DE1931524C - Datenspeicher und Datenspeichern steuerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenspeicher- und iatenspeichersteuerschaltung, bei der eine sehr große Anzahl von Bleichen Speichere !em (.Tt en zu einem Speicher derart zusammengefaßt ist, daß Wörter jeweils vorgeggebener Bitzahl gespeichert werden, wobei auf Grund des Herstellungsprozesses der Speicherelemente ein Teil desselben unbrauchbar ist, bei der für jedes Wort über die vorgegebene Bitzahl hinaus zusätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, deren Anzahl entsprechend der Anzahl der für das Wort zu erwartenden unbrauchbaren Speicherelemente gewählt ist.

ίο Die Erfindung betrifft außerdem eine Datenspeicherschaltung und eine Datenspeicheransteuerschaltung, bei der eine sehr große Anzahl von gleichen Speicherelementen zu einem Speicher derart zusammengefaßt ist, daß Wörter mit jeweils vorgegebener Bitzahl gespeichert werden, wobei auf Grund des Hersteilungsprozesses der Speicherelemente ein Teil desselben unbrauchbar ist. wobei pro Bitstelle mindestens zwei Speicherelemente als Bitstellen-Speicherelenientgruppe vorgesehen sind, wovon im Falle seiner Brauchbarkeit ein einziges Element mit der Leseleitung verbunden ist, und wobei außerdem für jedes Wort über die vorgegebene Bitzahl hinaus zusätzliche Speicherelemente vorgesehen sind, deren Anzahl der für das Wort zu erwartenden unbrauchbaren Bitstellen-Speicherelementgruppen gewählt ist. Die Rechnertechnik benötigt große Datenspeicher. Kernspeicher, Dünnschichtspeicher und Halbleiterspeicher sind wegen der bei ihnen zu erreichenden kurzen Zugriffszeiten besonders interessant. Die Notwendigkeit, Massenspeicher auf kleinem Raum unterzubringen, führte dazu, sogenannte integrierte Speicher anzustreben, für die in einem einzigen Prozeß sehr viele Speicherelemente gleich an den Stellen erzeugt werden, an denen sie nachher V<_rwendung finden sollen.

Bei Halbleiterspeichern sind die Speicherelemente, die aus bistabilen Kippstufen gebildet sind, in einem regelmäßigen schachbrettartigen Muster auf der Oberfläche einer Halbleitergrundscheibe angeordnet. Bei Dünnschichtspeichern wird eine dünne ferromagnetische Schicht erzeugt, auf der einzelne in sich geschlossene Bitstellen gegeneinander abgegrenzt werden, die jeweils ein Speicherelement bilden.

Bei den üblichen Methoden des Lesens und Schreibens wild nun den Speicherelementen ein Verdrahtungsschema zugeordnet, das sich kreuzende Zeilen- und Spaltenleitungen vorsieht und nicht individuell auf den einzelnen Speicher abgestimmt ist, sondern entsprechend der Speichergröße festgelegt wird und dann bei der Fertigung mehrerer Speicher immer wieder verwendet wird. Eine Reparatur einzelner, fehlerhafter und somit unbrauchbarer Speicherelemente ist im allgemeinen nicht möglich.

Unter diesen Umständen ist es erforderlich, für die einzelnen Speicherelemente eine we-^entlich geringere

Ausfallrate anzustreben, als es bei nichtintegrierten

Speichern der Fall ist, bei denen aus der Gesamtzahl

der produzierten Speicherelemente die brauchbaren

herausgesucht werden können, um dann zu dem Ge-

<>» samtspeicher zusammengesetzt zu wenk'n.

Da es bis heute noch nicht gelungen ist, die Ausfallrate bei integrierten Speichern .uif O herabzusetzen und da dies aucli in ab-eliK-er Zukunft nicht zu erwarten ist, werden Überlc · n angestellt, wie integrierte Speicher mit vcrh.V isinäßig wenig unbrauchbaren Speicherelemenv Λκΐι noch verwendbar gemacht werden konno' Diesbezügliche Vorschläge sehen vor, die IV ii'gcn auf fehlerhafte

Speicherelemente mit Hilfe eines Computers durch- deten Methoden auch auf andere Typen von intezuführen, der dann auf Grund dieser Prüfung eine grierten Speichern anwendbar.

