überschreitet.
  • Nachdem die Versatzzahlen erzeugt worden sind, werden sie als Tabelle, der Versatz-Wert-Tabelle (SVT) in dem lichtflüchtigen Speicher auf dem Substrat gespeichert.
  • Der pre-emptive Reihen-Ersatz (PRS) ereignet sich - wie der Name sagt - bevor die Datenübertragung beginnt. PRS verwendet eine Nachschlagtabelle, die pre-emptive Reihen-Ersatzkarte (PRSM), die anzeigt, ob eine bestimmte Reihe während der schwebenden Datenübertragung ersetzt werden muß. Fig. 10 veranschaulicht die PRSM 120, die an einen N-zu-1-Multiplexer 123 angeschlossen ist. Somit umfaßt ein Byte in der PRSM bis zu acht Reihen innerhalb des XRAM. Ein Mikroprozessor kann den Ausgang des Multiplexers 123 über den MPU-Port lesen. Falls die PRSM einen Reihenfehler anzeigt, leitet der Mikroprozessor die Datenübertragung so, daß sie innerhalb der Ersatzreihe von XRAMs arbeitet. Aufgrund der oben beschriebenen Anti-Koinzidenz-Technik (die in diesem Fall die startende Reihenadresse versetzt) wird jede fehlerhafte Reihe in der Haupt-Gruppe von einer Arbeitsreihe in der Ersatzreihe von XRAMs bestimmt. Das PRS-System verwendet eine ähnliche Orts-Versetzungstechnik, wie sie bei dem oben erwähnten DCS-System verwendet wird. Nach der Herstellung werden Reihen- Versatz-Werte in einen nicht flüchtigen SVT, der auf allen Substraten vorhanden ist, hineinprogrammiert. Derselbe Algorithmus, der zur Erzeugung der Spalten-Versatz-Werte verwendet wird, wird zur Erzeugung der Reihen-Versatz-Werte verwendet.
  • Da die Kombination von DCS und PRS eine 100% -Speicherkapazität von der Gruppe erzeugt, kann die Umwandlung von LBN zur Chip- Reihenadresse (CRA), zur Reihenadresse (ARA) und zum Substrat (SA) direkt sein. Wenn beispielsweise jedes Substrat eine Gruppe von acht x 32 enthält, wobei jeder Chip in der Gruppe 1024 Reihen hat, und für ein System mit acht Substraten, kann LBN wie folgt umgewandelt werden:
  • Chip-Reihenadresse, CRA (9:0) = LBN (9:0)
  • Gruppen-Reihenadresse, ARA (4:0) = LBN (14:10)
  • Substrat-Adresse, SA (2:0) = LBN (16:15)
  • worin (x:y) Bits x bis y einschließlich darstellt.
  • In einem solchen Beispiel, bei dem eine Reihe eine Länge von 1024 Spalten hat, würde die LBN einen Datenblock von 1024 Bytes in einem Bereich von 2 bis zur Potenz von 17 Blocks, oder 128 Megabytes auflösen. Diese unmittelbare Umwandlung von LBN in die verschiedenen physikalischen Adressen des Systems führt zu einer sehr kurzen Zugriffszeit.
  • Wenn das der von der LBN ausgewählten Reihe zugeordnete PRSM- Bit eine schlechte Reihe anzeigt, dann wird die Ersatzreihe von Chips aufgerufen, und ARA ist ungültig. CRA wird dann verwendet, um die Reihen innerhalb der Ersatzreihe von Chips auf dem ausgewählten Substrat zu adressieren.
