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    • 专利摘要:
    Verfahren und Vorrichtungen zum Reduzieren der Lesezeit eines Speicherarrays sind offenbart. Bei einem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren: Abtasten unbekannter Datenwerte von einer Mehrzahl von Speicherelementen, Puffern der unbekannten Werte, Schreiben bekannter Werte in die Mehrzahl von Speicherelementen und Abtasten der bekannten Werte und Vergleichen der bekannten Werte mit den gepufferten Werten.
    公开号:DE102004020258A1
    申请号:DE200410020258
    申请日:2004-04-26
    公开日:2005-04-07
    发明作者:Frederick A. Palo Alto Perner；Kenneth Smith
    申请人:Hewlett Packard Development Co LP；
    IPC主号:G11C11-15
    专利说明:
    [0001] Computersind zu einem wesentlichen Bestandteil der Gesellschaft geworden.Computer könnenMikroprozessoren, Speichermedien (z. B. CD-ROM, Festplatte, Diskettenlaufwerk),Speicher und Eingabe-/Ausgabevorrichtungen umfassen. Softwareprogramme,die auf dem Computer laufen, könnenden Betrieb des Mikroprozessors koordinieren. Während die Programme laufen,kann es sein, daß derMikroprozessor Informationen in den Speicher schreiben von demselbenlesen muß.
    [0002] Speichervorrichtungensind in zahlreichen Gebieten, die Computer und Elektronik umfassen,allgegenwärtig.Herkömmlicherweisewird ein Speicher mit Speicherelementen implementiert, die in derLage sind, eine elektrische Ladung zu speichern. In jüngster Zeitwurde Speicher mit Speicherelementen implementiert, die in der Lagesind, eine magnetische Ausrichtung zu speichern. Im allgemeinenumfassen Festkörpermagnetspeicherarrayseinzelne Speicherelemente, die unter Verwendung von Halbleiterverarbeitungstechniken aufgebautwerden. Magnetspeichervorrichtungen können im Vergleich zu Nichtmagnetspeicherarrays(z. B. DRAM) Vorteile aufweisen, weil dieselben, unter anderem,nicht aufgefrischt werden müssen.
    [0003] Dieeinzelnen Magnetelemente des Magnetspeicherarrays können Materialienmit variierenden Magneteigenschaften umfassen, die durch eine isolierendeSchicht getrennt sind. Die Magnetfelder der getrennten Materialienkönnenin der gleichen Richtung ausgerichtet sein (als „parallel" bezeichnet), oder die Ausrichtung derselbenkann entgegengesetzt zueinander sein (was als „antiparallel" bezeichnet wird).Der elektrische Widerstandswert der Magnetelemente kann ab hängig vonder parallelen oder antiparallelen Ausrichtung der Magnetfeldervariieren. Auf diese Weise könnendigitale Informationen durch Zuordnen von digitalen Werten (z. B.Einsen und Nullen) zu dem elektrischen Widerstandswert, der demparallelen und antiparallelen Zustand zugeordnet ist, gespeichertund wiedergewonnen werden.
    [0004] Umden Widerstandswert eines Speicherelements zu bestimmen, der effektivden digitalen Wert bestimmt, der in demselben enthalten ist, kanneine Steuerschaltungsanordnung verwendet werden, um eine Spannung über dasSpeicherelement zu entwickeln. Die Steuerschaltungsanordnung kanndiese Spannung oder alternativ einen Strom, der von dieser Spannungabgeleitet wird, verwenden, um den Widerstandswert des Speicherelementszu schätzen.Der digitale Wert, der in dem Speicherelement gespeichert ist, kannvon dem gemessenen Widerstandswert bestimmt werden.
    [0005] Speicherelementesind häufigauf dem gleichen Chip integriert wie die Steuerschaltungsanordnung. DieHerstellungskosten des Chips hängendirekt zusammen mit der Gesamtchipfläche (d. h. der Fläche des Arraysvon Speicherelementen und der Flächeder Steuerschaltungsanordnung), und im allgemeinen sind größere Chipsaufwendiger in der Herstellung. Weil ein Speicher häufig beiVerbraucherelektronik verwendet wird, sind kostengünstige Speicherwünschenswert.Folglich ist die Steuerschaltung beim Herstellen eines kostengünstigenSpeichers häufigentworfen, um so klein wie möglichzu sein, um die Flächeund die Kosten des Chips zu minimieren.
    [0006] WeilKunden nicht gerne warten, währendComputer und andere elektronische Geräte Informationen laden undentladen, ist die Geschwindigkeit des Speichers ebenfalls wichtig.Die Geschwindigkeit des Speichers hängt von vielen Faktoren ab,einschließlichdavon, wieviel Zeit benötigtwird, um auf Speicherelemente zuzugreifen, und wie viel Zeit benötigt wird,um den digitalen Wert zu lesen, der in den Speicher elementen enthaltenist. Um die Zugriffszeit zu verringern und die Lesezeit des Speicherszu verringern, muß dieGröße und Komplexität der Steuerschaltungeventuell erhöhtwerden. Wie oben bereits erwähntwurde, kann dies jedoch einen negativen Einfluß auf die Fläche/dieKosten des Speichers haben. Somit kann es schwierig sein, einen Speicherzu entwerfen, der sowohl schnell als auch billig ist, weil Technikenzum Erhöhender Geschwindigkeit häufigzu Kostenerhöhungenführenund umgekehrt.
    [0007] Esist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Lesenvon Speicherwerten, ein Verfahren zum Reduzieren der Lesezeit vonSpeicherwerten, einen Speicher und ein Computersystem mit verbessertenCharakteristika zu schaffen.
    [0008] DieseAufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, 21 und 9, einenSpeicher gemäß Anspruch14 und 27 sowie ein Computersystem gemäß Anspruch 24 gelöst.
    [0009] Verfahrenund Vorrichtungen zum Reduzieren der Lesezeit eines Speicherarrayssind offenbart. Bei einem Ausführungsbeispielumfaßtdas Verfahren folgende Schritte: Abtasten unbekannter Datenwertevon einer Mehrzahl von Speicherelementen, Puffern der unbekanntenWerte, Schreiben bekannter Werte in die Mehrzahl von Speicherelementenund Abtasten der bekannten Werte, und Vergleichen der bekanntenWerte mit den gepufferten Werten.
    [0010] BevorzugteAusführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend aufdie beiliegenden Zeichnungen nähererläutert.Es zeigen:
    [0011] 1A ein Substrat in Waferform;
    [0012] 1B einen vereinfachten Querschnitteiner integrierten Schaltung, die einen Magnetspeicher enthält;
    [0013] 2A eine beispielhafte Implementierungeines Magnetspeicherelements;
    [0014] 2B eine beispielhafte Implementierungeines Magnetspeicherelements, das Lesezeilen umfaßt;
    [0015] 3 eine schematische Darstellungeines Magnetspeicherarrays;
    [0016] 4 den Betrieb eines Ausführungsbeispielszum Lesen von Elementen eines Speichers;
    [0017] 5 die Zeitgebung, die einersequentiellen Selbstbezugnahmetechnik zugeordnet ist;
    [0018] 6 den Betrieb eines alternativenAusführungsbeispielszum Lesen von Speicherelementen;
    [0019] 7 den Betrieb noch einesweiteren Ausführungsbeispielszum Lesen von Speicherelementen;
    [0020] 8 eine beispielhafte Schaltungzum Übersetzeneines Widerstandswerts in einen digitalen Zählwert;
    [0021] 9 den Betrieb noch einesweiteren Ausführungsbeispielszum Lesen von Speicherelementen;
    [0022] 10 die Zeitgebung, die einergleichzeitigen Selbstbezugnahmeleseoperation zugeordnet ist;
    [0023] 11A ein Beispiel einer Selbstbezugnahmetechnik;
    [0024] 11B den Betrieb eines weiterenBeispiels einer Selbstbezugnahmetechnik;
    [0025] 12 das Beispiel von 11A und 11B, das an die verschiedenen Leseausführungsbeispieleangewendet wird; und
    [0026] 13 ein beispielhaftes Computersystem,das den hierin offenbarten Magnetspeicher verwenden kann.
    [0027] Inder folgenden Beschreibung und den Ansprüchen werden bestimmte Begriffeverwendet, um spezielle Systemkomponenten zu bezeichnen. Wie esfür einenFachmann auf diesem Gebiet klar ist, können Firmen eine Komponenteunterschiedlich bezeichnen. Dieses Dokument beabsichtigt nicht,zwischen Dokumenten zu unterscheiden, die sich vom Namen aber nichtvon der Funktion her unterscheiden. Bei der folgenden Erörterungund in den Ansprüchenwerden die Begriffe „umfassen" und „beinhalten" auf eine offeneWeise verwendet, und sollten somit als „umfassend, aber nicht beschränkt auf" interpretiert werden.Außerdemsoll der Begriff „koppeln" oder „gekoppelt" entweder eine indirekteoder eine direkte elektrische Verbindung bedeuten. Falls somit eineerste Vorrichtung mit einer zweiten Vorrichtung gekoppelt ist, kanndiese Verbindung durch eine direkte elektrische Verbindung oderdurch eine indirekte elektrische Verbindung über andere Vorrichtungen undVerbindungen sein. Der Begriff „magnetisch gekoppelt" soll sich jedochauch auf die Situation beziehen, in der ein Magnetfeld, das auseinem ersten Material stammt, in ein zweites Material induziertwird. Beispielsweise kann von einem Leiter, der einen Strom treibt,ein Magnetfeld stammen, das in ein Magnetmaterial gekoppelt werdenkann.