individuelle Verdrahtung für den Speicher entwirft, Fig. 1 zeigt einen wortorganisierten adressengc-

die die unbrauchbaren Speicherelemente oder gege- steuerten Speicher mitsamt seiner Verdrahtung, benenfalls diejenigen Worte ausspart, die diese un- 5 Als weiße Kreise sind funktionsfähige Speicherbrauchbaren Speicherelemente enthalten. elemente dargestellt, unbrauchbare Speicherelemente Diese Methoden sind jedoch nur in Fällen anwend- sind durch schwarze Kreise angedeutet. Jedes Speibar, bei denen die Ausfallrate relativ gering ist. Hier- cherelement ist über eine Bitleitung BL, die in Spalfür'cin Zahlenbeispiel. In einer Speicherebene seien tenrichlung verläuft, und eine Wortlcitung WL, die in 1024 Worte zu je 50 Bits vorgesehen. Unter der An- io Zeilenrichtung verläuft, angesteuert, nähme, daß in 10%) aller Worte mindestens ein un- Die Tatsache, daß einige Speicherelemente wegen brauchbares Speicherelement auftritt, so ergibt sich ihrer Fehlerhaftigkeit unbrauchbar sind, läßt sich in eine Zahl von 102 auszusparenden Worten. Wird einem üblichen logischen Prüfprogramm feststellen, angenommen, daß die Fehler in der Ebene statistisch da ja die Verdrahtung bereits in der gezeigten Weise verteilt sind, so wird es nur wenige Worte mit mehr 15 vollständig vorhanden ist und nicht mehr verändert als einem Fehler geben. Die maximal zulässige Aus- werden soll.

fallrate beträgt folglich etwa Der erste Schritt ist die Veränderung der un

brauchbaren Speicherelemente in der Weise, daß sie

102 r -0 ^' ^^er Abfrage (»lesen«) Signale abgeben, dip- sich

1024-50 ⁼ ' ²⁰ deutlich von den 0- bzw. L-Signalcn der funktions

fähigen Speicherelemente unterscheiden. Bei einer·

Derartig niedrige Ausfallraten sind heute un- Halbleiterspeicher kann dies beispielsweise dadurch realistisch. erreicht werden, daß am Ausgang eines Speicher-

Wird von einer Ausfallrate von l0°/u ausgegangen, elementes eine oder mehrere Verbindungen unterbroso ergibt sich für jedes Wort im Mittel, daß fünf 25 chen werden, z. B. in der üblichen Foto-Ätztechnik Speicherelemente unbrauchbar sind. Bei statistischer oder durch gesteuerte scharf gebündelte Laserstrah-Verteilung dieser Elemente über die Ebene sind die len. Detaillierte Beispiele hierfür werden weiter unten Probleme, die sich ergeben, wenn eine individuelle beschrieben.

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

Der Erfindung liegt die .Aufgabe zugrunde, einen derum z. B. durch einen Laserstrahl bewerkstellige) Datenspeicher der genannten Art zu schaffen, der die läßt. In diesem Fall wird beispielsweise beim Lese genannten Probleme auf einfache Weise löst. statt eines positiven oder negativen Impulses g:

Die Erfindung besteht darin, daß die unbrauch- 35 kein Impuls auf der Leseleitung auftreten, baren Speicherelemente des Datenspeichers derart Soll nun ein Wort, das im Speicher gespciciK

verändert sind, daß sie bei der Abfrage Signale ab- werden soll, 11· Bits enthalten und ist auf Grund d ecben, die die Unbrauchbarkeit des Speicherelemen- Fabrikationsprozesses mit einer mittleren Anzahl 11 les kenntlich machen, und daß in der Ansteuerschal- brauchbarer Speicherelemente / zu rechnen, so w i lung Mittel vorgesehen sind, die beim Einschreiben 40 bei der Herstellung des Speichers die Anzahl <:■ des Wortes diejenigen Bits, die mittels eines un- Speicherelemente für das Wort zu ic+ /gewählt. 1. brauchbaren Speicherclementes gespeichert werden Prinzip kann jetzt das Wort vollständig gcspeicb·. sollen, auf das nächstfolgende brauchbare Speicher- werden, jedoch ergeben sich beim Lesen und Sehr; element verschieben. ben gewisse Schwierigkeiten, die sich aus der eil·