  • Alle drei Nachschlagetabellen, die DCSM, die PRSM und die SVT, die gemeinsam den Kartenspeicher bilden, werden in einem nicht flüchtigen Speicher auf jedem XRAM-Substrat gespeichert. Fig. 11 zeigt eine mögliche Speicheranordnung, die die folgenden Parameter verwendet. Die Gruppe ist aus 8 x 32 XRAMs organisiert, worin jeder XRAM 1024 Reihen und 1024 Spalten hat. ARA definiert die Reihe von Chips und CRA definiert die Reihen mit individuellen XRAMs. Fig. 11 veranschaulicht die Speicherkarte für die verschiedenen Tabellen. Eingang 210 bis 212 bildet die DCSM für die Haupt-Gruppe. MCC 60 versorgt Spaltenorte, um innerhalb jedes DCSM-Eingangs zu adressieren, und ARA wählt aus, welchen Eingang. ARA wird der DCSM-Basis-Adresse 220 hinzugefügt, um die DCSM zu lokalisieren und adressiert den erforderlichen Eingang. Eine typische Kodierung für einen DCSM-Eingang 211 ist mit drei MSBUS- Bits für 1 bis 8 Chips dargestellt. Es gibt keinen neunten Eingang in der DCSM, da die anti-koinzidentale Versetzung garantiert, daß dort eine brauchbare Spalte an der durch MCC ausgewählten Spalte vorhanden ist. Falls ein Reihenfehler festgestellt wird, ist nach Bezugnahme auf PRSM und ARA die Adresse redundant, und es wird ein einzelner DCSM-Eingang für die Ersatzreihe über die Ersatz-Basis 225 adressiert. Bei diesem Beispiel ist ein DCSM-Eingang 1 K Bytes. PRSM-Eingänge werden unter Verwendung der Summe aus PRSM-Basis-Adresse und der ARA-Adresse lokalisiert. Da fehlerhalfte Reihen durch einzelne Bits in Bytes angezeigt werden, wird die CRA verwendet, um Reihen innerhalb von PRSM-Eingängen zu lokalisieren. In diesem Beispiel lokalisieren die sieben bedeutsamsten Bits von CRA ein Byte in der PRSM, und die niedrigsten drei Bits von CRA bestimmen, welches Bit in dem Byte. Es gibt keinen Ersatz-Eingang für die PRSM, da die anti-koinzidentale Versetzung garantiert, daß eine nutzbare Reihe bei der von CRA ausgewählten Reihe vorhanden ist. Ein Eingang innerhalb der SVT wird durch die SVT-Basis-Adresse 224 plus ARA lokalisiert. Ein typischer Eingang sind 4 Bytes mal 9 Chips lang (36 Bytes), und ein typischer Eingang ist bei 216 dargestellt. Die Versatz-Werte für Spalte und Reihe sind typischerweise 16 Bit-Worte. Im Fall einer Ersatzreihe wird die Ersatz-SVT entweder über die Ersatz- DCSM-Basis oder eine getrennte Basis lokalisiert. Der Kartenspeicher wird ebenfalls mit Basen, Tabellengrößen und verschiedenen Prüfsummen programmiert. Bei dem obigen Beispiel würden alle Tabellen weniger als 64 K Bytes einnehmen.
  • Fig. 12 zeigt die erste Ausführungsform eines Speichersystems vollständiger. Das Diagramm ist ähnlich wie in Fig. 7, wobei der HCIBUS 131 mit dem mit dem Kartenspeicher versehenen Port 130 und der System-Daten-Steuereinheit SDC 132 verbunden ist. Mikroprozessor, RAM und ROM bilden dieselbe Architektur wie in Fig. 7. Die Unterschiede gegenüber Fig. 7 bestehen in dem XRAM-Substrat 137 und der System-Zugriffs-Steuereinheit SAC 153.
  • Die in Fig. 6 dargestellten Daten-Ansteuerstufen auf dem Substrat sind durch einen Eingangs-Multiplexer IMUX 166 mit integrierter BUS-Ansteuer-Fähigkeit und durch den Ausgangs-Multiplexer OMUX 167 ersetzt worden. Diese Multiplexer kopieren und adressieren Daten jeweils von dem fehlerhaften XRAM in einer Reihe in der Gruppe 145 zu einem XRAM in der Ersatz-Spalte 165 um. Die IDC 150 versorgt die notwendigen R- und C-Leitungen (dies schließt die C-Leitung 149 zu der Ersatz-Spalte von XRAMs ein, und die Schreibtastung von ferne ist vorhanden aber nicht dargestellt, da in der Praxis diese Tastfunktion in die IDC integriert würde) zu der Gruppe und zu Ersatz-Spalten und Ersatz-Reihen von XRAMs. Die Ersatz-Reihe des XRAM 141 hat auch einen Ersatz-Spalten-Chip 164, so daß DCS ohne fehlerhafte Spalten in der Ersatz- Reihe ausgeführt werden kann. Das Substrat enthält auch die Karte 146, die ein nicht flüchtiger Speicher ist, der die DCSM, PRSM und SVT speichert. Wenn eine Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit erforderlich ist, ist es erwünscht, den Inhalt der DCSM auf einen Speicher mit schnellerer Zugriffszeit herunterzuladen, der bekannt ist als Hochgeschwindigkeits-DCSM (HDCSM) 152. Der bei dem PRSM-Zugriff-Mechanismus verwendete Ein-von-N-Multiplexer ist in Fig. 10 aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt. Dieser Multiplexer kann auf dem Substrat sein oder ein mit einem Kartenspeicher versehener Port des MPU. Alternativ kann die von diesem Multiplexer ausgeführte Auspackfunktion in der Software erzielt werden.
