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Dokumentenidentifikation DE69525921T2 19.09.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0723262
Titel Abtastspeichervorrichtung und Fehlerkorrekturverfahren
Anmelder Hewlett-Packard Co.(a Delaware Corporation), Palo Alto, Calif., US
Erfinder Kamae, Takahiko, Kawasaki-shi, Kanagawa, JP;
Saito, Mitsuchika, Kawasaki-shi, Kanagawa, JP;
Ihara, Kiyoyuki, Yokohama-shi, Kanagawa, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 81479 München
DE-Aktenzeichen 69525921
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.12.1995
EP-Aktenzeichen 953093507
EP-Offenlegungsdatum 24.07.1996
EP date of grant 20.03.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.2002
IPC-Hauptklasse G11B 9/00
IPC-Nebenklasse G11B 20/18   G11B 19/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Abtastspeichervorrichtung zum Lesen und Schreiben von Daten unter Verwendung einer Mehrzahl von Miniatursonden. Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Fehlerkorrekturverfahren, das verwendet wird, um Fehler beim Lesen und Schreiben von Daten und Fehler zu korrigieren, die durch Defekte in Speicherzellen der Abtastspeichervorrichtung hervorgerufen werden.

Speichervorrichtungen mit sich drehenden Medien, wie z. B. Festplattenlaufwerke (HDD) oder optische Plattenlaufwerke (ODD), weisen eine hohe Datendichte und eine Hochgeschwindigkeitsdatenspeicherung und -wiedergewinnung auf. Speichervorrichtungen mit sich drehenden Medien können jedoch ungenügend sein, um dem Bedarf nach einer erhöhten Datendichte in Zukunft zu entsprechen. Während z. B. die physische Grenze der Datendichte in einem HDD ca. 100 Gigabits (Gbits)/cm² beträgt, ist ein zuverlässiges Lesen und Schreiben von Daten derzeitig auf Datendichten von ca. 10 Gbits/cm² beschränkt. Die physische Grenze der Datendichte eines ODD wird durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts beschränkt und liegt derzeitig bei weniger als 1 Gbit/cm².

Abtastspeichervorrichtungen, die von Suriwa (Japanisches offengelegtes Patent Nr. 4-289580 und US-Patent Nr. 5,216,631) und von Saito u. a. (Japanische Patentanmeldung Nr. 6-270297) vorgeschlagen wurden, verwenden das Prinzip, das einem Rastersondenmikroskop zugrunde liegt, um Daten zu lesen und zu schreiben, um Datendichten und Datenübertragungsraten zu erzielen, die diejenigen von HDD und ODD überschreiten. Leider gibt es mit zunehmender Datendichte und Datenübertragungsrate einen entsprechenden Anstieg von Fehlern, die durch Defekte der Speichermedien verursacht werden, und von Fehlern beim Lesen und Schreiben von Daten.

Die EP-A-0,522,168 offenbart eine Vorrichtung zum Speichern und Wiedergewinnen von Daten und zum Vermeiden von defekten Speicherzellen, die eine Matrix von Zellarrays aufweist, wobei jede eine Untermatrix von Speicherzellen, einen Statusindikator zum Anzeigen von defekten Zellen in einer Untermatrix, Sonden, die eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Zellarrays aufweisen, und eine Positionierungsvorrichtung aufweist, um die Position der Sonden bezüglich der Matrix zu verändern. Die Vorrichtung weist auch eine Einrichtung zum logischen Ersetzen eines defekten Zellarrays durch eine nicht defektes Zellarray auf. Die Offenbarung dieser Schrift entspricht den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.

