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Diese Anmeldung steht mit der gleichzeitig eingereichten
europäischen
Patentanmeldung Nr. 97 302 105.8 in Beziehung, die ihrerseits auf
der am 2. April 1996 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 08/626 540 (Aktenzeichen:
PWF 82811) beruht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet elektronischer Vorrichtungen mit eingebettetem Speicher
und ist insbesondere auf das Prüfen
und wahlweise Nachbessern bzw. Reparieren des eingebetteten Speichers
gerichtet.
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Ein eingebetteter Speicher ist ein
Speicher, der in einen Prozessor integriert ist. Der einge- bettete
Speicher kann der Speicher sein, der für die Kernfunktionalität des Prozessors
erforderlich ist, er kann auch der Datensicherungsspeicher sein,
in dem die Daten, die der Prozessor verarbeitet, gespeichert werden.
Viele Prozessoren enthalten einen kleinen Speicher, typisch in der
Größenordnung
von einigen Kilobit, der typisch in Speicherregistern angeordnet ist
und für
die Kernfunktionalität
des Prozessors erforderlich ist.
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Der Datensicherungsspeicher ist viel
größer als
der Speicher, den der Prozessor für seine Kernfunktionalität benötigt. Derzeit
ist dieser Speicher gewöhnlich
ein externer Speicher, d. h. er ist wegen der geringen Ausbeute
des Verfahrens zur Herstellung der Schaltung und der hohen Kosten
der Prüfung
und Nachbesserung des Speichers nicht in dieselbe integrierte Schaltung
wie der Prozessor eingebettet. Ein Ziel der Halbleiterindustrie
ist die Erhöhung
der Prozessorgeschwindigkeit. Ein Weg, um die Prozessorgeschwindigkeit
zu erhöhen,
ist das Einbetten des Speichers, der für die Speicherung der Daten
für den Prozessor
benutzt wird.
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Wenn sich der für die Datenspeicherung verwendete
Speicher auf einem anderen Chip als der Prozessor befindet, müssen die
beiden Chips elektrisch verbunden sein. Die Ein /Ausgangsstifte des Prozessors
sind über
externe metallische Verbindungen an die Ein/Ausgangsstifte des Speichers
angeschlossen. Dadurch verlängert
sich die Zeit, die der Prozessor benötigt, um Daten aus dem Speicher
zu lesen und Daten in den Speicher zu schreiben. Ein Einbetten des
Speichers in den Prozessor verkürzt die
Zeit, die der Prozessor benötigt,
um auf den Speicher zuzugreifen. Da der Speicher nun keine externen
Ein/Ausgangsstifte benötigt,
die bisher für
den Anschluss an den Prozessor notwendig waren, sind außerdem die
Kosten für
die Verkapselung des Speichers stark reduziert. Außerdem kann
der Speicher nun speziell für
den Mikroprozessor konfiguriert werden, in den er eingebettet wird.
Das Einbetten des Speichers in den Prozessor beseitigt außerdem die Notwendigkeit
externer metallischer Verbindungen, wodurch sich die Fertigungsgenauigkeit
der Verbindungen in dem kombinierten Produkt erhöht.
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Beispielsweise kann eine übliche Speichervorrichtungskonstruktion
mit dem Speicherfeld und den peripheren Schaltungen, die für den Betrieb
des mit dem Prozessor gekoppelten Speicherfeldes notwendig sind,
in den Prozessor eingebettet werden. Da die meisten der üblichen
Speichervorrichtungen Ein-/Ausgangsanschlüsse haben, würde der
eingebettete Speicher die Ein-/Ausgangsanschlüsse haben, diese würden jedoch
von dem Speicherfeld und den peripheren Schaltungen des Speicher
getrennt werden, obgleich sie dann, wenn sie von der Speichervorrichtung
und den peripheren Schaltungen getrennt sind, für das Funktionieren des Speichers
nicht erforderlich sind und entfernt werden könnten. Dies setzt den Platz
frei, der bisher von diesen Anschlussflächen belegt war, wodurch sich
die Gesamtabmessungen des Speichers verringern. Dies würde jedoch eine
Speichervorrichtung erfordern, die ohne die Ein-/Ausgangsanschlüsse hergestellt
ist.
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Sowohl der Speicher als auch der
Prozessor werden geprüft,
um zu gewährleisten,
dass sie keine Funktionsstörung
haben. Typisch wird jede Zelle eines Speichers geprüft, um sicherzustellen,
dass es keine fehlerhaften Zellen gibt. Ein schwerer Fehler in einer
Speicherzelle macht die Zelle betriebsunfähig. Wenn die Zelle nicht ersetzt
wird, kann die gesamte Speichervomchtung versagen. Daher muss eine
fehlerhafte Speicherzelle entweder ersetzt werden oder der gesamte
Chip muss verworfen werden. Wenn der Speicher in einen Prozessor
eingebettet wird, erhöhen
sich die Kosten eines Verwerfens des Chips.
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Da die Abmessungen des Bauelements
verringert werden und sich die Dichte der Bauelemente pro Flächeneinheit
einer Halbleitervorrichtung erhöht,
sinken die Kosten der Vorrichtung, während ihre Geschwindigkeit
zunimmt. Da jedoch die Abmessungen der Bauelemente abnehmen und
ihre Dichte zunimmt, schrumpft auch die Größe eines Defekts, der einen
Ausfall bewirken kann. Außerdem nimmt
mit der Geschwindigkeit, mit welcher Prozessoren Daten verarbeiten,
auch der Datenumfang, der den Prozessoren zur Verfügung gestellt
werden kann, zu, wobei sich gewöhnlich
die Größe des Speichers
zur Datenspeicherung erhöht.
