JP2000113668A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Semiconductor integrated circuit device

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JP2000113668A
JP2000113668A JP10284642A JP28464298A JP2000113668A JP 2000113668 A JP2000113668 A JP 2000113668A JP 10284642 A JP10284642 A JP 10284642A JP 28464298 A JP28464298 A JP 28464298A JP 2000113668 A JP2000113668 A JP 2000113668A
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JP
Japan
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memory
cache
address
data
refresh
Prior art date
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Pending
Application number
JP10284642A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Otsuki
哲也 大月
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit device whose refresh current consumption can be reduced even if a cache selects either a writing- through method or a writing-back method as its writing operation method. SOLUTION: A central processing unit(CPU) 2 containing a primary cache and a secondary cache 3 are provided on a consolidated memory microcomputer chip 1. A secondary cache control circuit 4, a secondary cache tag memory 5 and a secondary cache data memory 6 are provided in the secondary cache 3. It is to be noted that the secondary cache tag memory 5 and a secondary cache data memory 6 are composed of DRAM's.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はキャッシュが設けら
れた半導体集積回路装置に関し、特に、消費電力の低減
を図った半導体集積回路装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device provided with a cache, and more particularly, to a semiconductor integrated circuit device with reduced power consumption.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、チップ内部にダイナミックランダ
ムアクセスメモリ(DRAM)を搭載し2次キャッシュ
メモリとして使用するメモリ混載マイクロコンピュータ
チップが数多く提案されている。従来使用されているス
タティックランダムアクセスメモリ(SRAM)の替わ
りにDRAMをキャッシュメモリとして使用する利点と
しては、同一容量で比較した場合に、面積が小さいこと
及び消費電力が小さいこと等が挙げられる。一方、キャ
ッシュメモリをDRAMで構成する際の問題点の1つと
して、DRAMはSRAMとは異なり、本来リフレッシ
ュ動作が必要であるということが挙げられる。
2. Description of the Related Art In recent years, a number of memory-embedded microcomputer chips have been proposed in which a dynamic random access memory (DRAM) is mounted inside a chip and used as a secondary cache memory. Advantages of using a DRAM as a cache memory instead of a conventionally used static random access memory (SRAM) include a small area and a small power consumption when compared with the same capacity. On the other hand, one of the problems when configuring the cache memory with a DRAM is that the DRAM inherently requires a refresh operation unlike the SRAM.

【0003】以下、5つの従来例について、リフレッシ
ュ動作の処理方法に説明する。
[0005] Hereinafter, five conventional examples will be described in terms of a processing method of a refresh operation.

【0004】第1の従来例は、特開平6−314240
号公報に記載されたキャッシュメモリである。図19は
特開平6−314240号公報に記載された従来のキャ
ッシュメモリを示すブロック図である。
A first conventional example is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-314240.
This is a cache memory described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-26095. FIG. 19 is a block diagram showing a conventional cache memory described in JP-A-6-314240.

【0005】この公報に記載されたキャッシュメモリに
は、メインメモリのデータをブロック単位にコピーして
記憶するデータメモリ107、記憶されたブロックに対
応するメインメモリのアドレスを記憶するタグメモリ1
05及びデータメモリ107に記憶されているデータの
有効/無効を出力するVビットメモリ104が設けられ
ており、これらのデータメモリ107、タグメモリ10
5及びVビットメモリ104はDRAMにより構成され
ている。
The cache memory described in this publication includes a data memory 107 for copying and storing data of a main memory in block units, and a tag memory 1 for storing an address of the main memory corresponding to the stored block.
05 and a V-bit memory 104 for outputting validity / invalidity of data stored in the data memory 107 are provided.
The 5-bit and V-bit memory 104 is constituted by a DRAM.

【0006】第1の従来例においては、Vビットが
「1」の場合に有効、「0」の場合に無効に設定するこ
と及びVビットメモリ107のメモリセルのホールド特
性をデータメモリ107及びタグメモリ105のそれよ
りも短く設定することにより、キャッシュメモリの情報
が消失する前にその内容を無効にしている。
In the first conventional example, when the V bit is "1", the validity is set, and when the V bit is "0", the invalidity is set. By setting shorter than that of the memory 105, the contents of the cache memory are invalidated before the information is lost.

【0007】この結果、DRAMのリフレッシュ動作が
省略される。このようにリフレッシュ動作が省略される
キャッシュメモリは、回路構成に相違があるものの、例
えば、特開平9−198313号公報及び文献「Dynami
c RAM for On-chip Instruction Caches(Computer Arc
hitecture News Vol.16,No.4,Sept.1988)」に記載され
ている。
As a result, the refresh operation of the DRAM is omitted. Although the cache memory in which the refresh operation is omitted has a difference in circuit configuration, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 9-198313 and the document "Dynami
c RAM for On-chip Instruction Caches (Computer Arc
hitecture News Vol. 16, No. 4, Sept. 1988) ".