Die Erfindung ist in unabhängigen Ansprüchen 1 und 6 offenbart.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Abtastspeichervorrichtung (im folgenden Speichervorrichtung bezeichnet) hohe Datenübertragungsraten auf und ist bezüglich Defekten in den Speichermedien und bezüglich Fehlern beim Lesen und Schreiben von Daten stabil. Die Speichervorrichtung weist mehrere Zellarrays an festen Positionen bezüglich einander und mehrere Sonden auf, die eine Eins-zu-Eins-Entsprechung zu jedem der Zellarrays aufweisen. Die Sonden und die Zellarrays bilden jeweils eine zweidimensionale Matrix mit N Reihen mal M Spalten. Die Werte von N und M sind üblicherweise mehrere zehn bis mehrere hundert. Eine Positionierungsvorrichtung verändert gleichzeitig die Position aller Sonden relativ zu den Zellarrays. Das Speichermedium weist einzelne Speicherzellen oder Zellen in jedem Zellarray auf, die eine zweidimensionale Untermatrix mit n Reihen mal m Spalten bilden. Eine Sonde greift auf die Zellen in jedem entsprechenden Zellarray zu, wobei die Zelldichte in der Untermatrix durch die Positionsauflösung der Sonden bestimmt wird. Typische Werte für n und m sind mehrere hundert bis mehrere tausend. Die Sonden arbeiten parallel, um hohe Datenübertragungsraten zu erzielen.

Jedes Zellarray weist einen Funktionsstatusspeicher zum Speichern eines Statusindikators auf, der anzeigt, ob das Zellarray funktionsfähig oder defekt ist. Wenn bestimmt wird, daß die Zahl von defekten Zellen, die in einem Zellarray erfaßt werden, übermäßig ist, wird dieses Zellarray als defekt bezeichnet, wobei kein Datenlesen und -schreiben in diesem Zellarray mehr durchgeführt wird. Der Funktionsstatusindikator, der in jedem Zellarray gespeichert ist, wird in dem gesamten Speicher verteilt, wodurch die Abtastspeichervorrichtung eine hohe Toleranz gegenüber defekten Zellen geschaffen wird. Defekte Zellarrays werden während des Lesens und Schreibens von Daten von den Sonden umgeben. Die Abtastspeichervorrichtung leitet dann in kurzen Zeitperioden Daten relativ zu den üblichen Lese- und Schreibzyklen um defekte Zellarrays herum.

Fehlerkorrekturcodes sind ebenfalls in den Daten enthalten. Ein Fehlerkorrekturcode wird verwendet, wenn Daten gelesen und geschrieben werden. Ein zweiter Fehlerkorrekturcode erhält die Integrität der gespeicherten Daten auf, indem Fehlererzeugungsraten durch die Speicherzellen überwacht werden. Zeitintervalle zwischen normalen Lese- und Schreibeoperationen können verwendet werden, um Fehler zu erfassen und um Daten um defekte Speicherzellen herumzuleiten. So werden in der Abtastspeichervorrichtung hohe Datenübertragungsraten und niedrige Fehlerraten gleichzeitig erzielt.

Für ein klareres Verständnis der Erfindung werden exemplarische Ausführungsbeispiele derselben im folgenden Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Abtastspeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Speichers der Abtastspeichervorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht von Zellarrays in dem Speicher der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt die physischen Stellen einer defekten Zellreihe und einer funktionsfähigen Ersatzzellreihe der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 ist ein Schema, das eine Datenumleitung der vorliegenden Erfindung um ein defektes Zellarray herum darstellt.

Fig. 6 zeigt einen Abschnitt eines Speichers, der die logische Ersetzung der vorliegenden Erfindung von defekten Zellarrays zeigt.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung von Daten- und Prüfbits in einem Puffer der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 ist eine schematische Zeichnung der Abtastspeichervorrichtung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Abtastspeichervorrichtung, die gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Eine Mehrzahl von Sonden 11 ist an einer Sondenbasis 1 an festen Positionen bezüglich einander angebracht, wobei mehrere Zellarrays 21 an festen Positionen bezüglich einander einen Speicher 2 bilden. Jedes Zellarray 21 entspricht einer Sonde 11. Die Mehrzahl von Sonden 11 kann gleichzeitig durch ein Bewegen der Sondenbasis 1 bewegt werden. Die Sonden 11 sind in einer zweidimensionalen Matrix mit N Reihen und M Spalten angeordnet. Die Zellarrays 21 sind auch in einer zweidimensionalen Matrix, N Reihen mal M Spalten, entsprechend der Matrix der Sonden 11 angeordnet. In jedem Zellarray 21 befinden sich Speicherzellen oder Zellen (in Fig. 1 nicht gezeigt), die in einer zweidimensionalen Untermatrix mit n Reihen mal M Spalten gebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist N = M = 100 und n = m = 1024. Dies erzeugt eine Speicherkapazität für jedes Zellarray 21 von ca. 1 Megabit (1024 · 1024), wobei die Anhäufung von Zellarrays einen Speicher 2 mit ca. 10 Gigabits (100 · 100 · 1024 · 1024) Datenspeicher bildet.