  • Unter Verwendung derselben Parameter von vorherigen Beispielen wird bei einer 8 x 32-Gruppe von 256 unvollkommenen Chips dafür gesorgt, daß sie durch Vorsehen eines Ersatz-XRAM pro Gruppen-Reihe (32 Ersatz-Chips) und einer Ersatz-Reihe von XRAMs (8 Ersatz-Chips) vollkommen erscheint. Aufgrund des Anti-Koinzidenz- Versetzverfahrens können die Ersatz-Chips auch fehlerhaft sein. Da ferner ein Spalten-Ersatz im Flug stattfindet, gibt es keine Verminderung der Daten-Rate. Die Notwendigkeit, Spalten- und Reihen-Versetz-Werte in die SAC einzuprogrammieren, führt zu einer kleinen Erh:hung der Zugriffszeit des Speichersystems. Üblicherweise werden nur Reihen-Versetzungen regelmäßig programmiert, da Spalten-Versetzungen einmal bei Inbetriebnahme des Systems programmiert werden können.
  • Das Beispiel in Fig. 12 zeigt die XRAM-Gruppe und den gesamten Ersatz auf demselben Substrat. In der Praxis kann der Ersatz entfernt sein und einfach auf dem Datenweg zwischen Substraten und SDC arbeiten, sofern Auswahisignale wie z.B. die C-Leitung mit Schreibauslösung von ferne verfügbar gemacht werden.
  • Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann fehlerhafte Spalten in dem Ersatz-Chip jeder Gruppen-Reihe wie auch in den Haupt- Chips dieser Reihe bei geeigneter Spalten-Adressen-Versetzung tolerieren, um alle Spalten-Fehler in der Gruppen-Reihe zu berücksichtigen. Eine fehlerhafte Reihe in einem der Haupt-Chips wird durch Kopieren in eine gute Reihe in der Ersatz-Reihe von Chips gehandhabt. Das System kann so modifiziert werden, daß es nur zwei vollkommene Chips benötigt, von denen einer ein Ersatz-Reihen-Chip für die Ersatz-Spalte und der andere ein Ersatz-Spalten- Chip für die Ersatz-Reihe ist. Wenn das Kopieren in eine fehlerhafte Reihe in einem Chip der Ersatz-Spalte auftritt, kann dies auf diese Weise weiter in eine Reihe in dem vollkommenen Ersatz- Reihen-Chip für die Ersatz-Spalte kopiert werden. Wenn das Kopieren in eine fehlerhafte Spalte in einem Chip der Ersatz-Reihe auftritt, kann dies in gleicher Weise weiter in eine Spalte in dem vollkommenen Ersatz-Spalten-Chip für die Ersatz-Reihe kopiert werden.
  • Bei der zweiten Ausführungsform, die nun beschrieben wird, braucht keiner der Chips vollkommen zu sein, und die Chips sind übliche Chips mit beliebigem Zugriff, z.B. DRAM's. Diese zweite Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis 18 beschrieben.