【0008】第2の従来例は、特開平6−337815
号公報に記載されたデータ処理装置である。この例の場
合にも、データ処理ユニットが稼動中には、第1の従来
例と同様に、DRAMに対するリフレッシュ動作は行わ
れない。
A second conventional example is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-337815.
Is a data processing device described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-26095. Also in this example, the refresh operation for the DRAM is not performed while the data processing unit is operating, as in the first conventional example.

【0009】第2の従来例においては、リフレッシュ時
間を過ぎてアクセスされていないデータに対して、その
有効性を示すフラグを有効状態から無効状態に変更して
破棄する方式が採られている。そして、データ処理ユニ
ットが待機しているときには、リフレッシュ回路が活性
化される。即ち、リフレッシュアドレス発生回路からD
RAMのリフレッシュ時間未満の一定時間間隔でリフレ
ッシュアドレスデータが発生され、データメモリ及びタ
グメモリが順次行単位でリフレッシュされる。
The second prior art employs a method of changing the flag indicating the validity of a data that has not been accessed after the refresh time from a valid state to an invalid state and discarding the data. When the data processing unit is on standby, the refresh circuit is activated. That is, D
Refresh address data is generated at regular time intervals shorter than the refresh time of the RAM, and the data memory and the tag memory are sequentially refreshed row by row.

【0010】第3の従来例は、特開平7−200404
号公報に記載されたデータ処理システムである。第3の
従来例においては、2次キャッシュに対してなんらアク
ティヴィティが発生しない期間(2次キャッシュミス、
I/Oアクセス等)中にリフレッシュ動作を行うことに
より、リフレッシュサイクルを隠蔽し、これによりプロ
セッサの性能低下を抑制する方式が採られている。
A third conventional example is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-200404.
Is a data processing system described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-26095. In the third conventional example, a period in which no activity occurs in the secondary cache (secondary cache miss,
A method is employed in which a refresh operation is performed during an I / O access to conceal a refresh cycle, thereby suppressing a decrease in processor performance.

【0011】第3の従来例においても、リフレッシュ動
作は各メモリの行単位で行われるので、リフレッシュア
ドレスカウンタが設けられている。このカウンタは、1
つの行のリフレッシュ動作が完了する度に+1インクリ
メントされる。そして、リフレッシュ周期である16m
s経過後にカウンタが最終行を示していない場合には、
リフレッシュされていないメモリ行が存在することにな
るので、この場合に初めて残りのメモリ行がまとめてリ
フレッシュされる。
Also in the third conventional example, a refresh address counter is provided because the refresh operation is performed in units of rows of each memory. This counter is 1
Each time the refresh operation of one row is completed, +1 is incremented. And the refresh cycle of 16m
If the counter does not indicate the last line after s,
Since there are memory rows that have not been refreshed, the remaining memory rows are collectively refreshed only in this case.

【0012】第4の従来例は、特開平3−66092号
公報に記載された半導体メモリ装置である。第4の従来
例においては、実際にデータの読出又は書込のためのメ
モリアクセス動作が行われた領域に対してリフレッシュ
動作が行われる一方で、メモリアクセス動作が行われな
い残余のメモリ領域に対してはリフレッシュ動作が行わ
れていない。従って、消費電力が低減されている。
A fourth conventional example is a semiconductor memory device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-66092. In the fourth conventional example, while a refresh operation is performed on an area where a memory access operation for actually reading or writing data is performed, a remaining memory area where a memory access operation is not performed is performed. No refresh operation has been performed for this. Therefore, power consumption is reduced.

【0013】第5の従来例は、特開平9−237492
号公報に記載されたメモリ制御装置である。第5の従来
例は、同時にリフレッシュ動作が行われるバンクの数及
びその組み合わせをフレキシブルに制御することを目的
としている。
A fifth conventional example is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-237492.
Is a memory control device described in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H10-26095. The fifth conventional example aims at flexibly controlling the number of banks and the combination thereof in which refresh operations are performed simultaneously.

【0014】ここで、インテル社のペンティアム(登録
商標)プロセッサの2次データキャッシュの構造につい
て説明する。ペンティアムプロセッサの2次データキャ
ッシュの構造は、文献「PENTIUM PROCESSOR SYSTEM ARC
HITECTURE,166頁(MINDSHARE,INC.著)」に記載されて
いる。ペンティアムプロセッサの2次データキャッシュ
には、ライト動作の方式としてライトバックが採用さ
れ、インデックスの方式として2ウェイ・セットアソシ
エイティブが採用され、置換方式としてLRU(least-r
ecently used)アルゴリズムが採用されている。図20
はペンティアムプロセッサの2次データキャッシュの構
造を示す模式図である。
Here, the structure of the secondary data cache of the Intel Pentium (registered trademark) processor will be described. The structure of the secondary data cache of the Pentium processor is described in the document "PENTIUM PROCESSOR SYSTEM ARC".
HITECTURE, page 166 (by MINDSHARE, INC.) ". In the secondary data cache of the Pentium processor, write-back is adopted as a write operation method, 2-way set associative is adopted as an index method, and LRU (least-r
ecently used) algorithm. FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a structure of a secondary data cache of the Pentium processor.