Eine Vielzahl von Betätigungsmechanismen, wie z. B. elektrostatische Betätigungstypen, bimorphe Typen oder piezoelektrische Typen, können verwendet werden, um den Speicher 2 bezüglich der Sonden 11 zu bewegen. Die relative Bewegung ist eine Abtastbewegung zwischen der Mehrzahl von Sonden 11 und dem Speicher 2 in der lateralen Richtung. Eine übliche Abtastgeschwindigkeit der Sonden 11 relativ zu dem Speicher 2 beträgt 3 mm/sek. Für eine Zellgröße von 30 Nanometern beträgt die Datendichte 100 Gbits/cm², wobei die Datenübertragungsrate zwischen den Sonden 11 und dem Speicher 2100 Kilobits pro Sekunde (kbps) beträgt. Diese Datenübertragungsrate wird durch eine parallele Operation der Sonden 11 ohne weiteres erhöht. Wenn z. B. die M Sonden 11 in einer Reihe, genannt Sondengruppe, mit einer Datenübertragungsleitung verbunden werden, kann die Datenübertragungsrate von der Datenübertragungsleitung einen seriellen Datenstrom mit 100 · 100 kbps oder 100 Megabits pro Sekunde (Mbps) erzeugen. Eine parallele Operation von zusätzlichen Datenübertragungsleitungen ermöglicht es, daß die Datenübertragungsrate weiter erhöht wird.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Speichers 2. Jedes Zellarray 21 des Speichers 2 ist durch ein Zellarray, Reihenposition, und ein Zellarray, Spaltenposition, was in runden Klammern angegeben ist (als Zellarrayreihenposition, Zellarrayspaltenposition), dargestellt. Ein Beispiel von Zellarrays 21 in der gleichen Reihe ist durch eine fette Linie dargestellt und bildet eine Zellarrayreihe 20. Die Position von Speicherzellen oder Zellen (durch Kreise gezeigt) in den Zellarrays 21 wird durch eine Zellreihenposition und eine Zellspaltenposition dargestellt. Entsprechende Zellpositionen (4,5) in jedem Zellarray 21 sind z. B. durch die schwarzen Punkte in den Zellarrays angezeigt. Ferner bildet ein Satz von Zellen in der gleichen Reihe in jeder Zellarrayreihe 20 eine Zellreihe 22. Zwei Zellreihen 22 sind gezeigt. Eine spezifische Zellreihe 22 kann durch ihre Reihenzahl I identifiziert werden. Ein Zellblock 23 besteht aus Zellen in einer gemeinsamen Zellreihe 22 und einer gemeinsamen Zellspalte. Zellblöcke 23 liefern die Zellen, bei der jede Sonde in einer Sondengruppe gleichzeitig zum Lesen und Schreiben von Daten positioniert wird.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Ansicht von Zellarrays 21 in dem Speicher 2. Bei einer ersten Initialisierung des Speichers 2 werden Daten zu allen Zellen geschrieben und von allen Zellen in jedem der Zellarrays 21 gelesen, um die Funktionalität der Zellen zu prüfen. Ein Statusindikator für jedes Zellarray 21 bezeichnet jedes Zellarray 21 basierend auf der Zahl von Fehlern beim Lesen und Schreiben von Daten entweder als funktionsfähig oder als defekt. Wenn z. B. zumindest 100 Zellen in einem bestimmten Zellarray 21 defekt sind, ist der Funktionsstatus des Zellarrays 21 defekt. Der Statusindikator für jedes Zellarray 21 ist in einem Statusspeicher 24 in jedem Zellarray 21 gespeichert. Obwohl der Statusindikator einem Bit Information entspricht, und da defekte Zellen auch in dem Statusspeicher 24 existieren können, wird, um die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers zu reduzieren, der Statusindikator unter Verwendung einer größeren Zahl von Bits, z. B. 30 Bits, a&sub1;, a&sub2;, ... a&sub3;&sub0;, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, dargestellt. Der Statusspeicher 24 des Zellarrays 21 kann in dem Zellarray 21 verteilt sein, vorzugsweise befindet er sich jedoch an dem oberen Ende jedes Zellarrays 21, was durch a&sub1;, a&sub2;, ... a&sub3;&sub0; gezeigt ist, und zwar zur Effizienz beim Schreiben und Lesen des Statusindikators.

