(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリの消去に要した時間を測定する消去時間測定手段と、
該消去時間測定手段が測定した消去時間を消去時間の基準値と比較して環境特性を判断する特性検出手段と、
前記不揮発性メモリの書き込みに要した時間を測定する書き込み時間測定手段と、
該書き込み時間測定手段が測定した書き込み時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した書き込み時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を診断する不揮発性メモリ劣化診断手段と
を備えてなる半導体記憶装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリに与えられる電源電圧値を検出する電源電圧検出手段と、
前記半導体記憶装置の周囲温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記特性検出手段は、前記電源電圧検出手段と温度検出手段の検出値から環境特性を判断する機能
を備えてなる半導体記憶装置。
【請求項３】
電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリの消去に要した時間を測定する消去時間測定手段と、
前記不揮発性メモリの書き込みに要した時間を測定する書き込み時間測定手段と、
該書き込み時間測定手段が測定した書き込み時間を書き込み時間の基準値と比較して環境特性を判断する特性検出手段と、
前記消去時間測定手段が測定した消去時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した消去時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を検出する不揮発性メモリ劣化診断手段と
を備えてなる半導体記憶装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリに与えられる電源電圧値を検出する電源電圧検出手段と、
前記半導体記憶装置の周囲温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記特性検出手段は、前記電源電圧検出手段と温度検出手段の検出値から環境特性を判断する機能
を備えてなる半導体記憶装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一に記載の半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリ劣化診断手段が診断する各領域の劣化の度合いを複数の段階に分け、各領域ごとに劣化の度合いを記録する劣化度記憶手段と、
各領域の書き換えの際に診断された劣化度を、前記劣化度記憶手段に記録された前回の書き換えで診断された劣化度と比較する劣化度比較手段と、
全領域から最も劣化度の低い領域を検出する、低劣化度領域検索手段と、
前記劣化度比較手段が比較した結果、劣化が進行したことが判明した領域の格納データと、前記低劣化度領域検索手段が検出した領域の格納データを入れ替えるデータ入れ替え手段と
を備えてなる半導体記憶装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体記憶装置において、
前記不揮発性メモリ劣化診断手段は、補正した消去時間、あるいは補正した書き込み時間が定められた値を超えた場合には、劣化度を使用不能状態の劣化度と判断し、前記段階分けした劣化度の最大劣化度を前記使用不能状態の劣化度として扱い、以後のデータ格納を禁止することを特徴とした半導体記憶装置。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれか一に記載の劣化度の診断手段を前記電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ内部に備えてなる半導体メモリ。
【請求項８】
プログラムやデータの処理演算を行う中央処理装置と、
前記中央処理装置が使用する前記プログラムやデータを一時的に記憶する主メモリと、