Sie besteht bei einer Speicherschaltung, bei der 45 derlichen Stellenverschiebung, die die unbrauchbarbereits mindestens zwei Speicherelemente als Bit- Speicherelemente aufspart, ergeben. stellen-Speicherelementgruppe pro Bitstelle vorge- Im folgenden sollen der Einfachheit halber

sehen sind und im Falle seiner Brauchbarkeit ein ein- nächst die Maßnahmen erörtert werden, die k ziges Element mit der Leseleitung verbunden ist, dar- Lesen diese Schwierigkeiten meistern, wobei c in, daß in den unbrauchbaren Bitstellen-Speicher- 50 Schaltung nach F i g. 2 verwendet wird, elemenlgruppen ein Speicherelement derart verändert Es werde ein Wort mit fehlerhaften SpcicV

ist, daß es bei der Abfrage ein Signal abgibt, das die elementen aufgerufen. Die Lesesignale von funktio;, Unbrauchbarkeit der Bitstellen-Speicherelement- tüchtigen Speicherelementen werden einem Spcich. gruppe kenntlich macht, und daß Mittel vorgesehen register SR I zugeführt, die Signale, die von den v. sind, die beim Einschreiben des Wortes diejenigen 55 brauchbaren Elementen abgegeben werden und t Bits, die in einer unbrauchbaren Bitstellen-Speicher- maß den obigen Ausführungen als solche erkenn! elementgruppe gespeichert werden sollen, auf die sind, werden einem Speicherregister SRII zucefiü' nächstfolgendebrauchbareBitstellen-Speicherelement- Im Speicherregister SRI sind entsprechend d*en ic gruppe bzw. das nächstfolgende brauchbare Ersatz- lerhaften Speicherelementen Leerstellen (*) eivh-t speicherelement verschieben. ^6o ten, während das Speicherregister 5RII an den g!

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger chen Stellen eine »L« zeigt. Wird das Speicherree^u Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme von Ab- SÄ I als Schieberegister ausgeführt, so kann durch ^! bildungen näher erläutert erforderliche Anzahl von Verschiebungen das l

DeriZinfachheit halber sei davon ausgegangen, daß wünschte Aufrücken zu einem in der richtigen K. ein Halbleiterspeicher betrachtet werde, bei dem die 65 henfolge gespeicherten Wort erreicht werden. Speichen i.mcnte als bistabile Kippstufen ausgebildet Beim Einschreiben eines voreegebenen Wo-- -

sind. ^{läuft der} Vorgang umgekehrt ab."Zunächst wird ;?"■■

Wie schi'ii oben dargelegt, sind aber die angewen- Adresse aufgerufen. Im Speicherregister SR] 1 -

scheinen die fehlerhaften Speicherelemente mit ihrem Stellenwerk Das vorgegebene Wort wird in das Spcicherregisler SR I eingegeben und in diesem so auseinandergerückt, daß entsprechend dem Inhalt des Speicherregisters 57? II die fehlerhaften Speicherelemente ausgespart werden. Sodann wird das Wort aus dem Speicherregistcr SR I in den Speicher übernommen. l£s ist auch möglich, ein zusätzliches Speicherregistcr S¹Zi III derart vorzusehen, daß beim

Diese Information kann auf Grund der besonderen Ausgangssignale der fehlerhaften Speicherelemente durch einen nochmaligen Lesevorgang gewonnen werden, oder wie in 1· ig. 5 gezeigt, durch ein weite-5 res Speicherregister Λ'/ί III, das die gleiche Information enthält wie das Spcicherregister .VA? 11 im oben beschriebenen Fall. Zum Auseinanderrücken der Bits braucht nun in der Schaltung nach F i g. 5 eine Verschiebung nur im Speicherregistcr Λ7? I vorgenommen

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

Speicherregister SRU bzw. SR III die Fehlerstellen- der gleichen Weise aufgebaut ist wie das Beispiel in

anzeige übernimmt. ~' Im folgenden soll noch dargelegt werden, wie die

geschilderten Schiebeoperationen bewerkstelligt wer-

wird. 57? I und SRU sind die schon erwähnten Speicherregister, wobei im Speicherregister SR II die mit

1024
1024-50

Dieser Wert ist heute bei großen Kapazitäten kaum erreichbar. Es sei aber darauf hingewiesen, daß ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Datenspeicheransteuerungsschaltung ein Speicher mit einer der-

Fi g. 3.