Bei einer zweiten Initialisierung des Speichers 2 wird eine Entscheidung von funktionsfähigem oder defektem Status für jede Zellreihe 22 basierend auf der Zahl von defekten Zellen in der Zellreihe 22 durchgeführt. Die Zahl von defekten Zellen in jeder Zellreihe 22 wird auch dadurch bestimmt, daß Daten an Zellen in einer Zellreihe 22 geschrieben werden und von ihnen gelesen werden, wobei ein Reihenstatusindikator basierend auf der Zahl von defekten Zellen in der Zellreihe 22 in einem Abschnitt des ersten Zellblocks 230 in der Zellreihe 22 gespeichert wird. Der Reihenstatusindikator für jede Zellreihe 22 wird auch durch mehr als ein Bit, b&sub1;, b&sub2;, b&sub3;, ..., dargestellt, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlern zu reduzieren.

Fig. 4 zeigt die physischen Positionen einer defekten Zellreihe 220 in Reihe 3 und einer funktionsfähigen Ersatzzellreihe 220', die als ein Ersatz in Reihe 1023 in einer Zellarrayreihe 20 gespeichert ist. Die letzte Stufe des Initialisierungsverfahrens schließt ein Speichern der Reihenzahl I der Ersatzellreihe 220' ein. Wenn bestimmt wurde, daß eine Zellreihe 22 defekt ist, wird die defekte Zellreihe 220 logisch durch eine funktionsfähige Zellreihe 220' (durch den Pfeil gezeigt) ersetzt. Die Zellreihenzahl I (in diesem Beispiel I = 1023) der Ersatzzellreihe 220' wird auch in einem Abschnitt des ersten Zellblocks 230 der Zellreihe 220 gespeichert, die ersetzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel variiert die Reihenzahl I von 1 bis 1024 und wird durch 10 Bits dargestellt. So wird sowohl der Reihenstatusindikator als auch die Reihenzahl I der Ersatzreihe in dem ersten Zellblock 230 in jeder Zellreihe 22 gespeichert. Da jeder Zellblock 23 eine Bitlänge gleich M aufweist, können die Zahl von Spalten von Zellarrays 21 (bei diesem Ausführungsbeispiel 100), selbst wenn in dem ersten Zellblock 230 eine oder mehrere defekte Zellen vorhanden sind), der Reihenstatusindikator und die Reihenzahl I in dem ersten Zellblock 230 unter Verwendung einer ausreichend großen Zahl von Bits gespeichert werden, um eine annehmbar niedrige Fehlerwahrscheinlichkeit zu ergeben.

Fig. 5 ist ein Schema, das die Datenumleitung um ein defektes Zellarray 21 herum nach der ersten Initialisierung des Speichers 2 darstellt. Eine bidirektionale Datenübertragungsleitung 34 ist gezeigt, die mit einem Puffer 32 verbunden ist. Eine Datenübertragungsleitung 34 ist für jede Sondengruppe festgelegt und entspricht jeder Zellarrayreihe 20. Mehrere 1-Bit-Puffer 31, wobei jeder 1-Bit-Puffer 31 einer Sonde 11 entspricht, sind mit der Datenübertragungsleitung 34 verbunden. Da jeder 1-Bit-Puffer 31 einer Sonde 11 entspricht, werden die 1-Bit-Puffer 31 auch durch eine Matrix mit N Reihen mal M Spalten (wobei in Fig. 5 nur ein Abschnitt einer Reihe gezeigt ist) dargestellt. Die Datenübertragungsleitung 34 wird durch ein Operationssteuerungssignal 33 aktiviert, das auftritt, wenn Sonden 11 an einer Zellspaltenzahl positioniert sind, die kleiner als die Gesamtzahl von Zellspalten m ist.