  • Fig. 13 zeigt ein übliches Computersystem, das einen Mikroprozessor (MPU) 301 umfaßt, der mit einem Speicher, einem Festspeicher (ROM) 305 und einem Speicher mit beliebigem Zugriff (RAM) 304 über einen bidirektionalen Daten-Bus 302 und einen Adressen-Bus 303 verbunden ist. Der Adressen-Bus speist drei wirksam getrennte Adressen-Busse in den RAM. Dies sind die Gruppen-Reihen-Adresse (ARA) 306, die Chip-Spalten-Adresse (CCA) 307 und die Chip-Reihen-Adresse (CRA) 308. Steuersignale und peripherische Schaltungen sind im Interesse der Klarheit ignoriert worden. ARA definiert, zu welcher von der Vielzahl von Gruppen- Reihen ein Zugriff erfolgen soll. CCA definiert den in den von ARA ausgewählten Chips zu adressierenden Spalten-Ort. CRA definiert den innerhalb der von ARA ausgewählten Chips zu adressierenden Reihen-Ort. Alle drei Busse werden als logische Adressen betrachtet, da die Aktion der Fehlertoleranz-Schaltung, die in der gedruckten RAM-Leiterplatte enthalten ist, diese logischen Adressen in neue physikalische Adressen modifizieren soll, wenn im Flug Fehler festgestellt werden. Fig. 14 beschreibt diese Schaltung in größeren Einzelheiten.
  • Fig. 14 zeigt die Grundschaltung des Fehlertoleranzsystems mit einem Speicher mit beliebigem Zugriff. Die Adressen-Busse ARA 322, CCA 321 und CRA 323 sind dargestellt und mit den Bussen äquivalent, die in Fig. 13 dargestellt sind. Daten-Ein 336 und Daten-Aus 366 sind dargestellt und äquivalent mit denen von Fig. 13. Im Interesse der Klarheit sind übliche Daten-Ausgangs-Auslöse- oder Bord-Auswahl-Signale nicht dargestellt, da diese in der Praxis allgemein benötigt werden. Ferner ist nur ein Teil der Haupt-Gruppe dargestellt. Gruppen-Spalten, denen das am wenigsten bedeutsame Daten-Bit 340 und das am meisten bedeutsame Bit 339 zugeordnet sind, sind als repräsentativ für alle Gruppen-Spalten dargestellt. Gruppen-Reihen, denen die am wenigsten bedeutsame Gruppen-Reihen-Adresse, die von dem ARA-Decoder-(AD)-326-Ausgang ED 360 dekodiert wurde und die am meisten bedeutsame Gruppen-Reihen-Adresse, die durch den AD-Ausgang EY 361 dekodiert wurde, zugeordnet sind, sind als repräsentativ für alle Gruppen-Reihen dargestellt.
  • Fig. 14 zeigt die beiden Karten, die die fehlerhaften Spalten- und Reihen-Orte definieren, nämlich die dynamische Spalten- Ersatz-Karte (DCSM) 320 bzw. die pre-emptive Reihen-Ersatz-Karte (PRSM) 331. Sie sind getrennt, um die System-Zugriffszeit durch parallelen Zugriff zu beiden zu vermindern. Die DCSM liefert Daten, die definieren, welcher Chip eine fehlerhafte Spalte an dem logischen Ort CCA hat. Diese Daten werden durch den MSBUS 335 zwei Multiplexern IMUX 332 und OMUX 333 zugeführt. Wenn während eines Daten-Schreibens einer der Chips in der ausgewählten Gruppen-Reihe durch den MSBUS als einen Spalten-Fehler enthaltend identifiziert wird und das Ereignis durch das Markierungs-Bit T337 von der DCSM gültig gemacht wird, werden Daten von dem identifizierten Bit in dem Daten-Ein-Bus über den IMUX in die Ersatz- Spalte von Chips auf der Datenleitung 338 kopiert. Das Schreibauslöse-(WE)-365-Signal wird durch das Tor 334 abgetastet, so daß nur der fehlerhafte Ort kopiert wird. Diese Abtastung wird der ausgewählten Reihe der Haupt-Gruppe oder der Ersatz-Reihe durch den Schreib-Abtast-Generator (WSG) 330 zugeführt. Der WSG ist ein allgemeiner Ein-von-N-Decoder. Während einer Daten-Lese-Operation wird der Ausgang des Ersatz-Chips dazu verwendet, den Datenstrom von dem fehlerhaften Chip über den OMUX zu ersetzen.