Da die Größe und die
Gesamtzahl der Bauelemente in einer Speichervorrichtung ständig zunehmen,
steigen die Kosten jeder Speichervorrichtung und daher die Kosten jeder
nicht verwendbaren Speichervorrichtung.
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In Speichervorrichtungen werden häufig redundante
Spalten und/oder Reihen verwendet, um zu verhindern, dass ein einziger
Defekt die gesamte Vorrichtung unbrauchbar macht. Die Entscheidung, ob
redundante Spalten und/oder Reihen verwendet werden, beruht auf
einem Abwägen
des zusätzlichen Platzes
auf dem Chip, der für
die Redundanz-Architektur benötigt
wird, und der Ausbeute des Herstellungsverfahrens, wenn keine Redundanz
verwendet wird. Wenn die Ausbeute hoch genug ist, dann ist es preiswerter,
die wenigen Speicher mit fehlerhaften Zellen zu verwerfen, als jedem
Speicher die Redundanz-Architektur
hinzuzufügen.
Wenn die Ausbeute nicht hoch genug ist, kann die Redundanz-Architektur den Ausbeuteverlust
dieser Speichervorrichtungen beträchtlich verringern, indem eine
Spalte oder Reihe, die in einer ihrer Speicherzellen einen Defekt enthält, durch
eine redundante Spalte oder Reihe ersetzt wird. Dies kann eine Speichervorrichtung,
die andernfalls unbrauchbar wäre,
retten.
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Die Fehler in den Speicherzellen
werden beim erstmaligen Prüfen
festgestellt, woraufhin die redundanten Spalten oder Reihen aktiviert
werden können,
um die Spalten oder Reihen, die fehlerhafte Zellen enthalten, zu
ersetzen. Falls irgendwelche der Speicherzellen fehlerhaft sind,
wird eine umfassende Prüfung
an dem Speicher ausgeführt,
um zu ermitteln, welche dies sind. Die Prüfanlage zum Prüfen von
Speichern wird an die Ein/Ausgangsanschlüsse des Speichers angeschlossen.
Bei einem in den Prozessor eingebetteten Speicher ist dies gewöhnlich nicht
möglich.
Es gibt entweder keine externen Ein/Ausgangsanschlüsse an dem
Speicher, um die Prüfanlage
anzuschließen
oder einige ex terne Ein-/Ausgangsanschlüsse bleiben zwar, reichen jedoch
nicht aus, um jede Speicherzelle zu prüfen. Folglich muss der Speicher
durch den Prozessor geprüft
werden.
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Prozessoren werden ebenfalls geprüft, um zu
gewährleisten,
dass sie richtig funktionieren. Die Prüfanlage zum Prüfen von
Prozessoren wird an die Ein-/Ausgangsanschlüsse des Speichers angeschlossen.
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Ein Problem des Standes der Technik
ist, dass die Kosten zum Prüfen
eines Chips ansteigen, wenn ein Speicher in einen Prozessor eingebettet
ist. Dies gilt insbesondere für
die Prüfung,
die erforderlich ist, um festzustellen, welche Speicherzelle fehlerhaft
ist. Um genau herauszufinden, welche Speicherzelle fehlerhaft ist,
muss der Speicher umfassend geprüft
werden. Bei einer modernen Technologie wird der eingebettete Speicher
durch den Prozessor geprüft,
wobei die Ein-/Ausgangsanschlüsse
des Prozessors benutzt werden, da der Speicher keine oder ungenügend eigene
Ein-/Ausgangsanschlüsse
aufweist. Die Prüfanlage
für Prozessoren
ist wenigstens einige Male teurer als eine vergleichbare Prüfanlage für Speicher.
Sowohl der Speicher als auch der Prozessor müssen nun auf der Prozessorprüfanlage
geprüft
werden, wodurch sich die Zeit, die jeder Chip auf der Prozessorprüfanlage
verbringen muss, um die Zeit, die für die Ausführung der Speicherprüfungen erforderlich
ist, verlängert.
Deshalb müssen
entweder
- (1) mehr sehr teure Prozessor-Prüfanlagen
eingesetzt werden, um sowohl den Prozessor als auch die Speicher
zu prüfen,
die nun nur durch den Prozessor geprüft werden können, wodurch sich die Kosten
jedes Chips drastisch erhöhen;
oder
- (2) die Zykluszeit der Produktion einer bestimmten Anzahl von
Prozessoren, die eingebettete Speicher enthalten, wird viel länger als
für Prozessoren
ohne eingebettete Speicher sein.
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Unabhängig davon, ob der Speicher
nachgebessert wird oder nicht, werden die Kosten des Chips steigen,
da bei beiden Methoden jede Speicherzelle immer noch geprüft werden
muss. Obgleich dann, wenn der Speicher auch nachgebessert wird,
die Prüfzeit
noch länger
ist und daher die Kosten noch höher
sind. Wenn der Speicher klein ist, ist dieser Anstieg gering. Wenn
jedoch der Speicher die Größe eines
Speichers hat, der zur Datenspeicherung verwendet wird, die zwischen
einigen Hundert Kilobit und vielen Megabit oder mehr lie gen kann,
dann ist dieser Anstieg unerschwinglich. Dies macht die Kosten des
Einbettens von Speichern für
eine Datenspeicherung in einen Prozessor, trotz aller Vorteile,
die aus dem Einbetten des Speichers in den Prozessor erzielt werden,
wie oben beschrieben worden ist, unpraktisch und verhindert das
Erreichen des seit langem anerkannten Ziels, die Geschwindigkeit,
mit welcher der Prozessor auf Daten zugreifen kann, zu erhöhen.