【0015】ペンティアムプロセッサの2次データキャ
ッシュには、スーパースカラ方式のCPUから2つのア
ドレス及びスヌープ動作によりメインメモリから1つの
アドレスが入力される。また、ディレクトリ(DIRECTOR
Y)で示された2つの領域がタグメモリ、ウェイ(WAY)
で示された2つの領域がデータメモリに相当する。そし
て、2次キャッシュに入力される物理アドレスのうち、
ラインアドレスがタグメモリに入力され、ここからタグ
データと状態ビットが出力される。このタグデータは物
理アドレス中のページアドレスと比較され、状態ビット
との論理がとられることにより、キャッシュのミス/ヒ
ットが判定される。
To the secondary data cache of the Pentium processor, two addresses are input from a superscalar CPU and one address is input from a main memory by a snoop operation. The directory (DIRECTOR
The two areas indicated by Y) are the tag memory and the way (WAY)
The two areas indicated by correspond to the data memory. Then, of the physical addresses input to the secondary cache,
The line address is input to the tag memory, from which tag data and status bits are output. This tag data is compared with the page address in the physical address, and the logic with the status bit is taken to determine a cache miss / hit.

【0016】図21はペンティアムプロセッサの2次デ
ータキャッシュの状態遷移を示す模式図である。マルチ
CPUシステムにおけるライトバック方式のキャッシュ
においては、状態ビットは、シェアド(SHARED)、モデ
ィファイド(MODIFIED)、エクスクルッシヴ及びインヴ
ァリッド(INVALID)の4つの状態を表現するために2
ビット分存在する。ここで、シェアド(SHARED)とは、
2次キャッシュ内のデータとメインメモリ内のデータと
が一致している状態であり、モディファイド(MODIFIE
D)とは、2次キャッシュ内のデータのみが書き換えら
れ、2次キャッシュ内のデータとメインメモリ内のデー
タとが不一致の状態であり、エクスクルッシヴ(EXCLUS
IVE)とは、マルチCPUシステムにおいて1のみの2
次キャッシュにメインメモリと一致するデータが格納さ
れている状態であり、インヴァリッド(INVALID)と
は、2次キャッシュが動作しておらず、無効の状態であ
る。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a state transition of the secondary data cache of the Pentium processor. In a write-back type cache in a multi-CPU system, the status bits are set to 2 in order to express four states of shared (SHARE), modified (MODIFIED), exclusive and invalid (INVALID).
There are bits. Here, SHARED is
A state in which the data in the secondary cache matches the data in the main memory, and the data is modified (MODIFIE
D) is a state in which only the data in the secondary cache is rewritten, and the data in the secondary cache and the data in the main memory do not match.
IVE) means 1 only 2 in a multi-CPU system
This is a state in which data matching the main memory is stored in the next cache, and "INVALID" is a state in which the secondary cache is not operating and is invalid.

【0017】そして、図21に示すように、例えば、状
態ビットがシェアド(SHARED)である場合にライトヒッ
ト(WRITE HIT)となると、シェアド(SHARED)のまま
であるか、又はエクスクルッシヴ(EXCLUSIVE)に遷移
する。また、状態ビットがモディファイド(MODIFIED)
である場合にライトヒット(WRITE HIT)となると、モ
ディファイド(MODIFIED)のままである。なお、図21
において、エクスターナルスヌープ(EXTERNAL SNOOP)
とは、2次キャッシュとメインメモリとの間のスヌープ
動作であり、インターナルスヌープ(INTERNAL SNOOP)
とは、2次キャッシュと1次キャッシュとの間のスヌー
プ動作である。
Then, as shown in FIG. 21, for example, when the status bit is shared (SHARED) and a write hit (WRITE HIT) occurs, the status bit remains SHARED or EXCLUSIVE. ). If the status bit is modified (MODIFIED)
In the case of, if a write hit (WRITE HIT) occurs, it remains modified (MODIFIED). Note that FIG.
In, External Snoop (EXTERNAL SNOOP)
Is a snoop operation between the secondary cache and the main memory, and an internal snoop (INTERNAL SNOOP)
Is a snoop operation between the secondary cache and the primary cache.