  • Im Fall einer fehlerhaften Reihe kann die PRSM eine bestimmte Reihe als schadhaft identifizieren, indem die SP 353-Leitung bestätigt wird. Dieser Zustand identifiziert eine logische Reihe als fehlerhaft, und ein Ersatz-Reihen-Ort wird auf dem Ersatz- Chip-Reihen-Adressen-Bus (RCRABUS) 325 zugeführt. Die SP-Leitung macht die Gruppen-Reihen-Ansteuerstufe (ARD) 327 für die Ersatz- Reihe wirksam und macht die von der ARA angeforderte Reihe unwirksam. Wenn die Ersatz-Reihe nicht benötigt wird, wird die ausgewählte ARD durch einen Eins-von-N-Decoder, den ARD-Decoder (AD) 326 wirksam gemacht. Wenn eine fehlerhafte Spalte in der Ersatz- Reihe durch einen "Ersatz-Reihen"-Eingang in der DCSM festgestellt wird, findet der normale Spalten-Ersatz statt. Die Aktion des Reihen-Ersatzes erlaubt, daß fehlerhafte Reihen in den Chips in der Ersatz-Gruppen-Reihe vorhanden sind. Die Zahl von Gruppen- Reihen (Nar), die gehandhabt werden können, ist gegeben durch:
  • Nar = INT (Rmax/(W*F)) - 1 (1)
  • worin bedeuten:
  • Rmax = Nummer der Reihen-Orte pro Chip, W = Nummer der Bits pro Gruppen-Reihe,
  • F = Nummer von fehlerhaften Reihen-Orten pro Chip.
  • Gleichung (1) ist der schlimmste Fall, da der (W*F)-Ausdruck durch Fehler verbessert wird, die an demselben Reihen-Ort in unterschiedlichen Chips derselben Gruppen-Reihe auftreten.
  • Jede Spalte von Chips in der Gruppe wird durch eine Gruppen- Spalten-Ansteuereinheit (ACD) 329 gesteuert, was in Fig. 14 dargestellt ist. Die ACD führt die Adressen zu, die von der Spalte der Chips angefordert werden, mit der sie verbunden ist. Die Speicher-Chips sind als dynamische Speicher 328 mit beliebigem Zugriff (DRAMs) dargestellt. Jedem Chip werden Adressen zugeführt, die von der ACD in Reihen-Adressen- und Spalten-Adressen- Phasen gemultiplext und von dem Adressen-Bus AB 354 zugeführt werden. Diese Phasen werden durch die Bestätigung der Reihen- Adressen-Abtast-(RAS)-Signale 363 bzw. der Spalten-Adressen-Abtast-(CAS)-Signale identifiziert. Alle DRAMs benutzen einen gemultiplexten Adressen-Bus und Norm-Sequenzen der RAS- und CAS- Taktsteuerung und werden hier nicht weiter beschrieben. Jeder Gruppen-Reihe werden Daten-Eingänge 340 bis 339 (das am wenigsten bedeutsame Bit bzw. das bedeutsamste Bit) zugeführt. Jede Spalte von Chips hat einen gemeinsamen Ausgang 341 bis 342 (am wenigsten bzw. am meisten bedeutsam).
  • Fig. 14 zeigt im Interesse der Klarheit nicht den Programmierungs-Daten-Weg für die ACD's. Die Spalten-Versatz-Werte weren in der DCSM gespeichert und in die ACDs mit Hilfe des System-Mikroprozessors programmiert, wenn das System mit Strom versorgt wird. Alternativ kann jede ACD einen nicht flüchtigen Speicher enthalten, der permanent die Spalten-Versatz-Werte speichert.