Auf ein Hochfahren der Abtastspeichervorrichtung hin werden die Funktionsstatusindikatoren für alle Zellarrays 21, die in den Statusspeichern 24 gespeichert sind, gelesen. Diese Statusindikatoren für jedes Zellarray 21 werden dann in die 1-Bit-Puffer 31 für jede Sonde 11 entsprechend jedem Zellarray 21 geladen. Sobald die Statusindikatoren in den 1- Bit-Puffern 31 sind, werden diese verwendet, um Daten um defekte Zellarrays 21 herumzuleiten. Daten werden Zellblock 23 für Zellblock 23 in jeder Zellreihe 22 übertragen. Als Beispiel sei angenommen, daß sich eine Sonde 11 an einem Zellblock 23 einer Zellreihe 22 befindet (siehe Fig. 2).

Wenn der Statusindikator, der in einem 1-Bit-Puffer 31 gespeichert ist, ein funktionsfähiges Zellarray 21 anzeigt, tritt eine Übertragung von Daten zwischen dem Puffer 32 und Speicherzellen auf, wobei ein Ende-der-Operation-Signal 35 an den nächsten 1-Bit-Puffer 31 ausgegeben wird, was durch die Richtung der Pfeile zwischen 1-Bit-Puffern 31 angezeigt ist. Wenn der Statusindikator, der in einem 1-Bit-Puffer 31 gespeichert ist, ein defektes Zellarray 21 anzeigt, gibt der 1-Bit-Puffer auf ein Empfangen eines Ende-der- Operation-Signals hin entsprechend an ein defektes Zellarray, das als 311 gezeigt ist, unmittelbar ein Ende-der- Operation-Signal 35 aus, ohne seine Daten zwischen dem Speicher 2 und dem Puffer 32 zu übertragen. So ist die bidirektionale Übertragung von Daten zwischen dem Puffer 32 und einem Zellarray 21 abhängig von einem Funktionsstatusindikator, der in den 1-Bit-Puffer 31 geladen wurde. Daten, die um ein defektes Zellarray 21 herumgeleitet wurden, werden zu dem nächsten funktionsfähigen Zellarray 21 in der Zellarrayreihe 20 gesendet. So werden defekte Zellarrays 21 umgangen und logisch durch funktionsfähige Zellarrays 21 ersetzt. Die Daten von Zellarrays 21 des Speichers 2 werden zu und von externen Schaltungen (nicht gezeigt) durch den Puffer 32 übertragen und zeitlich aufeinanderfolgend unter Verwendung von z. B. einer Phasenumtastung (PSK) eingegeben oder ausgegeben.

Fig. 6 zeigt einen Abschnitt des Speichers 2 nach einer logischen Ersetzung von defekten Zellarrays 21 basierend auf der ersten Initialisierung des Speichers. Eine Schraffierung zeigt ein defektes Zellarray 21 an. Die runden Klammern stellen die physische Stelle der Reihenzahl und der Spaltenzahl des Zellarrays 21 dar, während die eckigen Klammern die logische Position des Zellarrays 21 als das Ergebnis der logischen Ersetzung von defekten Zellarrays durch funktionsfähige Zellarrays darstellen.

