JP2007328910A - Main memory system with multiple data paths - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the architecture of a microprocessor system capable of raising the system performance sharply with the minimum design change in the existing memory system. <P>SOLUTION: This memory is the memory which has a plurality of memory elements which have related addresses, and the memory is constituted by including at least an address specifying circuit which can receive at least a first part of an address from the external source of the memory according to transition of an address strobe signal and also can advance the address in a prescribed address sequence according to the next transition of the address strobe signal, and an output buffer circuit which can drive out data from the memory only after a plurality of transitions of the address strobe signal by burst read access. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はマイクロプロセッサ・システム・アーキテクチャに関する。具体的には、メモリ・サブシステム・アーキテクチャ、メモリとマイクロプロセッサとのインタフェース設計、コンピュータ・マザーボード(母板)設計、およびプロセッサ・ドータボード(娘板)設計に係わる。   The present invention relates to microprocessor system architecture. Specifically, the present invention relates to memory subsystem architecture, memory / microprocessor interface design, computer motherboard (mother board) design, and processor daughter board (daughter board) design.

パーソナル・コンピュータの進歩に伴い、より高速でより高密度でしかも標準DRAMと同じように低コストなメモリ・デバイス又はメモリ装置を必要とするようになっている。高速ページ・モードDRAMは現在最も普及している標準DRAMである。高速ページ・モード動作では、行アドレス・ストローブ(/RAS)を使用して多重化DRAMアドレスの行アドレス部分をラッチする。列アドレス・ストローブ(/CAS)の複数の発生又はオカレンスがそれぞれ1つの列アドレスをラッチし、/RASがアクティブの間に選択された行内のデータにランダムにアクセスする。/CASの立ち下がりでアドレスがラッチされ、DRAM出力がイネーブルにされる。/CASが高に遷移すると、DRAM出力は高インピーダンス状態(トライステート)になる。集積回路の製造技術の進歩に伴って、DRAMの内部回路の動作は以前より高速化している。この高速回路によって、より高速のページ・モード・サイクル時間が可能になってきている。装置が最小の高速ページ・モード・サイクル時間で動作する場合、DRAMの読取りに問題がある。/CASが15ナノ秒という短い時間だけ低であり、/CASから有効出力データまでのデータ・アクセス時間(tCAC)が最高15ナノ秒である場合がある。したがって、最悪の場合、出力データをメモリ装置の外部にラッチする時間がない。仕様が要求するよりも高速で動作する装置の場合、データは数ナノ秒間だけ有効であるに過ぎない場合もある。負荷の大きいマイクロプロセッサ・メモリ・バスで、数ナノ秒間しか有効でない非同期信号をラッチしようとするのはきわめて困難である。35ナノ秒ごとに新しいアドレスを供給する場合でも、システム内でかなりの量の電気雑音を生じさせる大型のアドレス・ドライバを必要とする。メモリ・システムのデータ・スループットを向上させるために、共通バス上に複数の装置を配置することによって複数のメモリ装置をインタリーブすることが通例になってきている。たとえば、共通アドレスおよびデータ・バスに2つの高速ページ・モードDRAMを接続することができる。一方のDRAMには奇数アドレスのデータを格納し、他方には偶数アドレスを格納する。この手法の欠点は、メモリ・サイクル中に一方のメモリ装置をオフにしてから他方のメモリ装置をオンにするための余分の時間を要することである。また、特定のデータ帯域幅を実現するためには最低限の数のインタリーブ装置が必要であり、必要メモリ容量はよりそれより少い装置数で満たされる。   With advances in personal computers, there is a need for memory devices or memory devices that are faster, more dense, and less expensive than standard DRAMs. High speed page mode DRAM is the most popular standard DRAM today. In fast page mode operation, the row address strobe (/ RAS) is used to latch the row address portion of the multiplexed DRAM address. Multiple occurrences or occurrences of column address strobe (/ CAS) each latch a column address and randomly access data in the selected row while / RAS is active. The address is latched at the falling edge of / CAS, and the DRAM output is enabled. When / CAS transitions high, the DRAM output is in a high impedance state (tri-state). With the progress of integrated circuit manufacturing technology, the operation of DRAM internal circuits is faster than before. This high speed circuit allows for faster page mode cycle times. If the device operates with a minimum fast page mode cycle time, there is a problem reading the DRAM. / CAS may be as low as 15 nanoseconds, and the data access time (tCAC) from / CAS to valid output data may be up to 15 nanoseconds. Therefore, in the worst case, there is no time to latch output data outside the memory device. For devices that operate faster than the specification requires, the data may only be valid for a few nanoseconds. It is very difficult to latch asynchronous signals that are valid for only a few nanoseconds on a heavily loaded microprocessor memory bus. Even supplying a new address every 35 nanoseconds requires a large address driver that generates a significant amount of electrical noise in the system. In order to improve the data throughput of a memory system, it has become common to interleave multiple memory devices by placing multiple devices on a common bus. For example, two fast page mode DRAMs can be connected to the common address and data bus. One DRAM stores odd address data, and the other stores even addresses. The disadvantage of this approach is that it takes extra time to turn off one memory device and then turn on the other memory device during a memory cycle. In addition, a minimum number of interleave devices are required to realize a specific data bandwidth, and the required memory capacity is satisfied with a smaller number of devices.

現在のパーソナル・コンピュータ・システムに組み込むための戦略を提供する、より高速で高密度なランダム・アクセス・メモリ集積回路を求められる需要がある。この需要を満たそうとして、標準DRAMアーキテクチャに対して多くの代替策が提案されている。高速ページ・モード・サイクル時間を増大させずにDRAMの出力でデータの有効期間を長くする1つの方法は、エクステンデット・データ・アウト(EDO)モード又は拡張データ出力モードと呼ばれる。EDO DRAMでは、高速ページ・モード動作中、データ線は読取りサイクル間でトライステートにされない。その代わりに、データは/CASが高になった後、次の/CAS低パルスが発生してからしばらく後まで、または/RASまたは出力イネーブル(/OE)が高になるまで有効のまま保持される。高速ページ・モードまたはEDO DRAMの出力にいつ有効データが到着するかの決定は、列アドレス入力が有効な時点と、/CASが下がる時点と、/OEの状態と、直前のサイクルで/CASが上がった時点との複雑な関数になり得る。制御線信号(特に/CAS)に関してデー
タが有効な期間は、様々なDRAM製造会社によって調整されたEDOモードの特定の実施態様によって決まる。EDO DRAMは、ページ・モード動作中に有効データ出力の窓をより長くすることによってメモリのより高い周波数動作を可能にし、まさにこの特徴のために前述のインタリーブ・メモリ・アーキテクチャとの互換性を相当に低くしている。
There is a need for faster and higher density random access memory integrated circuits that provide strategies for incorporation into current personal computer systems. Many alternatives to standard DRAM architectures have been proposed in an attempt to meet this demand. One way to increase the data validity period at the output of the DRAM without increasing the fast page mode cycle time is called the extended data out (EDO) mode or extended data output mode. In EDO DRAM, during fast page mode operation, the data lines are not tristated between read cycles. Instead, data remains valid after / CAS goes high, until some time after the next / CAS low pulse occurs, or until / RAS or output enable (/ OE) goes high. The The determination of when valid data arrives at the output of fast page mode or EDO DRAM depends on when the column address input is valid, when / CAS falls, / OE status, and / CAS in the previous cycle. It can be a complex function with the time it goes up. The period for which the data is valid for the control line signal (especially / CAS) depends on the particular implementation of the EDO mode coordinated by various DRAM manufacturers. EDO DRAM enables higher frequency operation of the memory by extending the window of valid data output during page mode operation, which is exactly compatible with the aforementioned interleaved memory architecture due to this feature. Is low.

メモリ・アクセス・サイクルをさらに短縮する方法は、追加の回路と、追加の制御ピンと、被標準装置・ピン配列とを必要とする傾向がある。たとえば提案されている業界標準シンクロナスDRAM(SDRAM)には、システム・クロック信号を受信するための追加のピンがある。このシステム・クロックはメモリ・システム内の各装置に接続されているため、負荷が高く、すべての装置内の回路を常にトグルしている。また、SDRAMには、クロック・イネーブル・ピン、チップ選択ピン、並びにデータ・マスク・ピンもある。標準DRAM上に見られるものと同様の名前のように思われる他の信号は、SDRAMでは大幅に異なる機能を有する。いくつかの制御ピンの追加によって、装置のピン配列は標準DRAMからの逸脱を必要としており、それによってこれらの新しい装置を使用するための設計作業がさらに複雑化する。SDRAM装置では膨大な数の追加回路が必要であり、その結果装置製造コストが上がる。   Methods that further reduce memory access cycles tend to require additional circuitry, additional control pins, and standard device pinouts. For example, in the proposed industry standard synchronous DRAM (SDRAM) there is an additional pin for receiving a system clock signal. Since this system clock is connected to each device in the memory system, it is heavily loaded and always toggles the circuitry in all devices. The SDRAM also has a clock enable pin, a chip select pin, and a data mask pin. Other signals that appear to have names similar to those found on standard DRAMs have significantly different functions in SDRAM. With the addition of several control pins, the device pinout requires a departure from standard DRAM, which further complicates the design work to use these new devices. An SDRAM device requires an enormous number of additional circuits, resulting in increased device manufacturing costs.

既存のコンピュータ・システムが非標準ピン配列を有する改良型装置を使用するためには、それらのシステムを大幅に修正しなければならない。さらに既存のコンピュータ・システム・メモリ・アーキテクチャは、信号線上の容量性負荷が大きいため、制御信号とアドレス信号が新しいメモリ装置を高速で動作させるのに必要な周波数で切り替わることができないような設計になっている。シングル・インライン・メモリ・モジュール(SIMM)は、コンピュータ・システムにおけるパッケージング・メモリの業界標準形式となっている例である。SIMMでは、すべてのアドレス線がすべてのDRAMに接続している。さらに、SIMMでは行アドレス・ストローブ(/RAS)と書込みイネーブル(/WE)が各DRAMに接続されることが多い。これらの線は、駆動する装置入力の数の結果として本質的に容量性負荷が高い。また、SIMM装置は一般に出力イネーブル(/OE)ピンを接地するため、/OEはメモリ装置に拡張機能を持たせるための候補としては魅力がない。   In order for existing computer systems to use improved devices with non-standard pinouts, those systems must be significantly modified. Furthermore, the existing computer system memory architecture has a large capacitive load on the signal line, so the control signal and address signal cannot be switched at the frequency required to operate the new memory device at high speed. It has become. Single in-line memory modules (SIMMs) are an example of an industry standard format for packaging memory in computer systems. In SIMM, all address lines are connected to all DRAMs. Further, in SIMM, a row address strobe (/ RAS) and a write enable (/ WE) are often connected to each DRAM. These lines are inherently capacitively loaded as a result of the number of device inputs driving. Also, since SIMM devices generally ground the output enable (/ OE) pin, / OE is unattractive as a candidate for providing the memory device with an extended function.

SIMMを使用しているコンピュータの数が膨大なため、標準SIMM設計から逸脱するどのような提案に対しても大きな抵抗がある。標準からの極端な逸脱に対する業界の抵抗と、現行システムが新型のメモリ装置に対応することができないことで、新型装置が広く受け入れられるのを遅らせている。したがって、極端に異なるアーキテクチャを有する装置は、当初は限られた数量しか製造されないであろう。この限られた製造量のため、大量生産に伴う製造上の改善と効率化によって一般的に実現されるコストの低減が妨げられている。   Because of the large number of computers using SIMMs, there is great resistance to any proposal that deviates from the standard SIMM design. The industry's resistance to extreme deviations from standards and the inability of current systems to accommodate new memory devices has slowed the wide acceptance of new devices. Thus, devices with extremely different architectures will initially be manufactured in limited quantities. This limited production volume hinders cost reductions commonly realized by manufacturing improvements and efficiency associated with mass production.

パーソナル・コンピュータやワークステーションなどにみられるような典型的なマイクロプロセッサ・システム構成は、メモリ・コントローラと高速スタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM)とに結合されたマイクロプロセッサを含む。マイクロプロセッサ・バスにはメモリ・コントローラと、アドレス・バッファと、データ・バッファとを介して大容量のメイン・メモリが結合されている。メイン・メモリとしては、典型的には、比較的大きいデータ帯域幅とランダム・アクセスを高密度データ記憶装置と組み合わせるDRAMである。データ・バッファはトランシーバ、レジスタ、レジスタ・トランシーバ、ラッチなどとすることができる。バッファは、ローカル・マイクロプロセッサ・バスにかかる負荷を、マイクロプロセッサ信号ドライバが扱うことができるレベルに制限するために必要なレベルの分離を行う。典型的なシステムの説明は下記の特許文献1を参照のこと。
米国特許第5,249,277号
A typical microprocessor system configuration, such as found in personal computers and workstations, includes a microprocessor coupled to a memory controller and a high speed static random access memory (SRAM). A large capacity main memory is coupled to the microprocessor bus via a memory controller, an address buffer, and a data buffer. The main memory is typically a DRAM that combines a relatively large data bandwidth and random access with a high density data storage device. The data buffer may be a transceiver, register, register transceiver, latch, etc. The buffer provides the necessary level of isolation to limit the load on the local microprocessor bus to a level that the microprocessor signal driver can handle. See Patent Document 1 below for a description of a typical system.
US Pat. No. 5,249,277

マルチメディア装置とソフトウェア・アプリケーションの進歩に伴って、ますます多くの周辺装置が広く入手可能になっている。本出願では、周辺装置は回路ボード内の内部付加機構またはホスト・システムと通信する外部装置とすることができるが、これらには限定されない。これらの装置は、マイクロプロセッサとメイン・メモリにも間接的に結合される。これらの周辺装置には、CD ROMドライブや磁気ハード・ドライブなどの大容量データ記憶装置、フロッピィ・ディスク・ドライブ、キーボードおよびマウス装置用の入出力ポート、サウンド・カード、ファックスおよびモデム装置、表示装置、およびその他の装置を含めることができる。信号駆動の制約のためにこれらの周辺サブシステムのすべてを直接一緒に結合することはできない。残念ながら、これらのサブシステムをマイクロプロセッサ・バスからバッファリング、多重化および分離すると、遅延が生じ、それによってシステム・パフォーマンスが低下する。EDOメモリの説明は、下記の非特許文献1を参照のこと
「HYPER PAGE MODE DRAM」(ELECTRONIC ENGINEERING,vol.66,no.813,1 September 1994、p.47〜48 CP000445400 Bargery C.)
With the advancement of multimedia devices and software applications, more and more peripheral devices are becoming widely available. In this application, the peripheral device can be, but is not limited to, an internal adder in the circuit board or an external device that communicates with the host system. These devices are also indirectly coupled to the microprocessor and main memory. These peripheral devices include mass data storage devices such as CD ROM drives and magnetic hard drives, floppy disk drives, input / output ports for keyboard and mouse devices, sound cards, fax and modem devices, and display devices. , And other devices can be included. Due to signal drive constraints, not all of these peripheral subsystems can be directly coupled together. Unfortunately, buffering, multiplexing, and decoupling these subsystems from the microprocessor bus introduces delays that reduce system performance. For the description of EDO memory, see Non-Patent Document 1 below.
“HYPER PAGE MODE DRAM” (ELECTRONIC ENGINEERING, vol. 66, no. 813, 1 September 1994, p. 47-48 CP000445400 Barge C.)