【0018】このような2次キャッシュにおいては、例
えば、状態ビットがインヴァリッド(INVALID)である
場合、タグデータとページアドレスとの比較結果に拘束
されることなく、常にキャッシュミスだと判定される。
また、LRUビットは、ラインアドレス単位で、ウェイ
(WAY)0とウェイ(WAY)1とのどちらのキャッシュデ
ータが最近使用されていないかを示すビットであり、こ
のビットが示すウェイ(WAY)のキャッシュデータが置
換される。そして、2次キャッシュに入力される物理ア
ドレスのうち、ページアドレス以外のアドレス(ライン
アドレス及びバンク選択アドレス)は全てデータメモリ
に入力され、2次キャッシュ外部とのデータの出入力
(リード動作とライト動作)が行われる。
In such a secondary cache, for example, if the status bit is invalid (INVALID), it is always determined that a cache miss has occurred, without being restricted by the result of comparison between the tag data and the page address.
The LRU bit is a bit indicating which cache data of way (WAY) 0 or way (WAY) 1 has not been used recently in line address units. The cache data is replaced. Of the physical addresses input to the secondary cache, all addresses (line addresses and bank selection addresses) other than the page address are input to the data memory, and data input / output (read and write operations) with the outside of the secondary cache is performed. Operation) is performed.

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第1の
従来例又は第2の従来例においてデータ処理ユニットが
稼動中の場合、リフレッシュ時間を過ぎてアクセスされ
ないデータに対して、そのデータが破棄されている。ま
た、どちらの場合にも、キャッシュメモリへ書き込まれ
たデータが、メインメモリに存在するデータと同一であ
るか異なっているかを示すダーティビット(モディファ
イドビット)の存在が明示されていない。従って、どち
らの場合にも、キャッシュメモリに対するライト動作の
方式として、ライトスルー方式を仮定していると考えら
れる。実際に、これらの従来例の場合、ライトスルー方
式をとらざるを得ない。なぜならば、ライトバック方式
では、キャッシュメモリへ書き込まれたデータがメイン
メモリに存在するデータと異なっている期間がリフレッ
シュ時間を超えることは十分に生じうることであり、こ
のような場合、ライトバック方式ではコヒーレンシの観
点からデータの破棄はできないためである。一般に、ラ
イトスルー方式では、ライトバック方式と比較して、メ
インメモリへのデータ転送によるシステムバスの占有の
確率が高く、システム性能が低下するという欠点が生じ
るので、ライトバック方式を採用できないということ
は、大きな問題点である。
However, when the data processing unit is operating in the first conventional example or the second conventional example, data that is not accessed after the refresh time is discarded. I have. In both cases, the existence of a dirty bit (modified bit) indicating whether the data written to the cache memory is the same as or different from the data existing in the main memory is not specified. Therefore, in either case, it is considered that the write-through method is assumed as the method of the write operation to the cache memory. Actually, in the case of these conventional examples, the write-through method has to be adopted. This is because, in the write-back method, the period in which the data written to the cache memory is different from the data existing in the main memory may exceed the refresh time sufficiently, and in such a case, the write-back method This is because data cannot be discarded from the viewpoint of coherency. In general, the write-through method has the disadvantage that the system bus is more likely to be occupied by the data transfer to the main memory than the write-back method, resulting in a decrease in system performance. Is a major problem.

【0020】また、第2の従来例又は第3の従来例にお
いては、内容が無効状態になっている領域のメモリセル
に対するリフレッシュ動作は行う必要がないのである
が、データ処理待機中にキャッシュメモリ中の全てのメ
モリセルに対してリフレッシュ動作が行なわれている。
このため、消費電力の観点から無駄(オーバーヘッド)
が生じることになる。このオーバーヘッドは、チップ全
体の消費電力を低減することを目的とする待機状態(ス
タンバイモード)において、より顕著になる。
In the second conventional example or the third conventional example, it is not necessary to perform a refresh operation on a memory cell in an area whose contents are in an invalid state. The refresh operation is performed on all the memory cells in the memory cells.
Therefore, waste (overhead) from the viewpoint of power consumption
Will occur. This overhead becomes more noticeable in a standby state (standby mode) for the purpose of reducing the power consumption of the entire chip.

【0021】更に、第4の従来例においては、メモリア
クセスが行われた領域のリフレッシュ動作が行われてい
るため、消費電力低減の効果は十分ではない。また、リ
フレッシュ動作を、タグデータが存在する場合に入力ア
ドレスによりアクセスされるメモリセル単位で制御する
ことができるか否かが定かではない。
Further, in the fourth conventional example, the effect of reducing power consumption is not sufficient because a refresh operation is performed in an area where memory access has been performed. Also, it is not clear whether the refresh operation can be controlled in units of memory cells accessed by an input address when tag data exists.

【0022】更にまた、第5の従来例においては、消費
電力の低減は達成されない。
Further, in the fifth conventional example, reduction in power consumption is not achieved.

【0023】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、キャッシュがそのライト動作方式にライト
スルー方式及びライトバック方式のいずれを採用しても
リフレッシュ消費電流を低減することができる半導体集
積回路装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and a semiconductor device capable of reducing refresh current consumption regardless of whether a cache employs a write-through system or a write-back system for its write operation system. It is an object to provide an integrated circuit device.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体集積
回路装置は、ダイナミックランダムアクセスメモリを備
えたキャッシュと、このキャッシュ内のアドレスの状態
ビットに関連付けて前記ダイナミックランダムアクセス
メモリのリフレッシュ動作を制御するキャッシュ制御回
路と、を有することを特徴とする。
A semiconductor integrated circuit device according to the present invention controls a cache provided with a dynamic random access memory and a refresh operation of the dynamic random access memory in association with a status bit of an address in the cache. And a cache control circuit.