  • Fig. 15 beschreibt die ACD in größeren Einzelheiten. Da der Reihen-Ersatz stattfindet, bevor die Datenübertragung erfolgt, ist es nur notwendig, Mittel vorzusehen, um die Reihen-Adressen zu den DRAMs über den Z-Weg-2:1-Multiplexer 417 zu übertragen, wobei Z die Zahl der Reihen oder Spalten-Orte in irgendeinem RAM- Chip darstellt (es ist üblich, daß hier dieselbe Anzahl von Reihen- und Spalten-Orten vorhanden ist). Das Reihen-Auswahl-(SR)- Signal 415 wählt den RCRA-Bus-Eingang als Datenquelle über den Multiplexer aus. Die RCRA-Daten sind bereits durch die Aktion der PRSM-Karte transformiert worden, wenn eine Reihe ersetzt werden soll. Im Normalbetrieb führen übliche DRAMs erst Reihen-Adressen und dann Spalten-Adressen zu. Die Spalten-Adresse wird von dem CCA-Bus 413 in Fig. 5 zugeführt. Um koinzidentale Fehler zu verhindern (Fehler am selben CCA-Ort in unterschiedlichen Chips in derselben Gruppen-Reihe) wird der CCA-Wert dem Versatz-Wert für den ausgewählten Chip hinzugefügt. Die volle Addierstufe 416 addiert den CCA-Wert und die Inhalte von einem der in der Register- Bank 410 enthaltenen Register. Jedes Register ist Z Bits breit.
  • Die resultierende Summe wird dem Adressen-Multiplexer 417 über den SUMBUS 418 zugeführt. Die Verwendung der Addierstufe versetzt die logische Spalten-Adresse im Flug, um fehlerhafte Koinzidenzen zu vermeiden. Wenn Spaltenadressen von den DRAMs erforderlich sind, wählt das SR-Signal den SUMBUS als Quelle des Adressen- Werts aus.
  • Jede Spalte von Chips ist mit einem ACD versehen. Jedem Chip in der Gruppen-Spalte wird ein Spalten-Versatz-Wert gegeben, der in einem der Register in der Bank gespeichert wird. Der ARA-Bus wählt über einen Z-Weg-N-zu-Eins-Multiplexer 412 aus, welches Register erforderlich ist, wo N die Zahl von Reihen in der Gruppe plus 1 darstellt. Dieser Multiplexer versorgt den SVBUS 419, der den Inhalt eines der Register in der Bank auswählt. Der SVBUS führt auch eine Abruffähigkeit zu, um die korrekte Programmierung über den Programmierungs-Daten-Bus (PDB) 400 zu bestätigen. Der PDB führt auch die Daten während einer Register-Schreiboperation zu. Üblicherweise wird die Register-Bank durch den System-Mikroprozessor bei der Inbetriebnahme des Systems programmiert, und die Register werden geschrieben und in der Folge verifiziert, indem die geeigneten Daten auf dem PDB zugeführt und das Register durch den Wert auf der ARA ausgewählt wird. Nachdem die Haupt- Gruppen-Versatz-Werte programmiert worden sind, erfolgt ein Zugriff auf eine bekannte fehlerhafte Reihe, und dies erlaubt die Programmierung der der Ersatz-Gruppen-Reihe zugeordneten Register durch Bestätigung des SB-Signals 407.
  • Ausgangs-Daten (341 bis 343) von der Gruppe werden dem Ausgangs-Multiplexer (OMOX) in Fig. 14 zugeleitet. Dies ist in größeren Einzelheiten in Fig. 16 dargestellt. Ein ausgewählter Chip steuert den Ausgangs-Bus an, und somit werden normale und Ersatz- Reihen-Daten aufgelöst, indem jeweils nur ein ARD aktiv ist. Diese Daten-Busse speisen den OMUX als Bit 0432 zum Bit X440. Eine Vielzahl von 2:1-Multiplexern, die durch Tore 436, 437 und 438 gebildet werden, wählen Daten von der Gruppe (Bit 0 bis X) aus. Im Falle einer fehlerhaften Spalte wählt das T-Signal 435 einen der X-Ausgänge des Decoders 430 aus, um die Gruppen-Daten durch Daten von der Ersatz-Spalte von Chips zu ersetzen. Das für den Ersatz bestimmte Bit wird durch den MS-Eingang 431 über den MSBUS definiert.
  • Die DCSM, SVT und PRSM werden in einem nicht flüchtigen Speicher gespeiert. Dies ist üblich auf derselben gedruckten Leiterplatte wie es die DRAMs sind, auf die sich die Karte bezieht. Die PRSM ist üblich in einem getrennten Speicher, um eine parallele Auslesung von Karten-Inhalten zu erleichtern. Die Inhalte eines typischen PRSM sind in Fig. 17 dargestellt. Der PRSM wird von ARA und CRA adressiert, was durch die hexadezimale Darstellung 450 gezeigt ist. Im Falle einer fehlerhaften Reihe ist die Adresse der Reihe, die die fehlerhafte Reihe ersetzt, in dem RCRABUS-Feld 451 enthalten, was in Fig. 17 dargestellt ist. Eine fehlerhafte Reihe wird durch das SP452-Bit identifiziert, das üblicherweise auf eine logische Eins gesetzt wird. Wenn kein Fehler vorhanden ist, ist das SP-Bit Null, und die ursprüngliche CRA wird in die Karte programmiert, um die Notwendigkeit für einen externen Multiplexer zu eliminieren.