パフォーマンスを最大限にするために、マイクロプロセッサが最も頻繁に必要とするシステム資源は、マイクロプロセッサが最少の遅延時間でアクセスすることができる資源でなければならない。システム・パフォーマンスにおける主要な要素は、マイクロプロセッサとメモリとのインタフェース帯域幅である。このため、メモリ・サブシステムは一般にアクセス可能度が高くなるように設計されるが、インタフェースと周辺装置はPCIバス(周辺装置構成部品相互接続)、VLバス(ビデオ・エレクトロニクス標準協会(VESA)ローカル・バス)、またはISA(業界標準アーキテクチャ)バスなどのシステム・バスを介してアクセスすることができる。   In order to maximize performance, the system resources that a microprocessor needs most often must be resources that the microprocessor can access with minimal delay. A major factor in system performance is the microprocessor-memory interface bandwidth. For this reason, memory subsystems are generally designed for high accessibility, but the interface and peripheral devices are PCI bus (peripheral component interconnect), VL bus (Video Electronics Standards Association (VESA) local) Bus) or via a system bus such as an ISA (Industry Standard Architecture) bus.

マイクロプロセッサは、システム・タスクを行うために命令とデータを必要とする。命令とデータは、一般にはDRAMであるメイン・メモリに記憶される。マイクロプロセッサが最も頻繁に使用する命令とデータを内部または外部のSRAMキャッシュに格納して、システム・パフォーマンスを大幅に向上させることができる。キャッシュ内のデータはメイン・メモリ内のデータのコピーであるため、キャッシュ・メモリはデータへの高速アクセスを実現するが、システムのメモリ容量は増大させない。高速SRAM装置は残念ながら所与のメモリ密度について最もコストのかかるメモリ装置である。高いコストと限られた装置密度のため、ほとんどのメイン・メモリ適用分野では高速SRAMを使用することができない。プロセッサが必要とする情報がキャッシュに入っている確率は高いため、比較的容量の少ないキャッシュ・メモリで従来のシステムのパフォーマンスを大幅に向上させることができる。しかし、キャッシュ・メモリの「ヒット率」の向上は、キャッシュ容量がメインメモリの容量に近づくよりかなり前に鈍る傾向があり、そのため大容量のSRAMキャッシュは不経済である。DRAMはそれより経済的なメイン・メモリ解決策であるが、それでも最高のシステム・パフォーマンスを得るにはかなりの数のDRAMチップを必要とする。これは、それらのチップをマイクロプロセッサ・バスからバッファリングすることを意味する。このバッファリングは、SRAMと比較してDRAMの初期アクセス時間が比較的遅いことと相まってシステム・パフォーマンスを制限する。   Microprocessors require instructions and data to perform system tasks. Instructions and data are stored in main memory, typically DRAM. The microprocessor's most frequently used instructions and data can be stored in an internal or external SRAM cache to greatly improve system performance. Since the data in the cache is a copy of the data in the main memory, the cache memory provides fast access to the data, but does not increase the memory capacity of the system. Unfortunately, high speed SRAM devices are the most expensive memory devices for a given memory density. Due to the high cost and limited device density, high-speed SRAM cannot be used in most main memory applications. Since there is a high probability that the information required by the processor is in the cache, the performance of the conventional system can be greatly improved with a cache memory having a relatively small capacity. However, the improvement in cache memory “hit rate” tends to slow down long before the cache capacity approaches the capacity of the main memory, so large-capacity SRAM caches are uneconomical. DRAM is a more economical main memory solution, but it still requires a significant number of DRAM chips to achieve the best system performance. This means buffering those chips from the microprocessor bus. This buffering, coupled with the relatively slow initial access time of DRAM compared to SRAM, limits system performance.

マイクロプロセッサからメモリまでの帯域幅を増大させ、中ないし高パフォーマンスのシステムにおけるSRAMキャッシュを不要にし、SRAMキャッシュを使用してシステムにおけるパフォーマンスを強化する新しいシステム・アーキテクチャが必要である。メ
イン・メモリのアクセス時間と帯域幅の向上によって、従来のシステム・アーキテクチャのパフォーマンスが向上し続ける。しかし、信号負荷、バッファ遅延、メモリとマイクロプロセッサとの間の非同期タイミングによって、現在のシステム・アーキテクチャがこのようなより帯域幅の大きいメモリ装置を利用する能力は限られている。さらに、マイクロプロセッサ以外のシステム要素にもメモリ帯域幅の増大が必要である。
There is a need for a new system architecture that increases the bandwidth from the microprocessor to the memory, eliminates the need for an SRAM cache in medium to high performance systems, and uses the SRAM cache to enhance performance in the system. Improvements in main memory access time and bandwidth continue to improve the performance of traditional system architectures. However, signal loading, buffer delay, and asynchronous timing between the memory and the microprocessor limit the ability of current system architectures to utilize such higher bandwidth memory devices. In addition, system elements other than microprocessors also require increased memory bandwidth.

高速データ・アクセスと、既存のメモリ・システムとの互換性とのために、標準DRAMピン配列を具備する集積回路メモリ装置(メモリ・デバイス)が設計されている。高速バースト動作モードが提供されて、1回の列アドレス指定の後に複数の順次アクセスを行い、/CAS制御信号を基準にした読取りデータが出力される。バースト動作モードでは、アドレスが装置内部で増分され、外部アドレス線が高周波数で切り替わる必要がない。1バースト・アクセス当たり1回、読取り/書込みコマンドが発せられ、読取り/書込み制御線を高速でトグルする必要性を除去している。内部アドレス・カウンタとデータ入出力ラッチをクロックするために、1メモリ・チップについて1つの制御線(/CAS)だけが動作周波数でトグルしなければならない。各/CASは、一般に、1バイト幅のデータ・バスだけを制御するため、各/CAS上の負荷は一般には他の制御信号(/RAS、/WE、および/OE)上の負荷より少ない。メモリ装置の内部回路は、既存の拡張データ出力(EDO)DRAMとの互換性が高い。この類似性により、限られた数の追加回路を使用するだけでこの2つの部品タイプを1つのダイ上で製造することができる。標準非バースト・モードと高速バースト・モードとを切り換えることができるため、この装置を使用して標準装置を置き換えることができ、より複雑な高速メモリ装置を切り換える必要がなくなる。内部アドレス生成により、高速ページ・モードまたはEDO DRAMで可能なよりも高速のデータ・アクセス時間が実現される。このバーストEDO装置の高速動作により、高速データ・スループットを達成するためにメモリ装置をインタリーブする必要がなくなる。30メガヘルツで動作可能でわずか数ナノ秒のデータ有効期間しかない標準DRAM装置とは異なり、このバーストEDO装置は100メガヘルツで予測可能に動作することができ、5ナノ秒のデータ有効期間がある。この装置は、既存のメモリ・モジュール・ピン配列と互換性がある。メモリ・モジュールには、シングル・インライン・メモリ・モジュール(SIMM)、マルチチップ・モジュール(MCM)、デュアル・インライン・メモリ・モジュール(DIMM)などが含まれるが、これらには限定されない。この機構の組み合わせにより、最小限の設計変更でシステム・パフォーマンスを大幅に向上させることができる。   Integrated circuit memory devices (memory devices) with standard DRAM pinouts have been designed for high speed data access and compatibility with existing memory systems. A high-speed burst operation mode is provided to perform a plurality of sequential accesses after one column addressing, and read data based on the / CAS control signal is output. In the burst operation mode, the address is incremented inside the device, and the external address line does not need to be switched at a high frequency. A read / write command is issued once per burst access, eliminating the need to toggle the read / write control line at high speed. In order to clock the internal address counter and data input / output latch, only one control line (/ CAS) per memory chip must toggle at the operating frequency. Since each / CAS typically controls only a 1 byte wide data bus, the load on each / CAS is generally less than the load on the other control signals (/ RAS, / WE, and / OE). The internal circuit of the memory device is highly compatible with existing extended data output (EDO) DRAMs. This similarity allows the two component types to be manufactured on a single die with only a limited number of additional circuits. Since the standard non-burst mode and the fast burst mode can be switched, the device can be used to replace the standard device, eliminating the need to switch more complex high speed memory devices. Internal address generation provides faster data access times than is possible with fast page mode or EDO DRAMs. This high speed operation of the burst EDO device eliminates the need to interleave memory devices to achieve high data throughput. Unlike standard DRAM devices that can operate at 30 MHz and have a data lifetime of only a few nanoseconds, this burst EDO device can operate predictably at 100 MHz and has a data lifetime of 5 nanoseconds. This device is compatible with existing memory module pinouts. Memory modules include, but are not limited to, a single in-line memory module (SIMM), a multi-chip module (MCM), a dual in-line memory module (DIMM), and the like. This combination of mechanisms can greatly improve system performance with minimal design changes.

本発明の一実施例では、新規なシステム・アーキテクチャが2つのメイン・メモリ・サブシステムに分かれたメイン・メモリを有する。メイン・メモリの第1の部分は、最適パフォーマンスのためにマイクロプロセッサ・データ・バスに密結合されたバースト・アクセスDRAMで構成され、メイン・メモリの第2の部分はデータ・バッファを介してマイクロプロセッサ・データ・バスに疎結合されている。密結合部分は、プロセッサに広帯域幅と、高密度データと、プロセッサ・クロックと同期させることができる情報記憶とを提供する。第2の部分は、追加のメモリ容量を提供し、プロセッサ・バスの負荷がそれに比例して増大することはない。好ましい実施例では、両方のサブシステムは取り外し可能であり、メモリサブシステムの容量/パフォーマンスを容易にアップグレードすることができる。他の好ましい実施例では疎結合システムだけが取り外し可能で、密結合システムはコンピュータのマザー・ボードに直接装着され、最大限のパフォーマンスのために制御された信号伝播特性を実現する。   In one embodiment of the present invention, the novel system architecture has a main memory divided into two main memory subsystems. The first part of the main memory consists of a burst access DRAM tightly coupled to the microprocessor data bus for optimum performance, and the second part of the main memory is connected to the micro through the data buffer. Loosely coupled to the processor data bus. The tightly coupled portion provides the processor with wide bandwidth, high density data, and information storage that can be synchronized with the processor clock. The second part provides additional memory capacity and the processor bus load does not increase proportionally. In the preferred embodiment, both subsystems are removable and the capacity / performance of the memory subsystem can be easily upgraded. In another preferred embodiment, only the loosely coupled system is removable and the tightly coupled system is mounted directly on the computer motherboard to achieve controlled signal propagation characteristics for maximum performance.

第2の部分は、周辺装置およびサブシステムがより大きな帯域幅のメモリ・アクセスを行えるようにする。第2の部分の一部は、表示情報をリフレッシュするためにきわめて大きな帯域幅のデータ・アクセスを必要とする可能性があるディスプレイ・バッファとして
使用することができる。好ましい実施例では、ディスプレイ・バッファは、マイクロプロセッサが密結合システムにアクセスしている間に、疎結合システムにアクセスすることができる。この実施例では、メイン・メモリ内のディスプレイ・フレーム・バッファの場所に付随するパフォーマンスの犠牲がほとんどないか、あるいはまったくない。メイン・メモリをディスプレイ・バッファとして使用することにより、別個のディスプレイ・バッファに伴う追加コストがなくなる。特にビデオRAMを使用するとコンピュータ・システムのコストが大幅に増す可能性がある。メイン・メモリのディスプレイ・バッファの他の利点としては、複数のディスプレイ解像度選択肢という柔軟性が含まれ、その場合、ディスプレイのために使用されないメモリをシステムが追加のメイン・メモリとして使用することができる。
The second part allows peripheral devices and subsystems to have higher bandwidth memory access. Part of the second part can be used as a display buffer that may require very high bandwidth data access to refresh the display information. In the preferred embodiment, the display buffer can access the loosely coupled system while the microprocessor is accessing the tightly coupled system. In this embodiment, there is little or no performance penalty associated with the location of the display frame buffer in main memory. By using main memory as a display buffer, the additional cost associated with a separate display buffer is eliminated. In particular, the use of video RAM can greatly increase the cost of the computer system. Other advantages of the main memory display buffer include the flexibility of multiple display resolution options, in which case the memory not used for display can be used by the system as additional main memory .

マイクロプロセッサによるアクセスを迅速にするために、最も頻繁に必要とされる情報は第1のメイン・メモリ部分に記憶する必要がある。SRAMキャッシュを使用するシステムの場合、マイクロプロセッサは最も頻繁に必要となる情報をキャッシュから入手することができる。キャッシュ・ミスの場合(要求したデータがキャッシュに存在しない時)、情報はメイン・メモリの密結合部分で入手可能である可能性が高い。メイン・メモリの第2の部分に入っている情報が必要になる時間の割合は少ないため、ほとんどの適用分野で第2の部分の疎結合性に関係するパフォーマンスの不利によって全体的システム・パフォーマンスが大幅に低下することはない。   In order to speed up access by the microprocessor, the most frequently needed information needs to be stored in the first main memory portion. For systems that use SRAM caches, the microprocessor can obtain the most frequently needed information from the cache. In the case of a cache miss (when the requested data is not in the cache), the information is likely to be available in the tightly coupled portion of main memory. Because the percentage of time that the information contained in the second part of the main memory is needed is small, the overall system performance is reduced by the performance penalty associated with the loose coupling of the second part in most applications There is no significant drop.