【0025】本発明においては、状態ビットに関連付け
てダイナミックランダムアクセスメモリのリフレッシュ
動作が制御されるので、メモリアクセスが行われていな
い領域だけでなく、メモリアクセスが行われた領域につ
いてもリフレッシュ動作を行わないようにすることが可
能である。従って、キャッシュのライト動作方式にライ
トスルー方式及びライトバック方式のいずれが採用され
ていても、リフレッシュ消費電流の低減が可能である。
In the present invention, since the refresh operation of the dynamic random access memory is controlled in association with the status bit, the refresh operation is performed not only in the area where the memory access is not performed but also in the area where the memory access is performed. It is possible not to do it. Accordingly, the refresh current consumption can be reduced regardless of which of the write-through method and the write-back method is employed as the cache write operation method.

【0026】なお、前記キャッシュ制御回路は、前記状
態ビットが前記キャッシュの有効を示しているときに前
記ダイナミックランダムアクセスメモリのリフレッシュ
動作を行うことができる。
The cache control circuit may perform a refresh operation of the dynamic random access memory when the status bit indicates that the cache is valid.

【0027】また、前記キャッシュ制御回路は、前記状
態ビットが外部のメインメモリに記憶されたデータと前
記ダイナミックランダムアクセスメモリとが一致してい
ないことを示したときに前記ダイナミックランダムアク
セスメモリのリフレッシュ動作を行うことができる。
The cache control circuit may perform a refresh operation of the dynamic random access memory when the status bit indicates that data stored in an external main memory does not match the dynamic random access memory. It can be performed.

【0028】更に、前記キャッシュ制御回路は、前記状
態ビットが外部のメインメモリに記憶されたデータと前
記ダイナミックランダムアクセスメモリとが一致してい
ることを示したときに前記状態ビットを前記キャッシュ
の無効を示すように変更することができる。
Further, the cache control circuit, when the status bit indicates that the data stored in the external main memory and the dynamic random access memory match, invalidates the status bit of the cache. Can be changed as shown.

【0029】更にまた、前記キャッシュのブロック配置
方式は、2ウェイ・セットアソシエイティブ方式であっ
てもよい。
Furthermore, the cache block arrangement method may be a two-way set associative method.

【0030】また、前記リフレッシュ動作は、前記キャ
ッシュのラインアドレス単位で行われてもよい。
Further, the refresh operation may be performed for each line address of the cache.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る半導
体集積回路装置について、添付の図面を参照して具体的
に説明する。第1の実施例は、DRAMを2次キャッシ
ュとして使用するメモリ混載マイクロコンピュータチッ
プである。図1は本発明の第1の実施例に係るメモリ混
載マイクロコンピュータチップを示すブロック図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor integrated circuit device according to an embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. The first embodiment is a microcomputer chip with embedded memory using a DRAM as a secondary cache. FIG. 1 is a block diagram showing a microcomputer chip with embedded memory according to the first embodiment of the present invention.

【0032】メモリ混載マイクロコンピュータチップ1
には、1次キャッシュを含む中央処理装置(CPU)2
及び2次キャッシュ3が設けられている。2次キャッシ
ュ3には、2次キャッシュ制御回路4、2次キャッシュ
タグメモリ5及び2次キャッシュデータメモリ6が設け
られている。なお、2次キャッシュタグメモリ5及び2
次キャッシュデータメモリ6は、DRAMから構成され
ている。
Microcomputer chip 1 with embedded memory
Central processing unit (CPU) 2 including a primary cache
And a secondary cache 3. The secondary cache 3 includes a secondary cache control circuit 4, a secondary cache tag memory 5, and a secondary cache data memory 6. The secondary cache tag memories 5 and 2
The next cache data memory 6 is composed of a DRAM.

【0033】図2は本発明の第1の実施例に係るメモリ
混載マイクロコンピュータチップを使用したコンピュー
タシステムを示すブロック図である。このシステムに
は、2つのメモリ混載マイクロコンピュータチップ7及
び8、DRAM及びこのDRAMを制御するDRAM制
御回路を有するメインメモリ9並びにハードディスク等
の周辺デバイス10がシステムバス11に接続されて設
けられている。また、このシステムにおいては、メモリ
混載マイクロコンピュータチップ7及び8にそれぞれ設
けられている2つのCPUが、1つのメインメモリ9を
共有する密結合方式が採用されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a computer system using a microcomputer chip with embedded memory according to the first embodiment of the present invention. In this system, two microcomputer chips 7 and 8 with embedded memory, a main memory 9 having a DRAM and a DRAM control circuit for controlling the DRAM, and a peripheral device 10 such as a hard disk are connected to a system bus 11. . Further, in this system, a tightly-coupled system is adopted in which two CPUs provided respectively in the memory-comprising microcomputer chips 7 and 8 share one main memory 9.