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Das Dokument US-A-3 961 251, das
die Grundlage für
den Oberbegriff der Ansprüche
1 und 15 bildet, beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit mehreren
Logikschaltungen und einem Speicherfeld. Die Logikschaltungen könnten beispielsweise
Register, Decodierer usw. sein. Es sind Primäreingänge vorgesehen. Diese Eingänge sind
Eingänge
in die Logikschaltungen. Außerdem
sind einige zusätzliche dieser
Eingänge
eingerichtet, um die Logik zu umgehen und Eingänge in Adressgatter zu bilden,
die Bestandteil der Speicheranordnung sind. Die Adressgatter sind
so eingerichtet, dass sie in einer Prüfbetriebsart Daten empfangen,
die die Logikschaltung umgangen haben, und in einer normalen Betriebsart Daten
von der Logikschaltung empfangen. Die Logikschaltung kann geprüft werden.
Dies umfasst das Schreiben von Daten in den Speicher. Der Speicher wird
dann zu einer gespeicherten Tabelle, mit welcher die Logik geprüft werden
kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen einer integrierten Schaltung
geschaffen, die sowohl Speicher als auch Logik enthält, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Der Speicher wird
zeitweise an einen oder mehrere Zwischenverbindungsanschlüsse über eine
jeweilige oder mehrere Schalt-Schaltungen,
die jeweils einen jeweiligen Steuereingang haben, in Reaktion auf
einen zweiten logischen Zustand, der an dem Steuereingang empfangen
wird, angekoppelt, der Speicher wird geprüft, der Speicher wird von dem
einen oder den mehreren Zwischenverbindungsanschlüssen abgekoppelt
und die Logik wird an einen oder die mehreren Zwischenverbindungschlüsse über den
jeweiligen einen oder die mehreren Schalt-Schaltungen in Reaktion
auf einen ersten logischen Zustand, der an dem Steuereingang empfangen
werden ist, angekoppelt.
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Das Verfahren könnte des Weiteren den Schritt
der Nachbesserung bzw. Reparatur des Speichers umfassen, der bedingt
nach dem Schritt zum Prüfen
des Speichers ausgeführt wird.
Der Schritt der Nachbesserung bzw. Reparatur könnte das Ersetzen fehlerhafter
Speicherzellen durch redundante Speicherzellen umfassen.
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Jede der einen oder mehreren Schalt-Schaltungen
mit einem Steuereingang könnte
an den Speicher angekoppelt sein und in Reaktion auf einen ersten
logischen Zustand, der am Steuereingang empfangen wird, mit der
Logik gekoppelt werden und in Reaktion auf einen zweiten logischen
Zustand, der am Steuereingang empfangen wird, mit einem von allen
Speicher-Zwischenverbindungsanschlüssen gekoppelt werden. Der
Schritt des Abkoppelns des Speichers von den Zwischenverbindungsanschlüssen könnte in
Reaktion auf einen ersten logischen Zustand, der an dem Steuereingang
empfangen wird, erfolgen.
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Das Verfahren könnte des Weiteren umfassen:
Die Zwischenverbindungsanschlüsse
werden an eine Speicherprüfanlage
angekoppelt, was vor dem Schritt zum Prüfen des Speichers durchgeführt ist,
ein Flag-Bit wird auf einen dritten logischen Zustand, um anzuzeigen,
dass der Speicher nicht defekt ist, und auf einen vierten logischen
Zustand gesetzt, um anzuzeigen, das der Speicher defekt ist, was
nach dem Schritt zum Prüfen
des Speichers durchgeführt
wird; der Speicher wird von der Speicherprüfanlage abgekoppelt; in Reaktion
auf den dritten logischen Zustand an dem Flag-Bit wird der Prozessor
an die Zwischenverbindungsanschlüsse
angekoppelt, werden die Zwischenverbindungsanschlüsse an eine
Prozessorprüfanlage
angekoppelt, wird der Prozessor geprüft und werden die Zwischenverbindungsanschlüsse von
der Prozessorprüfanlage
abgekoppelt. In Reaktion auf den dritten logischen Zustand an dem
Flag-Bit könnte
das Verfahren des Weiteren den Schritt der abschließenden Prüfung der integrierten
Schaltung umfassen, der nach dem Schritt zum Prüfen des Prozessors ausgeführt wird.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung könnten
ein Verfahren zum Prüfen
einer integrierten Schaltung schaffen, die eine Prozessor und einen
eingebetteten Speicher enthält,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ankoppeln des
Speichers an einen oder mehrere der Zwischenverbindungsanschlüsse, Prüfen des
Speichers, Abkoppeln des Speichers von den Zwischenverbindungsanschlüssen und
Ankoppeln des Prozessors an die Zwischenverbindungsanschlüsse.
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Das Verfahren könnte des Weiteren den Schritt
des Prüfens
des Prozessors umfassen, der nach dem Schritt des Ankoppelns des
Prozessors an die Zwischenverbindungsanschlüsse ausgeführt wird.
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Das Verfahren könnte des Weiteren die folgenden
Schritte umfassen: Ankoppeln des Prozessors an die Zwischenverbindungsanschlüsse, Prüfen des
Prozessors und Abkoppeln des Prozessors von den Zwischenverbindungsanschlüssen, wobei
der Schritt des Ankoppelns des Speichers an einen oder mehrere der
Zwischenverbindungsanschlüsse
nach dem Schritt des Abkoppelns des Prozessors von den Zwischenverbindungsanschlüssen ausgeführt wird. Der
Schritt des Abkoppelns des Prozessors von den Zwischenverbindungsanschlüssen und
der Schritt des Ankoppelns des Speichers an die Zwischenverbindungsanschlüsse könnten gleichzeitig
ausgeführt werden.