グラフィカル・ユーザ・インタフェース環境では、同時に複数のアプリケーションを開く(ユーザがアプリケーションの動作を開始している)ことができる。場合によっては、1つのアプリケーションがバックグランドで動作している間に、他のアプリケーションがフォーグランドで動作することができる。開いている各アプリケーションはより多くのメイン・メモリを必要とする。本発明の好ましい実施例では、密結合メイン・メモリに最低のメイン・メモリ・アドレス空間を割り当て、疎結合メモリはそれより高いアドレス空間に割り当てる。たとえば、144メガバイトのメモリを有するシステムでは、メイン・メモリのアドレス空間の最初の16メガバイトを密結合メイン・メモリに割り当て、追加の128メガバイトをより高いアドレス値の疎結合メイン・メモリに割り当てる。オペレーティング・システムがメモリを割り振るとき、より低いアドレスのメモリが先に使用される。ユーザが2、3個のアプリケーションしか開いていない場合、アプリケーションのコードとデータはすべて密結合メモリに記憶することができ、速度に関するシステム・パフォーマンスが最適化される。ユーザが多くのアプリケーションを開いている場合、いくつかのアプリケーション・コードを疎結合メイン・メモリに入ることになる可能性がある。マイクロプロセッサが疎結合メイン・メモリにアクセスする場合、システムのパフォーマンスが低下することがあるが、同時に多くのアプリケーションを開くという柔軟性は、最高計算速度で動作する必要性よりも重要である。このシステムでは、限られた密結合メイン・メモリの使用によって達成可能な速度で、大メモリ容量コンピュータの柔軟性が得られる。   In a graphical user interface environment, multiple applications can be open at the same time (the user has started operating the application). In some cases, one application can run in the background while another application can run in the foreground. Each open application requires more main memory. In the preferred embodiment of the present invention, the tightly coupled main memory is assigned the lowest main memory address space, and the loosely coupled memory is assigned to a higher address space. For example, in a system with 144 megabytes of memory, the first 16 megabytes of main memory address space is allocated to tightly coupled main memory, and an additional 128 megabytes is allocated to higher address value loosely coupled main memory. When the operating system allocates memory, the lower address memory is used first. If the user has only a few applications open, all of the application code and data can be stored in tightly coupled memory, optimizing system performance for speed. If the user has many applications open, some application code may enter loosely coupled main memory. When a microprocessor accesses loosely coupled main memory, system performance may be degraded, but the flexibility of opening many applications at the same time is more important than the need to operate at maximum computational speed. This system provides the flexibility of a large memory capacity computer at the speed achievable with the use of limited tightly coupled main memory.

このシステムでは、システム内に同時に複数のタイプのメモリを存在させることができる。たとえばメモリの第1の密結合部分をバーストEDOメモリとし、第2の疎結合部分をEDOメモリとすることができる。バーストEDO形式の第1の部分に第1のアクセス・レートでアクセスし、EDO形式の第2の部分には第2のアクセス・レートでアクセスするようにメモリ・コントローラをプログラムする。これによって、ユーザは大きなメモリ容量と、少なくともメモリの一部への高速アクセスとを得ることができる。メイン・メモリの第2の部分をさらに複数のメモリ・バンクに分けることができる。第2の部分の第1のバンクは、主として第1の密結合部分に収まらない情報のための追加容量になるEDOメモリとすることができる。第2の部分の第2のバンクは、バーストEDOメモリとすることができ、追加のシステム・メモリ容量を提供するほかに、高解像度情報ディスプレ
イをサポートするのに十分な帯域幅を持つディスプレイ・フレーム・バッファとしても使用される。SDRAMまたはその他のバースト・アクセス・メモリ装置も第1のメモリ部分用として使用することができる。
In this system, multiple types of memory can exist simultaneously in the system. For example, the first tightly coupled portion of the memory can be a burst EDO memory and the second loosely coupled portion can be an EDO memory. The memory controller is programmed to access the first portion of the burst EDO format at a first access rate and the second portion of the EDO format at a second access rate. Thereby, the user can obtain a large memory capacity and at least high-speed access to a part of the memory. The second portion of the main memory can be further divided into a plurality of memory banks. The first bank of the second portion can be an EDO memory that provides additional capacity for information that does not fit in the first tightly coupled portion. The second bank of the second portion may be burst EDO memory, providing a display frame with sufficient bandwidth to support a high resolution information display in addition to providing additional system memory capacity. -Also used as a buffer. An SDRAM or other burst access memory device can also be used for the first memory portion.

システムは電源投入時またはリセット時に、各メモリ・バンクにあるメモリのタイプと量とを判断することができ、それに従ってメモリ・アクセス信号タイミング・パラメータを調整することができる。あるいは、ユーザは特定のメモリ・バンクに特定のタイプのメモリを入れる必要がある場合がある。特定のメモリ・バンクをいくつかのタイプのメモリのうちの1つとすることができる場合、ユーザは最も経済的または最高のパフォーマンスあるいはその両方を備えたメモリ・サブシステムをその特定のコンピュータ使用要件のために選択することによって、システムの価格/パフォーマンス特性をより自由に左右することができる。   At power up or reset, the system can determine the type and amount of memory in each memory bank and adjust memory access signal timing parameters accordingly. Alternatively, the user may need to put a particular type of memory in a particular memory bank. If a particular memory bank can be one of several types of memory, the user can select the memory subsystem with the most economical and / or best performance for that particular computer usage requirement. By choosing to do so, the price / performance characteristics of the system can be more freely governed.

本発明の特徴と目的および利点は、請求の範囲と実施例の詳細な説明と添付図面とを参照すれば最もよくわかるであろう。   The features, objects and advantages of the present invention will be best understood with reference to the claims, the detailed description of the embodiments and the accompanying drawings.

図1は、16メガビットのバースト・アクセス拡張データ出力ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(BEDO DRAM)を示す図である。この装置は、メモリ・アレイ12に2,097,152バイトの情報を供給する8ビットのデータ入出力経路10を有する2メガ×8BEDO DRAMとして構成されている。好ましい実施例では、図1の装置(又はデバイス)は8ビット幅のEDO DRAM用の業界標準ピン配列を有する。アクティブ・低行アドレス・ストローブ(/RAS)信号14を使用して、多重化メモリ・アドレスの第1の部分をアドレス入力16からラッチ18にラッチする。ラッチされた行アドレス20は行デコーダ22でデコード(復号)される。デコードされた行アドレスを使用してメモリ・アレイ12の行を選択する。列アドレス・ストローブ(/CAS)信号24を使用して、メモリ・アドレスの第2の部分をアドレス入力16から列アドレス・カウンタ26にラッチする。ラッチされた列アドレス28は列アドレス・デコーダ30でデコード(復号)される。デコードされた列アドレスを使用してメモリ・アレイ12の列を選択する。   FIG. 1 illustrates a 16 megabit burst access extended data output dynamic random access memory (BEDO DRAM). The device is configured as a 2 mega.times.8 BEDO DRAM having an 8-bit data input / output path 10 for supplying 2,097,152 bytes of information to the memory array 12. In the preferred embodiment, the apparatus (or device) of FIG. 1 has an industry standard pinout for an 8-bit wide EDO DRAM. An active low row address strobe (/ RAS) signal 14 is used to latch the first portion of the multiplexed memory address from the address input 16 to the latch 18. The latched row address 20 is decoded by the row decoder 22. A row of memory array 12 is selected using the decoded row address. The column address strobe (/ CAS) signal 24 is used to latch the second portion of the memory address from the address input 16 to the column address counter 26. The latched column address 28 is decoded by the column address decoder 30. A column of memory array 12 is selected using the decoded column address.

バースト読取りサイクル中、行アドレス・デコーダと列アドレス・デコーダによって選択された行アドレスと列アドレス位置にあるメモリ・アレイ内のデータがメモリ・アレイから読み出され、データ経路32を通って出力ラッチ34に送られる。バーストEDO DRAMから駆動されたデータ10を、所定の数の/CASサイクル遅延(レーテンシイ又は待ち時間)後に/CASと同期させて装置の外部でラッチさせることができる。2サイクル待ち時間の設計の場合、第1の/CAS立ち下がりを使用してバースト・アクセスの初期アドレスをラッチする。メモリからの第1のバースト・データは第2の/CAS立ち下がり後にメモリから駆動され、第3の/CA立ち下がりの間、有効状態を維持する。メモリ装置がバースト読取りサイクルでデータの出力を開始した後は、出力イネーブル42および書込みイネーブル36(/OEおよび/WE)制御線の状態に応じて出力ドライバ34が/CAS高期間中にデータ出力をトライステート又は3状態にすることなくデータ線を駆動し続け、したがってシステムが出力データをラッチする追加の時間ができる。行アドレスと列アドレスが選択されると、/CAS信号の追加の遷移を使用して列アドレス・カウンタ内の列アドレスを所定の順序で進める。/OEが低に維持され、/WEが高に維持される場合、バーストEDO DRAMの出力でバースト・データが有効になる時点は/CAS信号のタイミングにのみ依存する。出力データ信号レベルは、標準CMOS、TTL、LVTTL、GTL、またはHSTL出力レベル仕様に従って駆動することができるが、これらには限定されない。   During a burst read cycle, the data in the memory array at the row address and column address location selected by the row address decoder and column address decoder is read from the memory array and passed through the data path 32 to the output latch 34. Sent to. Data 10 driven from a burst EDO DRAM can be latched outside the device in synchronization with / CAS after a predetermined number of / CAS cycle delays (latency or latency). For a two cycle latency design, the first / CAS falling is used to latch the initial address for burst access. The first burst data from the memory is driven from the memory after the second / CAS fall and remains valid during the third / CAS fall. After the memory device starts outputting data in a burst read cycle, the output driver 34 outputs data during the / CAS high period depending on the state of the output enable 42 and write enable 36 (/ OE and / WE) control lines. It continues to drive the data lines without being tri-stated or tri-stated, thus allowing additional time for the system to latch the output data. Once the row address and column address are selected, an additional transition of the / CAS signal is used to advance the column addresses in the column address counter in a predetermined order. When / OE is kept low and / WE is kept high, the point at which burst data becomes valid at the output of the burst EDO DRAM depends only on the timing of the / CAS signal. The output data signal level can be driven according to, but not limited to, standard CMOS, TTL, LVTTL, GTL, or HSTL output level specifications.

全体的なシステム要件とのコンパティビリティ又は互換性を最大限にするため、アドレスは線形またはインタリーブ方式で進めることができる。図2は、バースト長が2、4、および8サイクルの場合の線形アドレス指定(アドレッシング)・シーケンスとインタリーブ・アドレス指定(アドレッシング)・シーケンスとを示す表である。表中の開始アドレスA1およびA2の「V」は、バースト・シーケンスを通じて変化しないアドレス値を表す。列アドレスは各/CAS遷移、各パルス、または各列アドレスで複数のデータ・ワードを読み取る場合は複数の/CASパルスを使用して進めることができる。/CAS信号の各遷移を使用してアドレスを進める場合、装置遅延に続く各遷移後にもこの部分からデータが駆動され、/CAS信号の各エッジで参照される。これによって、各メモリ・サイクルで最高のスイッチング制御線(/CAS)が(高から低または低から高に)1回しかトグルしないバースト・アクセス・サイクルが可能になる。これは、各サイクルで/CASが低になってから高になる必要がある標準DRAMや、各メモリ・サイクルごとに全クロック・サイクル(高と低の遷移)を必要とするシンクロナスDRAMとは対照的である。既存のEDO DRAM装置との互換性を最大化するために、/CAS信号の立ち下がりで列アドレスをラッチし進めるように設計された装置を参照しながら本発明について説明する。   To maximize compatibility or compatibility with overall system requirements, addresses can be advanced in a linear or interleaved manner. FIG. 2 is a table showing a linear addressing (addressing) sequence and an interleaved addressing (addressing) sequence for burst lengths of 2, 4, and 8 cycles. “V” of the start addresses A1 and A2 in the table represents an address value that does not change throughout the burst sequence. The column address can be advanced using multiple / CAS pulses when reading multiple data words at each / CAS transition, each pulse, or each column address. When using each transition of the / CAS signal to advance the address, data is driven from this portion after each transition following the device delay and referenced at each edge of the / CAS signal. This allows for burst access cycles where the highest switching control line (/ CAS) toggles only once (from high to low or from low to high) in each memory cycle. This is a standard DRAM that needs to be high after / CAS goes low in each cycle, or a synchronous DRAM that requires a full clock cycle (high and low transitions) for each memory cycle. In contrast. In order to maximize compatibility with existing EDO DRAM devices, the present invention will be described with reference to devices designed to latch column addresses on the falling edge of the / CAS signal.

第1の/CAS立ち下がりの後に列アドレスをラッチし増分して、ラッチされ増分された両方のアドレスをアクセス・サイクル中の最も早い機会にアレイに適用することが望ましい。たとえば、1サイクルに2つのデータ・ワードにアクセスするように装置を設計することができる(プリフェッチ・アーキテクチャ)。プリフェッチ(先取り)・アーキテクチャ装置のメモリ・アレイは、奇数アレイ・ハーフと偶数アレイ・ハーフに分割することができる。列アドレスの最下位ビットを使用して奇数ハーフと偶数ハーフのどちらかが選択され、同時に他の列アドレス・ビットは各アレイ・ハーフ内の列を選択する。列アドレス1を有するインタリーブ・アクセス・モードでは、SDRAM仕様に記載されている標準インタリーブ・アドレス指定に応じて、列0および1のデータが読み取られ、列0のデータの後に続いて列1のデータが出力されることとなる。線形アクセス・モードでは、列アドレス1が、奇数アレイ・ハーフに適用され、偶数アレイ・ハーフにアクセスするためにアドレス2に増分され、2語アクセスが遂行されることとなる。この種の装置アーキテクチャを実施する1つの方法は、列アドレス・カウンタと偶数アレイ・ハーフとの間に列アドレス増分回路を設けることである。増分回路は、バースト・アクセス・サイクル中の最初の列アドレスが奇数であり、アドレス・モードが線形である場合にのみ列アドレスを増分することになる。そうでない場合、増分回路は、列アドレスを変更なしで通過させることになる。1サイクル当たり2回のデータ・アクセスのプリフェッチを使用する設計では、列アドレスが、/CAS信号の2つのアクティブ・エッジごとに1度だけ進められることになる。3個以上のデータ・ワードにアクセスするプリフェッチ・アーキテクチャも可能である。   It is desirable to latch and increment the column address after the first / CAS falling and apply both the latched and incremented addresses to the array at the earliest opportunity during the access cycle. For example, a device can be designed to access two data words per cycle (prefetch architecture). The memory array of a prefetch architecture device can be divided into an odd array half and an even array half. Either the odd or even half is selected using the least significant bit of the column address, while the other column address bits select the column in each array half. In interleaved access mode with column address 1, the data in columns 0 and 1 is read according to the standard interleave addressing described in the SDRAM specification, and the data in column 1 follows the data in column 0. Will be output. In the linear access mode, column address 1 is applied to the odd array half and incremented to address 2 to access the even array half, resulting in a two word access. One way to implement this type of device architecture is to provide a column address increment circuit between the column address counter and the even array half. The increment circuit will increment the column address only if the first column address in the burst access cycle is odd and the address mode is linear. Otherwise, the increment circuit will pass the column address through without modification. In a design that uses two data access prefetches per cycle, the column address will be advanced only once every two active edges of the / CAS signal. A prefetch architecture that accesses more than two data words is also possible.

本発明に適用可能なその他のメモリ・アーキテクチャには、メモリ・アクセスは順次に行われるが、各アクセスが完了するのに複数のサイクルを必要とするパイプライン・アーキテクチャが含まれる。パイプライン・アーキテクチャでは、メモリの全体的なスループットは1サイクル当たり1アクセスに近づくが、パイプラインの長さまたは/CASからの所望の待ち時間あるいはその両方によるサイクル数だけメモリのデータ出力はオフセットされることがある。   Other memory architectures applicable to the present invention include pipelined architectures where memory accesses are sequential but each access requires multiple cycles to complete. In a pipeline architecture, the overall memory throughput approaches one access per cycle, but the memory data output is offset by the number of cycles depending on the length of the pipeline and / or the desired latency from CAS. Sometimes.