Basierend auf der zweiten Initialisierung des Speichers 2 werden defekte Zellenreihen 220 logisch durch funktionsfähige Ersatzzellreihen 220' ersetzt. Dieses Verfahren wird Bezug nehmend auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben. Sondengruppen, die jeweils Sonden 11 in einer bestimmten Reihe aufweisen, werden entsprechend dem ersten Zellblock 230 in eine Zellreihe 22 plaziert, was in Fig. 3 durch b&sub1;, b&sub2;, ... gezeigt ist. Wie bereits beschrieben, wurde der Reihenstatusindikator für die Zellreihe 22 während der zweiten Initialisierung des Speichers 2 in den ersten Zellblock 230 geschrieben. Wenn der Reihenstatusindikator eine funktionsfähige Zellreihe 22 anzeigt, werden Daten durch die Sondengruppe von Zellblöcken 23 gelesen. Wenn der Reihenstatusindikator eine defekte Zellreihe 22 anzeigt, wurde die Reihenzahl I der Zellreihe 22, die die defekte Zellreihe ersetzt, auch in einem Abschnitt des ersten Zellblocks 230 gespeichert, wobei dieser von den Sonden 11 in der Sondengruppe gelesen wird. Die Sondengruppe liest und schreibt Daten an die Zellreihe 22, die die Ersatzreihenzahl I aufweist.

Leider treten, da der Speicher 2 eine höhere Zelldichte erzielt, Defekte in den Zellen häufiger auf. Als ein Ergebnis wird eine Fehlerkorrektur üblicherweise implementiert, um die defekten Zellen auszugleichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Daten in mehreren Einheiten von 100 Kilobits (kbits) übertragen, wobei zwei Fehlerkorrekturcodes an die Daten angehängt werden. Ein Fehlerkorrekturcode dient dazu, ein Lesen und Schreiben von Daten zu verifizieren. Der andere Fehlerkorrekturcode behält die Datenintegrität bei, indem die Funktionalität der Speicherzellen verifiziert wird.

Fig. 7 zeigt eine Datenanordnung im Puffer 32, einschließlich erster Prüfbits und zweiter Prüfbits, bei der vorliegenden Erfindung. Der Puffer 32 weist eine Speicherkapazität von 100 kbits auf, wobei Daten, die von und an den Speicher 2 gelesen werden, zeitweilig in dem Puffer 32 in einer Matrix mit n' Reihen x m' Spalten (zur Einfachheit ist n' = 100 und m' = 1000) gespeichert werden. Fünfzehn Reihen des Puffers 32 werden für erste Prüfbits verwendet, wobei 100 Spalten des Puffers für zweite Prüfbits verwendet werden. Die Daten belegen üblicherweise 76500 Bits, 85 Reihen · 90 Spalten. Die ersten Prüfbits, die durch ein Fehlerkorrekturcodieren in der Spaltenrichtung (Bereich von 15 Reihen · 900 Bit) erzeugt wurden, werden angehängt, wobei die zweiten Prüfbits, die ähnlich durch ein Fehlerkorrekturcodieren in der Reihenrichtung (Bereich von 85 Reihen · 100 Bit) erzeugt werden, ebenfalls angehängt werden. Zusätzlich kann ein Produktcode (nicht gezeigt) der ersten und der zweiten Prüfbits angehängt werden, falls dies nötig ist. Die Daten, die ersten Prüfbits und die zweiten Prüfbits werden dem Zellarray 21 von dem Puffer 32 in der Reihenfolge geschrieben, die in Fig. 7 gezeigt ist, d. h., daß jede Reihe des Puffers 32 zu einem Abschnitt jeder Zellreihe 22 übertragen wird, so daß die 100 Reihen in dem Puffer 32 in einzelne Zellreihe 22 in dem Speicher 2 belegen.

Im Gegensatz zum Schreiben von Daten von dem Puffer 32 an den Speicher 2 werden Daten von dem Speicher 2 gelesen und an den Puffer 32 in Einheiten von Zellblöcken 23 (bei diesem Ausführungsbeispiel 100 Bits) übertragen. Während einer normalen Operation werden Daten von einem Zellblock 23 in jede der m Spalten des Puffers 32 gelesen. Weil Fehler aufgrund von Rauschen oder anderen Faktoren akkumulieren können, wenn Daten zu oder von dem Speicher 2 geschrieben werden, wird, bevor Daten von dem Puffer 32 ausgegeben werden, eine Fehlerkorrektur unter Verwendung der ersten Prüfbits durchgeführt.