起動時のプログラムや基本的な入出力命令などのプログラムを格納した基本プログラムと、
動作状態や処理結果等を表示する表示制御手段及び表示手段と、
処理要求を入力するための入力手段と、
他の情報処理装置とのデータ交換などを行う通信制御手段からなる情報処理装置において、
請求項１ないし６のいずれか一に記載の半導体記憶装置を補助記憶装置としてなる情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性半導体メモリを記憶媒体とする記憶装置に関する。
背景技術
現在のパソコンなどの情報処理装置におけるファイルデータの記憶装置は、磁気ディスク装置が主流となっている。磁気ディスク装置には低価格、大容量、高信頼性、高性能など、多くの優れた点があり最も普及している。しかし、次第に小型化、携帯性向上、消費電力の低減などの要求も強くなってきており、磁気ディスク装置に対し、携帯性、低消費電力の点で優位な半導体を記憶媒体とする半導体記憶装置が脚光を浴び始めている。
不揮発性メモリを記憶媒体としたファイル装置は、特開平５−２７９２４号公報に開示されている。この技術はフラッシュメモリを記憶媒体とした記憶装置に関するもので、特に、書き換えの際に必要な消去回数に制限のあるフラッシュメモリを長寿命にする方式を開示している。具体的には、局所的に書き換えが進みやすいファイル記憶装置において全領域に対し消去回数が平均化するようにして、見かけ上寿命を延ばすものである。
上記発明においては、消去回数をフラッシュメモリセルの劣化を表す指標としており、フラッシュメモリの特性データとして明示されている消去回数の保証値をもとに考えている。しかし、各種フラッシュメモリごとに示されている消去回数の保証値は、特性的に平均値や最小値であり、実際の消去可能回数はメモリセルごとに異なる。すなわち、保証値の消去回数に達すると全てのセルが必ず使用出来なくなるものではない。従って、消去回数を計数して、セルの劣化の目安とすることはできるが、メモリセルを最大限に有効利用しているとはいえない場合がある。
従って、本発明の目的は上記電気的に消去／書き換え可能な不揮発性メモリの消去／書き換えの保証回数や現在の回数を意識せずに、メモリの劣化を把握できる方法あるいは半導体記憶装置、さらにそれを用いてメモり管理を行う方法、または半導体記憶装置を提供することである。
さらに、本発明の目的は、上記電気的に消去／書き換え可能な不揮発性メモリを上記検出した実際の消去／書き換え可能限界まで使うことのできる方法、または半導体記憶装置を提供することである。
さらに、本発明の目的は、上記電気的に消去／書き換え可能な不揮発性メモリの実際の消去／書き換え可能回数を検出する方法、または半導体記憶装置を提供することである。
発明の開示
上記目的を達成するために本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリの消去に要した時間を測定する消去時間測定手段と、該消去時間測定手段が測定した消去時間を消去時間の基準値と比較して環境特性を判断する特性検出手段と、前記不揮発性メモリの書き込みに要した時間を測定する書き込み時間測定手段と、該書き込み時間測定手段が測定した書き込み時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した書き込み時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を検出する不揮発性メモリ劣化診断手段とを備えるものである。
また、本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリに与えられる電源電圧値を検出する電源電圧検出手段と、前記半導体記憶装置の周囲温度を検出する温度検出手段と、前記電源電圧検出手段と温度検出手段の検出値から環境特性を判断する特性検出手段と、前記不揮発性メモリの書き込みに要した時間を測定する書き込み時間測定手段と、該書き込み時間測定手段が測定した書き込み時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した書き込み時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を検出する不揮発性メモリ劣化診断手段とを備えるものである。