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Das Verfahren könnte des Weiteren den Schritt
des Nachbesserns bzw. Reparierens des Speichers umfassen, der nach
dem Schritt zum Prüfen
des Speichers bedingt ausgeführt
wird. Der Schritt des Nachbesserns bzw. Reparierens könnte das
Ersetzen fehlerhafter Speicherzellen durch redundante Speicherzellen
umfassen.
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Das Verfahren könnte des Weiteren umfassen:
Eine oder mehrere Schalt-Schaltungen, die einen Steuereingang haben,
könnten
jeweils an den Speicher angekoppelt sein und in Reaktion auf einen ersten
logischen Zustand, der am Steuereingang empfangen wird, an den Prozessor
angekoppelt werden und in Reaktion auf einen zweiten logischen Zustand,
der am Steuereingang empfangen wird, an einen von allen Speicher-Zwischenverbindungsanschlüssen angekoppelt
werden. Der Schritt des Abkoppelns des Speichers von den Zwischenverbindungsanschlüssen könnte in
Reaktion auf einen ersten logischen Zustand, der am Steuereingang
empfangen wird, erfolgen.
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Der Schritt des Abkoppelns des Speichers von
den Zwischenverbindungsanschlüssen
könnte gleichzeitig
mit dem Schritt des Ankoppelns des Prozessors an die Zwischenverbindungsanschlüsse ausgeführt werden.
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Das Verfahren könnte des Weiteren den Schritt
der abschließenden
Prüfung
der integrier ten Schaltung umfassen, der nach dem Schritt des Ankoppelns
des Prozessors an die Zwischenverbindungsanschlüsse ausgeführt wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Schaltung geschaffen,
die aufweist: eine Logik, einen Speicher, einen oder mehrere Zwischenverbindungsanschlüsse, eine
oder mehrere Schalt-Schaltungen, die jeweils einen Steuereingang
haben, die jeweils an einem Ende an einen der Zwischenverbindungsanschlüsse angekoppelt
sind und die jeweils an einem anderen Ende in Reaktion auf einen
ersten logischen Zustand, der an dem Steuereingang empfangen wird,
an den Prozessor angekoppelt sind und an einem anderen Ende in Reaktion
auf einen zweiten logischen Zustand, der an dem Steuereingang empfangen
worden ist, an den Speicher angekoppelt sind.
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Die integrierte Schaltung könnte des
Weiteren eine Speicherprüfschaltung
umfassen, die an jeden Steuereingang zur Steuerung der Schalt-Schaltung
angekoppelt ist. Die integrierte Schaltung könnte des Weiteren eine Strombegrenzungseinrichtung umfassen,
die zwischen Masse und der Speicherprüfschaltung und der Schalt-Schaltung
angekoppelt ist. Diese Strombegrenzungseinrichtung könnte einen
Transistor umfassen, der eine Länge
und eine Breite hat, wobei die Länge
größer als
die Breite ist.
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Jede Schalt-Schaltung könnte in
Reaktion auf einen ersten logischen Zustand am Steuereingang den
Prozessor an die Zwischenverbindungsanschlüsse ankoppeln und den Speicher
von den Zwischenverbindungsanschlüssen abkoppeln.
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Jede Schalt-Schaltung könnte in
Reaktion auf einen zweiten logischen Zustand am Steuereingang den
Speicher an die Zwischenverbindungsanschlüsse ankoppeln und den Prozessor
von den Zwischenverbindungsanschlüssen abkoppeln.
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Jede der Schalt-Schaltungen könnte ein
erstes und ein zweites Paar von Durchlasselementen aufweisen. Jedes
Durchlasselement könnte
aus einem N-Kanal-Transistor gebildet sein.
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Der Prozessor könnte ein beliebiger digitaler Signalprozessor,
ein Mikroprozessor, eine Videokompressionseinrichtung oder ein DRAM
sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung könnten
einen Computer schaffen, der eine Eingabeeinrichtung, eine Ausgabeeinrichtung
und eine integrierte Schaltung aufweist, die an die Eingabeeinrichtung
und die Ausgabeeinrichtung angekoppelt ist, die einen Prozessor,
ein Speicherfeld, eine oder mehrere Schalt-Schaltungen mit einem
Steuereingang aufweist, wovon jede an einen der Zwischenverbindungsanschlüsse angeschlossen
ist und in Reaktion auf einen ersten logischen Zustand, der am Steuereingang
empfangen wird, an den Prozessor angekoppelt wird und in Reaktion
auf einen zweiten logischen Zustand, der am Steuereingang empfangen
wird, an den Speicher angekoppelt wird.
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Der Computer könnte des Weiteren eine Speicherprüfschaltung
umfassen, die an jeden Steuereingang zur Steuerung der Schalt-Schaltung
angekoppelt ist. Der Computer könnte
des Weiteren eine Strombegrenzungseinrichtung umfassen, die zwischen
Masse und der Speicherprüfschaltung
und der Schalt-Schaltung angekoppelt ist. Diese Strombegrenzungseinrichtung
könnte
einen Transistor aufweisen, der eine Länge und eine Breite hat, wobei
die Länge
größer als
die Breite ist.
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Jede Schalt-Schaltung könnte in
Reaktion auf einen ersten logischen Zustand am Steuereingang den
Prozessor an die Zwischenverbindungsanschlüsse ankoppeln und den Speicher
von den Zwischenverbindungsanschlüssen abkoppeln.