    [0028] DieZeichnungen und die folgende Erörterungbeziehen sich auf verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.Obwohl ein oder mehrere dieser Ausführungsbeispiele bevorzugt werdenkönnen,sollten die offenbarten Ausführungsbeispielenicht als Beschränkungdes Schutzbereichs der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche interpretiertoder anderweitig verwendet werden. Außerdem ist es für einenFachmann auf diesem Gebiet klar, daß die folgende Beschreibungeine breite Anwendung findet, und die Erörterung jedes Ausführungsbeispielssoll nur beispielhaft fürdieses Ausfüh rungsbeispielsein, und nicht andeuten, daß der Schutzbereichder Erfindung, einschließlichder Ansprüche,auf dieses Ausführungsbeispielbeschränktist.
    [0029] 1A stellt ein Substrat 10 inWaferform dar. Das Substrat 10 kann Silizium, Germanium,Galliumarsenid oder andere Elemente umfassen, die Halbleitereigenschaftenaufweisen. Im allgemeinen könnendie Schaltungsanordnung und Speicherelemente auf der Seite 10A desSubstrats integriert sein, währenddie gegenüberliegendeSeite 10B im wesentlichen leer bleiben kann. 1B zeigt einen vereinfachtenQuerschnitt des Substrats 10, das die Schaltungsanordnung 12 unddie Speicherelemente 14 integriert auf demselben umfaßt. DieSchaltungsanordnung 12 kann Komplementär-Metalloxid-Halbleiter („CMOS") Typ Transistorenumfassen, die gemäß verschiedenenHalbleiterverarbeitungstechniken verarbeitet werden können. Obwohldie Schaltungsanordnung 12 bezüglich dem CMOS erörtert wird,könnenalternativ andere Technologien (d. h. bipolar, JFET) verwendet werden.Die Schaltungsanordnung 12 kann eine Schaltungsanordnungzum Schreiben und Lesen von digitalen Informationen und von demMagnetspeicher 14 implementieren. Weil häufig unterschiedlicheMaterialien und Techniken verwendet werden, werden die Schaltungsanordnung 12 undder Speicher 14 häufiggetrennt hergestellt. Beispielsweise können in 1B die Transistoren in der Schaltungsanordnung 12 aufder integrierten Schaltung integriert werden, bevor die Speicherelementedes Speichers 14 integriert werden.
    [0030] DerMagnetspeicher 14 kann Speicherelemente umfassen, wobeiInformationen durch Änderndes Magnetzustands derselben in den Speicherelementen gespeichertwerden können. 2A zeigt eine beispielhafteImplementierung eines Speicherelements 15. Das Speicherelement 15 kanneine Schicht 15A umfassen, die ein Magnetfeld mit festerRichtung aufweist, wie es durch den einseitigen Pfeil gezeigt ist.Das Speicherelement 15 kann auch eine weitere Schicht 15B umfassen,die auf der Schicht 15A integriert ist, wobei eine isolie rendeSchicht 15C zwischen denselben angeordnet ist. Auf dieseWeise bilden die Schichten 15A und 15B eine sandwichartigeStruktur um die Schicht 15C. Wie es gezeigt ist, kann dieRichtung des Magnetfelds der Schicht 15B eingestellt sein,um parallel zu dem Magnetfeld der Schicht 15A zu sein (d.h. Pfeile in der gleichen Richtung), oder antiparallel zu dem Magnetfeldder Schicht 15A (d. h. Pfeile in der entgegengesetztenRichtung). Durch Variieren der relativen Magnetausrichtungen (paralleloder antiparallel) der Schichten 15A und 15B kannder elektrische Widerstand der Schicht 15C variiert werden.
    [0031] UmDaten in dem Speicherelement 15 zu speichern, können orthogonaleSchreibleitungen 16 und 17 verwendet werden, wobeider Kreuzungspunkt derselben – wieer durch die gestrichelte Linie in 2A angezeigtist – mitdem Speicherelement 15 ausgerichtet sein kann. Der Trennungsabstand,der in 2A zwischen denSchreibleitungen 16 und 17 und dem Speicherelement 15 gezeigtist, ist der Deutlichkeit halber übertrieben, und der tatsächlicheTrennungsabstand kann in der Größenordnungvon einigen 100 Angströmoder weniger sein. Außerdemkönnenalternative Leiterkonfigurationen (z. B. zwei Leiter) Leitungen 16 und 17 indirektem physikalischen Kontakt mit dem Speicherelement 15 umfassen,ohne die elektrische Trennung des Speicherelements 15 vonentweder der Leitung 16 oder 17. Die Schaltungsanordnung 12 (in 2A nicht gezeigt) kann elektrischmit den Schreibleitungen 16 und 17 gekoppelt sein,um elektrische StrömeI1 und I2 zu liefern. DerStrom I1 in der Schreibleitung 16 kannein Magnetfeld B1 erzeugen, gleichartigdazu kann der Strom I2 in der Schreibleitung 17 einMagnetfeld B2 erzeugen. Die MagnetfelderB1 und B2 können dannzusammen zu dem Magnetfeld beitragen, das in dem Speicherelement 15 induziertist, wobei die Magnetfelder B1 und B2 eingestellt werden können durch Einstellen der Stärke undRichtung der StrömeI1 und I2. Beispielsweisekehrt das Umkehren der Richtung der Ströme I1 undI2 die Richtung der Magnetfelder B1 und B2 um. Folglichkann die Richtung der Magnetfelder in den Schichten 15A und 15B eingestelltwerden, um parallel oder antiparallel zu sein.
    [0032] UmDaten von einem Speicherelement zu lesen, können die orthogonalen Leseleitungen 18 und 19 mitdem Speicherelement elektrisch gekoppelt sein, wie es in 2B gezeigt ist. Ein Zwischenschichtdielektrikum(„ILD" = inter-layer dielectric)kann die Schreibleitung 16 elektrisch von der Leseleitung 18 isolieren. Gleichartigdazu kann das ILD 21 die Schreibleitung 17 vonder Leseleitung 19 elektrisch isolieren. Obwohl die Leseleitung 18 unddie Schreibleitung 16 so gezeigt sind, daß dieselbenin die gleiche Richtung verlaufen, ist diese Konfiguration nichterforderlich, und die Leseleitung 18 und die Schreibleitung 16 können bezüglich zueinanderin jeder Richtung ausgerichtet sein. Gleichartig dazu können dieLeseleitung 19 und die Schreibleitung 17 auchin jeder Richtung bezüglichzueinander ausgerichtet sein. Die Schaltungsanordnung 12 (in 2B nicht gezeigt) kann mitden Leseleitungen 18 und 19 elektrisch gekoppeltsein, um das Lesen des Speicherelements 15 zu ermöglichen.
    [0033] Wiees in 2B gezeigt ist,kann das Speicherelement 15 vier Leiter aufweisen (d. h.Schreibleitungen 16 und 17 und Leseleitungen 18 und 19),zum Implementieren von Lese- und Schreiboperationen. Obwohl diesin 2B nicht gezeigtist, kann die Leseteilschaltungsanordnung in der Schaltungsanordnung 12 mitLeseleitungen 18 und 19 gekoppelt sein, wobeidie Leseteilschaltungsanordnung eine Spannung zwischen den Leseleitungenliefern kann. Außerdemkann die Schreibteilschaltungsanordnung in der Schaltungsanordnung 12 mitSchreibleitungen 16 und 17 gekoppelt sein, wobeidie Schreibteilanordnung Strömein den Schreibleitungen liefern kann. Somit wird die in 2B gezeigte Konfigurationhäufigals „Vierleiter"-Konfiguration bezeichnet.Es ist jedoch anzumerken daß andereKonfigurationen möglichsind, beispielsweise könnendie Schreibleitung 16 und die Leseleitung 18 kombiniertwerden, um eine „Dreileiter"- Anordnung zu bilden, oder die Schreibleitung 16 unddie Leseleitung 18 könnenkombiniert werden und die Leitung 17 und die Leseleitung 19 können kombiniertwerden, um eine „Zweileiter"-Anordnung zu bilden.