また、本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリの消去に要した時間を測定する消去時間測定手段と、前記不揮発性メモリの書き込みに要した時間を測定する書き込み時間測定手段と、該書き込み時間測定手段が測定した書き込み時間を書き込み時間の基準値と比較して環境特性を判断する特性検出手段と、前記消去時間測定手段が測定した消去時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した消去時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を検出する不揮発性メモリ劣化診断手段とを備えるものである。
また、本発明は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリを記憶媒体とする半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリに与えられる電源電圧値を検出する電源電圧検出手段と、前記半導体記憶装置の周囲温度を検出する温度検出手段と、前記電源電圧検出手段と温度検出手段の検出値から環境特性を判断する特性検出手段と、前記不揮発性メモリの消去に要した時間を測定する消去時間測定手段と、該消去時間測定手段が手段が測定した消去時間を、前記特性検出手段が判断した環境特性をもとに補正する補正手段と、該補正した消去時間により前記不揮発性メモリの書き換え部分における劣化度を検出する不揮発性メモリ劣化診断手段とを備えるものである。
また、本発明は、上記半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリ劣化診断手段が検出する各領域の劣化の度合いを複数の段階に分け、各領域ごとに劣化の度合いを記録する劣化度記憶手段と、各領域の書き換えの際に検出された劣化度を、前記劣化度記憶手段に記録された前回の書き換えで検出された劣化度と比較する劣化度比較手段と、全領域から最も劣化度の低い領域を検出する、低劣化度領域検索手段と、前記劣化度比較手段が比較した結果、劣化が進行したことが判明した領域の格納データと、前記低劣化度領域検索手段が検出した領域の格納データを入れ替えるデータ入れ替え手段とを備えるものである。
また、本発明は、上記半導体記憶装置において、前記不揮発性メモリ劣化診断手段は、補正した消去時間、あるいは補正した書き込み時間が定められた値を超えた場合には、劣化度を使用不能状態の劣化度と判断し、前記段階分けした劣化度の最大劣化度を前記使用不能状態の劣化度として扱い、以後のデータ格納を禁止するものである。
また、本発明は、上記劣化度検出手段を前記電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ内部に備えるものである。
また、本発明は、プログラムやデータの処理演算を行う中央処理装置と、前記中央処理装置が使用する前記プログラムやデータを一時的に記憶する主メモリと、起動時のプログラムや基本的な入出力命令などのプログラムを格納した基本プログラムメモリと、動作状態や処理結果等を表示する表示制御手段及び表示手段と、処理要求を入力するための入力手段と、他の情報処理装置とのデータ交換などを行う通信制御手段からなる情報処理装置において、上記半導体記憶装置を補助記憶装置として備えるものである。
不揮発性メモリは、記憶装置の記憶媒体として様々なデータがある領域単位、あるいはチップ単位で書き換えられる。不揮発性メモリは、書き換えにおいて、消去動作と、書き込み動作が必要となり、それぞれにおいて、メモリに対し決められた信号の入力あるいは制御と、ある程度の時間を要する。さらに、不揮発性メモリは、劣化の進行に対し、消去動作所要時間の変化が比較的小さく、書き込み動作所要時間の変化が非常に大きいか、その逆に、書き込み動作所要時間の変化が比較的小さく、消去動作所要時間の変化が非常に大きいという性質を持つものが多い。
この性質を利用して、上記書き込み時間測定手段、あるいは消去時間測定手段は、記憶媒体である不揮発性メモリの書き込み時間、あるいは消去時間の変化を測定することで実質的な劣化度を検知することができる。すなわち、特性ばらつきを考慮した各セルの劣化度を得ることが可能になる。従って、信頼性を向上するとともに、メモリを寿命限度近くまで使用することが可能となる。