  • Ein typisches Format für die DCSM ist in Fig. 18 dargestellt. Die DCSM hat einen Zugriff durch die Kombination der DCSM-Basis- Adresse 500 plus ARA und CCA. Im Falle des Zugriffs zu der Ersatz-Gruppen-Reihe übersteuert die SP-Leitung den Wert von ARA. Ein übliches Beispiel des DCSM-Inhalts ist in Fig. 18 mit 509 bezeichnet. Das TAG-Bit identifiziert einen bestimmten Ort als fehlerhaft. Es erfolgt Zugriff zur SVT, die durch die SVT-Basis- Adresse 502 plus ARA, um bestimmte Gruppen-Reihen-Eingänge zu identifizieren. Wenn beispielsweise die Gruppe 16 Bit breit war, würde es in der SVT für eine bestimmte Gruppen-Reihe 16 + 1 Ein gänge geben. Da es erforderlich ist, die SVT zu lesen und den ACD mit Werten zu programmieren, die in der SVT enthalten sind, ist es notwendig, Computer-Zugriff zu der DCSM-Karte zu schaffen. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt, in der Praxis aber einfach durch die Verwendung eines mit einem Karten-Speicher versehenen Ports, der die Inhalte der DCSM lesen kann, während die Adresse der DCSM über CCA und ARA geändert wird.
  • Vorzugsweise wird eine getrennte DCSM für die Ersatz-Reihe von Chips vorgesehen, zu der parallel der Zugriff mit der DCSM für die Haupt-Gruppe und mit der PRSM erfolgt. Dies vermindert die Zugriffszeit zur Vermeidung der Notwendigkeit eines Zugriffs zuerst zur PRSM und dann zur DCSM. Vorzugsweise enthält auch jeder ACD eine zweite volle Addierstufe, die so ausgebildet ist, daß sie CCAs für die Ersatz-Reihen von Chips parallel mit der Erzeugung von CCAs für die ausgewählte Gruppen-Reihe erzeugt. Das SP-Signal von der PRSM wird verwendet, um passend den Ausgang von der ersten oder zweiten Addierstufe auszuwählen.
  • Vorzugsweise wird jeder Speicher-Chip nach der Herstellung automatisch geprüft, um seine Fehler-Orte zu lokalisieren. Die Test-Ausrüstung erzeugt dann eine gedruckte Aufzeichnung der fehlerhaften Orte, die mit dem Chip verpackt wird. Die gedruckte Aufzeichnung ist durch ein optisches Lesegerät lesbar und kann unmittelbar auf den Chip oder auf ein Etikett gedruckt werden, das dann an dem Chip befestigt wird.