バースト・アクセス・メモリ装置では、アドレス入力16で追加の列アドレスを使用する必要なしに、列アドレス・カウンタからの新しい各列アドレスをデコードして使用し、メモリ・アレイ内の追加のデータにアクセスする。このバースト・データ・シーケンスは、バースト長に等しい所定のデータ・アクセス数が行われるまで各/CAS立ち下がりごとに続く。最後のバースト・アドレスが生成された後に受け取った/CAS立ち下がりに
よって、アドレス入力16から他の列アドレスがラッチされ、新しいバースト・シーケンスが開始される。第1/CAS待ち時間後の/CASの各立ち下がりで読取りデータがラッチされ、出力される。
In a burst access memory device, each new column address from the column address counter is decoded and used to access additional data in the memory array without having to use additional column addresses at address input 16 To do. This burst data sequence continues at each / CAS fall until a predetermined number of data accesses equal to the burst length is made. A / CAS falling edge received after the last burst address was generated causes other column addresses to be latched from address input 16 and a new burst sequence is initiated. Read data is latched and output at each falling edge of / CAS after the 1 / CAS waiting time.

バースト書込みサイクルの場合、入力データ・ラッチ34でデータ10がラッチされる。第1の列アドレスがラッチされると、行アドレスと列アドレスによって指定された第1のアドレスにある目的データが/CAS信号でラッチされる(書込みデータ待ち時間はゼロである)。その他の書込みサイクル・データ待ち時間値も可能であるが、現在のメモリ・システムではゼロが好ましい。増分された列アドレス位置に記憶する追加の入力データ・ワード(語)は、連続する/CASパルス上の/CASによってラッチされる。入力ラッチ34からの入力データがデータ経路32を通してメモリ・アレイに渡され、行アドレス・デコーダと列アドレス・デコーダによって選択された記憶位置に記憶される。前述のバースト読取りサイクルのように、所定数のバースト・アクセス書込みが、アドレス線16で追加の列アドレスを提供する必要性なしに行われる。所定数のバースト書込みが行われた後、後続の/CASパルスが新しい開始列アドレスをラッチし、別のバースト読取りまたは書込みアクセスが開始する。   In the case of a burst write cycle, data 10 is latched by the input data latch 34. When the first column address is latched, the target data at the first address specified by the row address and column address is latched with the / CAS signal (the write data latency is zero). Other write cycle data latency values are possible, but zero is preferred in current memory systems. Additional input data words to store at the incremented column address location are latched by / CAS on successive / CAS pulses. Input data from the input latch 34 is passed through the data path 32 to the memory array and stored in the storage location selected by the row address decoder and the column address decoder. Like the burst read cycle described above, a predetermined number of burst access writes are performed without the need to provide additional column addresses on address line 16. After a predetermined number of burst writes, a subsequent / CAS pulse latches the new starting column address and another burst read or write access begins.

図1のメモリ装置には、バーストEDO動作モードと標準EDO動作モードを切り換えるオプションを含めることができる。この場合、行アドレス・ラッチ時(/RAS立ち下がり、/CAS高)に書込みイネーブル信号/WE36を使用して、その行のメモリ・アクセスがバースト・モード・サイクルであるかページ・モード・サイクルであるかを決定することができる。/RASの立ち下がりで/WEが低の場合、バースト・アクセス・サイクルが選択される。/RASの立ち下がりで/WEが高の場合、標準拡張データ出力(EDO)ページ・モード・サイクルが選択される。バースト・モード・サイクルとEDOページ・モード・サイクルは両方とも、/RASが低の間にデータ読取りサイクル間でデータ出力ドライバ34によってデータ線10を高インピーダンス状態にしなくても、メモリ装置の動作周波数を高くすることができる。DRAM制御回路38は、標準DRAM制御機能を実行するほかに、/RASの立ち下がり時に/WEによって選択されたモードに従ってI/O回路34と列アドレス・カウンタ/ラッチ26を制御する。バースト・モード専用DRAM、またはバースト・アクセス・サイクルと非バースト・アクセス・サイクルとを切り換える他の方法を使用して設計された装置では、/RAS立ち下がり時の/WEの状態を使用して、インタリーブ・アドレス指定モード対線形アドレス指定モードなど、その他の可能なモードに切り換えることができる。あるいは、動作モードを選択するために/RAS立ち下がりでの/WEの状態を使用しない場合は、/WEに関して「ドントケア(don’t care)」として、お構いなしとすることもできる。   The memory device of FIG. 1 can include an option to switch between a burst EDO operating mode and a standard EDO operating mode. In this case, when the row address is latched (/ RAS falling, / CAS high), the write enable signal / WE36 is used to determine whether the memory access of the row is a burst mode cycle or a page mode cycle. You can decide if there is. If / WE is low at the fall of / RAS, the burst access cycle is selected. If / WE is high at the falling edge of / RAS, the standard extended data output (EDO) page mode cycle is selected. Both the burst mode cycle and the EDO page mode cycle are the operating frequency of the memory device without requiring the data line 10 to be in a high impedance state by the data output driver 34 between data read cycles while / RAS is low. Can be high. In addition to executing the standard DRAM control function, the DRAM control circuit 38 controls the I / O circuit 34 and the column address counter / latch 26 according to the mode selected by / WE at the fall of / RAS. In devices designed using burst mode only DRAMs or other methods of switching between burst and non-burst access cycles, use the / WE state at the falling edge of / RAS, You can switch to other possible modes, such as interleaved addressing mode versus linear addressing mode. Alternatively, if the / WE state at the falling edge of RAS is not used to select the operation mode, “don't care” can be used for / WE.

バースト・サイクルの初期列アドレスを/CASによってラッチするとき、バースト・アクセス・サイクル中に書込みイネーブル信号を使用して読取りバースト・アクセスか書込みバースト・アクセスかを選択することができる。列アドレス・ラッチ時に/WE低の場合、バースト書込みアクセスが選択される。列アドレス・ラッチ時に/WE高の場合、バースト読取りアクセスが選択される。/WE信号のレベルは、バースト・アクセスの間中、読取りバースト・アクセスの場合は高、書込みバースト・アクセスの場合は低に維持されなければならない。バースト書込みアクセス中に低から高に遷移すると、バースト・アクセスは終了し、それ以上書込みが行われなくなる。バースト読取りアクセス中に/WE上で高から低への遷移があると、バースト読取りアクセスは終了し、データ出力10が高インピーダンス状態になる。偽の書込みサイクルがトリガされる可能性を少なくするために、アクセス・サイクル中の重大なタイミング期間中に/WE信号の遷移をロックアウトすることができる。重大なタイミング期間後、バースト・アクセスを継続するか開始するかまたは終了するか、/WEの状態で決定される。バースト・アクセスが終了するとバースト長カウンタがリセットされ、DRAMが別のバースト・アクセス・コマンドを受け
取る状態になる。バースト・アクセス中に/RASと/CASが両方とも高になった場合も、バースト・アクセス・サイクルが終了し、データ・ドライバが高インピーダンス出力状態になり、バースト長カウンタがリセットされる。隠れたリフレッシュ・サイクルとの互換性を持たせるために、/CASがアクティブの間に/RASのみが高になった場合、読取りデータを装置出力で有効なまま保持することができ、それ以外の場合は/RASのみが高の状態を使用してバースト・アクセスを終了することができる。バースト・アクセス間の遅延を最小にして、1つのバースト読取りを終了させてから別のバースト読取りを開始したい場合、または別のバースト書込みを行う前にバースト書込みを終了させたい場合は、最小限の書込みイネーブル・パルス幅しか必要としない。バースト読取りの場合、/WEは高から低に遷移して第1のバースト読取りを終了させ、その後、新しいバースト読取りサイクルを指定するために/CASの次の立ち下がりの前に/WEが高に戻る。バースト書込みの場合、/WEは高に遷移して現行バースト書込みアクセスを終了させ、その後、/CASの次の立ち下がりの前に低に戻って別のバースト書込みアクセスを開始する。
When latching the initial column address of a burst cycle with / CAS, a write enable signal can be used during a burst access cycle to select between read burst access and write burst access. If / WE is low at the time of column address latching, burst write access is selected. Burst read access is selected if / WE is high at column address latch. The level of the / WE signal must be maintained during burst access, high for read burst access and low for write burst access. Transitioning from low to high during a burst write access terminates the burst access and no more writes are performed. If there is a high to low transition on / WE during a burst read access, the burst read access is terminated and the data output 10 is in a high impedance state. To reduce the possibility of a false write cycle being triggered, the / WE signal transition can be locked out during a critical timing period during the access cycle. After a critical timing period, it is determined in the state of / WE whether to continue, start or end burst access. When burst access is completed, the burst length counter is reset and the DRAM is ready to receive another burst access command. If both / RAS and / CAS go high during a burst access, the burst access cycle is terminated, the data driver enters a high impedance output state, and the burst length counter is reset. For compatibility with hidden refresh cycles, if only / RAS goes high while / CAS is active, the read data can be kept valid at the device output, otherwise In some cases, burst access can be terminated using the / RAS only high state. Minimize the delay between burst accesses if you want to end one burst read before starting another burst read, or if you want to end the burst write before doing another burst write. Only write enable pulse width is required. For a burst read, / WE transitions from high to low to finish the first burst read, after which / WE goes high before the next falling edge of / CAS to specify a new burst read cycle. Return. For a burst write, / WE transitions high to end the current burst write access and then returns low before the next falling edge of / CAS to begin another burst write access.

図1の装置の基本実施態様は、固定バースト長4と、固定/CAS待ち時間2と、バースト・アドレスの固定インタリーブ・シーケンスとを含むことができる。この基本実施態様は、標準EDOページ・モードDRAMの追加回路をほとんど必要とせず、標準EDOページ・モードとバーストEDO DRAMの両方の機能を提供するように大量生産することができる。この装置では、多くのSIMMモジュール設計との互換性が得られるように出力イネーブル・ピン(/OE)を接地させることもできる。/OEは、ディスエーブルされていない(グラウンドに結合される)とき、非同期制御であり、/CASが立ち下がる前にイナクティブ(inactive)(高)になり/CASが立ち上がった後もイナクティブのままでいる場合に、データが読取りサイクルのその部分からドライブされるのを妨げる。これらのセットアップ条件およびホールド条件が満たされない場合、読取りサイクルのある部分の間読取りデータがドライブされる。/OE信号と/CASとの同期をとることは可能であるが、この場合、通常/CASからデータ有効までの遅延時間が長くなり、普通なら不要な追加/CAS低パルスなしに/RAS高の前に読取りデータをディスエーブルすることができなくなる。好ましい実施形態では、/OEが読取りサイクル中のある時間に高に遷移した場合、出力は、/OE信号の次の遷移にはかかわらずに/CASの次の立ち下がりまで高インピーダンス状態のままである。   The basic implementation of the apparatus of FIG. 1 may include a fixed burst length 4, a fixed / CAS latency 2 and a fixed interleaved sequence of burst addresses. This basic implementation requires little additional circuitry for standard EDO page mode DRAM and can be mass produced to provide the functionality of both standard EDO page mode and burst EDO DRAM. In this device, the output enable pin (/ OE) can also be grounded for compatibility with many SIMM module designs. / OE is asynchronous control when disabled (coupled to ground), becomes inactive (high) before / CAS falls, remains inactive after CAS rises The data is prevented from being driven from that part of the read cycle. If these setup and hold conditions are not met, the read data is driven for some portion of the read cycle. Although it is possible to synchronize the / OE signal and / CAS, in this case, the delay time from normal / CAS to data valid becomes longer, and normally there is no unnecessary additional / CAS low pulse / RAS high The read data cannot be disabled before. In the preferred embodiment, if / OE transitions high at some time during the read cycle, the output remains in a high impedance state until the next falling edge of / CAS regardless of the next transition of the / OE signal. is there.

バースト長、/CAS待ち時間、アドレス・シーケンスをプログラム可能にするには、書込み−/CAS−前−/RAS(WCBR)プログラミング・サイクルの受信時に1つまたは複数のアドレス入力信号16またはデータ信号10の状態をラッチするモード・レジスタ40を使用することができる。そのような装置では、モード・レジスタからの出力44が、DRAM上の必要な回路を制御する。2、4、8のバースト長オプションと、全ページと、1、2、3の/CAS待ち時間を確保することができる。装置の動作速度が増加しコンピュータ・アーキテクチャが進歩するにつれて、他のバースト長オプションおよび待ち時間オプションを与えることができる。図1の装置は、WCBRサイクル中の最下位アドレス・ビットの状態をラッチすることによってアドレス・シーケンスをプログラム可能にすることができる。この特定の実施形態のバースト長および/CAS待ち時間は一定である。このDRAMのフィーチャ・セットの他の可能な変更には、固定バースト・モードしか有さないことと、標準高速ページ・モード(非EDO)とバースト・モードのどちらかを選択することと、出力イネーブル・ピン(/OE)42を/RASと組み合わせて使用して動作モードを選択することが含まれる。また、WCBRリフレッシュ・サイクルを使用して、制御信号と/RASの組合せではなく動作モードを選択することができる。より複雑なメモリ装置は、/RAS立ち下がり時間での/WEと/OEの様々な組合せを使用することによって高速ページ・モード、EDOページ・モード、静的列モード、バースト動作の切り換えなど追加動作モードを与えることができる。複数のアドレス線また
はデータ線を使用して所望のモードを符号化するWCBRサイクルを使用することによって、同様な1組のモードから1つのモードを選択することができる。別法として、複数の動作モードを有する装置は、ワイヤ・ボンド位置、プログラム可能なヒューズ、または装置の動作モードをプログラムするために使用できる不揮発性メモリ素子を有することができる。
To make the burst length, / CAS latency, and address sequence programmable, one or more address input signals 16 or data signals 10 upon receipt of a write- / CAS-previous- / RAS (WCBR) programming cycle. A mode register 40 can be used to latch the state of In such devices, the output 44 from the mode register controls the necessary circuitry on the DRAM. 2, 4, 8 burst length options, all pages, 1, 2, 3 / CAS latency can be ensured. As device operating speeds increase and computer architectures advance, other burst length options and latency options can be provided. The device of FIG. 1 can make the address sequence programmable by latching the state of the least significant address bit during the WCBR cycle. The burst length and / CAS latency for this particular embodiment are constant. Other possible changes to this DRAM feature set include having only fixed burst mode, choosing between standard fast page mode (non-EDO) and burst mode, and output enable. Includes using pin (/ OE) 42 in combination with / RAS to select an operating mode. Also, the WCBR refresh cycle can be used to select an operating mode rather than a combination of control signal and / RAS. More complex memory devices have additional operations such as switching between fast page mode, EDO page mode, static column mode, burst operation by using various combinations of / WE and / OE at / RAS fall time Mode can be given. A mode can be selected from a similar set of modes by using a WCBR cycle that uses multiple address lines or data lines to encode the desired mode. Alternatively, a device having multiple modes of operation can have wire bond locations, programmable fuses, or non-volatile memory elements that can be used to program the mode of operation of the device.