さらに、不揮発性メモリは、電源電圧値、周囲温度など環境条件の影響を受けやすいが、消去動作所要時間、書き込み動作所要時間はその環境条件の影響の受け方にある程度の相関関係がある。この性質を利用すると、例えば、上述の消去動作所要時間の変化が比較的小さく、書き込み動作所要時間の変化が非常に大きい場合は、消去動作所要時間の変化は環境条件の影響と見なすことができる。この変化を用いて、書き込み動作所要時間を補正すれば、環境条件の影響を除いて劣化を判断することが可能になる。
また、不揮発性メモリ劣化診断手段が、電源電圧や周囲温度などの環境条件を直接測定して、書き込み時間、あるいは消去時間の変動を補正して劣化を判断しても良い。これにより、劣化度の精度がより向上し、実用的である。また、これにより、書き込み動作所要時間も消去動作所要時間も劣化により著しく変化してしまう性質を持つメモりにも対応できる。
以上の手段が検出した劣化度をもとに各セルの劣化度の平均化を図ることにより、高信頼、長寿命が大幅に向上する。
又このような半導体記憶装置を情報処理装置の補助記憶装置とすることにより、情報処理装置自体の信頼性向上と、長寿命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、第１の発明を実現する全体構成を示す図であり、第２図は、ワンチップマイコンを用いた第１の発明の実施例の構成図であり、第３図は、第２図の実施例におけるマイコンの制御プログラムのフローチャートを示す図であり、第４図は、本発明により診断した劣化度を領域単位に適用した、劣化度及び論理アドレスの記録例を示す図であり、第５図は、第１の発明で用いた不揮発性メモリの変化に伴う書き込み時間と消去時間の変化を示す図であり、第６図は、第１の発明で用いた不揮発性メモリにおける、環境条件が変化した場合の書き込み時間の補正例を示す図であり、第７図は、電源電圧及び温度の測定により環境特性を把握して書き込み時間を補正する発明の構成例を示す図であり、第８図は、本発明の記憶装置を補助記憶装置として情報処理装置に適用した全体構成図であり、第９図は、第８図の情報処理装置の動作フローチャートを示す図であり、第１０図は、第８図の情報処理装置における補助記憶装置の動作フローチャートを示す図であり、第１１図は、劣化の進行により消去時間が長くなる不揮発性メモリの劣化相関曲線を示す図であり、第１２図は、劣化の進行により消去時間が長くなる不揮発性メモリにおける環境条件が変化した場合の消去時間の補正例を示す図であり、第１３図は、劣化の進行により消去時間が長くなる不揮発性メモリを使用した場合の本発明の全体構成図であり、第１４図は、劣化の進行により消去時間が増大する不揮発性メモリを使用した場合のマイコンの制御プログラムのフローチャートを示す図であり、第１５図は、環境特性を電源電圧及び温度の測定により把握して消去時間を補正する発明の構成例を示す図であり、第１６図は、本発明の劣化診断装置を応用した補助記憶装置の構成図である。
発明を実施するための最良の形態
第１図は本発明の第１の実施例の構成図であり、図中、１は本発明の記憶装置の記憶媒体である電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで、第５図に示すように、劣化の進行に対し、消去動作所要時間の変化が比較的小さく、書き込み動作所要時間の変化が大きい性質を持つ。
２は不揮発性メモリ１の一部あるいは全部のデータを消去する際に不揮発性メモリ１に対し制御を行なう消去制御手段、３は消去制御手段２により消去を行なう際に所要した時間を計測する消去時間測定手段、４はあらかじめ不揮発性メモリ１の消去時間の基準値が格納されている基準時間値格納手段、５は消去時間測定手段３で測定した消去時間値と基準時間値格納手段４に格納されている基準時間値を比較して、環境特性係数を検出する特性検出手段（以下、時間比較手段という）、６は不揮発性メモリ１へデータの書き込みを行なう際に不揮発性メモリ１に対し制御を行なう書き込み制御手段、７は書き込み制御手段６により書き込みを行なう際に所要した時間を計測する書き込み時間測定手段、８は時間比較手段５が求めた環境特性係数をもとに、書き込み時間測定手段７で計測した時間値を補正する時間補正手段、９は時間補正手段８で補正した時間値から対象とする不揮発性メモリ１の領域あるいはチップの劣化度を診断し、出力する劣化診断手段、１０は以上の手段を全て含む劣化診断装置である。