Die beschriebenen Schaltungen liefern eine serielle Verschiebung, so daß mehrere Schicbetakte ausge-

den können. 15 nutzt werden müssen, was Zeit erfordert. Der Spei-

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, mit cherzyklus wird dadurch verlängert. Zwar ist diese dessen Hilfe der Auslesevorgang nochmals erläutert Verlängerung deshalb verhältnismäßig gering, weil

Verschiebungen wesentlich rascher zu bewerkstelligen sind als Lese- oder Schreibvorgänge. Trotzdem

fehlerhaften Speicherelementen bestückten Steiien ao wäre es vorteilhaft, die geschilderten Verschiebungen durch eine L vermerkt sind, während die Stellen, die in einem einzigen Takt durchzuführen. Dies ist nach durch funktionsfähige Speicherelemente realisiert der eben beschriebenen Methode möglich, wenn in sind, mit einer 0 erscheinen. Im Speicherregister SR I jedem Wort nur maximal ein einziges Speichersind die entsprechenden fehlerhaften Stellen mit * element fehlerhaft ist. Unter Zugrundelegung der gebezeichnet. Dort kann L oder 0 stehen, was jedoch »5 nannten Werte führt das zu einer maximal zulässigen völlig belanglos ist. Im Speicherregister SR1 sind nun Ausfallrate von von links nach rechts die Bits B_x bis B_t enthalten, die
das Wort bilden. Jedes dieser Bits B, kann eine 0
oder ein L sein.

Zwischen den Speicherregistem SR I und SR II ist 30 ein Netzwerk aus UND- und ODER-Schaltungen vorgesehen, die ein Verschieben der Bits innerhalb des Speicherregisters SR I nach links bewirken sollen. Die Ausgänge der Stufen des Speicherregisters

STfII sind dabei (mit Ausnahme der ersten und der 35 artigen Ausfallrate, bei dem in der bisher bekannten letzten Stufe) mit jeweils einem Eingang eines Weise fehlerhafte Worte ausgespart werden, bereits ODER-Gatters verbunden, dessen Ausgang mit dem als unbrauchbar anzusehen wäre. zweiten Eingang des nächstfolgenden ODER-Gatters In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird

verbunden ist. Die Eingänge der Stufen des Speicher- die serielle Verschiebung durch eine parallel verlauregisters SR I (mit Ausnahme der ersten Stufe) sind 40 fende Operation ersetzt.

mit den Ausgängen von UND-Gattern verbunden, Fig. 7 zeigt eine hierfür geeignete Schaltung, bei

deren Eingänge mit den Ausgängen der zugehörigen der wiederum zwei Spcicherregister SRI. SRU vor-ODER-Gatter verbunden sind (bzw. im Falle des gesehen sind, die in gleicher Weise, wie oben beersten UND-Gatters mit dem Ausgang der ersten schrieben, Informationen über die unbrauchbaren Stufe des Speicherregisters SRII). Dem jeweils zwei- 45 Speicherelemente bzw. die Bitfolgc des Speicherworten Eingang der UND-Gatter wird ein Schiebetakt tes beinhalten. Jeder Stelle des Wortes ist ein Auszugeführt. Dieser Schiebetakt wird über zwei Ver- wählschalter S₁ bis S₄ zugeordnet, der vier Stellungen zögerungsglieder mit der Verzögerungszeit τ außer- einnehmen kann. Der hier dargestellte Schalter wird dem dem Speicherregister SRII zugeführt. Für die zweckmäßig in bekannter Weise aus elektronischen Funktion der in Fig. 2 gezeigten Anordnung gibt 50 Elementen realisiert. Stehen alle Schalter S₁ bis S₁ in Fig. 3 ein Beispiel, bei dem jeweils übereinander die einer ersten Stellung 0, so werden die einzelnen Stu-Inhalte der Speicherregister SR I und SR II zu aufein- fen des Speicherregisters SRI in der normalen Reianderfolgendcn Taktzeiten dargestellt sind. In diesem henfolge direkt mit den Eingangsklcmmen ft, bis b_t Falle ist wiederum w = 4, / = 3. Im ersten Takt wer- verbunden, die den Schalterarmen der Auswahlschalden alle Informationen im Speicherregister SÄ I, die 55 ter S₁ bis S₄ zugeordnet sind. Steht ein Auswahlrechts von der ersten, von links her gezählten Fehl- schalter in einer zweiten Stellung 1, so entspricht dies stelle liegen, um eine Stelle nach links gerückt. Dann -im·™ »ίητη^ι;™™ v/orcWN^r, ^=, !-»•--h-j- ^ « wird im Speicherregister SÄ II die erste L von links
gelöscht usf. Für die Funktion der Schaltung ist noch
eine Anordnung ELL erforderlich, die ein Kriterium 60
für »erste L von links« liefert und über ein Löschgüed LG die jeweils »erste L von links« löscht.
Solche Anordnungen sind bekannt und im Aufbau
einfach, siehe z.B. Fig. 4a oder 4b. Nach maximal

/ Schiebetakten steht die gelesene Information in ge- 65 können. In dem in Fi g. 7 gezeigten Beispiel ist es er-

»■ohnlcr Weise im Speicherregister SÄ I an. forderlich, daß die Auswahlschalter von links nach

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

über die fehlerhaften Speicherelemente benötigt. Speicherregister SÄ I enthaltende Information unter

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einem einmaligen Verschieben der betreffenden Stelle nach rechts. Entsprechendes gilt für die übrigen Schalterstellungen.