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Jede Schalt-Schaltung könnte in
Reaktion auf einen zweiten logischen Zustand am Steuereingang den
Speicher an die Zwischenverbindungsanschlüsse ankoppeln und den Prozessor
von den Zwischenverbindungsanschlüssen abkoppeln.
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Jede der Schalt-Schaltungen könnte ein
erstes und ein zweiten Paar von Durchlasselementen aufweisen. Jedes
Durchlasselement könnte
ein Durchlassgatter aufweisen, das ein Paar von komplementären Transistoren
hat, deren Leiterpfade parallel geschaltet sind.
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Der Prozessor könnte ein Mikroprozessor sein.
Der Speicher könnte
ein DRAM sein.
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Die vorliegende Anmeldung offenbart
ein Verfahren und Schaltungen, um einen eingebetteten Speicher mittels
einer Schalt-Schaltung während
einer Speicherprüfbetriebsart
an die Zwischenverbindungsanschlüsse
anzukoppeln. Dies ermöglicht,
den Speicher über
die Zwischenverbindungsanschlüsse an
die Speicherprüfanlage
anzuschließen
und auf der Speicherprüfanlage
statt auf der Prozessorprüfanlage
zu prüfen.
In der Speicherprüfbetriebsart
ist der Speicher an die Zwischenverbindungsanschlüssen angekoppelt.
Im normalen Betrieb der Schaltung ist der Prozessor, an den der
Speicher angeschlossen ist, an die Zwischenverbindungsanschlüsse angekoppelt.
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Ein maßgeblicher Vorteil der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist, dass der überwiegende Teil der Speicherprüfung unter
Verwendung der preiswerteren Speicherprüfanlage statt der teureren
Prozessorprüfanlage
ausgeführt
werden kann.
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Ein weiterer Vorteil der Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ist, dass ein Speicher ohne eigene Speicher-Zwischenverbindungsanschlüsse verwendet
werden kann oder die Anzahl der Speicher-Zwischenverbindungsanschlüsse verringert
werden kann, wodurch auf dem Chip Platz gespart wird.
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Weitere Vorteile und Gegenstände der
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten beim Konsultieren der
folgenden genauen Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung
deutlich werden.
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1 ist
ein Blockschaltplan einer integrierten Schaltung, die einen eingebetteten
Speicher gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 ist
ein Schaltschema der integrierten Schaltung von 1, die eine Ausführungsform der Schalt-Schaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
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3 ist
ein Schaltschema der integrierten Schaltung von 1, die eine weitere Ausführungsform
der Schalt-Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält;
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4 ist
ein Blockschaltplan eines Computers, der die integrierte Schaltung
mit dem die vorliegende Erfindung verkörpernden eingebetteten Speicher
enthält.
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1 zeigt
eine integrierte Schaltung 10, die einen eingebetteten
Speicher gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst. Die integrierte Schaltung 10 enthält einen
Speicher 12, einen Prozessor 14 und Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N .
Der Speicher 12 ist an den Prozessor 14 angekoppelt.
Bei der gegenwärtigen
Technologie werden typisch DRAMs für die Datenspeicherung verwendet,
obwohl beliebige herkömmliche Speicher,
wie etwa SRAMs, verwendet werden können, die besser mit der Technologie
zur Herstellung des Prozessors kompatibel sind. Jeder der Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N kann
in Abhängigkeit
von der Funktionalität
der Bauelemente der integrierten Schaltung 10, an welche
der Anschluss angekoppelt ist, ein Ein/Ausgangsanschluss, nur ein
Eingangsanschluss oder nur ein Ausgangsanschluss sein. Mit den Ein-/Ausgangsanschlüssen und
Eingangsanschlüssen
sind Eingangsschaltungen 200 , ... 20N gekoppelt und mit den Ein-/Ausgangsanschlüssen und
Ausgangsanschlüssen
sind Ausgangsschaltungen 240 , ... 24N gekoppelt. An die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N können vor
einer elektrostatischen Entladung schützende Bauelemente gekoppelt
sein.
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Die Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N sind
an die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N angekoppelt.
Die Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N sind außerdem an den Speicher 12 und
den Prozessor 14 angekoppelt.
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Die Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N werden durch
eine Speicherprüfschaltung 28 gesteuert.
Der Ausgang der Speicherprüfschaltung
ist an den Steuereingang jeder der Schalt-Schaltungen angekoppelt. Die Speicherprüfschaltung
kann sich irgendwo auf der integrierten Schaltung 10 befinden.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist die Speicherprüfschaltung 28 einfach
ein Speicherprüfanschluss
(im Folgenden Speicherprüfanschluss 28),
obwohl jede herkömmliche
Speicherprüfschaltung,
die in der Lage ist, zwei unterscheidbare logische Zustände an ihren
Ausgängen
zu erzeugen, verwendet werden kann. Eine Strombegrenzungseinrichtung 29 ist
zwischen den Ausgang des Speicherprüfanschlusses 28 und
die Steuereingänge
der Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N geschaltet. Die Strombe grenzungseinrichtung 29 kann
irgendeine Einrichtung sein, die die Verlustleistung mindert oder
beseitigt, wenn der Speicherprüfanschluss
auf niedrigem Pegel ist. Die Strombegrenzungseinrichtung 29 kann
irgendeine Einrichtung sein, die einen hohen Wi-derstand erzeugt,
wobei sie vorzugsweise ein N-Kanal-Transistor (im Folgenden Transistor 29)
ist, dessen Länge
viel größer als
dessen Breite ist. Das Verhältnis
der Länge
zur Breite des Transistors 29 ist in der bevorzugten Ausführungsform
in der Größenordnung
von 100 zu 1.