次に動作を説明する。ホストとなる情報機器（以下ホストという）が行う不揮発性メモリ１の書き換え動作に従って、後述のセクタ管理装置が消去制御手段２および書き込み制御手段６に対して、不揮発性メモリ１の制御箇所の消去動作、書き込み動作を指示する。消去制御手段２と書き込み制御手段６がおのおの、消去と書き込みを行ない、消去時間測定手段３、書き込み時間測定手段７がおのおの、所要時間を測定する。所要時間の測定は各々メモリ１が出力する動作状況を示す信号を診ることで可能である。
時間比較手段５は、測定された消去時間と、消去時間の基準値との比較を行ない、環境条件の影響をあらわす環境特性係数を求める。さらに、時間補正手段８がその環境特性係数をもとに書き込み時間を補正し、劣化診断手段９が書き込み時間の測定結果から、実際の劣化の進行の度合いを把握し、出力する。なお、上記各手段は、半導体を用いた論理素子の組合せにより実現することができる。また、書き込み時間測定手段と消去時間測定手段を一つの時間計測手段で実現することも可能である。
本実施例によれば、上記各手段は、論理素子の組合せにより実現できるため、メモリチップの内部に構築することができる。つまり不揮発性メモリ１のチップ内部に上記劣化診断装置の一部または全部を内蔵すれば、装置全体の部品点数を削減することが可能となる。
また、本実施例の別の効果として、基準時間値格納手段内の基準時間値を、変更すれば様々な特性のメモリチップに対応できる。また時間補正手段の補正方法を変更することにより、同様の効果が得られる。
次に、本発明を、マイクロプロセッサによる制御と論理素子の組合せ回路により実現する実施例を説明する。
第２図は、これを実現する構成図であり、図中、１１は電気的書き換え可能な不揮発性メモリ１の制御信号を生成するメモリ制御回路、１２はマイクロプロセッサ、その及び周辺回路等をワンチップに納めたワンチップマイコン、１３はマイコン１２内のマイクロプロセッサ（以下ＣＰＵと称す）、１４はＣＰＵ１３が行なう処理内容をプログラムとして格納したプログラムメモリ（以下、ＲＯＭという）、１５はＣＰＵ１３の処理において必要となるワークメモリ（以下、ＲＡＭという）、１６はワンチップマイコン１２に搭載された時間計測用のタイマ回路である。
第３図はＣＰＵ１３が行なう処理、すなわちＲＯＭ１４に格納されているプログラムの内容をフローチャートにしたものである。本実施例では、ＣＰＵ１３が上記実施例の各手段の動作をこのプログラムに基づき実行する。
次に第３図のフローチャートを中心に用いて動作を説明する。
図示していないホストからのアクセス要求に従って本発明の記憶装置は動作する。第３図では、ホストからの、特定の論理アドレスに対する書き込みアクセス要求を受けてからの動作を示している。
まずアクセス要求の論理アドレスからアクセス箇所の特定を行なう（ステップ２０１）。次に、アクセス対象の領域、あるいはチップの消去を行なう際に要する時間を測定するためにタイマ１６を起動する（ステップ２０２）。
そしてアクセス箇所の消去をメモリ制御回路１１に指示し、メモリ制御回路１１は不揮発性メモリ１１から出力される信号を診ながら消去の終了を待つ（ステップ２０３）。
消去が終了したら、タイマ１６から消去に要した時間を読み取って、ＲＯＭ１４内などにあらかじめ設定されていた基準消去時間との比較を行なう（ステップ２０４）。そしてその比較から環境特性係数を算出する（ステップ２０５）。
次に、消去を行なった領域あるいはチップに対し書き込み動作を行なうが、その際に要する時間を測定するためにタイマ１６を再び起動する（ステップ２０６）。
そしてメモリ制御回路１１に書き込み動作を指示し、消去と同様に書き込み終了を待つ（ステップ２０７）。
書き込みが終了したら、先に求めた環境特性係数により、計測された書き込み時間を補正して（ステップ２０８）、補正した書き込み時間値により劣化度を診断する（ステップ２０９）。