    [0034] Dadie Magnetfelder von 15A und 15B entweder paralleloder antiparallel eingestellt werden können, kann der Widerstandswert,der zwischen den Leseleitungen 18 und 19 gelesenwird, geändertwerden, wenn die Richtung der Magnetfelder geändert wird. Falls beispielsweisedie Magnetfelder von 15A und 15B parallel sind,kann der Widerstandswert zwischen den Leitungen 18 und 19 1MΩ seinund einer digitalen 1 zugeordnet sein, während falls die Magnetfeldervon 15A und 15B antiparallel sind, der Widerstandswert1,1 MΩ seinkann und einer digitalen 0 zugeordnet ist. Weil der Widerstandswertdes Speicherelements 15 den digitalen Zustand anzeigenkann, werden Speicherelemente häufigunter Verwendung von Widerstandselementen angezeigt.
    [0035] 3 zeigt eine schematischeDarstellung des Querschnitts der integrierten Schaltung von 1B. Mit Bezugnahme auf 3 ist die Schaltungsanordnung 12 alsein gestrichelter Kasten gezeigt, der unter einem Array von Magnetspeicherelementen 14 existiert.Die Speicherelemente 14 können in einem Array von SpaltenC0-CN–1 und Zeilen R0-RN–1 angeordnet sein. EinzelneSpeicherelemente könnenunter Verwendung von Widerstandselementen dargestellt sein und können bezeichnetwerden durch Beachten ihrer kreuzenden Zeilen und Spalten. Beispielsweisewürde dasSpeicherelement „00" das Speicherelementdarstellen, das an der Schnittstelle der Zeile R0 undder Spalte Co positioniert ist. Die Magnetspeicherelemente können unterVerwendung verschiedener Bauelemente modelliert werden, wie z. B.Kondensatoren, Widerstände,Induktoren, Tunnelübergänge in Reihemit Dioden oder anderer Kombinationen von Elementen einer integriertenSchaltung. Die Schaltungsanordnung 12 kann mit dem Speicher 14 elektrischgekoppelt sein und kann das Lesen von Daten von dem Speicher 14 ermöglichen.Bei einigen Ausführungsbeispielen besitztdie Schaltungsanordnung 12 weniger Platz als der Speicher 14.Auf diese Weise kann die Gesamtgröße der in 1B gezeigten integrierten Schaltung bestimmtwerden durch die Größe des Speichers 14 anstattdurch die Größe der Steuerschaltungsanordnung 12.
    [0036] 4 zeigt ein beispielhaftesAusführungsbeispielzum Lesen von Elementen des Speichers 14. Um den digitalenWert zu bestimmen, der dem Speicherelemente 0.0 zugeordnet ist,kann ein Erfassungselemente 22 mit der Spalte Co gekoppeltsein. Das Bestimmen des digitalen Werts des Speicherelements 0.0kann das Auswählendes Speicherelements 0.0 erfordern, während die verbleibenden Speicherelementeabgewählt werden.Folglich kann die Zeile R0 mit Masse gekoppeltsein, die Zeilen R1-RN–1 können miteiner vorbestimmten Spannung VREF gekoppeltsein, und die Spalten C1-CN–1 können auchmit VREF gekoppelt sein. Die vorbestimmteSpannung VREF kann mit dem Erfassungselement 22 gekoppeltsein, so daß VREF überdas Speicherelement 0.0 geregelt werden kann. Mit einer bekanntenSpannung (VREF) über dem Speicherelement 0.0kann der Widerstandswert (d. h. digitale Zustand), der dem Speicherelement0.0 zugeordnet ist, von dem Erfassungselementstrom bestimmt werden.Die Multiplexer 23A–D können verwendetwerden, um das Koppeln der ordnungsgemäßen Spannungen mit den gewünschtenSpalten und Zeilen zu unterstützen,um das Auswählen desgewünschtenSpeicherelements zu ermöglichen.
    [0037] Umden digitalen Wert nachfolgender Speicherelemente in der Zeile R0 zu bestimmen, kann das Erfassungselement 22 mitder nächstenSpalte gekoppelt werden, währenddie vorherige Spalte mit VREF gekoppeltist. Falls das Speicherelement 0,1 gelesen werden soll, können diegleichen Spannungen den gleichen Zeilen und Spalten zugewiesen werden,wie es fürdas Element 0.0, der Fall war außer daß nun das Erfassungselement 22 mitder Spalte C1 gekoppelt werden kann undVREF mit der Spalte C0 gekoppeltwerden kann.
    [0038] DerProzeß desAnlegens einer vorbestimmten Spannung VREF anjedes Speicherelement und das Messen des Stroms in dem Speicherelementmuß eventuellmehrmals fürjedes Speicherelement wiederholt werden (z. B. verschiedene Selbstbezugnahmetechniken,die nachfolgend beschrieben sind). Dieser Prozeß kann sich wiederholen, dadie Widerstandscharakteristika unterschiedlicher Speicherelementenicht die gleichen sein könnenund fürjedes Speicherelement einzeln bestimmt werden müssen.
    [0039] EinGrund füreine Widerstandsschwankung zwischen Speicherelementen kann sein,daß dieisolierende Schicht 15C, wie sie in 2A und 2B gezeigtist, nicht gleichmäßig über denChip aufgebracht ist. Somit kann ein Speicherelement eine isolierendeSchicht 15C aufweisen, die eine andere Dicke hat als eineandere. Diese Schwankung kann dazu führen, daß die unterschiedlichen Speicherelementeunterschiedliche Widerstandswerte für den gleichen digitalen Zustandaufweisen. Beispielsweise kann das Speicherelement 0.0 einen Widerstandswertvon 1 MΩ liefern,um eine digitale 0 anzuzeigen, und einen Widerstandswert von 1,1 MΩ, um einedigitale 1 anzuzeigen. Beispielsweise kann das Speicherelement einenWiderstandswert von 1,5 MΩ liefern,um eine digitale 1 anzuzeigen, und einen Widerstandswert von 1,6MΩ zumAnzeigen einer digitalen 0. Daher kann es sein, daß eine individuelleBestimmung des Widerstandswerts durchgeführt werden muß, der denunterschiedlichen digitalen Zuständenzugeordnet ist, z. B. Selbstbezugnahme.
    [0040] EinVerfahren der Selbstbezugnahme kann das Messen des Widerstandswertseines unbekannten digitalen Werts von einem Speicherelement, dasSchreiben eines bekannten digitalen Zustands in das Speicherelementund dann das Vergleichen des Widerstandswerts, der dem unbekanntendigitalen Wert zugeordnet ist, mit dem Widerstand, der dem bekanntendigitalen Wert zugeordnet ist, umfassen. Falls der Widerstandswert,der dem bekannten digitalen Wert zugeordnet ist, nahe zu dem Widerstandswertist, der dem unbekannten digitalen Wert zugeordnet ist, dann istder unbekannte Wert wahrscheinlich gleich dem bekannten digitalen Wert,der in das Speicherelement geschrieben wurde.
    [0041] Mannehme beispielsweise an, daß dasSpeicherelement 0.0 von 4 einenunbekannten Datenwert enthält,und das Erfassungselement 22 einen Widerstandswert von1,2 MΩ anzeigt.Weil jedes Speicherelement in dem Array unterschiedliche Widerstandswertefür einedigitale 1 und eine digitale 0 aufweisen kann, kann ein gemessenerWiderstandswert von 1,2 MΩ entwedereine digitale 1 oder eine digitale 0 anzeigen. Bekannte digitaleZuständekönnendann in das Speicherelement 0.0 geschrieben werden, man nehme beispielsweisean, daß einedigitale 1 in das Speicherelement 0.0 geschrieben wird, und dasErfassungselement 22 nun einen Widerstandswert von 1,5MΩ anzeigt.Man nehme außerdeman, daß diedigitale 0 geschrieben wird und das Erfassungselement 22 einenWiderstandswert von 1,0 MΩ anzeigt.Weil der Widerstandswert, der dem ursprünglichen unbekannten digitalenWert (1,2 MΩ)zugeordnet ist, näherzu dem Widerstandswert ist, der der digitalen 0 zugeordnet ist,als der Widerstandswert, der der digitalen 1 zugeordnet ist, warder ursprünglicheunbekannte digitale Wert wahrscheinlich eine digitale 0.
    [0042] 5 stellt die Zeitgebungdar, die einer sequentiellen Selbstbezugnahmetechnik zugeordnetist, die in Verbindung mit der Anordnung von 4 verwendet werden kann. Die Zeitgebungsanordnungvon 5 umfaßt das Verarbeitender Informationen in einem Speicherelement (z. B. Speicherelement0.0) vor dem Versuch, den Zustand des nachfolgenden Speicherelements(z. B. Speicherelement 0.1) zu bestimmen. Das Erfassungselement 22 kannkonfiguriert sein, um das Speicherelement 0.0 zu dem Zeitpunkt t0 zu lesen. Vor dem Zeitpunkt t0 kanndas Speicherelement 0.0 beschrieben worden sein, und daher kanndas Element 0.0 einen unbekannten Datenwert enthalten. Der Betragder Spannungen, die zum Schreiben von Daten in das Speicherelement0.0 verwendet werden, könnensich von den Spannungen unterscheiden, die zum Lesen von Daten vondem Speicherelement 0.0 verwendet werden. Folglich kann es sein,daß dasErfassungselement 22 warten muß, bis sich das Array beruhigthat, bei der Vorbereitung zum Gelesenwerden, wie es durch die Zeitperiode 24 angezeigtist, wo die Beruhigungszeit, die der Zeitperiode 24 zugeordnetist, etwa 2 μssein kann.