Die zweiten Prüfbits behalten die Integrität von gespeicherten Daten bei, indem die Funktionalität von Zellen verifiziert wird. Daten werden in Einheiten von Zellreihen 22 von dem Speicher 2 zu den Spalten des Puffers 32 gelesen und wieder in den Speicher 2 geschrieben, nachdem eine Fehlerkorrektur bei den Daten unter Verwendung der zweiten Prüfbits durchgeführt ist. Ein Lesen von Daten an den Puffer 32 und ein Neuschreiben der Daten an den Speicher 2, eine sogenannte Fehlerlöschung, wird in Zeitintervallen zwischen Datenlese- und -schreibe-Operationen von den Sonden 11 durchgeführt. Die Verwendung einer Fehlerlöschung wird durch eine Untersuchung von Fehlererzeugungsraten während der Fehlerkorrektur von den ersten Prüfbits bestimmt. Wenn z. B. die Zahl von Fehlern, die von einem Zellblock 23 erzeugt wird, eine vorbestimmte Zahl überschreitet, wird eine Fehlerlöschung angewendet.

Fig. 8 ist eine schematische Zeichnung der Abtastspeichervorrichtung (ausschließlich des Speichers 2). Die Zahl von 1-Bit-Puffern 31 ist gleich der Zahl von Zellarrays 21. Die Datenübertragungsleitungen 34 sind mit einer Steuerungsschaltung 36 verbunden und ebenfalls mit den 1-Bit-Puffern 31 entsprechend jeder Zellarrayreihe 20. So ist die Zahl von Datenübertragungsleitungen 34 gleich der Zahl N von Zellarrayreihen 20 im Speicher 2. Jeder 1-Bit-Puffer 31 empfängt ein Lese/Schreibe-Signal (r/w-Signal) von einer Abstimmungserzeugerschaltung 37.

Eine Positionierungsvorrichtung 41 steuert die laterale Position der Sonden 11 bezüglich der Zellarrays 21. Während der Dateneingabe werden die Eingangsdaten Din zeitweise im Puffer 32 gespeichert. Die ersten und die zweiten Prüfbits werden durch eine Codierschaltung 39 codiert und ebenfalls im Puffer 32 gespeichert. Die Daten Din und die ersten und zweiten Prüfbits werden an die Steuerungsschaltung 36 durch die Datenübertragungsleitungen 34 an die 1-Bit-Puffer 31 und schließlich an Zellen in den Zellarrays 21 geschrieben. Während der Datenausgabe gelangen die Daten, die von den Zellen der Zellarrays 21 geschrieben wurden, durch die Schaltung 36 über die Datenübertragungsleitungen 34 und zu einem ersten Decoder 40, um die ersten Prüfbits zu decodieren. Die letztendlichen Ausgabedaten Dout liegen dann an dem Ausgang des ersten Decoders 40 vor.

Der erste Decoder 40 weist z. B. eine Fehlerkorrekturfähigkeit von 5 Bits auf. Die Codierschaltung 39, die die ersten und die zweiten Prüfbits codiert, weist z. B. eine Fehlerkorrekturfähigkeit von 15 bis 20 Bits auf. Die Zahl von Bits der Fehlerkorrektur wird durch die funktionsfähige Integrität der Speicherzellen, die erlaubte Fehlerrate, die in die Daten induziert wird, und die Zeit bestimmt, die der Fehlerkorrektur zugeschrieben wird. Eine Fehlererzeugungsrate während der Fehlerlöschung wird durch eine Steuerung 38 gesteuert, wobei basierend auf der Fehlererzeugungsrate defekte Zellreihen 22 und defekte Zellarrays 21 logisch durch funktionsfähige Zellreihen 22 und Zellarrays 21 ersetzt werden können. Eine logische Ersetzung kann während der Initialisierung des Speichers 2 und in Zeitintervallen zwischen normalen Datenlese- und -schreibeoperationen implementiert werden. Ein Zellarray 21 oder eine Zellarrayreihe 22 kann z. B. als Teil einer normalen Operation der Abtastspeichervorrichtung 2 logisch ersetzt werden.