以上で劣化度の診断動作を完了する。なお本図のワンチップマイコン１２の内部構成は一例であり、タイマ１６が搭載されていないものもある。タイマはＣＰＵ１３のプログラム実行によって代用することが可能であり、ワンチップマイコン１２外部に回路として設けることも可能である。また、ＣＰＵ１３、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１５などがワンチップに収められていない構成でも実現できる。本実施例によれば、メモリ１の様々な特性にＲＯＭ１４のプログラムで対応できるため、柔軟な劣化度の診断処理が可能となる。
第１６図は、上記第１図、第２図の実施例の半導体記憶装置を用いた補助記憶装置の構成図を示している。図中、７１は第１図あるいは第２図で示した劣化診断装置、７２は劣化診断装置７１の診断結果をもとにファイルデータをセクタ単位で管理するセクタ管理装置である。なお、セクタという単位は、ファイルデータを扱う上での記憶データ容量の単位であると同時に、電気的書き換え可能な不揮発性メモリの書き換え単位である。７３はホストと情報のやり取りを行うためのインタフェースバス、７４はホストインタフェースバス７３を介して、ホストが不揮発性メモリ１の格納データをアクセスするための、設定レジスタや入出力信号などを制御するためのホストインタフェース回路で、例えばＰＣＭＣＩＡ規格に準拠したインタフェース回路がこれに相当する。７５は不揮発性メモリ１と上記装置、回路から構成された補助記憶装置で、たとえば、ＩＣメモリカードがこれに相当する。
ホストはホストインタフェース回路７４内部の設定レジスタにアクセス内容を設定し、任意のアクセス要求を行なう。これを受けたホストインタフェース回路７４は、セクタ管理装置７２に対し、アクセス要求のアドレスを伝え、セクタ管理装置７２は、要求のアドレスを不揮発性メモリ１の物理アドレスに変換する。セクタ管理装置７２は不揮発性メモリ１の各物理セクタの状態を把握しており、その状態を元に書き込みアクセスにおける書き込みセクタを決定する。そして劣化診断装置７１内の消去制御手段２あるいは書き込み制御手段６にアクセス対象の物理セクタアドレスを指定し、アクセスを行なわせる。
アクセスが終わると、劣化診断装置７１は劣化の診断結果を出力し、セクタ管理装置７２はこれを記録する。劣化状態は、セクタ管理装置７２内に設けられた不揮発性の記憶領域に記録する。不揮発性メモリ１内に、セクタ単位で劣化状態などを記憶する領域が設けられていれば、そこに記録しても良い。なお、ファイル管理の方式により、ファイルデータを扱う上での記憶データ容量の単位と、電気的書き換え可能な不揮発性メモリの書き換え単位を異なるように扱うことも可能である。
次に、上記セクタ管理装置７２のデータ管理方法の実施例を説明する。第４図は、劣化の進行の度合いである劣化度を４段階に分けて管理している例を示している。（Ａ）は劣化度の最も進んだ状態を使用不可状態として以後の使用を中止している例。（Ｂ）は劣化度が４段階目に達したら劣化度が最も進んでいない領域と入れ替えを行なうためアドレスを入れ替え、物理アドレスと論理アドレスを分けて管理している例である。どちらも記憶媒体である不揮発性メモリ１を４Ｋバイトの領域ごとに劣化度を把握して管理している。図中、２１は劣化状態を管理している記憶手段の内容であり、第１６図の説明で述べたとおり、セクタ管理するために本データを不揮発性のメモリに記録している。この記憶場所として不揮発性メモリの領域に付随した記憶領域に格納しても良いし、別の記憶手段に格納しても良い。
２２は（Ａ）の例における不揮発性メモリに割り当てられた物理アドレスであり、この例では論理アドレスも兼ねている。ただし、ファイル記憶装置ではセクタなどの大きな単位でデータ管理をするのが一般的であり、この例では４Ｋバイトごとのデータ管理に当てはめることができる。これは（Ｂ）の例における論理アドレス２７にも同様のことがいえる。２３は各領域ごとの劣化状態の内容であり、２ビットの記憶容量で４段階に分けている。２４は（Ｂ）の例における劣化状態の記憶手段であり、２１と同様である。（Ａ）における使用不可の状態を劣化度３としている。２５は不揮発性メモリに割り当てられた物理アドレスである。２６は劣化状態の内容であり、２３と同様２ビットである。