【0034】このようなマルチCPUシステムにおける
ライトバック方式のキャッシュにおいては、前述のよう
に、状態ビットは、シェアド(SHARED)、モディファイ
ド(MODIFIED)、エクスクルッシヴ(EXCLUSIVE)及び
インヴァリッド(INVALID)の4つの状態を表現するた
めに2ビット分存在する。
In the cache of the write-back system in such a multi-CPU system, as described above, the status bits are 4 bits of SHARED, MODIFIED, EXCLUSIVE, and INVALID. There are two bits to represent one state.

【0035】また、第1の実施例における2次データキ
ャッシュにおいては、図20に示すペンティアムプロセ
ッサと同様に、ライト動作の方式としてライトバックが
採用され、インデックスの方式として2ウェイ・セット
アソシエイティブが採用され、置換方式としてLRU(l
east-recently used)アルゴリズムが採用されている。
更に、2次キャッシュ3には、データとインストラクシ
ョンとの区別をしないユニファイド・キャッシュ方式が
採用されている。更に、一般には、システムのメモリ管
理の方式として仮想アドレス方式が使用されるが、本実
施例においては、CPU2で仮想アドレスから物理アド
レスへの変換が行われ、2次キャッシュ3への入力に
は、物理アドレスが使用される。
In the secondary data cache according to the first embodiment, similarly to the Pentium processor shown in FIG. 20, write back is adopted as a write operation method, and 2-way set associative is used as an index method. LRU (l
east-recently used) algorithm is employed.
Further, the secondary cache 3 employs a unified cache system which does not distinguish between data and instructions. Further, in general, a virtual address system is used as a system for managing the memory of the system. In the present embodiment, the CPU 2 converts a virtual address into a physical address. , The physical address is used.

【0036】図3は本発明の第1の実施例に使用される
タグメモリを示すブロック図である。このタグメモリ
は、図20に示すペンティアムプロセッサのディレクト
リ0に相当するものである。第1の実施例に設けられた
タグメモリには、1個のDRAMにより構成されたメモ
リセルアレイが設けられており、このメモリセルアレイ
には、m本のワード線WL10、WL11、・・・、WL
m-2及びWL1m-1並びにこれに交差するl本のビット
線(データ線)BL10、BL11、・・・、BL1l-2
及びBL1l-1が設けられている。m本のワード線WL
0乃至WL1m-1はロウデコーダ回路RD1に接続され
ている。また、l本のビット線BL10乃至BL1l-1
夫々センスアンプ回路SA10、SA11、・・・、SA
l-2及びSA1l-1並びにデータラッチ回路DL10
DL11、・・・、DL1l-2及びDL1l-1に接続され
ている。
FIG. 3 is a block diagram showing a tag memory used in the first embodiment of the present invention. This tag memory corresponds to the directory 0 of the Pentium processor shown in FIG. The tag memory provided in the first embodiment is provided with a memory cell array composed of one DRAM, and this memory cell array has m word lines WL1 0 , WL1 1 ,. , WL
1 m-2 and WL1 m-1 and one bit line (data line) BL1 0 , BL1 1 ,..., BL1 l-2 intersecting therewith
And BL1 l-1 are provided. m word lines WL
1 0 to WL1 m-1 are connected to the row decoder circuit RD1. Also, l bit lines BL1 0 to BL1 l-1 are connected to sense amplifier circuits SA1 0 , SA1 1 ,.
1 l-2 and SA1 l-1 and the data latch circuit DL1 0 ,
DL1 1, · · ·, are connected to DL1 l-2 and DL1 l-1.

【0037】更に、タグメモリには、各センスアンプ回
路SA10乃至SA1l-1の制御を行うセンスアンプ制御
回路SAC1、ロウデコーダ回路RD1の制御を行うロ
ウデコーダ制御回路RDC1、ロウデコーダ回路RD1
に接続されたアドレスラッチ回路AL1及びセルフリフ
レッシュモード時にラインアドレスを+1ずつインクリ
メントするリフレッシュアドレスカウンタ回路RAC1
が設けられている。
Furthermore, the tag memory, the sense amplifier control circuit SAC1 controls each sense amplifier circuits SA1 0 to SA1 l-1, the row decoder control circuit RDC1 controls the row decoder circuit RD1, the row decoder circuit RD1
And a refresh address counter circuit RAC1 for incrementing the line address by +1 in the self-refresh mode.
Is provided.