Für das Zusammenrücken der Informationen im Speicherregister SÄ 1 beim Lesen werden jedoch Verschiebungen benötigt, die von den im Speicherregister SÄ II enthaltenden Informationen abhängen, entlang des Speicherregisters SÄ I also unterschiedlich sein

9 10

Aussparung der fehlerhaften Speicherelemente an tion beim Lesen beschrieben, so kann heim L-.in-

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

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

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

schalter S₁ bis S₄ abzuleiten. Fi g. H zeigt ein Schema, 5 Im folgenden soll gezeigt werden, wie in einfacher wie in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten der Weise die eingangs geforderte Kenntüchmachung unInhalt des Speicherregistors SRU auf 0 gebracht brauchbarer Speicherelemente erreicht weiden kann, werden kann, wobei gleichzeitig die Einstellgrößen wenn die Speicherelemente E durch bistabile Kippfür die Auswahlschalter S₁ bis .V₁ gewonnen werden. stufen realisiert sind. In Fig. 11 sei E₁ ein funklions-Ausgehend von dem in F i g. 7 gezeigten Inhalt des io tüchtiges Element, E., sei als unbrauchbar ermittelt Spcicherregislürs S/i II wird in einem ersten Schritt worden. Waagerecht "dargestellt sind Wortleitungcn eine »erste Verknüpfungsgröße« derart gebildet, daß WL, denen der Takt T zum Lesen des jeweiligen nach der »ersten L von links« nach recht hin alle Wortes zugeführt werden. Senkrecht dazu ist eine Stellen mit einer L besetzt werden. Danach wird eine Bitleseleitung BL angeordnet, die über einen Wider-Verknüpfungsgröße »erste L von links« gebildet 15 stand mit einer Spannungsquelle von -0,1V ver-(dritte. Zeile in Fig. 8). Diese Verknüpfungsgröße bunden ist. Jedes der Speicherelemente E₁ und E₀ ist wird negiert und mit der ursprünglich vorgegebenen über zwei gegeneinandergeschaltete Dioden D₁₁, "/->,., Verknüpfungsgröße, die dem Inhalt des Speicher- bzw. D₂₁, D₂₂ mit der Bitleseleitung BL verbunden" registers SR II entspricht Jerstc Zeile), konjunktiv Über jeweils eine Diode D₁₁ bzw. D₂., ist der Verbinverknüpft (vierte Z.eiie). uas Ergebnis dieser Ver- 20 dungspunkt der Diode D_n, D_v, bzw. D₂₁, D.,., mit der knüpfung ist eine Verknüpfungsgröße, die der ur- zugehörigen Wortleseleitung WLl bzw. WLl versprünglichen Verknüpfungsgröße (erste Zeile) bis auf bunden. Außerdem liegt dieser Punkt über Widereine Stelle völlig entspricht. Lediglich die erste L von stände an einer Spannung von -3 V. Vorausgesetzt, links ist durch eine 0 ersetzt. Diese neugebildete Ver- daß jedes Speicherelement die Spannungswerte 1 knüpfungsgröß? wird in einem zweiten Schritt zum 25 oder 0 V abgeben kann und daß der Takt T den Wert Ausgangspunkt genommen, und nach den entspre- OV für den Ruhestand und den Wert -2 V fur Hie chenden Operationen wird sehließlich der Inhalt des Abfrage aufweist, ergibt sich für das funktionstiichiis'C Speicherregisters SR 11 durch Nullen repräsentiert. Element je nach seinem gespeicherten Inhaii - -nc

Es läßt sich eine sehr vorteilhafte Schaltung finden. Spannung von 0,1 oder — 1 V in der Bit-I - c;· i-

um die geschilderten Operationen zu realisieren. 30 tung, während für das unbrauchbare Speichere:^!11t

Fig. 9 zeigt sie für ein einziges Speicherelement E durch Auftrennung der Verbindung zwisclur K?r

des Speicherregisters SRU. Dem einen Ausgang der Diode D₂₁ und dem Verbindungspunkt mit der ^; ie

Stufe ist ein ODER-Gatter 1 nachgeschaltet, dessen D₂₂ eine Spannung von -2 V abgegeben wi .ic

zweiter Eingang mit dem ODER-Gatter der vorher- als'Kriterium für die Lmbrauchbarkei; des IK- .s

gehenden Stufe des Speicherregisters verbunden ist. 35 verwendet werden kann. Es sei darauf hinci· 1

