DE3003103A1

DE3003103A1 - Steueranordnung zum auffrischen eines dynamischen speichers

Info

Publication number: DE3003103A1
Application number: DE19803003103
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kitano; Daisuke Mochizuki
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1980-01-29
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS55105891A; DE3003103C2; US4313180A

Description

Sharp K.K.

TER MEER - MÜLLER . 3TEINMEISTCR 1^07-GER-T

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein System bzw. eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zur Auffrischung des Inhalts eines dynamischen Speichers, also etuia eines Speichers mit uiahlfreiem Zugriff.

Dynamische Speicher mit uiahlfreiem Zugriff (RAM = _Randam _Access Jjlemory) sind statischen RAMs aber auch C-MDS RAMs überlegen, da sich mit solchen dynamischen RAMs bei vergleichsweise niedrigen Kosten eine größere Speicherkapazität verwirklichen läßt. Für dynamische RAMs ist jedoch ein Auffrischsystem erforderlich, um die gespeicherten Daten aufrechterhalten zu können. Hauptsächlich daraus resultiert die Tatsache, daß dynamische RAMs mehr elektrische Leistung verbrauchen als C-MDS RAMs. In herkömmlichen Speichersystemen werden daher dynamische RAMs lediglich für die .äußeren oder peripheren Speicher oder als Pufferspeicher für äußere Speicher verwendet, also dort, wo eine Speicherauffrischung nicht erforderlich ist.

Werden dynamische RAMs als Teil größerer Systemeinheiten verwendet, so muß elektrische Leistung für den peripheren

2Q Schaltkreis der dynamischen RAMs kontinuierlich zur Verfügung stehen, und zwar auch dann, wenn die Hauptstromver-SDrgung unterbrochen wird, um den Speicherinhalt festhalten zu können. Ein bekanntes Verfahren sieht die Verwendung einer Schaltung vor, die an den peripheren Kreis des dynamischen RAMs kontinuierlich eine wechselspannung anlegt, und zwar auch dann, wenn das Gesamtsystem nicht in Betrieb ist. Dabei wird ersichtlicherweise eine zusätzliche üJechselstromversorgungseinheit für den peripheren Kreis des dynamischen RAMs benötigt. Eine andere bekannte Möglich-

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keit zur Aufrechterhaltung des Speicherinhaltes besteht in der Verwendung einer Batterie großer Kapazität, die das gesamte System mit ausreichender Leistung versorgt, Denn die Hauptstromversorgung unterbrochen wird. Dieses Verfahren ist aus praktischen Gründen nicht günstig, da eine Batterie großer Kapazität nicht nur teuer und voluminös ist, sondern auch gewichtsmäßig unerwünscht ist, insbesondere, wenn es sich um kleinere tragbare elektronische Geräte handelt.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Systemanordnung zur Auffrischung des Inhalts eines dynamischen Speichers zu schaffen, die mit einem sehr geringen Strombedarf auskommt, so daß zur Stützung bzuj. Aufrechterhaitung des Inhalts beispielsweise eines dynamischen RAMs nur eine kleine Batterie mit relativ geringer Speicherkapazität benötigt uiird. Gleichzeitig ist es ein Ziel der Erfindung, die Betriebszuverlässigkeit von dynamischen RAMs wesentlich zu verbessern.

Der Patentanspruch 1 gibt die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe in kurzer Zusammenfassung an.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind unter anderem in der nachfolgenden Beschreibung sowie in Unteransprüchen enthalten.

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Ein üiBsentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Steueranordnung besteht darin, daß das Auffrischen des Inhaltes eines dynamischen Speichers unter normalen Betriebsbedingungen, uienn das betreffende elektronische Gerät aus sei-πεγ Nauptstromversargung gespeist wird, über den geräteeigenen ZentralprDzessor erfolgt, dagegen bei unterbrochener Hauptstromversorgung van einer besonderen Auffrisch-Steuerschaltung übernommen uird, die aus einer kleinen Hilfsbatterie gespeist wird.