本発明の教示によって設計された16ビット幅バーストEDOモードDRAMの好ましい実施形態は、2本の列アドレス・ストローブ入力ピン/CASHおよび/CASLを有する。読取りサイクルでは、1つの/CAS信号がトグルするだけでよい。第2の/CASは、高のままでいることも、あるいは他方の/CASと共にトグルすることもできる。バースト読取りサイクル中、一方の/CASがイナクティブのままでいる場合でも読取りサイクル中の一部から16データ・ビットがすべてドライブされる。通常のシステム応用例では、マイクロプロセッサが、各読取りサイクル中にデータ・バス上のすべてのデータ・ビットを読み取り、書込みサイクルであるデータ・バイトしか書き込まない。1つの/CAS制御信号が読取りサイクル中に静的なままでいるようにすると、システム内の全体的な電力消費量および雑音を低減させる助けとなる。バースト書込みアクセス・サイクルでは、各/CAS信号(CASHおよび/CASL)は、8ビット幅のデータに対する書込みイネーブルとして働く。2つの/CASがAND関数において組み合わされて単一の内部/CASが与えられ、このCASは、第1の外部/CASが立ち下がったときに低になり、最後の外部/CASが高になった後に高に戻る。第1の/CAS信号が低に遷移したときにすべての16個のデータ入力がラッチされる。1つの/CAS信号しか低に遷移しない場合、高のままであった/CASに関連付けられた8ビット・データはメモリに記憶されない。   A preferred embodiment of a 16-bit wide burst EDO mode DRAM designed in accordance with the teachings of the present invention has two column address strobe input pins / CASH and / CASL. In a read cycle, only one / CAS signal needs to be toggled. The second / CAS can remain high or toggle with the other / CAS. During a burst read cycle, all 16 data bits are driven from a portion of the read cycle even if one / CAS remains inactive. In typical system applications, the microprocessor reads all data bits on the data bus during each read cycle and writes only data bytes, which are write cycles. Having one / CAS control signal remain static during the read cycle helps to reduce overall power consumption and noise in the system. In a burst write access cycle, each / CAS signal (CASH and / CASL) serves as a write enable for 8-bit wide data. Two / CAS are combined in an AND function to give a single internal / CAS, which is low when the first external / CAS falls and the last external / CAS is high It returns to high after a while. All 16 data inputs are latched when the first / CAS signal transitions low. If only one / CAS signal transitions low, the 8-bit data associated with / CAS that remained high is not stored in memory.

いくつかの好ましい実施形態を参照して本発明を説明した。高速ページ・モードDRAMおよびEDO DRAMがx1データ幅、x4データ幅、x8データ幅、x16データ幅や、1メガビット密度、4メガビット密度、16メガビット密度、64メガビット密度を含め多数の構成で使用できるのとまったく同じように、本発明のメモリ装置は、多数の異なるメモリ構成の形をとることができる。集積回路メモリ設計の当業者なら、本明細書の助けで、本発明の趣旨から逸脱しない様々なメモリ装置を設計できると考えられる。したがって、本発明に適用できる様々なメモリ装置構成の詳細な説明は不要であると考えられる。   The invention has been described with reference to several preferred embodiments. Fast page mode DRAM and EDO DRAM can be used in many configurations including x1 data width, x4 data width, x8 data width, x16 data width, 1 megabit density, 4 megabit density, 16 megabit density, and 64 megabit density In exactly the same way, the memory device of the present invention can take the form of many different memory configurations. Those skilled in the art of integrated circuit memory design will be able to design various memory devices without departing from the spirit of the present invention with the help of this specification. Therefore, detailed description of various memory device configurations applicable to the present invention is considered unnecessary.

バーストEDOメモリ装置の好適なピン配列が図3に示されている。このピン配列が、標準EDO DRAMのピン配列と同じであってよいことに留意されたい。この共通のピン配列のために、この新しい装置は、最小の設計変更によって既存のメモリ設計で使用することができる。この共通のピン配列によって、標準EDO DRAMピン配列に精通した当業者は新しい設計を容易に行うこともできる。標準EDO DRAMピン配列を維持する前述の発明の変形形態には、システム・クロック信号を用いて/CASピンを駆動し、メモリ・装置のデータ・アクセスとシステム・クロックとの同期をとることが含まれる。この実施形態では、/RASが立ち下がった後の第1の/CASアクティブ・エッジを使用して行アドレスをラッチすることが望ましく、遅いエッジを使用してバースト・アクセス・サイクルの第1の列アドレスをラッチすることができる。装置内に行アドレスおよび列アドレスがラッチされた後、アドレスを内部で増分し、システム・クロックに同期したバースト・アクセス・サイクルを与えることができる。他のピン機能代替策には、/OEピン上のバースト・アドレス増分信号をドライブすることが含まれる。これは、この部分のこのピン上ではデータ出力ディスエーブル機能が必要とされないからである。/OEピンの他の代替使用法でも、装置は標準EDOピン配列を維持することができるが、バースト・モード・アクセスなど機能が増加する。/OEピンを使用して、有効な列開始アドレスの存在を知らせることも、あるいはバースト・アクセスを終了することもできる。こ
れらの実施形態はそれぞれ、最小量の再設計によって現行のメモリ・システムで使用できる高速バースト・アクセス・メモリ装置を与える。
A preferred pinout for a burst EDO memory device is shown in FIG. Note that this pinout may be the same as a standard EDO DRAM pinout. Because of this common pinout, this new device can be used in existing memory designs with minimal design changes. This common pinout also allows those skilled in the art familiar with standard EDO DRAM pinouts to easily make new designs. Variations of the foregoing invention that maintain the standard EDO DRAM pinout include driving the / CAS pin with a system clock signal to synchronize the memory device data access with the system clock. It is. In this embodiment, it is desirable to latch the row address using the first / CAS active edge after / RAS has fallen, and using the slow edge to the first column of the burst access cycle. The address can be latched. After the row and column addresses are latched in the device, the address can be incremented internally to provide a burst access cycle that is synchronized to the system clock. Other pin function alternatives include driving the burst address increment signal on the / OE pin. This is because the data output disable function is not required on this part of this pin. In other alternative uses of the / OE pin, the device can maintain a standard EDO pin array, but with increased functionality such as burst mode access. The / OE pin can be used to signal the presence of a valid column start address or to terminate burst access. Each of these embodiments provides a high speed burst access memory device that can be used in current memory systems with a minimum amount of redesign.

図4は、バースト読取りを行い、その後に図1の装置のバースト書込みを行うことに関するタイミング図である。図4で、/RAS信号によって行アドレスがラッチされる。/WEピンの状態を使用して/RAS時のバースト・アクセス・サイクルを指定する設計実施形態では、/RASが立ち下がったときに/WEが低になる。次に、/WEが高になると/CASが低にドライブされてバースト読取りアクセスが開始され、最初の列アドレスがラッチされる。データ出力信号(DQ’s)は第1の/CASサイクルではドライブされない。/CAS信号の第2の立ち下がりで、内部アドレス生成回路は列アドレスを進め、アレイの別のアクセスを開始し、そして、/CASからデータ・アクセスまでの時間(tCAC)の後に、装置から第1のデータ出力がドライブされる。指定されたバースト長が4である装置では、新しいバースト読取りアクセスに関する新しい列アドレスをラッチする/CASの第5の立ち下がりまで追加バースト・アクセス・サイクルが継続する。第5の/CASサイクルで/WEが立ち下がると、バースト・アクセスが終了し、装置が追加バースト・アクセスのために初期設定される。/WEが低になったときの/CASの第6の立ち下がりを使用して新しいバースト・アドレスがラッチされ、入力データがラッチされ、装置のバースト書込みアクセスが開始される。バースト・アクセスが終了するまで、連続/CAS立ち下がりで追加データ値がラッチされる。   FIG. 4 is a timing diagram for performing a burst read followed by a burst write of the apparatus of FIG. In FIG. 4, the row address is latched by the / RAS signal. In a design embodiment that uses the state of the / WE pin to specify a burst access cycle during / RAS, / WE goes low when / RAS falls. Next, when / WE goes high, / CAS is driven low to initiate a burst read access and the first column address is latched. The data output signal (DQ's) is not driven in the first / CAS cycle. On the second falling edge of the / CAS signal, the internal address generation circuit advances the column address, starts another access of the array, and after the time from / CAS to data access (tCAC) 1 data output is driven. For devices with a specified burst length of 4, latch the new column address for the new burst read access / the additional burst access cycle continues until the fifth falling edge of CAS. When / WE falls in the fifth / CAS cycle, burst access is terminated and the device is initialized for additional burst access. A new burst address is latched using the sixth falling edge of / CAS when / WE goes low, the input data is latched and the device burst write access is initiated. The additional data value is latched on successive / CAS falling edges until the burst access is completed.

図5は、バースト書込みアクセス・サイクルの後にバースト読取りサイクルを行うタイミング図である。図4の場合のように/RAS信号を使用して行アドレスをラッチする。しかし本発明のこの実施例では、/WEは/RASの立ち下がり時にドントケアである。/CASの最初の立ち下がりが/WEの低と組合わさってバースト書込みアクセスが開始され、最初のデータがラッチされる。連続する/CAS立ち下がりによってさらにデータ値がラッチされ、装置内部でメモリ・アドレスがインタリーブ方式または順次方式で進められる。5番目の/CAS立ち下がりで、新しい列アドレスとそれに伴う書込みデータがラッチされる。6番目の/CASサイクルで/WE信号が高になるまでバースト書込みアクセス・サイクルが続く。/WE信号の遷移によってバースト書込みアクセスが終了する。/CASの7番目の低遷移によって、新しい列アドレスがラッチされ、バースト読取りアクセスが開始する(/WEは高である)。バースト読取りはバースト・サイクルが終了するまで続く。   FIG. 5 is a timing diagram for performing a burst read cycle after a burst write access cycle. As in FIG. 4, the row address is latched using the / RAS signal. However, in this embodiment of the invention, / WE is don't care at the fall of / RAS. Burst write access is initiated with the first falling edge of / CAS combined with the low of / WE, and the first data is latched. Data values are further latched by successive / CAS falling edges, and the memory address is advanced in an interleaved or sequential manner within the device. At the fifth falling edge of / CAS, the new column address and the accompanying write data are latched. In the sixth / CAS cycle, the burst write access cycle continues until the / WE signal goes high. The burst write access is completed by the transition of the / WE signal. The seventh low transition of / CAS causes the new column address to be latched and burst read access begins (/ WE is high). The burst read continues until the end of the burst cycle.

図4及び図5から、バースト読取りサイクル中、短いデータ遷移期間を除いて、/OEピンが低であるかぎり装置出力上のデータが有効なままであることに留意されたい。また、/CASが立ち下がる前、あるいは/CASが立ち下がるときに/WEピンは低なので、データ入出力線は書込みサイクル中のその部分からはドライブされず、/OEピンは「don’t care」である。/CAS信号およびデータ信号のみが比較的高い周波数でトグルし、1/CASサイクル時間以下の間、/CAS以外の制御信号はアクティブ状態になる必要も、あるいはイナクティブ状態になる必要もない。これは、多くの場合、行アドレス・ストローブ、列アドレス・ストローブ、データ・マスク、読取り/書込み制御信号が様々な装置機能に関して1クロック・サイクル以下の間有効であることを必要とするSDRAMとは対称的である。通常のDRAMでは、列アドレスが、/CASが立ち下がる前にアレイ内を伝搬しデータ・アクセスを開始することもできる。これは、アドレスが、/CASが立ち下がる前に、データがアレイからアクセスされるのに十分な期間にわたって有効であった場合に、/CAS立ち下がりから高速データ・アクセスを行えるようにするために行われる。このような設計では、/CASが立ち下がる前に列アドレスが変更された場合に、アドレス遷移検出回路を使用してメモリ・アクセスが再開される。この方法では実際には、新しい列アドレスに備えるために、最後のアドレス遷移の後、各メモリ・サイクルの始めにある期間を確保しなければならないので、メモリ・アクセスを行う
ための追加時間が必要である。/CASが立ち下がる直前に列アドレスが変更されると、アクセス時間が約5ナノ秒だけ増加する。本発明の実施形態では、列アドレスは、/CASが立ち下がらないうちはアレイ内で伝搬することはできない。これによって、アドレス遷移検出回路が不要になり、/CASに対する固定アレイ・アクセス時間が確保される。/CASの立ち下がり遷移までは列アドレスがアレイに伝播しないように妨げると同時に、/CASの立ち上がりでカウンタを進めて、次の/CASの立ち下がりに備えて有効列アドレスを供給する。
4 and 5, note that during the burst read cycle, the data on the device output remains valid as long as the / OE pin is low, except for a short data transition period. Since the / WE pin is low before / CAS falls or when / CAS falls, the data input / output line is not driven from that part of the write cycle, and the / OE pin is “don't care”. Is. Only the / CAS signal and the data signal toggle at a relatively high frequency, and control signals other than / CAS do not need to be active or inactive during the 1 / CAS cycle time or less. This is often the case for SDRAMs that require row address strobe, column address strobe, data mask, read / write control signals to be valid for less than one clock cycle for various device functions. Symmetric. In a normal DRAM, the column address can be propagated through the array before / CAS falls to initiate data access. This is to allow high speed data access from the falling edge of / CAS if the address is valid for a period of time sufficient for data to be accessed from the array before / CAS falls. Done. In such a design, if the column address is changed before / CAS falls, memory access is resumed using the address transition detection circuit. This method actually requires additional time to make the memory access because it must reserve a period at the beginning of each memory cycle after the last address transition to prepare for the new column address. It is. If the column address is changed just before / CAS falls, the access time increases by about 5 nanoseconds. In embodiments of the present invention, column addresses cannot propagate in the array until / CAS falls. This eliminates the need for an address transition detection circuit and ensures a fixed array access time for / CAS. The column address is prevented from propagating to the array until the falling transition of / CAS, and at the same time, the counter is advanced at the rising edge of / CAS to supply the effective column address in preparation for the next falling edge of / CAS.