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Die Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N ermöglichen,
dass die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N an den Speicher 12 oder an
den Prozessor 14 angekoppelt werden. Es müssen genügend Schalt-Schaltungen 26p,... 26N vorhanden sein, damit genügend Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N an
den Speicher 12 angekoppelt werden können, um zu ermöglichen,
dass der Speicher 12 an die Speicherprüfanlage angeschlossen und geprüft wird. In
der in 1 gezeigten integrierten
Schaltung 10 ist jeder der Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N an
eine der Schalt-Schaltungen 260 ,
... 26N angeschlossen. In alternativen
Ausführungsformen
der Erfindung könnten
jedoch einige Zwischenverbindungsanschlüsse 200 ,
... 20N nur an den Prozessor 14 oder
nur an den Speicher 12 angekoppelt sein.
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Jeweils einer der Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N ist
an den Eingang jeweils einer der Schalt-Schaltungen 260 , ... bzw. 26N angekoppelt. Der
Prozessor 14 ist an den ersten Ausgang jeder der Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N angeschlossen. Der
Speicher 12 ist an den zweiten Ausgang jeder der Schalt-Schaltungen 260 , ... 26N angeschlossen.
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Im normalen Betrieb der Schaltung
ist der Prozessor 14 in Reaktion auf einen ersten logischen Zustand
am Speicherprüfanschluss 28 durch
die Schaltschaltungen 260 , ... 26N an die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N angekoppelt.
Der erste logische Zustand ist vorzugsweise der niedrige Pegel (low),
da dieser nicht bedingt, dass am Speicherprüfanschluss 28 während der
normalen Betriebsart der integrierten Schaltung 10, die
die längste
Zeit Anwendung findet, eine Verlustleistung auftritt. In der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist der Speicher in der normalen Betriebsart der Schaltung
nicht an die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 ,
... 20N angeschlossen. Wenn die
Schaltung in die nor male Betriebsart eintritt, werden die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N an
den Prozessor 14 angekoppelt. Wenn die Schaltung 10 von
der Speicherprüftietriebsart
in die normale Betriebsart eintritt, werden die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N vom
Speicher 14 abgekoppelt und an den Prozessor 14 angekoppelt.
In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt dies gleichzeitig.
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In einer Speicherprüfbetriebsart
ist der logische Zustand am Speicherprüfanschluss 28 dem
hohen Pegel (high) entsprechend, wodurch bewirkt wird, dass die
Schalt-Schaltung die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 ,
... 20N vom Prozessor 14 abkoppelt
und an den Speicher 12 ankoppelt, falls sie an den Prozessor 14 gekoppelt
sind, wenn die Schaltung in die Speicherprüfbetriebsart eintritt. In der
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt dies gleichzeitig, wenn die Schaltung in die
Speicherprüfbetriebsart
eintritt. Das Ankoppeln des Speichers 12 an die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N ermöglicht den
Zwischenverbindungsanschlüssen,
den Speicher 12 zu prüfen.
Die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N können an
die Speicherprüfanlage
angeschlossen werden und der Speicher 12 kann geprüft werden.
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Diese Erstprüfung ist typisch sehr gründlich und
Fehler in Speicherzellen werden gewöhnlich während dieser Erstprüfung aufgefunden.
Falls in dem Speicher redundante Spalten oder Reihen verfügbar sind,
können
nun die redundanten Spalten oder Reihen aktiviert werden, um die
fehlerhafte Zellen enthaltende Spalten oder Reihen zu ersetzen. Falls
irgendwelche der Speicherzellen fehlerhaft sind, wird eine umfassende
Prüfung
des Speichers ausgeführt,
um zu ermitteln, welche dies sind. Die Entscheidung darüber, ob
eine Redundanz-Architektur verwendet wird, beruht auf einem Abwägen des zusätzlichen
Platzes auf der Chip, der für
die Redundanz-Architektur benötigt
wird, und der Ausbeute des Herstellungsverfahrens, wenn keine Redundanz
verwendet wird. Wenn die Ausbeute hoch genug ist, dann ist es preiswerter,
die wenigen Speicher mit fehlerhaften Zellen zu verwerfen, als jedem
Speicher die Redundanz-Architektur hinzuzufügen. Wenn die Ausbeute nicht
hoch genug ist, kann die Redundanz-Architektur den Ausbeuteverlust
dieser Speichervorrichtungen beträchtlich verringern, indem eine
Spalte oder Reihe, die in einer ihrer Speicherzellen einen Defekt
enthält,
durch eine redundante Spalte oder Reihe ersetzt wird. Dies kann
eine Vorrichtung, die andernfalls unbrauchbar wäre, retten.
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Der Prozessor wird geprüft, um zu
gewährleisten,
dass er richtig funktioniert. Der Prozessor kann vor oder nach der
Prüfung
des Speichers geprüft
werden. Die Verbindungen zwischen dem Speicher und dem Prozessor
werden ebenfalls geprüft. Die
Verbindungen werden geprüft,
indem von dem Prozessor auf den Speicher zugegriffen wird. Die Prüfung der
Verbindungen ist eine viel kürzere
Prüfung
als die erstmalige Speicherprüfung
und erfordert keine langandauernde Benutzung der teuren Prozessorprüfanlage.
Der Prozessor und die Verbindungen werden typisch bei der elektronischen
Wafer-Sortierung geprüft.