1D Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch den Stand der Technik enthält, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer herkömmlichen Auffrisch-Steueranordnung fürsei-

nen dynamischen RAM,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Stromversorgungsschaltung innerhalb der nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Auffrisch-Steueran-2Q Ordnung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Auffrisch-Steueranordnung für einen dynamischen RAM,

Fig. k ein Impulsdiagramm zu der Steueranordnung von Fig. 3, und

Fig. 5 eine grafische Darstellung eines von einem in Fig. 3 enthaltenen Zentralprozessor abgegebenen Auffrisch-Steuersignals.

Zu der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Auffrisch-Steueranordnung für einen dynamischen Speicher bzui. RAM (Random Recess ^emory) gehört eine Batterie 3'mit einer großen Kapazität, uelche das gesamte zugehörige elektronische Gerät 1 mit elektrischem Strom versorgen muß, uienn die Hauptstromversorgung unterbrochen ist.

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Das elektronische Gerät 1 wird normalerweise aus einer liJechselstromqüelle 2, deren Betriebszustand durch eine Abfrageschaltung k überwacht ujird, mit Strom versorgt. Das elektronische Gerät 1 enthält einen Zentralprozessor (CPU) 5, welcher den Betrieb dieses Gerätes steuert, einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 7 und eine Steuerschaltung 6 zur Steuerung der Adreßwahl und der Speicherauffrischung in dem dynamischen RAM 7. Bei Abschaltung der als Hauptstromquelle dienenden üJechselstromquelle 2 aktiviert die Abfrageschaltung k mittels eines Steuersignals die Batterie 3, welche dann das Gesamtsystem des elektronischen Gerätes 1 mit Strom versorgt.

Das erfindungsgemäße Speicherauffrisch-SyBtem enthält eine in Fig. 2 schematisch dargestellte Stromversorgungsschaltung, an deren Eingangsklemme 2G eine Gleichspannung Uj.. anliegt, die eine nicht dargestellte, an eine Wechselstromquelle angeschlossene Gleichrichterschaltung abgibt. An die Eingangsklemme 20 sind eine erste Stromversorgung 21, welche eine Steuerschaltung eines elektronischen Gerätes mit einer Spannung V beliefert, und ein Gleich-/Gleichspannungsuiandler 22 angeschlossen, welcher eine periphere Schaltung des dynamischen RAM mit einer Spannung ν/_ versorgt. Ferner liegt am Eingang des Gleich-VGleichspannungsuiandlers 22 eine Batterie 23 mit geringer Kapazität, welche dessen Stromversorgung übernimmt, sobald die Eingangs-Gleichspannung W_TW unterbrochen wird.

Solange die Eingangs-Gleichspannung V₁-. anliegt, wird die Steuerschaltung des elektronischen Gerätes 1 aus der ersten Stromversorgungsschaltung 21 mit Strom versorgt, und der dynamische RAM und desasen periphere Schaltung erholt Strom aus dem LJandler 22, welcher mit der Gleichspannung Uj_n gespeist wird. Sobald die Eingangs-Gleichspannung U_TN ausbleibt, übernimmt die Batterie 23 die Stromversorgung des Gleich-/

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Gleichspannungsujandlers 22, welcher nur den dynamischen RAM und dessen periphere Schaltung zu Auffrischungszwecken mit Strom versorgt.

Nachstehend uird die in Fig. 3 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Auffrisch-Steuerschaltung in Uerbindung mit dem zugehörigen Impulsdiagramm von Fig. h beschrieben. Ein Zentralprozessor (CPU) 31 erzeugt verschiedene Steuersignale für das nicht dargestellte zugehörige elektronische Gerät. Solange der Zentralprazessor 31 aus der ersten

1D Stromversorgungsschaltung 21 von Fig. 2 mit Strom versorgt wird, erzeugt er ein Auffrisch-Taktsignal RFSH zum Auffrischen des dynamischen RAM und ein Strobe-Signal MREQ , s.Fig. 4. Die Erzeugung des Auffrisch-Taktsignals RFSH erfolgt während einer Austastperiade T^ innerhalb eines Befehlsabrufzyklus¹ H₁ (T₁ - T^), s.Fig. 5.