図6は、本発明により設計されたシングル・インライン・メモリ・モジュール(SIMM)の概略図である。このSIMMは、既存のシステムおよびソケットとの物理的互換性を持たせるために標準SIMMモジュール・ピン配列を有する。2メガ×8メモリ装置10、12、14、および16のそれぞれをEDOページ・モードで動作させた場合、EDOページ・モードSIMMとの機能上の互換性が維持される。/CAS信号18、20、22および24のそれぞれが1バイト幅の32ビット・データ・バス26、28、30、および32を制御する。/RAS34信号を使用して各メモリ装置内の行アドレスをラッチし、/WE36と組み合わせて使用して、ページ・モード・アクセス・サイクルとバースト・モード・アクセス・サイクルの両方のモードで動作可能な装置で2つのモードの間の選択を行う。アドレス信号38がSIMM上の各メモリ装置に多重化行および列アドレスを供給する。バースト・モードでは、アクティブ/CAS制御線だけを装置の動作周波数でトグルするか、または、前述のように/CAS信号の各エッジを使用する場合はその半分の周波数でトグルする必要がある。データ線は/CAS線の半分の周波数または同じ周波数で切換え可能である必要があり、その他の制御信号およびアドレス信号は、/CAS線およびデータ線より低い周波数で切り替わる。図6に示すように、各/CAS信号および各データ線は1つのメモリ装置に接続され、他の制御信号およびアドレス信号より高い周波数で切り換わることができるようになっている。各メモリ装置10、12、14および16は本発明により設計されて、バースト動作モードが可能であり、第1の行および列アドレスがラッチされた後で/CAS制御線を基準にしたタイミングによって複数のメモリ・アドレス場所からの順次またはインタリーブ・データ・アクセスを行うように内部アドレス生成を実現する。   FIG. 6 is a schematic diagram of a single in-line memory module (SIMM) designed in accordance with the present invention. The SIMM has a standard SIMM module pinout for physical compatibility with existing systems and sockets. When each of the 2 mega × 8 memory devices 10, 12, 14, and 16 is operated in EDO page mode, functional compatibility with EDO page mode SIMM is maintained. Each of the / CAS signals 18, 20, 22, and 24 controls a 1-byte wide 32-bit data bus 26, 28, 30, and 32. The / RAS34 signal is used to latch the row address in each memory device and can be used in combination with / WE36 to operate in both page mode burst mode and burst mode access cycles. The device selects between two modes. Address signal 38 provides a multiplexed row and column address to each memory device on the SIMM. In burst mode, only the active / CAS control line needs to be toggled at the operating frequency of the device, or as described above, if each edge of the / CAS signal is used, it must be toggled at half that frequency. The data line must be switchable at half the frequency of the / CAS line or at the same frequency, and other control and address signals are switched at a lower frequency than the / CAS line and the data line. As shown in FIG. 6, each / CAS signal and each data line are connected to one memory device, and can be switched at a higher frequency than other control signals and address signals. Each memory device 10, 12, 14 and 16 is designed in accordance with the present invention and is capable of a burst mode of operation, with a plurality of timings relative to the CAS control line after the first row and column addresses are latched. Internal address generation is implemented to perform sequential or interleaved data access from multiple memory address locations.

図7に、本発明により設計された他のSIMMの前面図を示す。このSIMM上の各装置は1メガ×4に構成された4メガビットDRAMである。この構成では、1つの/CASが2つのメモリ装置を制御して1バイト幅のデータ・バスへのアクセスを実現する。図の8個の装置は32ビット幅で4メガバイトのSIMMを形成する。32ビット幅で8メガバイトのSIMMの場合、裏側にさらに8個の装置(図示せず)がある。   FIG. 7 shows a front view of another SIMM designed in accordance with the present invention. Each device on the SIMM is a 4 megabit DRAM configured as 1 mega × 4. In this configuration, one / CAS controls two memory devices to achieve access to a 1 byte wide data bus. The eight devices shown form a 4-megabyte SIMM that is 32 bits wide. For a 32-bit wide 8-megabyte SIMM, there are eight more devices (not shown) on the back side.

図8に、図7の装置に従って設計されたメモリ・モジュールの好ましいピン配列を示す。このピン配列は、高速ページ・モードSIMMおよびEDO SIMMのピン配列と互換性がある。ピン66にはEDO動作を示すために存在検出ピンが設けてあり、標準EDO部品タイプに従って、ピン46に/OE入力が設けてある。   FIG. 8 shows a preferred pinout for a memory module designed according to the apparatus of FIG. This pinout is compatible with the fast page mode SIMM and EDO SIMM pinouts. Pin 66 is provided with a presence detection pin to indicate EDO operation, and a / OE input is provided on pin 46 in accordance with a standard EDO component type.

図6、図7、および図8のSIMMモジュールの代替実施例には、標準SIMMモジュール・ピン配列に従ってそれぞれの/RAS信号が16ビット幅のデータ・バスを制御する2つの/RAS信号の使用が含まれる。図6の装置にさらに4個の2M×8EDOバースト・モードDRAMを追加して4M×32ビットのSIMMを実現することもできる。16ビット幅のDRAMも使用することができ、それらのDRAMは典型的には2つの/CAS信号を有し、各/CAS信号が8ビット・データ幅を制御する。パリティ・ビットまたは誤り検出および修正回路を組み込むことにより、他の可能なSIMMモジュール構成が実現される。誤り検出や修正を行う方法は、当業者には周知であり、本出願ではそのような回路の詳細な説明は記載しない。当業者なら本明細書を読めば、本発明の新規なメ
モリ・装置を使用したその他のSIMM設計も設計することができる。本発明についてSIMM設計を参照しながら説明したが、本発明はSIMMには限定されない。本発明は、デュアル・インライン・メモリ・モジュール(DIMM)およびマルチチップ・モジュール(MCM)を含む他のタイプのメモリ・モジュールにも等しく適用可能である。
An alternative embodiment of the SIMM module of FIGS. 6, 7, and 8 includes the use of two / RAS signals, each / RAS signal controlling a 16-bit wide data bus according to the standard SIMM module pinout. included. It is also possible to realize 4M × 32-bit SIMM by adding four 2M × 8 EDO burst mode DRAMs to the device of FIG. 16-bit wide DRAMs can also be used, and these DRAMs typically have two / CAS signals, each / CAS signal controlling the 8-bit data width. By incorporating parity bits or error detection and correction circuitry, other possible SIMM module configurations are realized. Methods for error detection and correction are well known to those skilled in the art, and a detailed description of such circuits is not described in this application. Those skilled in the art will be able to design other SIMM designs using the novel memory device of the present invention after reading this specification. Although the present invention has been described with reference to SIMM designs, the present invention is not limited to SIMMs. The present invention is equally applicable to other types of memory modules including dual in-line memory modules (DIMMs) and multi-chip modules (MCMs).

図9は、本発明により設計されたデータ処理システムの概略図である。本明細書ではマイクロプロセッサとは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ、算術演算プロセッサ、または中央演算処理装置(CPU)とすることができるが、これらには限定されない。図9では、マイクロプロセッサ112はアドレスおよび制御信号116とデータ信号118とから成るマイクロプロセッサ・ローカル・バス114に接続されている。マイクロプロセッサは、タイミングおよび制御回路120を介していくつかの資源にアクセスすることができる。たとえば、タイミングおよび制御回路は、マイクロプロセッサからアドレス信号と制御信号を受け取り、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ・キャッシュ117と、密結合非キャッシュ・バースト・アクセスDRAM119と、疎結合DRAM132とに制御信号を供給する。   FIG. 9 is a schematic diagram of a data processing system designed in accordance with the present invention. As used herein, a microprocessor can be, but is not limited to, a microprocessor, a microcontroller, a digital signal processor, an arithmetic processor, or a central processing unit (CPU). In FIG. 9, the microprocessor 112 is connected to a microprocessor local bus 114 comprised of address and control signals 116 and data signals 118. The microprocessor can access several resources through timing and control circuitry 120. For example, the timing and control circuit receives address and control signals from the microprocessor and provides control signals to the static random access memory cache 117, the tightly coupled non-cached burst access DRAM 119, and the loosely coupled DRAM 132. Supply.

マイクロプロセッサ・メモリのアクセス速度と帯域幅は、マイクロプロセッサ・システムのパフォーマンスにとってきわめて重要なパラメータである。これらのパラメータを最大化するため、SRAMキャッシュを使用する場合は一般には中間データ・バッファやラッチなしでマイクロプロセッサ・ローカル・バス114に直接接続する。典型的にはDRAMであるメイン・メモリは大量のデータ記憶容量を備える必要がある。マイクロプロセッサのバス駆動能力は限られているため、2、3個以上のメモリ・チップから成るメイン・メモリをアドレス・バッファおよびデータ・バッファを介してマイクロプロセッサから分離する必要がある。図9のシステムでは、マイクロプロセッサ・アドレス・バスは疎結合メイン・メモリ132に制御回路120を介して、さらに任意選択で追加のバッファ130を介して結合される。一般には、制御回路120内でマイクロプロセッサ・コマンドとアドレス信号を再フォーマットする必要がある。また、再フォーマットされたアドレス信号と制御信号(疎結合メモリの場合は126、密結合メモリの場合は127)の一部または全部を、バッファ130を介してバッファリングし、付随するメモリの負荷を駆動する必要がある場合がある。疎結合メモリのバッファリングされたアドレス信号と制御信号は信号128として図示されている。制御回路120内で必要なアドレス再フォーマットの一例は、マイクロプロセッサからの32ビット・アドレスを16メガバイトの疎結合メモリのために12ビット多重化アドレス・バスを介して12ビット行アドレスと12ビット列アドレスに多重化することである。制御信号の再フォーマットには、マイクロプロセッサからのメモリ・アクセス要求に応答した/RASと/CASの生成が含まれる。マイクロプロセッサ・データ・バス118はデータ・トランシーバ136を介して疎結合メイン・メモリ・データ・バス134に結合されている。データ・トランシーバとは、マイクロプロセッサとの間でメモリ・データを送受信することができるようにする双方向データ・バッファである。メイン・メモリの密結合非キャッシュ部分119は、高速データ転送のためにマイクロプロセッサに、より直接的に結合されている。マイクロプロセッサのアドレス信号と制御信号は、制御回路を介して密結合メイン・メモリに結合されている。この制御回路は好ましい実施例では多重化アドレス信号とメモリ固有のタイミング制御信号127を密結合メイン・メモリに供給する。この場合も、制御回路と密結合メモリとの間に追加のバッファを付加して制御回路にかかる負荷を軽減することができるが、追加の遅延を生じさせるため好ましくない。好ましい実施例では、密結合メモリはマイクロプロセッサと共通の回路ボードにはんだ付けされた8個の2メガ×8バーストEDO DRAMから成る。メモリ回路の数は8個でなくてもよいが、プロセッサ・データ幅(この場合は64ビットデータ・バス幅)と等しいデータ幅を備えることが好ましい。同様に、バーストEDO DRAMの代わりにSDRAMまたはその他のバースト・アクセス・メモリ装置を使用することもできる。このようにしてシステム回路ボードに直接接続された限られ
た数のメモリ回路は、高パフォーマンスのメモリ対マイクロプロセッサ・インタフェースを提供する。システムが密結合メモリの複数の構成を受け入れるように設計されている場合は、バス負荷と信号雑音の変化に対応できるようにメモリ・インタフェースの最高パフォーマンスを低下させる必要がある場合がある。初期アクセス遅延後、バーストEDO DRAMはバースト・アクセス中のクロック・サイクルごとにマイクロプロセッサにデータを供給することができる。これは、一般にはページ・モード動作中のデータ・アクセス間に遊休クロック・サイクル(待ち状態)を必要とする疎結合メイン・メモリとは異なる。
Microprocessor memory access speed and bandwidth are critical parameters for the performance of a microprocessor system. To maximize these parameters, SRAM caches are typically connected directly to the microprocessor local bus 114 without intermediate data buffers or latches. Main memory, typically DRAM, needs to have a large amount of data storage capacity. Since the microprocessor's bus driving capability is limited, it is necessary to separate the main memory consisting of a few or more memory chips from the microprocessor via an address buffer and a data buffer. In the system of FIG. 9, the microprocessor address bus is coupled to the loosely coupled main memory 132 via the control circuit 120 and optionally via an additional buffer 130. In general, it is necessary to reformat the microprocessor command and address signals within the control circuit 120. In addition, part or all of the reformatted address signal and control signal (126 for loosely coupled memory, 127 for tightly coupled memory) are buffered via the buffer 130 to reduce the load on the associated memory. You may need to drive. The buffered address and control signals for the loosely coupled memory are shown as signal 128. An example of the address reformat required in the control circuit 120 is a 32-bit address from the microprocessor, a 12-bit row address and a 12-bit column address via a 12-bit multiplexed address bus for 16-megabyte loosely coupled memory. To multiplex. The reformatting of the control signal includes the generation of / RAS and / CAS in response to a memory access request from the microprocessor. Microprocessor data bus 118 is coupled to loosely coupled main memory data bus 134 via data transceiver 136. A data transceiver is a bidirectional data buffer that allows memory data to be sent to and received from the microprocessor. The tightly coupled non-cache portion 119 of the main memory is more directly coupled to the microprocessor for high speed data transfer. The microprocessor address and control signals are coupled to the tightly coupled main memory via a control circuit. This control circuit provides a multiplexed address signal and memory specific timing control signal 127 in the preferred embodiment to the tightly coupled main memory. In this case as well, an additional buffer can be added between the control circuit and the tightly coupled memory to reduce the load on the control circuit, but this is not preferable because an additional delay occurs. In the preferred embodiment, the tightly coupled memory consists of eight 2 Mega.times.8 burst EDO DRAMs soldered to a common circuit board with the microprocessor. The number of memory circuits need not be eight, but preferably has a data width equal to the processor data width (in this case, a 64-bit data bus width). Similarly, SDRAM or other burst access memory devices can be used instead of burst EDO DRAM. A limited number of memory circuits directly connected to the system circuit board in this manner provides a high performance memory-to-microprocessor interface. If the system is designed to accept multiple configurations of tightly coupled memory, it may be necessary to reduce the maximum performance of the memory interface to accommodate changes in bus loads and signal noise. After the initial access delay, the burst EDO DRAM can supply data to the microprocessor every clock cycle during burst access. This is different from loosely coupled main memory, which generally requires an idle clock cycle (wait state) between data accesses during page mode operation.

制御回路120はさらに、マイクロプロセッサがローカル・システム・バス140上にある他のシステム構成要素へのアクセスすることができるようにする。ローカル・バス140は、PCIバス(周辺構成要素相互接続)、VLバス(ビデオ・エレクトロニクス標準境界(VESA)ローカル・バス)、または同等のアーキテクチャのものとすることができる。VLバスは主として、Intel 486世代のマイクロプロセッサを使用するコンピュータで使用される。PCIバスは主として、Intel Pentium(登録商標)級のマイクロプロセッサで使用されるが、IBM PowerPCマイクロプロセッサを使用するコンピュータでも広く使用されるようになると考えられる。同様に、将来の世代のマイクロプロセッサを使用するコンピュータは、本発明のアーキテクチャの範囲と精神から逸脱しない新しいローカル・バス標準を持つようになる可能性が高い。ローカル・バスは、制御回路120と追加の1組のデータ・トランシーバ138を介して疎結合メイン・メモリにアクセスすることができる。制御回路120は、ローカル・システム・バス140を介して周辺装置から密結合メモリへのアクセスも制御することができる。   The control circuit 120 further allows the microprocessor to access other system components on the local system bus 140. The local bus 140 can be a PCI bus (peripheral component interconnect), a VL bus (video electronics standard boundary (VESA) local bus), or an equivalent architecture. The VL bus is primarily used in computers that use Intel 486 generation microprocessors. The PCI bus is primarily used in Intel Pentium (registered trademark) grade microprocessors, but is expected to be widely used in computers using IBM PowerPC microprocessors. Similarly, computers using future generations of microprocessors are likely to have new local bus standards that do not depart from the scope and spirit of the architecture of the present invention. The local bus can access loosely coupled main memory via the control circuit 120 and an additional set of data transceivers 138. The control circuit 120 can also control access from peripheral devices to the tightly coupled memory via the local system bus 140.