    [0043] DieZeitperiode 25 stellt die Zeit dar, die dem Erfassen desunbekannten Datenwerts zugeordnet ist, der in dem Speicherelement0.0 enthalten ist, wobei diese Erfassungszeit, die der Zeitperiode 25 zugeordnet ist,in der Größenordnungvon 1 bis 10 μssein kann. Die Selbstbezugnahme kann das Schreiben bekannter Wertein das Speicherelement 0.0 umfassen, und daher kann die Zeitperiode 26 dieZeitdauer darstellen, die benötigtwird, um den bekannten Wert zu schreiben. Die Zeit, die dem Schreibeneines Werts in ein Speicherelement zugeordnet ist, kann etwa 0,5 μs oder wenigersein. Gleichartig zu der Zeitperiode 24 kann es sein, daß das Erfassungselement 22 aufdas Array warten muß,bis sich dasselbe vor dem Lesen des bekannten Werts von dem Speicherberuhigt, wie es durch die Zeitperiode 27 angezeigt ist. Ähnlich wiedie Zeitperiode 24 kann die Beruhigungszeit, die der Zeitperiode 27 zugeordnetist, etwa 2 μsbetragen. Die Zeitperiode 28 stellt die Zeit dar, die demErfassen des bekannten Datenwerts zugeordnet ist, der während derZeitperiode 26 geschrieben wurde.
    [0044] DieZeitperioden 26, 27 und 28 stellen eineinziges Selbstbezugnahmebeispiel dar. Um die Genauigkeit des Speicherelements0.0 zu erhöhen,könnenmehrere Abtastwerte notwendig sein. Somit können sich für jedes Selbstbezugnahmebeispieldie Zeitperioden 26, 27 und 28 wiederholen.Sobald der Wert des Speicherelements 0.0 unter Verwendung mehrererAbtastwerte bestimmt wurde, könnennachfolgende Speicherelemente, wie z. B. das Speicherelement 0.1gelesen werden, wie es in 5 gezeigtist. Das Lesen aufeinanderfolgender Speicherelemente kann analogeZeitperioden umfassen, die mehre ren Bezugnahmeabtastwerten zugeordnetsind, wie es durch die Zeitperiode 21–33 angezeigt ist.
    [0045] Selbstbezugnahmetechniken,die Informationen von einem Speicherelement verarbeiten, vor dem Versuch,den Zustand des nachfolgenden Speicherelements zu bestimmen, können sichfür kleineArrays als adäquaterweisen, d. h. wo die Gesamtzahl von nachfolgenden Speicherelementen,die gelesen werden sollen, klein ist. Bei großen Speicherelementen kannsich jedoch die Zeitdauer, die das Erfassungselement 22 damitverbringt, zu versuchen, den korrekten Wert für jedes Speicherelement zulesen, aufaddieren. Das Durchführenmehrerer Selbstbezugnahmeabtastwerte, um die Genauigkeit des Lesevorgangszu erhöhen, kannauch die Zeitdauer verlängern,die erforderlich ist, um den Wert eines Speicherelements zu lesen.
    [0046] Gemäß Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung sind Techniken zum Reduzieren der Gesamtlesezeiteines Speicherarrays offenbart, während die Erhöhungen derGesamtchipflächeminimiert werden. 6 zeigtein Ausführungsbeispielzum Reduzieren der Gesamtlesezeit des Speichers 14. DerMultiplexer 23C kann das Erfassungselement 38 dynamischmit jedem einzelnen Speicherelement zum Lesen koppeln. Der Multiplexer 23C kannentweder ein analoger oder ein digitaler Multiplexer sein, abhängig vondem Signaltyp, den derselbe koppelt. Beim Lesen jedes Speicherelementskann das Erfassungselement 38 eine Widerstandswertmessungliefern. Das Erfassungselement 38 kann zusammen mit einemdigitalen Zähler 40 konfiguriertsein, um die Widerstandswertmessung in einen digitalen Zählwert zu übersetzen.Eine Mehrzahl von digitalen Zählern,wie sie in 7 gezeigtsind, könnenverwendet werden, wo der Multiplexer 23C das Koppeln desErfassungselements 38 mit der Mehrzahl von Zählern ermöglichenkann. Auf diese Weise kann ein Zählerjeder Spalte Co – CN–1 zugeordnetsein. Der Multiplexer 23C kann entweder ein analoger oderein digitaler Multiplexer sein, abhängig von dem Signaltyp, denderselbe koppelt.
    [0047] 8 zeigt eine beispielhafteSchaltung 44 zum Übersetzendes Widerstandswerts, der dem Speicherelement 46 zugeordnetist, in einen digitalen Zählwert,wobei das Speicherelement 46 jedes Speicherelement in 6 (z. B. 0.0, 0.1) seinkann, und durch einen Widerstand RMEM dargestelltist. Die in 8 gezeigte Anordnungstellt eine von mehreren Möglichkeitenzum Übersetzendes Widerstandswerts eines Speicherelements in einen digitalen Zählwert dar.
    [0048] MitBezugnahme auf 8 kanndie vorbestimmte Bezugsspannung VREF mitdem positiven Eingang eines Verstärkers 48 gekoppeltsein. Der negative Eingang des Verstärkers 48 kann zu einemAnschluß des Speicherelements 46 gekoppeltsein, währendder andere Anschluß desSpeicherelements 46 mit Masse gekoppelt sein kann. EinSchalter 50 kann auch mit dem negativen Eingangsanschluß des Verstärkers 48 gekoppeltsein. Der Schalter 50 kann ein Transistor oder ein äquivalentesSchaltbauelement sein. Der Ausgang des Verstärkers 48 kann mitdem Steueranschluß desSchalters 50 gekoppelt sein, um eine negative Rückkopplungsschleifefür denVerstärker 48 zuliefern und VREF über das Speicherelement 46 zuregeln.
    [0049] DerStrom in dem Speicherelement 46, Isense,kann durch eine Spannungsquelle 51 durch einen Schalter 52 geliefertwerden. Der Steueranschluß desSchalters 52 kann mit einem Taktsignal CLK von einer digitalenSteuerung verbunden werden (in 8 nichtgezeigt). Wenn CLK aktiviert ist, kann der Schalter 52 ineinem leitenden Zustand sein, um Isense zuRMEM zu liefern und den Integrationskondensator 54 aufdie Quellspannung 51 vorzuladen. Wenn CLK deaktiviert ist,kann der Schalter 52 zu einem nicht-leitenden Zustand übergehen,und Isense kann von dem Integrationskondensator 54 geliefertwerden. Währendder Integrationsperiode kann sich die Spannung über den Kondensator 54 verringern,von einem Anfangswert Vinit zu einem zweiten WertVfinal. Auf diese Weise kann der Kondensator 54 zueinem Anfangswert Vinit gela den werden,unter Verwendung der Spannungsquelle 51, und kann von derSpannungsquelle 51 getrennt werden, wenn das Signal CLKdeaktiviert ist. Ein Komparator 53 und ein Zähler 55 können enthaltensein, um die Entladezeit des Kondensators 54 zu messen,und der Zählerkann mit dem Komparator 53 gekoppelt sein, und der Kondensator 54 kannmit dem Komparator 53 gekoppelt sein.