Claims (6)

1.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem mit einer Anordnung primärer integrierter Schaltungen, einer redundanten integrierten Schaltung, wobei die jeweiligen primären und redundanten integrierten Schaltungen (328) einen Speicher umfassen, der eine Anordnung von in Zeilen und Spalten angeordneten Speicherstellen umfaßt, einer Mehrzahl von Datenleitungen (339 - 340), die an entsprechende Schaltungen in einer Zeile der besagten primären integrierten Schaltungen angeschlossen sind, um Daten in die Schaltungen dieser Zeile parallel einzuschreiben bzw. Daten aus den Schaltungen dieser Zeile parallel auszulesen, Mitteln zum jeweils einzelnen Erzeugen logischer Spaltenadressen (CCA), auf jede logische Spaltenadresse reagierenden Versetzungsmitteln (310, 416) zum Verbinden ausgewählter Spalten der entsprechenden primären integrierten Schaltungen mit ihren entsprechenden Datenleitungen, wobei mindestens einige der ausgewählten Spalten physikalische Adressen aufweisen, die sich von der logischen Spalten- Adresse unterscheiden, und wobei die besagten Versetzungsmittel so angeordnet sind, daß für jede primäre integrierte Schaltung mit einem Fehler in der ausgewählten Spalte ihre entsprechende Datenleitung mit einer nicht fehlerhaften Spalte in der redundanten integrierten Schaltung verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß zufallsmäßige besagte primäre und redundante integrierte Schaltungen (328) zufallsmäßige Spalten aufweisen, die fehlerhaft sind, und die besagten Versetzungsmittel (410, 416) programmierbare elektronische Mittel zum Umsetzen jeder logischen Spalten- Adresse in eine Menge physikalischer Spalten-Adressen, eine für jede primäre integrierte Schaltung und eine für die besagte redundante integrierte Schaltung, so daß nicht mehr als eine der physikalischen Spalten-Adressen der Menge in ihrer entsprechenden integrierten Schaltung der einer fehlerhaften Spalte entspricht, auf jede logische Spalten-Adresse (CCA) reagierende Kennzeichnungsmittel (DCSM) zum Kennzeichnen der primären integrierten Schaltungen, für die die umgesetzte physikalische Adresse einer fehlerhaften Spalte entspricht, und auf besagte Kennzeichnungsmittel (DCSM) reagierende elektronisch steuerbare Mittel (332, 333) zum Verbinden der Datenleitung für diese integrierte Schaltung mit der redundanten integrierten Schaltung umfassen.
2.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl der besagten Zeilen von primären integrierten Schaltungen, eine Zeile von spaltenredundanten integrierten Schaltungen, eine für jede Spalte von primären integrierten Schaltungen, und wobei jede besagte spaltenredundante integrierte Schaltung auch eine Anordnung von in Zeilen und Spalten angeordneten Speicherstellen umfaßt, wobei zufallsmäßige besagte primäre integrierte Schaltungen und spaltenredundante integrierte Schaltungen zufallsmäßige Zeilen aufweisen, die fehlerhaft sind, und wobei jede besagte Datenleitung (339 - 340) mit allen primären integrierten Schaltungen der zugehörigen Spalte und mit der spaltenredundanten integrierten Schaltung dieser Spalte verbunden ist, Mittel (ARA) zum jeweils einzelnen Auswählen der besagten Zeilen von primären integrierten Schaltungen und zum jeweils einzelnen Erzeugen von Speicherstellen-Zeilen-Adressen (CRA), programmierbare elektronische Mittel (PRSM) zum Umsetzen der Adresse jeder fehlerhaften Speicherstellen-Zeile in jeder Spalte von integrierten Schaltungen in eine Adresse einer nicht fehlerhaften Zeile in der zugehörigen spaltenredundanten integrierten Schaltung und mit zweiten Kennzeichnungsmitteln zum Kennzeichnen, wann die besagte fehlerhafte Speicherstellen-Zeile adressiert wird, um Verbindung der entsprechenden Datenleitung mit der spaltenredundanten integrierten Schaltung anstelle der primären integrierten Schaltung mit der fehlerhaften Speicherstellen-Zeile zu ermöglichen.
3.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche redundante integrierte Schaltung für die spaltenredundanten integrierten Schaltungen, um etwaige fehlerhafte Speicherstellen-Spalten in den besagten spaltenredundanten integrierten Schaltungen zu ersetzen.
4.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte erste Kennzeichnungsmittel (DCSM) eine durch die besagten logischen Spalten-Adreßerzeugungsmittel adressierte Nachschlagtabelle umfaßt.
5.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte erste und das besagte zweite Kennzeichnungsmittel (DCSM, PRSM) entsprechende Nachschlagtabellen umfassen, die parallel adressiert werden.
6.) Fehlertolerantes Datenspeichersystem nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mittel zum Umsetzen jeder logischen Spalten-Adresse in eine Menge physikalischer Spalten-Adressen ein programmierbares elektronisches Mittel (410), das eine Menge von Versatz-Werten speichert, und eine Menge schneller Addierer (416), die zum Addieren der entsprechenden besagten Versatz-Werte zu der logischen Spalten-Adresse (CCA) angeordnet sind, umfassen.
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