追加の制御回路150を使用してISA(業界標準アーキテクチャ)バス154とのインタフェースを設けることができる。このバスは、前の世代のコンピュータおよびそれらのコンピュータために設計された周辺装置との互換性を提供する。キーボード、マウス、CD ROMドライブ、フロッピィ・ディスク・ドライブ、ハード・ドライブなどの追加の周辺装置152も、制御回路150を介してローカル・バスにインタフェースすることができる。ISAバス・インタフェースに従って設計されたコンピュータ・アドイン・カード158にマイクロプロセッサがアクセスしたり、アドイン・カード158がISAバスを介してシステム資源にアクセスしたりすることができる。BIOS(基本入出力システム)ROM156にもISAバスを介してアクセスすることができる。インタフェース信号148によって、ISAバス上の装置およびその他の周辺装置によるPCIバスのアクセスを制御する。ディスプレイ・バッファの帯域幅が大きくなるにつれてシステム・パフォーマンス向上に合わせて、一般にローカル・バスにビデオ・フレーム・バッファ・カード144をインタフェースさせる。PCIバス上にはその他のPCIカード146を接続することができる。このシステム・アーキテクチャでは、マイクロプロセッサが最も頻繁にアクセスするシステム構成要素をマイクロプロセッサのローカル・バスに接続して全体的なシステム・パフォーマンスを向上させる。ビデオ・バッファなどのその他の頻繁にアクセスされる装置には、ローカル・システム・バスを介してアクセスする。最後に、アクセス時間が遅い装置や全体的システム・パフォーマンスにとってあまり重要でない装置は、ISAバス上に配置する。ローカル・バスとISAバスは一般にシステム・マザー・ボード上に実装される。プロセッサとキャッシュ・メモリとメイン・メモリも一般にはシステム・マザー・ボード上に搭載されるが、これらのシステム構成要素の一部または全部をドータ・ボード上に搭載し、ドータ・ボードをよりパフォーマンスの高いプロセッサ・サブシステムと交換することによってパフォーマンスのアップグレードを容易に行えるようにすることができる。複数プロセッサ・システムも可能であり、好ましい実施例では各プロセッサがそれ自体の密結合メイン・メモリ・サブシステムと、それ自体の疎結合メモリ・サブシステムまたは共有疎結合メモリ・サブシステムを有する。   Additional control circuitry 150 can be used to interface with an ISA (Industry Standard Architecture) bus 154. This bus provides compatibility with previous generation computers and peripherals designed for those computers. Additional peripheral devices 152 such as a keyboard, mouse, CD ROM drive, floppy disk drive, hard drive, etc. can also be interfaced to the local bus via the control circuit 150. A microprocessor can access a computer add-in card 158 designed according to the ISA bus interface, or the add-in card 158 can access system resources via the ISA bus. A BIOS (Basic Input / Output System) ROM 156 can also be accessed via the ISA bus. Interface signal 148 controls PCI bus access by devices on the ISA bus and other peripheral devices. As the display buffer bandwidth increases, the video frame buffer card 144 is typically interfaced to a local bus for improved system performance. Other PCI cards 146 can be connected on the PCI bus. In this system architecture, the system components that the microprocessor accesses most often are connected to the microprocessor's local bus to improve overall system performance. Other frequently accessed devices such as video buffers are accessed via the local system bus. Finally, devices with slow access times or devices that are not critical to overall system performance are placed on the ISA bus. The local bus and the ISA bus are generally mounted on the system mother board. The processor, cache memory, and main memory are also typically mounted on the system mother board, but some or all of these system components are mounted on the daughter board, making the daughter board more performant. You can easily upgrade performance by replacing it with a higher processor subsystem. Multiple processor systems are possible, and in the preferred embodiment each processor has its own tightly coupled main memory subsystem and its own loosely coupled memory subsystem or shared loosely coupled memory subsystem.

動作中、密結合バーストEDOメイン・メモリ部分がある場合、マイクロプロセッサはメモリ制御回路を介してメモリにアドレス信号と制御信号を供給することによってデータを読み取る。初期アドレスと読取りコマンドとアクセス・サイクル・ストローブとに応答して、メモリは初期アドレスにある第1のデータ・ワードへのアクセスを開始する。バースト・アクセスの第2のアクセス期間中に第2のアクセス・サイクル・ストローブによってメモリ内のアドレスが進められ、第2のアドレスからのデータの読取りアクセスが開始される。待ち時間が2の場合、第1のデータは第2のアクセス・サイクル・ストローブ信号が発生した後にメモリから駆動される。典型的には、第1のデータはバースト・アクセスの第3のアクセス・サイクル期間の初めに発生する第3のアクセス・サイクル・ストローブに応答してマイクロプロセッサにラッチされる。第3のアクセス・サイクル・ストローブによって、第2のデータ値もメモリから駆動される。第3のアクセス・サイクル・ストローブによって、メモリ内で第3のアドレスも生成され、第3のデータ・アクセスが開始する。4ワード・バースト・アクセスの場合、第3、第4、第5、および第6のアクセス・サイクル・ストローブに応答して、バースト・データがマイクロプロセッサにラッチされる。このようにして、1つのアドレスと複数のアクセス・サイクル・ストローブに応答して、マイクロプロセッサで4個のデータ値を受け取る。メモリが4ワード・バースト・シーケンスを実行するように設計されており、メモリからの追加のデータ値を必要とする場合、マイクロプロセッサは、第5のアクセス・サイクル・ストローブ信号を使用してメモリに第2のアドレスを供給することができる。この場合、マイクロプロセッサが第1の4ワード・バーストからデータを受け取っている間に第2の4ワード・バースト・シーケンスが開始される。バースト・アクセスと66メガヘルツのシステム・クロックとの関係はたとえば次のようになる。第1のサイクルでは制御回路120にアドレス情報と制御情報をラッチする。第2のサイクルでは信号線127上で密結合メモリのために行アドレスと/RAS信号を生成する。第3のサイクルでは信号線127上で列アドレスを生成する。第4のサイクルでは127上で第1のアクセス・サイクル・ストローブを生成する。第5のサイクルでは、127上で第2のアクセス・サイクル・ストローブを生成する。第6のサイクルでは、第3のアクセス・サイクル・ストローブを生成し、118を介して第1のデータ値をマイクロプロセッサにラッチする。それ以降のサイクルで、アクセス・サイクル・ストローブを生成し、マイクロプロセッサにデータをラッチする。4ワード・バースト・アクセスの場合、タイミングは6−1−1−1と記述することができ、第1のデータ値は6システム・クロック・サイクル後にラッチされ、連続したシステム・クロック・サイクルで3個の連続したデータ値がラッチされる。これに対して典型的なSRAMキャッシュはデータを3−1−1−1のシーケンスで供給することができる。SRAMキャッシュのサイズの限界によって、一般にはキャッシュ・ヒットは約80%に抑えられるが、比較的大容量の密結合メモリは100%近いヒット率を実現することができる。密結合メモリのないシステムでは、キャッシュ・ミスの結果、一般には疎結合メモリからの7−2−2−2のアクセス・シーケンスになる。疎結合メイン・メモリだけでは100%のヒット率を有し、(7+2+2+2)/4=3.25システム・クロック・サイクルの平均アクセス・サイクル時間になる。100%のヒット率を持つ密結合メイン・メモリでは、9/4=2.25システム・クロック・サイクルの平均アクセス・サイクル時間になる。同様に、疎結合メイン・メモリを備えたSRAMキャッシュを有するシステムの平均アクセス・サイクル時間は[(.8×6)+(.2×13)]/4=1.85システム・クロック・サイクルになる。最後に、SRAMキャッシュを備えた密結合システムの平均アクセス時間は、80%のキャッシュ・ヒット率と20%の密結合メモリ・ヒット率で1.65システム・クロック・サイクルである。これらの値は、SRAMキャッシュと疎結合メイン・メモリの読取りと書込みの両方のアクセス時間を示す。しかし、一般にはアクセス・サイクル信号に関して待ち時間がないため、密結合バーストEDOメモリ書込みサイクルの方がより高速である。この結果、密結合メモリのバースト書込みでは4−1−1−1の書込みサイクル・シーケンスになる。密結合メイン・メモリの組込みにより、SRAMキャッシュを使用しない場合は中ないし高パフォーマンスのシステムが実現され、SRA
Mキャッシュを使用した場合はきわめて高いパフォーマンスが実現される。
In operation, if there is a tightly coupled burst EDO main memory portion, the microprocessor reads the data by supplying address and control signals to the memory via the memory control circuit. In response to the initial address, read command, and access cycle strobe, the memory begins to access the first data word at the initial address. During the second access period of the burst access, the second access cycle strobe advances the address in the memory and initiates a read access of data from the second address. If the latency is 2, the first data is driven from the memory after the second access cycle strobe signal is generated. Typically, the first data is latched into the microprocessor in response to a third access cycle strobe that occurs at the beginning of the third access cycle period of the burst access. A second data value is also driven from the memory by the third access cycle strobe. The third access cycle strobe also generates a third address in the memory and starts a third data access. For 4-word burst access, burst data is latched into the microprocessor in response to the third, fourth, fifth and sixth access cycle strobes. In this manner, four data values are received by the microprocessor in response to one address and multiple access cycle strobes. If the memory is designed to perform a 4-word burst sequence and requires additional data values from the memory, the microprocessor uses the fifth access cycle strobe signal to A second address can be provided. In this case, a second 4-word burst sequence is initiated while the microprocessor is receiving data from the first 4-word burst. The relationship between burst access and 66 MHz system clock is, for example: In the first cycle, address information and control information are latched in the control circuit 120. In the second cycle, a row address and a / RAS signal are generated on the signal line 127 for the tightly coupled memory. In the third cycle, a column address is generated on the signal line 127. The fourth cycle generates a first access cycle strobe on 127. In the fifth cycle, a second access cycle strobe is generated on 127. In the sixth cycle, a third access cycle strobe is generated and the first data value is latched into the microprocessor via 118. In subsequent cycles, an access cycle strobe is generated and data is latched into the microprocessor. For 4-word burst access, the timing can be described as 6-1-1-1, and the first data value is latched after 6 system clock cycles and 3 in consecutive system clock cycles. A number of consecutive data values are latched. In contrast, a typical SRAM cache can supply data in a 3-1-1-1 sequence. Due to the size limit of the SRAM cache, cache hits are generally limited to about 80%, but a relatively large capacity tightly coupled memory can achieve a hit rate close to 100%. In systems without tightly coupled memory, cache misses typically result in a 7-2-2-2 access sequence from loosely coupled memory. Loosely coupled main memory alone has a 100% hit rate, resulting in an average access cycle time of (7 + 2 + 2 + 2) /4=3.25 system clock cycles. For a tightly coupled main memory with 100% hit rate, the average access cycle time is 9/4 = 2.25 system clock cycles. Similarly, the average access cycle time for a system with a SRAM cache with loosely coupled main memory is [(0.8 × 6) + (0.2 × 13)] / 4 = 1.85 system clock cycles. Become. Finally, the average access time for a tightly coupled system with SRAM cache is 1.65 system clock cycles with 80% cache hit rate and 20% tightly coupled memory hit rate. These values indicate both read and write access times for the SRAM cache and loosely coupled main memory. However, tightly coupled burst EDO memory write cycles are faster because there is generally no latency for the access cycle signal. This results in a 4-1-1-1 write cycle sequence for tightly coupled memory burst writes. By incorporating tightly coupled main memory, a medium to high performance system can be realized when SRAM cache is not used.
When using an M cache, extremely high performance is achieved.

本発明のバーストEDOメモリ装置は、従来のDRAMよりも短いサイクル時間で動作することができるため、密結合メイン・メモリ適用態様での使用に特に適している。サイクル時間が長いので(恐らく2システム・クロック・サイクル)データ・バッファを追加してもアクセス時間は大幅には増えないが、データ・バッファがないとプロセッサ・データ・バスに負荷がかかるため、従来のDRAMメモリをプロセッサ・バスに直接接続してもほとんど利点がない。一方、バーストEDO DRAMは、データ・バッファを組み込んだ場合、最低サイクル時間に対するバッファの遅延の割合がより大きいため、たとえば比較的高いクロック周波数で6−1−1−1アクセス・シーケンスで動作することができない。   The burst EDO memory device of the present invention is particularly suitable for use in tightly coupled main memory applications because it can operate in shorter cycle times than conventional DRAMs. Because the cycle time is long (perhaps two system clock cycles), adding a data buffer does not significantly increase access time, but without the data buffer, the processor data bus is overloaded. There is little advantage in connecting the DRAM memory directly to the processor bus. On the other hand, the burst EDO DRAM has a larger ratio of the buffer delay to the minimum cycle time when the data buffer is incorporated. I can't.

本発明の好ましい実施例では、図9の疎結合メモリ132は2種類以上のタイプのメモリのうちの1つを使用して動作する。たとえば、メモリはバーストEDO、高速ページ・モード、またはEDOメモリ装置で構成することができる。システムはたとえば高速ページ・モード、EDO、またはバーストEDOメモリ装置を有するメモリ・モジュールを受け入れるように調整することができ、その場合、システムを拡張して疎結合メモリの追加またはアップグレードが可能なように、各モジュールはまったく同じかほぼ同じピン配列を備えている。   In the preferred embodiment of the present invention, the loosely coupled memory 132 of FIG. 9 operates using one of two or more types of memory. For example, the memory can consist of burst EDO, fast page mode, or EDO memory devices. The system can be tuned to accept memory modules with, for example, fast page mode, EDO, or burst EDO memory devices, in which case the system can be expanded to allow for the addition or upgrade of loosely coupled memory Each module has the exact same or nearly the same pinout.

フラッシュ・メモリおよびSDRAMメモリも疎結合メモリで使用するのに適しているが、これらは一般に他のタイプのメモリ装置と交代可能ではなく、したがってシステム構成の多様性が限定される。フラッシュ・メモリは特に、フラッシュ・メモリの方が磁気ハードディスク・ドライブ技法に優る特定のパフォーマンス上の利点がある携帯型コンピュータでの使用に有益な場合がある。この構成では、疎結合不揮発性メモリ・バンクが内部固体ハード・ドライブの機能を実行することができ、(ディスク空間として不要な)使用可能なメモリが、より低パフォーマンスのランダム・アクセス・メモリから高パフォーマンス密結合メモリ・サブシステムへの拡張の役割を果たすことができる。   Flash memory and SDRAM memory are also suitable for use in loosely coupled memory, but they are generally not interchangeable with other types of memory devices, thus limiting the variety of system configurations. Flash memory may be particularly beneficial for use in portable computers where flash memory has certain performance advantages over magnetic hard disk drive technology. In this configuration, the loosely coupled non-volatile memory bank can perform the functions of the internal solid state hard drive, and the available memory (not needed as disk space) is increased from the lower performance random access memory. Can serve as an extension to the performance tightly coupled memory subsystem.