    [0050] Sobaldder Kondensator 54 auf Vinit geladenist und der Schalter 52 die Spannungsquelle 51 vondem Kondensator 54 trennt, kann der Kondensator 54 nachwie vor durch den Schalter 50 mit dem Speicherelement 46 gekoppeltsein. Wie es oben erwähntwurde, kann das Speicherelement 46 bei einer Spannung vonVREF geregelt werden, aber weil der Schalter 52 dieSpannungsquelle 51 von dem Kondensator 54 trennenkann, wird der Strom Isense nun durch denKondensator 54 geliefert. Da der Kondensator 54 nunIsense liefern kann, kann die Entladezeitdes Kondensators 54 mit dem Zähler 55 gemessen werden.Beispielsweise kann die Zeitdauer, die benötigt wird, daß der Kondensator 54 voneiner Anfangsspannung Vinit zu einer EndspannungVfinal entlädt, durch den Zähler 55 gemessenwerden, wobei der Komparator 53 ein Signal an den Zähler 55 liefern kann,das anzeigt, wenn die Anfangsspannung Vinit unddie Endspannung Vfinal erhalten werden.Die Anfangsspannung Vinit kann gleich jederSpannung sein, die die Spannung der Spannungsquelle 51 umfaßt. Gleichartig dazukann die Endspannung Vfinal auch gleichsein zu jeder Spannung, die die Bezugsspannung VREF umfaßt, die über dasSpeicherelement 46 geregelt wird. Die Gleichung (1) stelltdie Entladezeit dar, die durch den Zähler 55 gemessen werdenkann, und als ein digitaler Zählwertdargestellt werden kann, wenn der Kondensator 54 eine Kapazität C aufweist,und einen Anfangsspannungswert Vinit undeinen Endwert von Vfinal
    [0051] Weilder Wert von VREF bekannt sein kann, kannder Widerstandswert RMEM des Speicherelements 46 direktproportional zu dem Strom Isense sein, derdurch dasselbe fließt.Somit kann durch Messen der Entladezeit an dem Kondensator 54 vonVinit zu Vfinal,wie es in Gleichung (1) angezeigt ist, die Strommenge Isense bestimmtwerden, so daß derWiderstandswert RMEM des Speicherelements 46 bestimmtwerden kann. Durch Zuordnen des Widerstandswerts eines Speicherelementszu einem digitalen ZählwertkönnenSelbstbezugnahmetechniken verwendet werden.
    [0052] 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispielzum Reduzieren der Gesamtlesezeit des Speichers 14. DerMultiplexer 23C kann das Erfassungselement 58 mitjedem einzelnen Speicherelement zum Lesen koppeln. Beim Lesen jedesSpeicherelements kann das Erfassungselement 58 eine Widerstandsmessungliefern. Das Erfassungselement 58 kann zusammen mit einemdigitalen Zähler 60 konfiguriertsein, um die Widerstandsmessung in einen digitalen Zählwert zu übersetzen.Der Zähler 60,der mehr als einen Zählerumfassen kann, kann mit einer Mehrzahl von Registern gekoppelt sein,so daß derdigitale Zählwert,der einem Speicherelement zugeordnet ist, in einem der Mehrzahlvon Registern 62 (REG0 – REGN–1)gespeichert sein kann. Jeder Spalte C0 – CN–1 desSpeichers 14 kann ein Register REG0 – REGN–1 zugeordnetsein. Alternativ kann jedes Register mehreren Speicherelementenzugewiesen sein. Beispielsweise kann es 16 Speicherelemente in einerZeile geben, und vier Register, die die 16 Speicherelemente gemeinschaftlichverwenden. Die Register 62 können einen herkömmlichenFestkörperspeicherumfassen, wie z. B. einen synchronen dynamischen Direktzugriffsspeicher(„SDRAM"). Eine optionalearithmetische logische Einheit („ALU") 63 kann auch mit der Mehrzahlvon Registern 62 gekoppelt sein. Zählwerte, die durch den Zähler 60 erzeugtwerden, könnenin den Registern 62 gespeichert werden, und können dieGesamtlesezeit des Speichers 14 reduzieren.
    [0053] 10 stellt die Zeitgebungdar, die einer gleichzeitigen Selbstbezugnahmeleseoperation derin 9 gezeigten Schaltungsanordnungzugeordnet ist. Die Zeitgebungsanordnung von 10 umfaßt das Verarbeiten der Informationenin einem Speicherelement (z. B. Speicherelement 0.0) zur gleichenZeit wie das Verarbeiten der Informationen von einem nachfolgendenSpeicherelement (z. B. Speicherelement 0.1). Mit Bezugnahme aufdie in 10 dargestellteZeitgebung kann das Erfassungselement 58 konfiguriert sein,um Speicherelemente sequentiell zu lesen und den gespeicherten Wertin den Registern 62 zu speichern. Das Erfassungselement 58 kanndarauf warten, daß sichdas Array von vorherigen Schreiboperationen beruhigt, bevor dasselbegelesen wird, wie es durch die Zeitperiode 66 angezeigtist. Die Beruhigungszeit, die der Zeitperiode 66 zugeordnetist, kann ähnlichsein wie die Beruhigungszeit, die der Zeitperiode 24 von 5 zugeordnet ist, und kannetwa 2 μsbetragen. Das Speicherelement 0.0 kann in der Zeitperiode 68 erfaßt werden,wo die Inhalte des Speicherelements 0.0 unbekannt sind, und dieseErfassungszeit kann in der Größenordnungvon 1–10 μs sein, wiees bei der Zeitperiode 25 in 5 derFall war.
    [0054] DerWert des Speicherelements 0.0 kann durch den Zähler 60 in einen digitalenZählwert übersetzt werden,und in dem entsprechenden Register in den Registern 62 gespeichertwerden. Statt dem Schreiben eines bekannten Werts in das Speicherelement0.0 nach dem Lesen des unbekannten Werts desselben, wie es bei 5 der Fall war, kann einnachfolgender Lesevorgang durchgeführt werden. Das Erfassungselement 58 kannmit einem nachfolgenden Speicherelement (z. B. Speicherelement 0.1)gekoppelt werden, und der Wert des nachfolgenden Speicherelementskann in ein entsprechendes Register in der Mehrzahl von Registern 62 übersetztund gespeichert werden, wie es durch die Zeitperiode 70 angezeigtist. Nachfolgende Speicherelemente können auch auf diese Weise gelesenwerden, und obwohl in 10 nurzwei Speicherelemente (0.0 und 0.1) gezeigt sind, kann die Anzahl vonaufeinanderfolgenden Speicherelementen, die gelesen werden können, abhängig seinvon der Anzahl von Registern, die in der Mehrzahl von Registern 62 verfügbar sind.
    [0055] Sobalddie unbekannten Zuständefür dieaufeinanderfolgenden Speicherelemente gelesen und in Registern gespeichertsind, könnenbekannte Werte in die Speicherelemente 0.0 und 0.1 geschrieben werden, wiedurch die Zeitperioden 72 und 74 gezeigt ist.Einige Magnetspeicherkonfigurationen ermöglichen es, daß vieleSpeicherelemente gleichzeitig auf den gleichen Wert geschriebenwerden, so daß dieZeitperioden, die dem Schreiben bekannter Werte zu den Speicherelementenzugeordnet sind, kombiniert werden können. Beispielsweise können dieZeitperioden 72 und 74 in eine einzige Schreiboperationkombiniert werden, was weniger Zeit zum Durchführen erfordert als mehrereaufeinanderfolgende Schreiboperationen. Die Zeitperiode 75 stellteine Beruhigungszeit dar, die dem Array zugeordnet ist, ähnlich wiedie Zeitperiode 66. Die Zeitperiode 76 kann demLesen des bekannten Werts (geschrieben während der Zeitperiode 72)von dem Speicherelement 0.0 entsprechen. Durch Vergleichen des bekanntenZustands von der Zeitperiode 76 mit dem unbekannten Zustand,der in der Zeitperiode 68 gelesen wird, kann eine Bestimmung über dendigitalen Wert des Speicherelements 0.0 gemacht werden. Gleichartigdazu kann die Zeitperiode 78 das Lesen des bekannten Zustandsdes Speicherelements 0.1 umfassen, so daß ein Vergleich mit dem unbekanntenZustand der Zeitperiode 70 durchgeführt werden kann.
    [0056] DurchVergleichen der Zeitgebungssequenzen von 5 und 10 kanndie Zeit, die erforderlich ist, um den digitalen Zustand der Speicherelemente0.0 und 0.1 zu bestimmen, wesentlich reduziert werden durch Implementierender in 9 gezeigten Registeranordnung.Insbesondere werden die Zeitperiode 29 und die Zeitperiode 32 nichtmehr benötigt,weil die Erfassungsoperation und die Schreiboperation zusammen gruppiertsind. Daher könnendie Zeitperioden 24 und 29 kombiniert werden,um eine einzige Zeitperiode 66 zu bilden. Gleichartig dazukönnendie Zeitperioden 27 und 32 kombiniert werden,um eine einzige Zeitperiode 75 zu bilden. Die Zeitgebungvon 10 kann weiter imSpeicher reduziert werden, der in der Lage ist, gleichzeitig vieleSpeicherelemente zu beschreiben. Das Schreiben des gleichen Wertsin mehrere Speicherelemente gleichzeitig kann es dann ermöglichen,daß dieZeitperioden 72 und 74 in eine einzige Schreibperiodekombiniert werden. Ferner kann das in 10 gezeigteAusführungsbeispielsich drastisch vergrößern, während sichdie Anzahl von Speicherelementen, die gelesen werden, vergrößert.