【0038】タグメモリに入力されるラインアドレス
は、アドレスラッチ回路AL1でラッチされた後、ロウ
デコーダ回路RD1に入力され、1本のワード線が選択
される。そして、リード動作時には、メモリセルから読
み出された1個のデータは、各センスアンプ回路SA1
0乃至SA1l-1でセンス増幅された後、データラッチ回
路DL10乃至DL1l-1に転送される。このデータのう
ち、2ビットが状態ビットであり、残りはタグアドレス
と比較される。一方、ライト動作時には、データラッチ
回路DL10乃至DL1l-1からセンスアンプ回路SA1
0乃至SA1l-1に転送されたl個のデータが選択された
各メモリセルに夫々書き込まれる。なお、センスアンプ
回路SA10乃至SA1l-1及びロウデコーダ回路RD1
は、夫々センスアンプ制御回路SAC1又はロウデコー
ダ制御回路RDC1により制御される。
The line address input to the tag memory is latched by the address latch circuit AL1, and then input to the row decoder circuit RD1, and one word line is selected. At the time of the read operation, one piece of data read from the memory cell is stored in each sense amplifier circuit SA1.
After being sense amplifier at 0 to SA1 l-1, it is transferred to the data latch circuits DL1 0 to DL1 l-1. Two bits of this data are status bits, and the rest are compared with the tag address. On the other hand, during a write operation, the data latch circuits DL1 0 to DL1 l-1 from the sense amplifier circuit SA1
The l data transferred to 0 to SA1 l-1 are respectively written in the selected memory cells. Incidentally, the sense amplifier circuit SA1 0 to SA1 l-1 and row decoder circuit RD1
Are controlled by a sense amplifier control circuit SAC1 or a row decoder control circuit RDC1, respectively.

【0039】また、セルフリフレッシュモード時には、
リフレッシュアドレスカウンタ回路RAC1によりライ
ンアドレスが+1ずつインクリメントされ、ロウデコー
ダ回路RD1で選択されるワード線が順次変化される。
In the self-refresh mode,
The line address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit RAC1, and the word line selected by the row decoder circuit RD1 is sequentially changed.

【0040】図4は本発明の第1の実施例に使用される
データメモリを示すブロック図である。このタグメモリ
は、図20に示すペンティアムプロセッサのウェイ0に
相当するものである。第1の実施例に設けられたデータ
メモリには、k個のDRAMにより構成されたメモリセ
ルアレイが設けられており、各メモリセルアレイには、
m本のワード線WL20、WL21、・・・、WL2m-2
及びWL2m-1並びにこれに交差するn本のビット線
(データ線)BL20、BL21、・・・、BL2n- 2
びBL2n-1が設けられている。各メモリセルアレイに
おいて、m本のワード線WL20乃至WL2m-1はロウデ
コーダ回路RD20乃至RD2k-1に接続されている。ま
た、n本のビット線BL20乃至BL2n-1は夫々センス
アンプ回路SA20、SA21、・・・、SA2n-2及び
SA2n-1並びにデータラッチ回路DL2 0、DL21
・・・、DL2n-2及びDL2n-1に接続されている。
FIG. 4 is used in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a data memory. This tag memory
Is in way 0 of the Pentium processor shown in FIG.
It is equivalent. Data provided in the first embodiment
The memory has a memory cell composed of k DRAMs.
Memory array is provided in each memory cell array.
m word lines WL20, WL21, ..., WL2m-2
And WL2m-1And n bit lines crossing it
(Data line) BL20, BL21, ..., BL2n- TwoPassing
And BL2n-1Is provided. For each memory cell array
Here, m word lines WL20To WL2m-1Is Roude
Coder circuit RD20Or RD2k-1It is connected to the. Ma
In addition, n bit lines BL20Or BL2n-1Is sense
Amplifier circuit SA20, SA21, ..., SA2n-2as well as
SA2n-1And data latch circuit DL2 0, DL21,
..., DL2n-2And DL2n-1It is connected to the.

【0041】更に、データメモリには、各センスアンプ
回路SA20乃至SA2n-1の制御を行うセンスアンプ制
御回路SAC2、各ロウデコーダ回路RD20乃至RD
k-1の制御を行うロウデコーダ制御回路RDC2、ロ
ウデコーダ回路RD20乃至RD2k-1に接続されたアド
レスラッチ回路AL2及びバンクデコーダ回路BD2、
セルフリフレッシュモード時にラインアドレスを+1ず
つインクリメントするリフレッシュアドレスカウンタ回
路RAC2並びにバンクデコーダ回路BD2に接続され
たバンクデコーダ用アドレスラッチ回路BAL2が設け
られている。
[0041] Further, in the data memory, the sense amplifier control circuit SAC2 controls each sense amplifier circuit SA2 0 to SA2 n-1, each row decoder circuit RD2 0 to RD
2 k-1 row decoder control circuit controls the RDC 2, the row decoder circuit RD2 0 to RD2 k-1 connected to the address latch circuit AL2 and the bank decoder circuit BD2,
A refresh address counter circuit RAC2 for incrementing the line address by +1 in the self refresh mode and a bank decoder address latch circuit BAL2 connected to the bank decoder circuit BD2 are provided.