図10は、本発明の他の実施例の概略図である。図9の要素と共通の機能および説明を有する要素はそれに応じて番号が付してある。図10で、疎結合メイン・メモリ132は、制御回路120に結合されたメモリ・データ・バス134を有する。制御回路120は、データ経路制御と、疎結合メモリからプロセッサ・バス114を介してCPU112までのバッファリングを行う。また、制御回路120は、システム・バス140を介して他のシステム構成要素が疎結合メイン・メモリにアクセスすることができるようにする。図10には、ディスプレイ・フレーム・バッファを備えることができるビデオ制御回路144に結合された表示装置160も明示されている。表示装置は、陰極線管(CRT)、液晶表示装置(LCD)、または電界放出表示装置(FED)とすることができるが、これらには限定されない。   FIG. 10 is a schematic diagram of another embodiment of the present invention. Elements having functions and descriptions in common with the elements of FIG. 9 are numbered accordingly. In FIG. 10, the loosely coupled main memory 132 has a memory data bus 134 coupled to the control circuit 120. The control circuit 120 performs data path control and buffering from the loosely coupled memory to the CPU 112 via the processor bus 114. The control circuit 120 also allows other system components to access the loosely coupled main memory via the system bus 140. Also shown in FIG. 10 is a display device 160 coupled to a video control circuit 144 that may comprise a display frame buffer. The display device can be, but is not limited to, a cathode ray tube (CRT), a liquid crystal display device (LCD), or a field emission display device (FED).

図11は、本発明の教示に従ってシステム内にどのタイプのメモリが存在するかを判断する方法のタイミング図である。特定の例を示すために、図のデータ値はデータ幅が4ビットのシステムに対応している。実際には、典型的なシステム・データ・バスは8、16、32、64、またはその他のデータ幅を有することができる。同様に、このタイミング図は図9のシステムを参照しながら検討することができるが、説明する方法は、少なくとも2つの異なるアクセス・モードのうちの1つまたは複数のアクセス・モードで動作可能なメモリ装置を使用することができる、本発明の教示による多様なシステム構成に等しく有用である。図11では、ページ・モード書込み形式を使用して2つのデータ値がメモリに書き込まれる。この形式は、高速ページ・モード、EDO、またはバーストEDOメモリ装置にデータを正しく記憶する。メモリがバーストEDOの場合、第2のアドレスは内
部で生成されるため、図の第2の列アドレス(Cn+1)はメモリ装置または書き込まれる装置によって全く無視される。互いに容易に区別可能で駆動されないバスからも容易に区別可能なように選定した2つのデータ値(0110および1001)を書き込んだ後、メモリをバーストEDO形式で読み取る。DATA FPMと符号が付された波形は、メモリが高速ページ・モードで動作しているシステムのデータ・バスを表す。DATA BEDOと符号が付された波形は、メモリがバーストEDOモードで動作しているシステムのデータ・バスを表す。縦線t1、t2、t3、t4、およびt5は、システム内に存在する可能性のあるメモリのタイプを区別するためにデータをサンプリングすることができる、いくつかの可能な時点を表す。特に時点t5では、読取り操作に対して各メモリ・タイプが異なる応答を示す。時点t5では/CASが高のため、高速ページ・モード・メモリはデータ・バスを駆動していない。バスが駆動されていない場合、一般には高、低、または高と低の値のパターンとしてディジタルに解釈されるレベルにフロートまたは終了する。いずれの場合も、データは書き込まれているパターンと一致する可能性が低い。狭いデータ・バスを使用するシステムの場合、またはバス特性が不明の場合、様々なデータ・パターンを使用してこの方法を繰り返し、バスが書き込まれたデータと一致するものとして解釈されるような信号レベルを供給しないように保証することが望ましい。広いデータ・バスの場合、駆動されないバスがランダムまたは適切に変化するデータ・ビット・パターンと一致する可能性はきわめて低く、複数のパターンは不要とみなせることがある。たとえば32ビット・データ・バスの可能なパターンは0110 1001 1111 0001 1100 0011 0000 1110となる。時点t5で、読取りアドレスはサイクルごとに変化していないため、EDOメモリは列アドレスCnからデータをデータ・バス上に駆動する。図11の例の場合、この値は0110である。時点t5で、待ち時間が2のバーストEDOメモリは、バースト読取りアクセス・サイクル中に内部アドレスを自動的に増分するので列アドレスCn+1からデータを供給する。このようにして、時点t5でメモリ・タイプが高速ページ・モード、EDO、またはバーストEDOのいずれであるかを判断することができる。より包括的な方法は、待ち時間が2以外のバーストEDOメモリ装置を可能にするために、2サイクルの書込みサイクルおよび3サイクルの読取りサイクルより多くのサイクルを実行する。たとえば、4サイクルの書込みサイクルの後に5サイクルの読取りサイクルを行い、5番目の読取りサイクルの後の/CAS高でデータをサンプリングする場合、高速ページ・モード・メモリではデータはバスに依存し、EDOメモリでは最初のデータ値と等しく、待ち時間が2、3または4のバーストEDOメモリではそれぞれ4番目、3番目または2番目のデータ値と等しい。
FIG. 11 is a timing diagram of a method for determining what type of memory is present in the system in accordance with the teachings of the present invention. To show a specific example, the data values in the figure correspond to a system with a data width of 4 bits. In practice, typical system data buses may have 8, 16, 32, 64, or other data widths. Similarly, although this timing diagram can be discussed with reference to the system of FIG. 9, the described method is a memory operable in one or more of at least two different access modes. The apparatus can be used equally well in a variety of system configurations in accordance with the teachings of the present invention. In FIG. 11, two data values are written to memory using a page mode write format. This format stores data correctly in fast page mode, EDO, or burst EDO memory devices. If the memory is burst EDO, the second address is generated internally, so the second column address (Cn + 1) in the figure is completely ignored by the memory device or the device being written. After writing two data values (0110 and 1001) selected to be easily distinguishable from each other and easily distinguishable from non-driven buses, the memory is read in burst EDO format. The waveform labeled DATA FPM represents the data bus of the system where the memory is operating in fast page mode. The waveform labeled DATA BEDO represents the data bus of the system where the memory is operating in burst EDO mode. Vertical lines t1, t2, t3, t4, and t5 represent several possible points in time where data can be sampled to distinguish the type of memory that may be present in the system. In particular, at time t5, each memory type shows a different response to the read operation. Since / CAS is high at time t5, the fast page mode memory is not driving the data bus. When the bus is not driven, it floats or terminates at a level that is typically interpreted digitally as a pattern of high, low, or high and low values. In either case, the data is unlikely to match the pattern being written. For systems that use a narrow data bus, or if the bus characteristics are unknown, repeat this method using different data patterns, and the signal is interpreted as a bus that matches the written data. It is desirable to ensure that no level is supplied. For a wide data bus, it is very unlikely that an undriven bus will match a random or appropriately changing data bit pattern, and multiple patterns may be considered unnecessary. For example, a possible pattern for a 32-bit data bus would be 0110 1001 1111 0001 1100 0011 0000 1110. At time t5, since the read address has not changed from cycle to cycle, the EDO memory drives data from the column address Cn onto the data bus. In the example of FIG. 11, this value is 0110. At time t5, the latency E2 burst EDO memory automatically increments the internal address during the burst read access cycle and supplies data from column address Cn + 1. In this way, it can be determined at time t5 whether the memory type is fast page mode, EDO, or burst EDO. A more comprehensive method performs more than two write cycles and three read cycles to allow burst EDO memory devices with latency other than two. For example, if 4 write cycles are followed by 5 read cycles and the data is sampled at / CAS high after the 5th read cycle, in fast page mode memory the data is bus dependent and EDO It is equal to the first data value in the memory and equal to the fourth, third or second data value in a burst EDO memory with a waiting time of 2, 3 or 4 respectively.

本発明による他の方法は、/CASをトグルして複数のデータ・パターンを供給しながら列アドレスをCnに維持してバースト・モード形式でデータを書き込むことである。次に、アドレスCn+xでの読取りサイクル(ただしCn+1はバーストEDOメモリ装置に書き込まれているはずのアドレスの範囲内にある)をバーストまたはページ・モード読取りシーケンスの一部として行う。メモリがバーストEDOメモリの場合、アドレスCn+xから読み取られたデータ・パターンは、待ち時間後にCn+xに書き込まれたパターンと一致することになる。高速ページ・モードおよびEDOメモリは、バースト・モード書込みの前にCn+xにあったデータなら何でも供給する。あるいは、/CASの低期間の終わり付近でデータをサンプリングするアドレスCnに対する単一読取りサイクルは、高速ページ・モードまたはEDOメモリの場合に有効データ出力を供給するが、バーストEDOメモリの場合は待ち時間が満たされていないために有効データを出力しない。   Another method according to the present invention is to write data in burst mode format with the column address maintained at Cn while toggling / CAS to provide multiple data patterns. A read cycle at address Cn + x (where Cn + 1 is within the range of addresses that would have been written to the burst EDO memory device) is then performed as part of the burst or page mode read sequence. If the memory is a burst EDO memory, the data pattern read from address Cn + x will match the pattern written to Cn + x after the wait time. Fast page mode and EDO memory supply whatever data was in Cn + x prior to burst mode write. Alternatively, a single read cycle for address Cn sampling data near the end of the low period of / CAS provides a valid data output for fast page mode or EDO memory, but latency for burst EDO memory. No valid data is output because is not satisfied.

システム内にあるメモリ・タイプを判断する上記の各方法では、メモリ自体に複数の動作モードがあることがわかっている場合には、メモリを特定のモードにするステップを行う必要がある。そのメモリは、メモリがどのような動作モードをサポートするかを判断するために、メモリを可能な所望の各動作モードにする適切な手続きを行った後で検査することができる。また、メモリが線形アドレス指定・モードと順次アドレス指定・モードと
の間で切り替わることができる場合、線形アドレス指定・モードであるか順次アドレス指定・モードであるかを考慮しなければならない。どのようなSRAMでも、上述の方法を行う前にディスエーブルにする必要があるか、または読み取るデータがキャッシュ・データだけにならないように保証するための追加のステップが必要である。また、初期設定されていない記憶場所との偽の一致を避けるために、この方法を使用するアドレス範囲に既知の背景データ・パターンを書き込むことができる。
In each of the above methods for determining the type of memory present in the system, if it is known that the memory itself has multiple modes of operation, it is necessary to perform the step of putting the memory into a particular mode. The memory can be inspected after performing appropriate procedures to bring the memory into each possible desired mode of operation to determine what mode of operation the memory supports. Also, if the memory can be switched between linear addressing mode and sequential addressing mode, it must be considered whether it is linear addressing mode or sequential addressing mode. Any SRAM needs to be disabled before performing the above method, or additional steps are needed to ensure that the data read is not just cache data. Also, a known background data pattern can be written to an address range using this method to avoid false matches with uninitialized storage locations.

本発明は、各メモリ・バンクがいくつかのタイプのメモリのうちの1つを有することができる複数のメモリ・バンクを有するシステムを教示する。この教示により設計されたシステムでは、上述のように各バンクを個別に検査することができる。システムのメモリ・コントローラは、存在するメモリのタイプに従って各バンクにアクセスするようにプログラムされる。   The present invention teaches a system having multiple memory banks where each memory bank can have one of several types of memory. In a system designed with this teaching, each bank can be individually examined as described above. The system's memory controller is programmed to access each bank according to the type of memory present.

本発明について好ましい実施例を参照しながら説明したが、当業者には本発明の範囲から逸脱することなく本発明の多くの修正および変形が明らかであろう。   Although the invention has been described with reference to preferred embodiments, many modifications and variations of the invention will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

バーストEDOメモリの電気配線略図である。2 is a schematic electrical wiring diagram of a burst EDO memory. 線形アドレス指定形式とインタリーブ・アドレス指定形式との対比を示す表である。It is a table | surface which shows contrast with a linear addressing format and an interleave addressing format. 図1の装置の好ましいピン配列を示す図である。FIG. 2 shows a preferred pin arrangement for the apparatus of FIG. 図1の装置にアクセスする方法のタイミング図である。FIG. 2 is a timing diagram of a method for accessing the apparatus of FIG. 1. 図1の装置にアクセスする他のタイミング図である。FIG. 6 is another timing diagram for accessing the apparatus of FIG. 1. シングル・インライン・メモリ・モジュールの電気配線略図である。2 is a schematic diagram of electrical wiring of a single in-line memory module. 図1の装置を使用する他のメモリ・モジュールの前面図である。FIG. 2 is a front view of another memory module using the apparatus of FIG. 図6のメモリ・モジュールの好ましいピン配列を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a preferred pin arrangement of the memory module of FIG. 6. 本発明により設計されたシステムを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a system designed in accordance with the present invention. 本発明により設計されたシステムの他の実施例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another embodiment of a system designed in accordance with the present invention. システム内にどのタイプのメモリが存在するかを判断する方法のタイミング図である。FIG. 5 is a timing diagram of a method for determining what type of memory is present in a system.

符号の説明Explanation of symbols

12 メモリ・アレイ
18 ラッチ
22 行デコーダ
26 カウンタ
30 列デコーダ
34 入出力論理及びラッチ
38 制御回路
40 モード・レジスタ
112 CPU
114 マイクロプロセッサ・ローカル・バス
117 SRAMキャッシュ
118 バーストEDO DRAM
120 バス及びメモリ制御回路
130 バッファ
132 DRAM
140 ローカル・システム・バス
150 制御回路
152 周辺装置
12 memory array 18 latch 22 row decoder 26 counter 30 column decoder 34 input / output logic and latch 38 control circuit 40 mode register 112 CPU
114 Microprocessor local bus 117 SRAM cache 118 Burst EDO DRAM
120 Bus and memory control circuit 130 Buffer 132 DRAM
140 Local system bus 150 Control circuit 152 Peripheral device

Claims (1)

各々が関連されたアドレスを有する複数のメモリ要素を有するメモリ装置であって、
列アドレス・ストローブ信号であるアドレス・ストローブ信号の遷移に応じて前記メモリ装置の外部のソースからアドレスの少なくとも第1部分を受け取ることができると共に、前記アドレス・ストローブ信号の次の遷移に応じて前記アドレスを所定アドレス・シーケンスで進めることができるアドレス指定回路と、
バースト読取りアクセスで前記アドレス・ストローブ信号の複数の遷移の後にだけ前記メモリ装置からデータを転送することができる出力バッファ回路と、
を含むメモリ装置。
A memory device having a plurality of memory elements, each having an associated address,
At least a first portion of an address may be received from a source external to the memory device in response to a transition of an address strobe signal that is a column address strobe signal, and in response to a next transition of the address strobe signal. An addressing circuit capable of advancing addresses in a predetermined address sequence;
An output buffer circuit capable of transferring data from the memory device only after a plurality of transitions of the address strobe signal in a burst read access;
Including a memory device.
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