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Im Stand der Technik werden der Prozessor und
der eingebettete Speicher in einem kontinuierlichen Prozess geprüft. In der
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Speicher zuerst auf einer separaten Speicherprüfanlage
geprüft,
wobei ein Flag-Bit in dem Speicher auf einen dritten logischen Zustand
gesetzt wird, um kenntlich zu machen, dass der Speicher nicht fehlerhaft
ist, oder es wird auf einen vierten logischen Zustand gesetzt, um kenntlich
zu machen, dass der Speicher fehlerhaft ist. Wenn das Flag-Bit auf
den dritten logischen Zustand gesetzt ist, wird der Chip in der
Wafer-Sortierung geprüft.
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Nachdem sowohl der Prozessor als
auch der Speicher geprüft
worden sind und typisch nachdem die integrierte Schaltung mit einem
Gehäuse
versehen worden ist, wird die abschließende Prüfung an der integrierten Schaltung 10 ausgeführt. Der
Speicher wird gewöhnlich
in der abschließenden
Prüfung durch
den Prozessor geprüft.
Der Speicher wird während
der abschließenden
Prüfung
wiederum eine viel kürzere
Zeit als in der Erstspeicherprüfung
geprüft. Das
Koppeln des Speichers 12 an die Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N ermöglicht,
den größten Teil
der Speicherprüfung
auf der viel preiswerteren Speicherprüfanlage statt auf der viel
teureren Prozessorprüfanlage
auszuführen.
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2 zeigt
eine Anordnung einer Ausführungsform
der Schalt-Schaltung 260 , die an
den Speicher 12, den Prozessor 14, eine Anordnung
des Zwischenverbindungsanschlusses 200 ,
eine Anordnung der Eingangsschaltung 220 und
eine Anordnung der Ausgangsschaltung 240 angekoppelt
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Eingangsschaltung 220 ein
Negator 400 und die Ausgangsschaltung 240 ist aus mehreren in Reihe geschalteten
Negatoren 420 , 440 , 460 gebildet, obwohl jede herkömmliche
Eingangsschal tung und jede herkömmliche
Ausgangsschaltung verwendet werden kann.
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Die Schalt-Schaltung 260 enthält ein erstes und ein zweites
Paar von Durchlasselementen. In einer bevorzugten Ausführungsform
der Schalt-Schaltung 260 sind die
Durchlasselemente Durchlassgatter 500 , 560 , 520 , 540 aus komplementären Transistoren, deren Leiterpfade
parallel geschaltet sind, obgleich jedes andere herkömmliche
Bauelement oder jede andere herkömmliche
Kombination von Bauelementen, um ein Signal durchzulassen, wie etwa
ein einzelner Transistor, verwendet werden kann. 3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform,
die einen einzigen N-Kanal-Transistor als Durchlasselement verwendet.
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In der 2,
auf die sich nun wieder bezogen wird, ist das erste Durchlassgatterpaar 500 , 560 zwischen
dem Zwischenverbindungsanschluss 200 und
dem Prozessor 14 angeschlossen. Das zweite Durchlassgatterpaar 520 , 540 ist
zwischen dem Zwischenverbindungsanschluss 200 und
dem Speicher 12 angeschlossen. Die Durchlassgatter werden
von dem Speicherprüfanschluss 28 und
einem Negator 48p, der an die P-Kanal-Transistoren des
zweiten Durchlassgatterpaares 520 , 540 sowie an die N-Kanal-Transistoren
des ersten Durchlassgatterpaares 500 , 560 angeschlossen ist, gesteuert. Wenn
der logische Zustand am Speicherprüfanschluss 28 auf
niedrigem Pegel ist, ist das erste Durchlassgatterpaar 500 , 560 "ein", wodurch der Zwischenverbindungsanschluss 200 an den Prozessor 14 angekoppelt
wird. Das zweite Durchlassgatterpaar 520 , 540 ist "aus", wodurch
der Zwischenverbindungsanschluss 200 vom
Speicher 12 abgekoppelt wird. Wenn der logische Zustand
am Speicherprüfanschluss 28 auf
hohem Pegel ist, ist das zweite Durchlassgatterpaar 520 , 540 " ein", wodurch der Zwischenverbindungsanschluss 200 an den Speicher 12 angekoppelt
wird. Das erste Durchlassgatterpaar 500 , 560 ist "aus",
wodurch der Zwischenverbindungsanschluss 200 vom Prozessor 14 abgekoppelt
wird.
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3 zeigt
eine Anordnung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Schalt-Schaltung 260 , die an den Speicher 12,
den Prozessor 14 und eine Anordnung des Zwischenverbindungsanschlusses 200 angekoppelt ist. Das erste und das
zweite Paar von Durchlasselementen in dieser Ausführungsform
der Schalt-Schaltung 260 sind aus
N-Kanal-Transistoren 600 und 660 bzw. 620 und 640 gebildet.
Das erste Transistorenpaar 600 , 660 ist zwischen dem Zwischenverbindungsanschluss 200 und dem Prozessor 14 ange schlossen.
Das zweite Transistorenpaar 620 , 640 ist zwischen dem Zwischenverbindungsanschluss 200 und dem Speicher 12 angeschlossen.
Das erste Transistorenpaar 600 , 660 wird von dem Speicherprüfanschluss 28 und
einem Negator 480 gesteuert, um
den Zwischenverbindungsanschluss 200 an
den Prozessor 14 anzukoppeln, wenn der Logikzustand am
Speicherprüfanschluss 28 auf niedrigem
Pegel (low) ist, und den Zwischenverbindungsanschluss 200 vom Prozessor 14 abzukoppeln, wenn
der logische Zustand am Speicherprüfanschluss 28 auf
hohem Pegel (high) ist. Das zweite Transistorenpaar 620 und 640 wird
von dem Speicherprüfanschluss 28 gesteuert,
um den Zwischenverbindungsanschluss 200 an
den Speicher 12 anzukoppeln, wenn der logische Zustand
am Speicherprüfanschluss
auf hohem Pegel (high) ist, und den Zwischenverbindungsanschluss 200 vom Speicher 12 abzukoppeln,
wenn der logische Zustand am Speicherprüfanschluss 28 auf
niedrigem Pegel (low) ist.