Anspruch[de]

1. Eine Abtastspeichervorrichtung zum Speichern und Wiedergewinnen von Daten und zum Vermeiden von defekten Speicherzellen, mit folgenden Merkmalen:

einer N-x-M-Matrix von Zellarrays (21), wobei jedes Zellarray eine eindeutige Adresse aufweist, und wobei jedes Zellarray folgende Merkmale aufweist: eine n- mal-m-Untermatrix von Speicherzellen und einen Statusindikator (a&sub1;, a&sub2;, ...), der defekt anzeigt, wenn die Zahl von defekten Speicherzellen in der Untermatrix zumindest eine vorbestimmte Zahl ist;

einer Mehrzahl von Sonden (11), die in N Sondengruppen angeordnet sind, wobei jede Sondengruppe M Sonden aufweist, wobei jede der Mehrzahl von Sonden eine Eins- zu-Eins-Entsprechung zu jedem Zellarray der Matrix aufweist, die wirksam sind, um Daten in den Speicherzellen der Zellarrays (21) basierend auf dem Statusindikator zu speichern und wiederzugewinnen; und

einer Positionierungsvorrichtung, die wirksam ist, um die Position der Sonden bezüglich der Matrix zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspeichervorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: N Übertragungsleitungen (34), wobei jede der N- Übertragungsleitungen einer der N Sondengruppen zugeordnet ist, und N Sätze von M 1-Bit-Puffern (31), wobei jeder der M 1-Bit-Puffer in jedem Satz zwischen eine entsprechende Sonde der Sondengruppe und die zugeordnete Übertragungsleitung geschaltet ist, und wobei der Statusspeicher des Zellarrays von der entsprechenden Sonde gelesen wird, wobei eine bidirektionale Übertragung von Daten zwischen der zugeordneten Übertragungsleitung und jeder Sonde aktiviert wird, wenn der Statusindikator nicht defekt anzeigt, und wobei eine bidirektionale Übertragung von Daten zwischen der zugeordneten Übertragungsleitung und jeder Sonde nicht aktiviert wird, wenn der Statusindikator defekt anzeigt.

2. Die Abtastspeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine vorbestimmte Zahl von Speicherzellen jedes Zellarrays ferner einen Statusspeicher (24) aufweist, der den Statusindikator für dieses Zellarray speichert.

3. Die Abtastspeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Puffer (32) aufweist, der mit den N Übertragungsleitungen zur zeitweiligen Speicherung von Daten von der Matrix verbunden ist.

4. Die Abtastspeichervorrichtung gemäß Anspruch 3, die ferner eine Codierschaltung (39) aufweist, die einen ersten Satz von Prüfbits und einen zweiten Satz von Prüfbits erzeugt, wobei jeder Satz in dem Puffer (32) gespeichert ist.

5. Die Abtastspeichervorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der erste Satz von Prüfbits eine Fehlerkorrektur für Daten liefert, und bei der der zweite Satz von Prüfbits die Funktionalität der Speicherzellen verifiziert.

6. Eine Abtastspeichervorrichtung zum Speichern und Wiedergewinnen von Daten aus externen Schaltungen, mit folgenden Merkmalen:

einem Speicher (2), der ein Array (21) von Speicherzellen umfaßt, die in Reiheneinheiten und Spalteneinheiten organisiert sind;

mehreren Sonden (11), die in Reihengruppen und Spaltengruppen organisiert sind;

einer Positionierungsvorrichtung, die wirksam ist, um die relativen Positionen des Speichers und der Sonden zu verändern, wobei die Reihengruppen von Sonden wirksam sind, um Daten von den Reiheneinheiten des Speichers zu lesen, und um Daten an die Reiheneinheiten des Speichers zu schreiben, wenn die relative Position des Speichers bezüglich der Sonden verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspeichervorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist:

mehrere Datenübertragungsleitungen (34), wobei jede Datenübertragungsleitung einer unterschiedlichen Reihengruppe zugeordnet ist und wirksam ist, um eine bidirektionale Datenübertragung zwischen den Reihen und den externen Schaltungen zu liefern; und bei der

eine Reihe des Speichers als defekt bezeichnet wird, wenn zumindest eine vorbestimmte Zahl von Speicherzellen in dieser Reihe defekt ist, und wobei jede der Reihen, die als defekt bezeichnet wird, durch eine entsprechende Reihe, die nicht als defekt bezeichnet wird, ersetzt wird.







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