Am Ausgang dieses ODER-GaUers 1 ist die »erste daß bei Speichern üblicher Bauart die Ab«- m

Verschiebungsgröße« abgreifbar. fehlerhafter Speicherelemente von der Bit-> '-

Der Ausgang des Speicherelementes ist weiterhin tung nicht dazu führt, daß sich fehlerhafte f ' :c

mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters 2 ver- durch eine besondere Spannun« zu erkenn-¹

bunden, dessen zweiter Eingang negiert ebenfalls mit 40 Dies ergibt sich daraus, daß zur Bit-Leselein is

dem ODER-Gatter der vorhergehenden Stufe ver- die Ausgänge sehr vieler Speicherelemente hi··' η

knüpft ist und dessen Ausgang mit einem negierten die normalerweise nach Art einer ODER S

Eingang eines weiteren UND-Gatters 3 verbunden funktionieren. Wenn die nicht aufgerufenen S -

ist. Der andere, nicht negierte Eingang des UND- elemente ein O-Potential an die Bit LeselciV

Gatters 3 ist ebenfalls mit dem Ausgang des Speicher- 45 geben, ändert somit ein aufgerufenes Speiche· "t

elementesverbunde-n. Am Ausgang des UND-Gatters 2 dieses Potential nur dann wnnc^iwL«·' rt

ist die Verschiebungsgröße »erste L von links« abzu- hat. Ein abgetrenntes Speicherelement ist' >n

greifen. Am Ausgang des UND-Gatters 3 wird das einem eine 0 speichernden Speichereleme, ht

Ergebnis der konjunktiven Verknüpfung des regier- unterscheidbar. Es sind also besondere Scl·

ten Vektors »e.ste L von links« und des Ursprung- 50 nahmen erforderlich, damit ein Signal eint

liehen Inhalts des Speicherregisters SÄ II abgenom- rufenen fehlerhaften Speicherelement« Mi ^

men. Vom Ausgang des UND-Gatters 3 geht es direkt Potential an der Bh-LeLleiS SSmmt ' · -s

zum nächsten Schritt gemäß Fig. 8 weiter. in Fig. 11 als Beispiel eezeict wird EmV re

Sind für eine Stelle des Speicherregisters SRII alle Möglichkeit besteht darin daß dieO und Z -Ie

erforderlichen Verschiebungsgrößen abgeleitet wor- 55 aufgerufener funktionstüchtiger Elemente' -h

den, so muß die höchste Verschiebungsgröße Vor- andere Potentiale dargestellt werden als ir ^!>e-

rang vor den anderen erhalten. Dies kann beispieis- zustand auf der Bit-Leseleitune vorhanden i- in

weise mittels einer Schaltung nach Fig^ 10 gesche- muß nur dafür gesorgt werden, daß aufgerui h-

hen bei der von oben her die Verschiebungsgroßen lerhafte Speicherelemente das Ruhenotentia' ^{: !}üt-

/ugefuhrt werden und bei der unten die entspre- 60 Leseleitung unverändert lassen Da bekanr' "zu

chende Schalterstellung abgegriffen wird. Diese welchem Zeitpunkt eine Abf a ' ' ' d

Schalterstellung wird dem zugehörigen Auswahlschal- zeigt das Bestehenbleiben des R^K!£ -n

^tel 1 ν h^lgc ²¹F, η ^Jedei ΐΤι. T? ' ^S °^Γ/ ^an' ^{daß ein fenl}erhaftes Speichern - ;u,fschalter S, bis S₄ erhalt an der erforderlichen Schal- gerufen wurde. oycujicicicii..

terklemme so ein ausgezeichnetes Potential, das die 65 Fie
s„«ge Durchscauing m_r fee Regis*,«* er- »ei.l