    [0057] DasVergleichen des digitalen Zählwerts,der einem bekannten Zustand zugeordnet ist, mit einem digitalenZählwert,der einem unbekannten Zustand zugeordnet ist, kann auf eine Vielzahlvon Wegen von erreicht werden. Die beiden Zählwerte können unter Verwendung der ALU 63 subtrahiertwerden, so daß,falls die Differenz groß ist,der unbekannte Wert und der bekannte Wert nicht gleich sein können. Fallsalternativ die Differenz zwischen dem digitalen Zählwert,der den bekannten Wert darstellt, und dem digitalen Zählwert, derden unbekannten Wert darstellt, klein ist, können der bekannte Wert undder unbekannte Wert gleich sein. Außerdem kann der Zähler 60 einAuf-/Ab-Zählersein, der in der Lage ist, in beide Richtungen zu zählen. Auf dieseWeise kann der digitale Zählwert,der dem unbekannten Wert zugeordnet ist, in dem Zähler 60 gespeichertwerden, und vor dem Zählendes digitalen Werts fürden bekannten Wert, kann die Zählrichtungdes Zählers 60 umgekehrtwerden, so daß derresultierende Zählwertin dem Zähler 60 dieDifferenz zwischen dem bekannten und dem unbekannten Zustand desSpeicherelements ist. Außerdemkann der digitale Zählwert, derin dem Register gespeichert ist, invertiert werden (z. B. durchDurchführenvon Zweierkomplementen unter Verwendung der ALU 63) undverwendet werden, um den Zähler 60 zuversetzen. Auf diese Weise kann der digitale Zählwert in dem Zähler 60 dieDifferenz zwischen dem bekannten und dem unbekannten Zustand des Speicherelementsdarstellen.
    [0058] 11A und 11B stellen Beispiele von Vierfachabtastwertselbstbezugnahmetechnikendar, die in Verbindung mit den Anordnungen von 7 und 9 verwendetwerden können.Mit Bezugnahme auf 11A ist einVierfachabtastwert fürden Fall des Speicherelements 0.0, das eine digitale 1 enthält, gezeigt.Der Abtastwerte Nr. 1 kann genommen werden, wo der Widerstandswertdes Speicherelements 0.0 in einen digitalen Zählwert von 130 übersetztwerden kann, wie es oben beschrieben ist. Weil die Widerstandswerte,die hohen und niedrigen digitalen Zuständen zugeordnet sind, einzelnbestimmt werden müssen,kann es sein, daß der digitaleZählwertvon 130, der bei dem Abtastwert Nr. 1 genommen wird, keinem digitalenWert zugeordnet werden kann. Folglich kann es sein, daß der digitaleZustand des Speicherelements 0.0 unbekannt ist, wie es in 11A durch den BuchstabenX angezeigt ist. Der Zähler 60 kannein Auf-/Ab-Zählersein, wo die Zählrichtungdes Zählers 60 umgekehrtwerden kann, abhängigdavon, welcher Abtastwert genommen wird. Durch Umkehren der Zählrichtungkann der digitale Nettozählwertdargestellt werden, wie es in 11A gezeigtist. Auf diese Weise könnendie Summe und Differenz aufeinanderfolgender Abtastwerte unter Verwendungdes Zählers 60 berechnetwerden.
    [0059] DerAbtastwert Nr. 2 kann das erneute Abtasten des Speicherelements0.0 umfassen, so daß derdigitale Zählwertfür denAbtastwert Nr. 2 130 sein kann, und der Nettozählwert im Zähler 60 260 sein kann.Währenddem Abtastwert Nr. 3 kann ein bekannter Wert einer digitalen 1 indas Speicherelement 0.0 geschrieben werden, und dieser bekanntedigitale Wert kann einem Zählwertvon 130 entsprechen. Beim Abtasten dieses bekannten Werts kann dieRichtung des Zählers 60 während demAbtastwert umgekehrt werden, so daß der digitale Zählwert desAbtastwerts Nr. 3 –130beträgt,und der Nettozählwertin dem Zähler 60,nachdem der Abtastwert Nr. 3 genommen wurde, 130 beträgt. DerNettozählwertkann entweder in dem Zähler 60 beibehaltenwerden oder die Register 62 können den Nettozählwert beibehaltenund den Zähler 60 vorjedem Abtastwert mit dem Nettozählwertladen.
    [0060] DerAbtastwert Nr. 4 kann das Schreiben eines digitalen 0-Werts in das Speicherelement0.0 umfassen, wo der digitale Zählwert,der der digitalen 0 zugeordnet ist, 100 sein kann. Der Nettozählwert indem Zähler 60,nachdem der Abtastwert 4 genommen wurde, kann +30 sein, wobei dasVorzeichen des Zählwertsden digitalen Wert anzeigen kann, der in dem Speicherelement enthaltenist.
    [0061] 11B zeigt die Situation,wo die digitale 0 in dem Speicherelement 0.0 enthalten ist, unddas Vorzeichen des Zählwertsnegativ ist. Der Zähler 60 kannein Vorzeichenbit umfassen und dieses Vorzeichenbit kann den anfangsunbekannten Zustand des Speicherelements anzeigen. Somit kann derZählerbei den Abtastwerten Nr. 1 und 2 vorwärts zählen, während der Zähler bei den Abtastwerten Nr.3 und 4 rückwärts zählt, unddas Vorzeichen des Nettozählwerts,der in dem Zähler 60 enthaltenist, kann den anfangs unbekannten Zustand des Speicherelements darstellen.
    [0062] Während demAbtastwert Nr. 2 könnendie Register 62 mit dem Zähler 60 gekoppeltsein, und daher kann der Abtastwert Nr. 2 das Verdoppeln des digitalenZählwertsumfassen, der in den Registern gespeichert ist – d. h. dem digitalen Zählwert,der in dem Abtastwert Nr. 1 abgetastet wurde. Dieser Prozeß kann dieLesezeit reduzieren, da die Abtastzeit für den Abtastwert Nr. 2 durchVerdoppeln des Werts, der in dem Register enthalten ist, eliminiertwerden kann. Diese Verdoppelung kann auf eine Vielzahl von Möglichkeitenerreicht werden, einschließlichVerschieben von Bits, die den digitalen Zählwert darstellen, nach links.Alternativ kann der digitale Zählwertvon dem Abtastwert Nr. 1 in mehrere Register in der Mehrzahl vonRegistern 62 geschrieben werden. Die ALU 63 kanndann Inhalte der beiden Register addieren.
    [0063] AufgrundmöglicherIneffizienzen des Übersetzendes digitalen Werts eines Speicherelements in einen digitalen Zählwert kannes sein, daß der übersetztedigitale Zählwertnicht übereinstimmendist. Beispielsweise kann es sein, daß bei 11A der digitale Zählwert für die Abtastwerte 1 und 2 nichtgleich ist, auch wenn der gleiche Wert abgetastet wird. Das mehrmaligeAbtasten der Speicherelemente kann dazu beitragen, Widersprüche beimLesen von Speichererfassungsspeicherelementwerten zu verbinden.
    [0064] Dadie offenbarten Selbstbezugnahmetechniken den Anfangswert jedesSpeicherelements modifizieren können,kann die Wiederherstellung des Anfangswerts notwendig sein, wasdie Gesamtlesezeit erhöhen kann.Der Anfangswert des Speicherelements kann unter Verwendung von Selbstbezugnahmetechnikenbestimmt worden sein. Währendder Selbstbezugnahme könnendie Speicherelemente mit bekannten Datenwerten geschrieben wordensein. Falls die bekannten Datenwerte, die während der Selbstbezugnahmegeschrieben wurden, gleich sind wie die Anfangsdatenwerte, kannes sein, daß eineWiederherstellung nicht notwendig ist. Folglich können dieSpeicherelemente durch Vergleichen des Anfangswerts des Speicherelementsmit einem bekannten Wert, der währendder Selbstbezugnahme geschrieben wurde, selektiv wiederhergestelltwerden. Eine selektive Wiederherstellung kann durch Laden von Datenvon den Registern 62 oder von dem Zähler 60 auftreten.
    [0065] 12 zeigt die beispielhaftenmehreren Abtastwertselbstbezugnahmetechniken, die in Verbindung mitden verschiedenen Ausführungsbeispielender Erfindung verwendet werden. 12 wirdmit Bezugnahme auf das Ausführungsbeispielvon 9 erklärt. Obwohlin 12 zwei Speicherelementegezeigt sind, können vieleSpeicherelemente unter Verwendung der offenbarten Techniken gelesenwerden. Die Inhalte der Register REG0.0 undREG0.1 sind in 12 gezeigt. Obwohl 12 Register zeigt, die den Nettozählwert enthalten, kannein Auf-/Ab-Zählerals ein Akkumulator mit der Fähig keit,den akkumulierten Wert zu erhöhenund zu verringern, verwendet werden.