Der ZentralprDzessor 31 ist vorzugsweise vom Typ CPU S080, hergestellt von der Intel -Corporation. Das von ihm erzeugte Auffrisch-Taktsignal RFSH und das Strnbe-Signal MREQ gehen an ein UND-Glied G₁, dessen Ausgang mit dem Eingang eines NOR-Gliedes NÜR„ verbunden ist, welches seinerseits dem dynamischen RAM ein Auffrischsignal RAS liefert. Das Auffrisch-Taktaignal RFSH geht außerdem zu einem weiteren NOR-Glied NDR₁, welches ein Auffrisch-Adreßsteuersignal AREF an einen Auffrisch-Zähler 32 abgibt, welcher die Uorderflanken des Adreß-Steuersignals AREF aufwärts zählt und über seine Ausgangsanschlüsse ARj-. - AR_fi Adreßsignale an den dynamischen RAM abgibt. Mit anderen Worten: in Abhängigkeit von den vom Zentralprazessor 31 erhaltenen Steuersignalen adressiert der Auffrisch-Zähler 32 fortlaufend die Speicherabschnitte des dynamischen RAM, und die so ausgewählten Speicherabschnitte werden durch das vom NOR-Glied erzeugt3 Auffrischsignal RAS aufgefrischt.

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BAD ORIGINAL

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Für Auffrischungszwecke sind außer dem Zentralprozessar 31 ein Oszillator 33 und ein Takt-Zähler 3^ vorhanden, von denen letzterer aus einer Halteschaltung 3^A und einem Zähler 3i*B zusammengesetzt ist. Aus einem Taktsignal CP_Q des Oszillators 33 erzeugt der Takt-Zähler 3^ Synchronisiersignale CP₁ , CP„ und CP-, , von denen die Signale CP_g und CP, in einen Dekodierer 35 gehen, dessen Ausgangssignal dem Glied MOR zur Abgabe des Auffrisch-Adreßsteuersignals AREF zugeführt wird. Das Synchronisiersignal CP₁ geht in eine Differenzierschaltung 36 zwecks Gewinnung eines Differenzier-Synchronisiersignals CP₁',vwelches zusammen mit dem Ausgang des Dekodierers 35 zu einem UND-Glied G„ geht, dessen Ausgang das Glied IMOR₂ zur Abgabe des Auffrischsignals RAS veranlaßt.

In Übereinstimmung mit den Synchronisiersignalen CP , CP„ und CP, des Zählers 3k geht das Auffrisch-Adreßsteuersignal AREF mit Hilfe des Dekoders 35 und des Gliedes IMOR₁ in den Auffrisch-Zähler 32, während das Auffrischsignal RAS über die Glieder G„ und (MOR zu Auffrischzwecken in den gemahlten Speicherabschnitt gelangt. Dieses von dem Zentralprozessor 31 unabhängige Auffrisch-Steuersystem wird aus dem Gleich-ZGleichspannungswandler 22 der Stromversorgungsschaltung van Fig. 2 mit Strom versorgt.

Die in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Auffrisch-Steueranordnung erhält beispielsweise von einer der in Fig. dargestellten Abfrageschaltung k ähnlichen Prüfgruppe ein Prüfsignal RES, welches gemäß Fig. k (1) bei ausgeschalteter Wersorgungsgleichspannung \l_lf, (Fig.2) in einem Zeitraum C einen tiefliegenden logischen Zustand, und bei eingeschalteter Uersargungsgleichspannung U_TW (Fig.2) während eines Zeitraumes D einen hnchliegenden logischen Zustand annimmt.

Geht das Prüfsignal RES "Hoch", dann steuert es den Zentralprazessor 31 und die Halteschaltung 3*tA so an, daß der

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Zentralprozessor 31 die Auffrisch-Operation durchführt. Bei tiefliegendem Zustand des Prüfsignals RES werden der Oszillator 33 und der Takt-Zähler 3k aus der Batterie 23 van Fig. 2 versorgt und führen die Auffrischung des dynamischen RAM durch.

Im Augenblick dEr Umschaltung des Prüfsignals RES von "Niedrig" auf "Hoch" fixiert die Halteschaltung 34A die im Zähler 34D gespeicherten Inhalte; rückgesetzt wird der Zähler 3^B dann durch die anschließend vom Zentralprozessor 31 erzeugten Signale RFSH und MREQ.