«ta, d_K z»™™««. d„-,„,o™,-

Bit-I.eselciUmgcn BL_x und IiL., dargestellt, die am oberen F.nde auf Widerstände jeweils an einer Spannung von 2 V liegen. Die Speicherelemente E₁ his F,, gehen, wenn sie funktionsfähig sind, die Spannuiij.'swerte 1 V oder 0 V ab. Dem Ausgang der Speicherelemente sind jeweils die l-.initter von Transistoren Yv₁ bis Ty, naehgeschallel. Die Basis der Transistoren ist jeweils über Widerstände mit den WorlleiUingen WL verbunden. Der Kollektor der Transistoren ist jeweils mit den Hit-Leseleiiungen IiL verbunden. Zusätzlich, sind zu den Wortleitimtien WL Hilfsleilungen ///., und HL,, vorgesehen, die über Dioden /), bis />, mit den Kollektoren der Transistoren verbunden sind. Auf der Wortleitung WL lieut im Ruhezustand ein Potential von I 1 V, das die Transistoren (vom pnp-Typus) im gesperrten Zustand hält. Für diese Abfrage erseheint an den Wortlcitungen WL eine Spannung von —2 V, die die Transistoren durchschaltet, so daß an den Bit-Leseleitungen BL unien die Spannungswcrtc ! oder 0 V je nach dem Inhalt des abgefragten Speicherelementes E erscheinen.

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

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

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

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

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

i« an gewissen Stellen der Speicherebene auftreten. Der Cirirul für die Häufung ist in größeren Kristallfehlern oder in Abbildungsfehlern am Rand zu suchen. In solchen Fällen ist eine Abhilfe dadurch möglich, daß jedem zu speichernden Bit mehr als ein Speicher-

is element zugeordnet wird. Aus Sicherheitsgründen wird man die zu einem Bit gehörenden Speicherelemente nicht dicht beieinander, sondern an verschiedenen Stellen der Speicherebene anordnen. Fig. 13 zeigt in schematischer Darstellung den Fall.

=o daß pro Bi! zwei Speicherelemente vorgesehen sind. Die aus den Bits gebildeten Worte liegen jeweils um eine halbe Speicherbreite auseinander und werden parallel angesteuert. Die unbrauchbaren Speicherelemente sollen dabei von der Leseleitung abgetrennt sein, wofür eine der oben geschilderten Techniken geeignet ist. während die funktionstüchtigen Speicherelemente sämtlich angeschlossen bleiben. Unter diesen Umständen wird nur für den Fall, daß beide einem Bit zugeordneten Speicherelemente unbrauchbar sind, eine Aussparung gemäß dem oben geschilderten System erforderlich. Im Mittel können bei jeweils zwei Speicherelementen pro Bit 50% der gleichmäßig statistisch verteilten Fehler kompensiert werden; der Prozentsatz der Fälle, bei denen beide Speichcrelemente eines Bits unbrauchbar sind, dürfte verhältnismäßig gering sein.

Im folgenden sei eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschrieben, bei der von einem Hilfsspeieher (lebrauch gemacht wird.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen muß allgemein darauf geachtet werden, daß sich sowenig Anschlüsse wie möglich ergeben, da die Herstellung einer großen Zahl äußerer Verbindungen technologisch schwierig ist. Es ist also vorteilhaft, auf einer Speicherebene eines wortorganisierten Speichers die Wortauswahlschaltung schon zusammen mit den Speicherelementen vorzusehen. Wird beispielsweise bei einem aus bistabilen Kippstufen aufgebauten Halbleiterspeicher die Wortauswahlschaltung auf der gleichen Grundplatte realisiert, so kann diese Wortauswahlschaltung wiederum Fehler aufweisen, die einen ordnungsgemäßen Speicherbetrieb durch fehlerhafte Dekodierung stört.

Man könnte daran denken, diejenigen Worte, die zu solchen Fehlstellen innerhalb der Wertauswahlschaltung gehören, als unbrauchbar anzusehen und somit zur Speicherung nicht heranzuziehen, günstiger jedoch ist der Einsatz eines Hilfsspeichers.

Der Einsatz eines solchen Hilfsspeichers sei im fol- genden an Hand der Fig. 14 kurz skizziert. Neben einem aus den beschriebenen Speicherelementen aufgebauten und als Hauptspeicher bezeichneten Spei cher Sp₁ ist ein kleinerer HilfsSpeicher Sp., vorgesehen.

Nach der Herstellung der Speicherebene jeweils beider Speicher wird zunächst überprüft, welche Worte sich infolge Fehlern innerhalb der Wortaus wahlschaltung nicht oder falsch, beispielsweise dop-

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

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

Da nur der ais dem Hilfsspeicher Sp., gelesene S cherinhalt als richtic anzusehen ist, wird ihm in Vorrangschalllina 1 S der Vorzug gegeben, so der richtige Speicherinhalt im Speicherregister .·. erschein! "berate Von ^schaltungen sind ein. zu realisieren, beispielsweise entsprechend Fig. wo einem UND-Galier c\* ODER-Gatter nac:>_: schaltet Ut, nobc: ik:-i UND-Gatter der Inhalt ; Hauptspeicher:-. Λ>·, und der negierte Auslesebe : für den Hi'i.ssiviehe!- 2 yueeführt werden, währ dem ODER-riau-r <ι..Κ·π der Ausgangsgröße ." S;x^:Hit:nr>halt des Hilfsspeicher