    [0066] MitBezugnahme auf 12 stelltdie Zeitperiode 80 die Anfangsberuhigungszeit dar, diedem Speicherarray zugeordnet ist, ähnlich wie die Zeitperiode 66 in 10. Die Zeitperiode 81 stelltdas Erfassen des Speicherelements 0.0 und das Speichern des Zählwertsin REG0.0 dar. Der Zählwert für die Zeitperiode 81 kann 130sein. Der digitale Wert, der dem Zählwert entspricht, kann unbestimmtsein (somit der Bedarf der Selbstbezugnahme), wie es durch X angezeigtist. Die Zeitperiode 82 stellt das Erfassen des Speicherelements0.0 erneut dar, wo der Zählwerterneut bei 130 gemessen wird. Die Inhalte von REG0.0 können dannder Nettozählwert 260 sein.Weil die Erfassungs- und Schreiboperationen zusammengruppiert werdenkönnen,können nachfolgendeSpeicherelemente nach der Zeitperiode 82 erfaßt werden,anstatt einen bekannten Wert in das Speicherelement 0.1 zu schreiben(was zu einer späterenZeitperiode 85 passiert, wie es nachfolgend beschriebenist).
    [0067] DieZeitperiode 83 stellt das Erfassen des Speicherelements0.1 und das Speichern des Zählwertsin REG0.1 dar. Der Zählwert für die Zeitperiode 83 kann100 sein. Der digitale Wert, der dem Zählwert entspricht, kann erneutunbestimmt sein, wie es durch das X in 12 dargestellt ist. Die Zeitperiode 84 stelltdas Erfassen des Speicherelements 0.1 ein zweites Mal dar, wo derZählwerterneut bei 100 gemessen wird. Die Inhalte von REG0.1 können dannder Nettozählwert 200 sein.Die Zeitperioden 85 und 86 stellen das Schreibeneines bekannten Werts in die Speicherelemente für die Speicherelemente 0.0bzw. 0.1 dar. Bei diesem Beispiel ist der bekannte Wert, der während denZeitperioden 85 und 86 geschrieben wird, einedigitale 1. Der bekannte Wert, der in die Speicherelemente 0.0 und0.1 geschrieben wird, kann währendder nächstenGruppe von Erfassungsoperationen erfaßt werden, nach dem Abwarteneiner Beruhigungszeit, wie es durch die Zeitperiode 87 angezeigtist.
    [0068] DieZeitperiode 88 stellt das Erfassen des bekannten Wertsdar, der in das Speicherelement 0.0 geschrieben wird, der in diesemFall eine digitale 1 war. Der erfaßte Wert kann dann von demNettozählwertsubtrahiert werden. Dies kann auftreten durch Vorladen des Zählwertsin den Zähler 60 vonREG0.0 und Umkehren der Zählrichtungdes Zählers 60.Folglich kann der Nettozählwertin REG0.0 nach der Zeitperiode 88 130sein. Gleichartig dazu kann die Zeitperiode 89 das Darstellendes Erfassen des Speicherelements 0.1 darstellen, und der Nettozählwert nachder Zeitperiode 89 kann 70 sein.
    [0069] Ähnlich wiedie Zeitperioden 85 und 86 stellen die Zeitperioden 90 und 91 dasSchreiben eines bekannten digitalen Werts in die Speicherelemente0.0 bzw. 0.1 dar. Bei diesem Beispiel ist der bekannte Wert, derwährendden Zeitperioden 90 und 91 geschrieben wird, einedigitale 0. Vor dem Erfassen dieses bekannten Werts kann eine Beruhigungszeitauftreten, wie es durch die Zeitperiode 92 angezeigt ist.
    [0070] DieZeitperiode 93 stellt das Erfassen des bekannten Wertsdar, der in das Speicherelemente 0.0 geschrieben wird, der in diesemFall eine digitale 0 war. Der erfaßte Wert kann dann von demNettozählwertsubtrahiert werden. Dies kann auftreten durch Vorladen des Zählwertsin den Zähler 60 vonREG0.0 und Umkehren der Zählrichtungdes Zählers 60.Folglich kann der Nettozählwertbei REG0.0 nach der Zeitperiode 93 +30sein. An diesem Punkt kann das Vorzeichen des Zählwerts anzeigen, daß der anfangsunbekannte Zustand des Speicherelements 0.0 eine digitale 1 war.Gleichartig dazu kann die Zeitperiode 94 das Erfassen desSpeicherelements 0.1 darstellen, und der Nettozählwert nach der Zeitperiode 89 kann –30 sein,wobei das Vorzeichen des Werts, der in REG0.1 enthaltenist, anzeigen kann, daß deranfangs unbekannte Zustand des Speicherelements 0.1 eine digitale0 war.
    [0071] Derhierin offenbarte Speicher und die Verfahren zum Reduzieren derSpeicherlesezeit könnenin einem Computersystem verwendet werden. 13 stellt ein beispielhaftes Computersystem 100 dar.Das Computersystem von 13 umfaßt eineCPU 102, die übereinen CPU-Bus mit einem Brückenlogikbauelement 106 elektrischgekoppelt sein kann. Das Brückenlogikbauelement 106 wirdmanchmal als eine „NorthBridge" bezeichnet.Die North Bridge 106 ist auch durch einen Speicherbus miteinem Hauptspeicherarray 104 elektrisch gekoppelt, undkann ferner übereinen „AGP"-Bus (AGP = advancedgraphics processor) mit einer Graphiksteuerung 108 elektrischgekoppelt sein. Das Hauptspeicherarray 104 kann ein Magnetspeicherarraysein, das die offenbarten Verfahren zum Reduzieren der Speicherlesezeitverwendet. Die North Bridge 106 koppelt die CPU 102,den Speicher 104 und die Graphiksteuerung 108 mitden anderen Peripheriegerätenin dem System, beispielsweise durch einen Primärerweiterungsbus („Bus A"), wie z. B. einenPCI-Bus oder einen EISA-Bus. Verschiedene Komponenten, die unterVerwendung des Busprotokolls von Bus A arbeiten, können sichin diesem Bus befinden, wie z. B. eine Audiovorrichtung 114,eine IEEE 1394-Schnittstellenvorrichtung 116 und eine Netzwerkschnittstellenkarte(„NIC") 118. DieseKomponenten könnenin die Hauptplatine integriert sein, wie es durch 13 vorgeschlagen ist, oder sie können inErweiterungsschlitze 110 eingesteckt werden, die mit demBus A verbunden sind.
    [0072] Fallsandere Sekundärerweiterungsbussein dem Computersystem vorgesehen sind, kann ein anderes Brückenlogikbauelement 112 verwendetwerden, um den Primärerweiterungsbus(„BusA") mit dem Sekundärerweiterungsbus(„BusB") elektrisch zukoppeln. Die Brückenlogik 112 wirdmanchmal als eine „South Bridge" bezeichnet. VerschiedeneKomponenten, die unter Verwendung des Busprotokolls des Bus B arbeiten, können sichauf diesem Bus befinden, wie z. B. eine Festplattensteuerung 122,ein System-ROM 124, und eine Super-I/O-Steuerung 126. Schlitze 120 können auchvorgesehen sein fürEinsteckkomponenten, die dem Protokoll von Bus B entsprechen.
    [0073] DasImplementieren mehrerer Abtastoperationen und das Verwenden einesdigitalen Zählersmit umkehrbarer Richtung (d. h. ein Auf-/Ab-Zähler) können Lesezeiten des Magnetspeichersreduzieren. Der Zählwert,der jedem Abtastwert zugeordnet ist, kann von jedem anderen addiertoder subtrahiert werden, durch Ändernder Richtung des Zählers,und der Nettozählwertkann den digitalen Zustand des Speicherelements anzeigen. DurchVerwenden eines umkehrbaren Zählersund durch Koppeln von Registern mit diesem Zähler können Erfassungsoperationen,die an mehreren Speicherelementen durchgeführt werden, zusammengruppiertwerden und vor dem Schreiben bekannter Werte in diese Speicherelementedurchgeführtwerden. Durch Zusammengruppieren der Erfassungsoperationen und derSchreiboperationen, die dem Lesen des Speichers zugeordnet sind,kann die Speicherlesezeit reduziert werden. Diese Lesezeit kannweiter reduziert werden, falls mehrere Speicherelemente gleichzeitigbeschrieben werden können,wie es bei einigen Speicherkonfigurationen möglich ist. Außerdem können Registermit dem Zählergekoppelt sein, so daß einNettozählwertfür mehrereSpeicherelemente erhalten werden kann durch Puffern der digitalenZählwerte.Da eine Selbstbezugnahme das Modifizieren der Inhalte eines Speicherelementsumfassen kann, kann das Wiederherstellen der Speicherelemente zuihrem Anfangswert notwendig sein. Speicherelemente können durchSchreiben von Informationen von den Registern selektiv zu ihremAnfangswert wiederhergestellt werden. Eine selektive Wiederherstellungkann ferner die Gesamtlesezeit des Chips reduzieren.