Nachstehend wird die Auffrisch-Steueranordnung von Fig. 3 in Uerbindung mit Fig. k beschrieben.

Betriebszustand: die Hauptstromversorgung ist abgeschaltet "Hilfsbetrieb".

LJährend des Zeitraumes C in Fig. k (1) ist die Uersorgungsgleichspannung V™ abgeschaltet, und das Prüfsignal RES ist "Niedrig". Der Zentralprozessor 31 ist rückgesetzt, während der Oszillator 33 und der Takt-Zähler 3k aktiviert sind. Der Takt-Zähler 3k erzeugt in Abhängigkeit von dem

2U Oszillator-Taktsignal CF^J _U die Synchronisiersignale CP₁ , CP und CP₃ , von denen CP- und CP₃ die Einspeisung der Auffrisch-Adreßsteuersignale AREF in den Auffrisch-Zähler 32 bewirken. Letzterer wählt jetzt beispielsweise über seine Ausgangsanschlüsse AR_n - AR_g die Adresse (An - 1) des dynamischen RAM an, 3.Fig. k (11). Das differenzierte Synchronisiersignal CP₁ ¹ geht zum Eingang von UND-Glied Gp. Die Differenzierschaltung 36 bewirkt eine Impulsbreitenreduzierung bei dem Auffrischsignal RAS, wenn die Schaltung aus der Batterie 23 von Fig. 2 versorgt wird, um den Stromverbrauch niedrig zu halten. Über das UND-Glied G₂ geht das differenzierte Synchronisiersignal CP,' zusammen mit dem

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Ausgang des DekDdierers 35 zuiecks Auffrischung der Adresse (An - 1) in den dynamischen RAM, welcher auf diese üJeise fortlaufend unter Benutzung der vom Takt-Zähler l>h erzeugten Synchronisiersignale aufgefrischt wird.

Betriebsart: die Haupt-Stromversorgung wird nach Ausschaltung jetzt eingeschaltet.

Sobald bei Einschaltung der Uersorgungsgleichspannung V^ das Prüfsignal RES in seinen hochliegenden Zustand übergeht, wird der Zentralprozessor 31 aktiviert und die Zähloperation des Takt-Zählers 3h beendet. Die im Zähler 3*tB gespeicherten Inhalte bleiben erhalten. Die Synchronisiersignale CP₁ , CP„ und CP, bleiben solange unverändert, bis der Takt-Zähler lh rückgesetzt wird. Danach erzeugt der Zentralprozessor 31 das Auffrisch-Taktsignal RFSH und das Strübe-Signal MREQ.

Trotz Zugangs des Signals RFSH zum NDR-Glied NDR₁ gibt letzteres das Auffrisch-Adreßsteuersignal AREF in Abhängigkeit von den im Zähler 3^B fixierten Inhalten ab, folglich werden die im Auffrischzähler 32 gespeicherten Inhalte nicht verändert. In Fig. h ist beispielsweise Adresse A gewählt.

Das Auffrisch-Taktsignal RFSH und das Strobe-Signal MREQ werden durch das UND-Glied G₁ in Verbindung mit NDR-Glied NDR„ in das Auffrischsignal RAS umgesetzt. Der Ausgang von Glied G₁ geht außerdem zum Takt-Zähler ~5h, um Zähler 3^B rückzusetzen. In diesem Falle wird die Adresse A wiederum aufgefrischt, wenn das Steuersignal RES vom logischen Zustand "Niedrig" in "Hoch" übergeht, so daß eine stabile Auffrisch-Dperatiün gewährleistet ist. Jetzt übernimmt wieder der Zentralprozessor 31 die Auffrischoperation.

Betriebsart: die Haupt-Stromversorgung wird nach Einschaltung 3U ausgeschaltet.

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Bei Abschaltung der Versorgungsgleichspannung V^ geht das Prüfsignal RES in den lagischen Zustand "Niedrig" über. Die \/ersargungsgleichspannung U₁^ uiird beispielsweise zu Wartungszwecken auf einen vorgegebenen Pegel abgesenkt, und dies uiird von der zuvor erwähnten Prüfgruppe bzw. dem Zentralprozessor 31 festgestellt, und aufgrund dieser Pegeländerung des Prüfsignals RES uird der Zentralprozessor 31 rückgesetzt, er beendet seinen Betrieb. Bei diesem Betriebszustand erfolgt die Auffrischung des dynamischen RAM durch den Oszillator 33 und den Takt-Zähler 34, wie beschrieben.