２７は先述の通りデータ管理の論理アドレスであり、ファイル記憶装置であれば物理アドレスと同じ桁数は必要なくなる。（Ａ）の例で、劣化度２を越えてしまったものは、セクタ管理装置７２が使用不可の状態として登録し、この領域に対するアクセス要求は受付ないようにする。また、ファイルの書き換えにおいては劣化度の進行をチェックしながら、劣化の進んでいない領域を選択しながら行なっていく。（Ｂ）の例では、劣化度を４段階として、劣化度が３になってしまった領域は、それ以上劣化が進まないように、セクタ管理装置７２が進んでいなかった劣化度０の領域とアドレスを入れ替えて扱う。
これにより劣化が進んでいなかった、すなわち書き換えが頻繁に行なわれない領域に割り当てられるようになり、劣化の進行を抑えることができる。この場合論理アドレスを入れ替えることになるため、不揮発性メモリの各領域は劣化度と論理アドレス値の２つを対応して記録しておく。この記憶手段も不揮発性メモリ１内においても良いし、別の記憶手段に対応づけて記憶しても良い。
なお、アドレスの入れ替えを劣化度が１段階進行したら行なう様にすると劣化度を３以上に分けた効果がでる。たとえば、劣化度１になったら劣化度０と入れ替え、劣化度２になったら劣化度０のものがあれば入れ替え、なければ劣化度１のものと入れ替えることにより、平均化がより精度良く行なわれる。
また、（Ａ）、（Ｂ）ともに、劣化度を４段階にしているが、８段階、１６段階とすれば、より精度良く行なうことが可能である。また、（Ｂ）では、劣化の最も進んだ段階を使用不可状態とすると安全性が増す。
第５図、第６図では第１の実施例における実際の劣化度の診断例を示している。第１の実施例の不揮発性メモリ１は、劣化の進行により書き込み時間が増大し、消去時間は比較的変化しない特性を持つ。
第５図は、消去回数の増加に伴う、一般的な書き込み時間と消去時間の変化を示した図である。図中、４１は消去回数である。消去回数が増大すれば劣化も進行するが、消去回数と劣化の進行の相関関係は、メモリ構造、チップ特性、メモリチップ内での領域によって異なる。なお、電源電圧や周囲温度等の環境条件は変化ないものとする。４２は書き込み時間である。４３はそれぞれの相関曲線である。４４は、第４図と同様、劣化度を４段階に分けたときの分割線であり、左から劣化度０、１、２とし、右端は劣化度３または使用不可状態である。４５は消去時間であり、４６は消去回数と消去時間の相関曲線である。書き込み時間は、ある程度まではゆるやかに時間が増大し、あるところから急激に増大する傾向を示す。また、消去時間は全体的に変化が少ない。
第６図は環境条件が変化した場合の相関曲線の変動を示している。４７は平均的な条件での相関曲線であり、基準値となるものである。４８は環境条件が異なるときの曲線であり、ある使用条件での測定値である。４９はある劣化状態での基準消去時間値ａ、５０は同じ劣化状態での測定消去時間値ｂである。５１は４８の消去時間の曲線と同条件で測定した書き込み時間測定曲線、５２は４９の基準消去時間値ａと５０の測定消去時間値ｂの比率から補正した書き込み時間補正曲線である。５３はある劣化状態での書き込み時間測定値であり、５４はある劣化状態での書き込み時間補正値である。ある劣化状態と、ある環境条件における消去時間値５０と書き込み時間値５３を得れば、補正した書き込み時間値５４を得ることができる。
なお、曲線から得る劣化度は４段階である必要はなく、８段階、１６段階としても良い。又、図では劣化度の曲線上での分け方を消去回数に対してほぼ等間隔にしているが、メモリの特性や制御方法にあわせ、例えば時間の増大につれて区分けを細かくしても良い。
また、メモリによっては、劣化の進行に対して書き込み時間の変化が少なく、消去時間の変化が大きいものも考えられる。その場合は第１１図、第１２図の相関曲線のようになり、第１３図の全体構成と第１４図のフローチャートのように構成すればよい。
次に、環境条件を直接検知して、それによる補正を行う実施例を説明する。第７図は、本実施例を実現するための構成図であり、６１は電源電圧Ｖｃｃ、６２はＶｃｃ６１をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路、６３は温度を抵抗値あるいは電流値、電圧値に変換する温度検知素子、６４は温度検知素子からの測定値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路、６５はＡ／Ｄ変換回路６３、６４からのデジタル値から書き込み時間値の補正を行う補正演算手段、６６は上記各手段が構成される劣化診断装置である。他の既出の番号は前述の通りである。