UND-Gaiic zugeführt w Der Voii liegt dan;;, lediglich 'Su wendet ue:: zahl de .:-■ elemente (;.. ■:■!--. η beschriebenen Weiterbilde ■ . ;.n dorn großen Hauptspeien. ·. n'!.;h kleinerer Hilfsspeicher '.·;>/■ (!-..^scn Größe sich nach der An ·■■ .,.'.n unbrauchbaren Speiche -:\ .jicnois richtet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnung

Claims (17)

i 931 Patentansprüche:

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

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

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

4. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Schiebei'\;ister ausgebildetes Speicherregister (SRU, '-'('.U) vorgesehen ist, dessen Stellenzahl gleich ■■'■ · r Summe der Zahl der vorgegebenen Bits und <■· ν /.ahI der zusätzlichen Speicherelemente ist ι·!-■■■'' in dem die unbrauchbaren Speicherelemente b/v Ritstellen-Speicherelementgrupper. zugeordneten Stellen durch ein L markierbar sind, daü das einzuschreibende oder gelesene Wort in einem weiteren als Schieberegister ausgebildeten Speicherregister (SRI) gleicher Stellenzahl wie die erstgenannten Speicherregister enthalten ist und daß Mittel vorgesehen sind, die von einer ersten in einem der erstgenannten Speicherregister (SR II, SRIII) markierten Stelle aus die folgenden Stellen innerhalb des weiteren Speicherregisters (SRI) taktweise so lange verschieben, bis beim Einschreiben die als zu unbrauchbaren Speicherelementen bzw. Bitstellen-Speicherelementgruppen gehörigen Stellen ausgespart sind und beim Lesen die entsprechenden Lücken ausgefüllt sind.

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

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

7. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem aus den Speicherelementen gebildeten Speicher (Sp₁) ein Hilfsspeicher (Sp₁) in der Weise vorgesehen ist, daß Worte, die in dem Speicher nicht eingeschrieben werden können, in dem Hilfsspeicher gespeichert werden.

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

9. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das besondere Potential sich von dem im Ruhezustand anliegenden Potential unterscheidet.

10. Datenspeicher- und Datenspeicheransteuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das besondere Potential mii dem im Ruhezustand anliegenden Potential übereinstimmt, während die die beiden möglichen Speicherzustände eines funktionstüchtigen Speicherelemenles bei seiner Abfrage wiedergebenden Potentiale von dem im Ruhezustand anliegenden Potential abweichend gewählt sind.

11. Verfahren zur Bewirkung der Veränderung unbrauchbarer Speicherelemente eines Datenspeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei als bistabile Kippstufen ausgebildeten Speicherelementen die Veränderung durch Auftrennung mindestens einer Verbindungsleitung in der Weise erfolgt, daß sich beim Lesen ein Ausganessignal an dem unbrauchbaren Speicherelement ergibt, das sich von den Ausgangssignalen der funktionstüchtigen Speicherelemente seiner Größe nach unterscheidet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung einer Verbindungslcitung in der Weise erfolgt, daß die Verbindungsleitung mit einem derart großen Strom beaufschlagt wird, daß sie, vorzugsweise an einer dafür vorbereiteten »Schmelzsicherung« (F), durchbrennt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom über Hilfsleitungeiv (HL) und Dioden (D) zugeführt wird und daß die Dioden anschließend dauernd gesperrt gehalten werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, daduich gekennzeichnet, daß der Strom von außen über aufgesetzte Kontaktbürsten zugeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Prüfung der Speicherelemente auf ihre Funktionstüchtigkeit Zuleitungen erzeugt werden, über die der Strom nach dem Koinzidenzprrnzip den unbrauchbaren Speicherelementen zugeführt wird, und daß nach dem Auftrennen der Verbindungsleitung die Zuleitungen entfernt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung einer Verbindungsleitung mittels Laserstrahlen und/oder Ätzung erfolgt.

17. Verfahren zur Bewirkung der Veränderung unbrauchbarer Speicherelemente eines Datenspeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei als Teile einer dünnen ferromagnetischen Schicht ausgebildeten Speicherelementen die Veränderung durch kurzzeitige starke Erwärmung des Speicherelementes vorzugsweise mit Hilfe von Laserstrahlen, vorgenommen wird.