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Folglich ermöglichen Ausführungsformen der
Erfindung, einen Speicher in einen Prozessor einzubetten und unter
Verwendung der Zwischenverbindungsanschlüsse 200 ,
... 20N zu prufen. Dies schafft die
Vorteile einer Verkürzung
der Zugriffszeit des Speichers und der Senkung der Kosten des Speichers
durch das Einbetten eines Speichers ohne die erhöhten Kosten einer vollständigen Prüfung des
eingebetteten Speichers auf der teureren Prozessorprüfanlage.
Da der Speicher auf den Zwischenverbindungsanschlüssen 200 , ... 20N der
integrierten Schaltung geprüft
wird, sind außerdem
die Speicher-Zwischenverbindungsanschlüssen nicht erforderlich und
der Speicher kann ohne diese hergestellt werden, wodurch für Platzeinsparungen
auf jedem eingebetteten Speicher gesorgt wird.
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Das Einbetten eines Speichers in
einen Prozessor und das Prüfen
des Speichers unter Verwendung der Zwischenverbindungsanschlüsse 200 , ... 20N wird
durch das obenbeschriebene Verfahren der zeitweiligen Kopplung des
Speichers an einen oder mehrere der Zwischenverbindungsanschlüsse, Prüfen des
Speichers und Abkoppeln des Speichers von den ersten Zwischenverbindungsanschlüssen erreicht.
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Der Prozessor mit eingebetteten Speichern kann
in Computern verwendet werden, wie in 4 gezeigt
ist. Dieser Typ von integrierter Schaltung 10 ist folglich
besonders zweckmäßig in medizinisch-technischen
Einrichtungen, wo ein schneller Zugriff auf die in dem Speicher
gesicherten Daten sowohl die Genauigkeit als auch die Geschwindigkeit der
Einrichtung erhöhen
kann.
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Ausführungsformen der Erfindung
sind außerdem
bei der Entwicklung von kundenspezifischen Prozessoren mit Chip-Cache-Speicher
zweckmäßig. Sie
sind besonders zweckmäßig in Graphikeinrichtungen,
wo ein schnellerer Zugriff des Prozessors auf die im Speicher gesicherten
Daten die Auflösung
und die Bildfeinheit sowohl von zwei- als auch von dreidimensionalen
Graphiken verbessern kann.
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Weitere Hintergrundinformationen über Speicher
und das Prüfen
und Nachbessern bzw. Reparieren von Speichern und Prozessoren kann
in Prince, Betty: SEMICONDUCTOR MEMORIES, A HANDBOOK OF DESIGN,
MANUFACTURE, AND APPLICATION, 2nd ed., John
Wiley & Sons,
1991; Zaks, Rodnay und Alexander Wolfe: FROM CHIPS TO SYSTEMS: AN
INTRODUCTION TO MICROCOMPUTERS, 2nd ed.,
SYBEX, 1987 und den ISSCC Proceedings von 1975 bis heute gefunden
werden, die alle durch Bezugnahme hier eingeschlossen werden.
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Obwohl die Erfindung speziell mit
Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden
ist, wird für
Fachleute, denen der Stand der Technik bekannt ist und die die vorliegende
genaue Beschreibung sowie die Zeichnung konsultieren, selbstverständlich sein,
dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können und
verschiedene Alternativen dabei möglich sind, ohne von der Erfindung,
wie sie in den Ansprüchen
definiert ist, abzukommen.
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Zum Beispiel:
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezug auf DRAMs oder SRAMs beschrieben worden sind, kann die
Erfindung in anderen Speichertypen einschließlich Nur-Lese Speichern, FIFOs, EPROMs, EEPROMs
oder Flash-Speichern verwendet werden, ohne vom Geltungsbereich
der Erfindung abzukommen.
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Als Prozessor kann ein Mikroprozessor,
ein digitaler Signalprozessor oder eine beliebige anwendungsspezifische
Schaltung, die Daten verarbeiten kann, verwendet werden, ohne vom
Geltungsbereich der Erfindung abzukommen.
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung
unter Verwendung eines Prozessors beschrieben worden sind, kann
jede Logik, die Daten verarbeiten kann, verwendet werden.
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Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung
als besonders zweckmäßig in bestimmten
Anwendungen beschrieben worden sind, kann die Erfindung überall dort
verwendet werden, wo ein Prozessor und ein Speicher benutzt werden,
und ist besonders dort nützlich,
wo ein schneller Zugriff auf die in einem Speicher gespeicherten
Daten angestrebt wird.
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Obwohl die externen Zwischenverbindungsanschlüsse in l alle als Ein-/Ausgangsanschlüsse gezeigt
sind, können
einige oder alle der externen Zwischenverbindungsanschlüsse nur
Eingangsanschlüsse
oder nur Ausgangsanschlüsse
sein.
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Obwohl die Speicher-Zwischenverbindungsanschlüsse in 1 alle als Ein-/Ausgangsanschlüsse gezeigt
sind, können
einige oder alle der Speicher-Zwischenverbindungsanschlüsse nur
Eingangsanschlüsse
oder nur Ausgangsanschlüsse sein.