この実施例では、電流電圧、周囲温度を直接測定して環境条件の変化を把握するため、精度が向上し、又消去時間を測定する必要がなくなる。これは消去と書き込みを続けて行わない場合、すなわち時間をおいて行う場合に有効である。また、環境条件の変化により消去時間の変化と書き込み時間の変動に相関関係がない場合、あるいは、劣化度の進行により、書き込み時間、消去時間どちらも大きく変動してしまう場合に有効である。また、不揮発性メモリの特性によっては消去時間を劣化の診断の対象にした方が適切な場合があるが、その場合の構成は、第１５図に示すようになり、消去時間を測定して、環境特性による補正を書き込み時間に対して行うことで同様の効果が得られる。本実施例は、劣化診断装置６６を第２図と同様にＣＰＵを用いることによって、回路規模を縮小することが可能である。
第８図は本記憶装置を応用したホストとなる情報処理装置の全体構成図を示している。第８図のように、システムバス１１０には、ホストとなる情報処理装置の中央演算ユニット１０１（以下、ＣＰＵ１０１という）と、
周辺装置の入出力を行うための基本入出力プログラムが格納されているメモリ（以下、ＢＩＯＳＲＯＭという）１０３と、主メモリ１０２とが接続されている。Ｉ／Ｏバス１１１には、表示制御装置１０５、入力制御装置１０７、通信制御装置１０９、補助記憶装置７５が接続されている。表示制御装置１０５には、表示装置１０６が接続されている。入力制御装置１０７には入力装置１０８が接続されている。本実施例では、第１６図に説明した補助記憶装置７５を本発明の記憶装置として用いる。
本実施例の情報処理装置が起動されると、第９図のフローチャートに示すように、ＣＰＵ１０１は、ＢＩＯＳＲＯＭ１０３内に記憶されている、装置の起動（以下、ブートという）を行うブートプログラムを実行する（ステップ３０１）。これにより補助記憶装置７５がアクセス可能となる。ＣＰＵ１０１は、ブート動作の状態等を表示装置１０６に表示させ（ステップ３０２）、次に補助記憶装置７５から、情報処理装置全体のの管理ソフト（以下、ＯＳという）を主メモリ１０２にロードし（ステップ３０３）、主メモリ１０２にロードされたＯＳを実行する（ステップ３０４）。そして、命令入力待ち状態となり（ステップ３０５）、アプリケーションの実行等の指示がユーザ等からあった場合、これを実行する（ステップ３０６）。
第１０図は補助記憶装置１０２のファイルの書き込み／読み出し動作について示したフローチャートである。ＣＰＵ１０１はシステムバス１１０を通して、補助記憶装置７５に対し、データの読み書きの要求動作、そしてデータ、さらにそのデータの書き込むべき論理アドレスの指示を送る。これを受けると、補助記憶装置７５は、命令待ちの状態（ステップ３１１）から、要求されたアクセスに従って処理を開始する。読み出しの要求であったら、送られた論理アドレスから物理アドレスを検索し（ステップ３１２）、該当個所の読み出しを行う（ステップ３１３）。一方書き込みアクセスであれば同様に送られた論理アドレスから物理アドレスを検索あるいは決定し（ステップ３１４）、該当個所の消去を行い（ステップ３１５）、送られたデータを書き込む（ステップ３１６）。この時に劣化度の診断を行って、使用不可状態になった場合（ステップ３１７）には他の領域（セクタ）を割り当てて消去書き込みを行う（ステップ３１８）。このとき未使用セクタが存在しなければ書き込みエラー処理となる（ステップ３１９）。既に述べたとおり消去書き込みのルーチンの際には常に本発明の劣化診断を行い、劣化が進行した場合にはアドレスワップなどを行うこともある。全ての処理が終了したら補助記憶装置７５は再び命令待ちの状態に戻る。
産業上の利用可能性
本発明によれば、不揮発性メモリの領域あるいはチップごとに、消去時間、書き込み時間を補正して劣化の診断を行うことができる。したがって特性のバラツキによる影響を少なくし、実質的な劣化を診断することができる。この結果、不揮発性メモリの信頼性を向上し、不揮発性メモリを使用限界まで使い切ることが可能になる。さらに、本発明の不揮発性メモリを用いれば、高信頼性、長寿命の補助記憶装置を実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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