    [0074] Dieobige Erörterungsoll die Prinzipien und verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegendenErfindung darstellen. Füreinen Fachmann auf diesem Gebiet sind zahlreiche Variationen undModifikationen offensichtlich, sobald die obige Erörterungvölligverständlichist. Obwohl die Speicherele mente als Widerstandselemente gezeigtsind, könnendie Speicherelemente mit anderen Schaltungselementen, wie z. B.Kondensatoren, Induktoren, Dioden und Transistoren implementiertwerden. Obwohl magnetoresistive Speicherelemente in Verbindung miteinigen Ausführungsbeispielender Erfindung offenbart wurden, können andere Speichervorrichtungenmit veränderlichenWiderständenimplementiert werden, ohne von dem Schutzbereich dieser Offenbarungabzuweichen. Beispielsweise können „Phasenänderungs-" Speicherelemente,die ansprechend auf variierende Lichtintensitäten Änderungen in ihrem resistivenZustand erfahren, ebenfalls von den hierin offenbarten Ausführungsbeispielenprofitieren. Die folgenden Ansprüchesollen alle solche Variationen und Modifikationen umfassen.
    权利要求:
    Claims (26)
    [1] Verfahren zum Lesen von Speicherwerten, das folgendeSchritte umfaßt: Abtasteneiner Mehrzahl von Magnetspeicherelementen (15), wobeidie Speicherelemente (15) unbekannte Werte enthalten; Puffernder abgetasteten Werte; Schreiben bekannter Werte in die Mehrzahlvon Speicherelementen (15); Abtasten der Mehrzahlvon Speicherelementen (15), wobei die Speicherelementebekannte Werte enthalten; und Vergleichen der bekannten Wertemit den gepufferten Werten.
    [2] Verfahren gemäß Anspruch1, das ferner das Wiederherstellen der anfangs unbekannten Wertein die Speicherelemente (15) umfaßt.
    [3] Verfahren gemäß Anspruch2, bei dem die anfangs unbekannten Werte der Speicherelemente (15)nur wiederhergestellt werden, falls die bekannten und unbekanntenWerte nicht übereinstimmen.
    [4] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, bei dem das Abtasten des Speicherelements (15)folgende Schritte umfaßt: Regelneiner Spannung überein Magnetspeicherelement (15); und Korrelieren desWiderstandswerts eines Speicherelements (15) mit einemdigitalen Zählwert,unter Verwendung eines digitalen Zählers (55).
    [5] Verfahren gemäß Anspruch4, bei dem der Zählwertin dem digitalen Zähler(55) die Differenz zwischen den bekannten und unbekanntenZuständendes Speicherelements (15) darstellt.
    [6] Verfahren gemäß Anspruch4 oder 5, bei dem der digitale Zähler(55) eine umkehrbare Richtung aufweist.
    [7] Verfahren gemäß einemder Ansprüche1 bis 6, bei dem das Puffern unter Verwendung von Registern (62)erreicht wird.
    [8] Verfahren gemäß Anspruch7, bei dem die Register (62) einen synchronen dynamischenDirektzugriffsspeicher umfassen.
    [9] Verfahren zum Reduzieren der Lesezeit von Speicherwertenin einem Magnetspeicherarray (14), das folgende Schritteumfaßt: (a)Abtasten eines unbekannten Zustands eines ersten Speicherelements(15); (b) Puffern dieses abgetasteten Werts; (c)Wiederholen von (a) und (b) fürnachfolgende Speicherelemente (15), (d) Schreibeneines bekannten Werts in das erste Speicherelement (15), (e)Wiederholen von (d) fürdie nachfolgenden Speicherelemente (15), (f) Abtastendes bekannten Werts, der in die Speicherelemente (15) geschriebenist; und (g) Vergleichen des gepufferten Werts mit dem bekanntenWert.
    [10] Verfahren gemäß Anspruch9, bei dem das Abtasten des Speicherelements (15) folgendeSchritte umfaßt: Regelneiner Spannung (VREF) über ein Speicherelement (15);und Korrelieren des Widerstands (RMEM),(46) eines Speicherelements mit einem digitalen Zählwert,unter Verwendung eines digitalen Zählers (55); wobeidas Speicherelement (15) ein Magnetspeicherelement (15)umfaßt.
    [11] Verfahren gemäß Anspruch10, bei dem der Zählwertin dem digitalen Zähler(55) die Differenz zwischen dem bekannten und unbekanntenZustand des Speicherelements (15) darstellt.
    [12] Verfahren gemäß Anspruch11, bei dem der digitale Zähler(55) ein Auf-/Ab-Zählerist.
    [13] Verfahren gemäß einemder Ansprüche9 bis 12, das ferner das Wiederherstellen des ursprünglichen unbekanntenZustands zu den Speicherelementen (15) umfaßt.
    [14] Speicher (14), der folgende Merkmale umfaßt: eineMehrzahl von Magnetspeicherelementen (15); ein Erfassungselement(58), das mit den Speicherelementen (15) gekoppeltist; einen digitalen Zähler(60), der mit dem Erfassungselement (58) gekoppeltist, wobei der Zählwert,der in dem Zähler(60) enthalten ist, sich auf den digitalen Wert eines Speicherelements(15) bezieht; und eine Mehrzahl von Registern (62),die mit dem Zähler(60) gekoppelt sind, wobei jedes Register (REG0.0 – REG0.N–1)konfiguriert ist, um einen Zählwertzu speichern.
    [15] Speicher (14) gemäß Anspruch 14, der ferner einearithmetisch-logische Einheit zum Durchführen mathematischer Operationenbezüglichder Inhalte der Register (62) umfaßt.
    [16] Speicher (14) gemäß Anspruch 14 oder 15, beidem der Zähler(60) die Summe und die Differenz der digitalen Zählwerteenthält.
    [17] Speicher (14) gemäß einem der Ansprüche 14 bis16, bei dem Selbstbezugnahmetechniken verwendet werden, um den Werteines Speicherelements (15) zu lesen.
    [18] Speicher (14) gemäß einem der Ansprüche 14 bis17, bei dem ein unbekannter Datenwert durch einen ersten Zählwert desdigitalen Zählers(60) dargestellt ist, und dieser Zählwert in dem Register (62)beibehalten wird.
    [19] Speicher (14) gemäß Anspruch 18, bei dem einbekannter Datenwert durch einen zweiten Zählwert des digitalen Zählers (60)dargestellt ist, und wobei der erste und zweite Zählwert verglichenwerden.
    [20] Speicher (14) gemäß Anspruch 19, bei dem derzweite Zählwertin einem Register (62) enthalten ist, und der Vergleichunter Verwendung mathematischer Operationen durchgeführt wird.
    [21] Verfahren zum Lesen von Speicherwerten, das folgendeSchritte umfaßt: Koppelneines digitalen Zählers(55) mit einem Speicherelement (15); Zuordneneines ersten digitalen Zählwertszu einem unbekannten Datenwert, der in dem Speicherelement (15) enthaltenist; Beibehalten des ersten digitalen Zählwerts; Zuordnen eineszweiten digitalen Zählwertszu einem bekannten Wert, der in dem Speicherelement (15)enthalten ist; und Vergleichen des ersten und des zweiten digitalenZählwerts.
    [22] Verfahren gemäß Anspruch21, bei dem der erste und der zweite digitale Zählwert in einem Register (62)beibehalten werden, das mit dem digitalen Zähler (55) gekoppeltist.
    [23] Verfahren gemäß Anspruch21 oder 22, bei dem der erste digitale Zählwert in dem digitalen Zähler (55) enthaltenist, und die Richtung des digitalen Zählers (55) vor demZuordnen des zweiten digitalen Zählwerts zudem bekannten Wert umgekehrt wird.
    [24] Computersystem (100), das folgende Merkmaleumfaßt: einenProzessor (102); eine Tastatur, die mit dem Prozessor(102) gekoppelt ist; und einen Systemspeicher (104),der mit dem Prozessor (102) gekoppelt ist, wobei der Speicher(104) folgende Merkmale umfaßt: ein Array von Speicherelementen(14); eine Erfassungsschaltungsanordnung (58),die mit den Speicherelementen (15) gekoppelt ist; eineZählerschaltungsanordnung(60), die mit der Erfassungsschaltungsanordnung (58)gekoppelt ist, wobei der Zähler(60) einen Zählwertenthält,der den digitalen Wert eines Speicherelements (15) anzeigt;und eine Mehrzahl von Registern (62), die mit demZählwert(60) gekoppelt sind, die in der Lage sind, mehrere Zählwertezu speichern.
    [25] Computer gemäß Anspruch24, bei dem der Speicher (14) ferner eine arithmetisch-logischeEinheit umfaßt,um bezüglichder Inhalte der Register (62) mathematische Operationendurchzuführen.
    [26] Speicher, der folgende Merkmale umfaßt: eineSpeichereinrichtung (14) zum Speichern von Informationen; eineErfassungseinrichtung (58) zum Erfassen der gespeichertenInformationen; eine Zähleinrichtung(60), wobei der Zählwertin der Zähleinrichtungsich auf den digitalen Wert der gespeicherten Informationen bezieht;und eine Speichereinrichtung (62), wobei die Speichereinrichtungkonfiguriert ist, um einen Zählwertzu speichern.
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