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Claims

TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

Beim Europaischen Patentamt zugelassene Vortreter Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrees pres !'Office europoen des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller Qi_ei,_a„ „π r

Triftstrasse 4, S.ekerwall 7,

D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD

1i»07-GER-T 29. Januar 1980

Mü/Gdt/Th

SHARP KABUSHIKI KAISHA

22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka 5^*5, Japan

Steueranordnung zum Auffrischen eines dynamischen

Speichers

Priorität: 30. Januar 1979, Japan, Ng. 5i»-1G04i»/1979

PATENTANSPRÜCHE

Steueranordnung zum Auffrischen eines dynamischen Speichers in einem elektronischen Gerät, das eine zentrale Prozessoreinheit (Zentralprozessor) enthält, gekennzeichnet durch

- eine in dem Zentralprozessor (31) enthaltene Einheit zur Erzeugung eines ersten Auffrisch-Steuersignals;

- eine außerhalb des Zentralprozessars befindliche Einheit (32...3G) zur Erzeugung eines zweiten Auf-

■ frisch-Steuersignals;

- eine Prüfgruppe (z.B. *») zur Abfrage mindestens einer Uetritibabedingung des elektronischen Geräts, die ein

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erstes Überwachungssignal liefert, wenn das elektronische Gerät auf eine erste Bedingung eingestellt ist und ein zweites Überwachungssignal abgibt, wenn eine van der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung in dem elektronischen Gerät erfüllt ist, und

- eine Auswahl-Steuereinrichtung (3k) zur Aktivierung der das erste Auffrisch-Steuersignal abgebenden Einheit, sobald die Prüfgruppe das erste Überwachungssignal abgibt und zur Erregung der das zweite Auffrisch-Steuersignal abgebenden Einheit, sobald an der Prüfgruppe das zweite Überwachungssignal erscheint.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einheit (32...) zur Erzeugung des zweiten AuffrisGh-Steuersignals aus einer in dem elektronischen Gerät enthaltenen HilfsBatterie (23) mit Strom versorgt wird.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfgruppe (z.B. 4) feststellt, ob eine Hauptstromversorgung (V™ ) des elektronischen Geräts ein- oder ausgeschaltet ist und daraufhin bei ein- oder ausgeschalteter Hauptstromversargung das erste bzw. das zweite Überwachungssignal (RES) liefert.

k. Steueranordnung nach Anspruch 1,2 oder 3,

gekennzeichnet durch eine Halteschaltung (3^A), welche das von der zweiten Einheit (32...) erzeugte zweite Auffrisch-Steuersignal für die Dauer eines vorgegebenen Zeitraumes aufrechterhält, wenn ein Ausgangssignal der Prüfgruppe von dem zweiten auf den ersten Überuachungssignal-Zustand übergeht.

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5. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einheit (Fig.3) zur Erzeugung des zweiten Auffrisch-Steuersignals

- einen ein Taktsignal abgebenden Oszillator (33),

- einen das Taktsignal in Synchronisiersignale umsetzenden Takt-Zähler (3*0,

- einen in Abhängigkeit van den Synchronisiersignalen des Takt-Zählers Auffrisch-Adreßsteuersignale AREF) erzeugenden Dekodierer (35) und

- ein Auffrischimpulse in Abhängigkeit von den Synchranisiersignalen des Takt-Zählers abgebendes Element (36)

umfaßt.

G. Steueranordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß das Auffrischimpulse abgebende Element eine Differenzierschaltung (36) ist, die eines der Synchronisiersignale (CP₁) differenziert.

7. Steueranordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Takt-Zähler (3*t) eine das Dszillator-Taktsignal (CP₀) aufnehmende Halteschaltung (3^A) und einen den Ausgang der Halteschaltung aufnehmenden Zähler (3^B) umfaßt.

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