【0042】データメモリに入力されるバンク選択アド
レスは、バンクデコーダ用アドレスラッチ回路BAL2
でラッチされた後、バンクデコーダ回路BD2に入力さ
れ、バンク選択デコード信号が出力される。バンク選択
デコード信号は、ロウデコーダ回路RD20乃至RD2
k-1及びセンスアンプ制御回路SAC2に入力され、ア
クセス時に活性化されるメモリセルアレイ、ロウデコー
ダ回路及びn個のセンスアンプ回路で構成されたセンス
アンプ回路群が1つ選択される。
The bank selection address input to the data memory is a bank decoder address latch circuit BAL2.
After that, the data is input to the bank decoder circuit BD2, and a bank selection decode signal is output. Bank selection decode signal, the row decoder circuit RD2 0 to RD2
One sense amplifier circuit group including a memory cell array, a row decoder circuit, and n sense amplifier circuits, which is input to k-1 and the sense amplifier control circuit SAC2 and activated at the time of access, is selected.

【0043】データメモリに入力されるラインアドレス
は、アドレスラッチ回路AL2でラッチされた後、ロウ
デコーダ回路RD20乃至RD2k-1に入力され、1本の
ワード線が選択される。なお、前述のように、ラインア
ドレスはタグメモリにも入力されるため、このアドレス
ラッチ回路AL2にはタグメモリ中のアドレスラッチ回
路AL1が使用されている。そして、リード動作時に
は、メモリセルから読み出されたn個のデータは、各セ
ンスアンプ回路SA20乃至SA2n-1でセンス増幅され
た後、データラッチ回路DL20乃至DL2n-1に転送さ
れる。一方、ライト動作時には、データラッチ回路DL
0乃至DL2n-1からセンスアンプ回路SA20乃至S
A2n-1に転送されたn個のデータが選択された各メモ
リセルに夫々書き込まれる。なお、センスアンプ回路S
A20乃至SA2n-1及びロウデコーダ回路RD20乃至
RD2k-1は、夫々センスアンプ制御回路SAC2又は
ロウデコーダ制御回路RDC2により制御される。
The line address input to the data memory, after being latched by the address latch circuit AL2, are input to the row decoder circuit RD2 0 to RD2 k-1, 1 word line is selected. As described above, since the line address is also input to the tag memory, the address latch circuit AL2 uses the address latch circuit AL1 in the tag memory. At the time of the read operation, n pieces of data read from the memory cell, after being sense amplifier in the sense amplifier circuit SA2 0 to SA2 n-1, is transferred to the data latch circuit DL2 0 to DL2 n-1 You. On the other hand, during the write operation, the data latch circuit DL
2 0 to the sense amplifier circuit SA2 from DL2 n-1 0 to S
The n data transferred to A2 n-1 are written in each selected memory cell. Note that the sense amplifier circuit S
A2 0 to SA2 n-1 and row decoder circuit RD2 0 to RD2 k-1 is controlled by a respective sense amplifier control circuit SAC2 or row decoder control circuit RDC 2.

【0044】また、リフレッシュ動作には、データメモ
リはラインアドレス単位で制御される。セルフリフレッ
シュモード時には、先ず、タグメモリ中のリフレッシュ
アドレスカウンタ回路RAC2によりラインアドレスが
+1ずつインクリメントされる。そして、タグメモリの
リフレッシュ動作が行われる際に、状態ビットのみがタ
グメモリから読み出される。そして、この状態ビットの
値に応じて、データメモリのリフレッシュ動作の有無が
制御される。この制御方法については、以下詳細に説明
する。また、通常アクセスの場合には、活性化されるメ
モリセルアレイは1つだけであるが、リフレッシュ動作
の場合には、すべてのメモリセルアレイが同時に活性化
されることも可能である。その場合、バンク選択アドレ
スは全選択状態となる。
In the refresh operation, the data memory is controlled in line address units. In the self-refresh mode, first, the line address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit RAC2 in the tag memory. Then, when the refresh operation of the tag memory is performed, only the status bits are read from the tag memory. The presence / absence of the refresh operation of the data memory is controlled according to the value of the status bit. This control method will be described in detail below. In the case of normal access, only one memory cell array is activated, but in the case of a refresh operation, all memory cell arrays can be activated simultaneously. In that case, the bank selection address is in the all-selected state.

【0045】次に、上述のように構成された第1の実施
例の動作について説明する。なお、本実施例における2
次キャッシュの状態ビットは、図21に示すペンティア
ムプロセッサと同様の状態遷移をとる。なお、本実施例
においては、特に、リフレッシュ動作時に特徴があるた
め、これについて特に詳細に説明する。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described. Note that 2 in the present embodiment.
The status bit of the next cache takes the same state transition as that of the Pentium processor shown in FIG. In the present embodiment, the feature is particularly at the time of the refresh operation. Therefore, this feature will be described in detail.

【0046】図5は第1の実施例に設けられた2次キャ
ッシュにおけるリフレッシュ動作を示すフローチャート
である。リフレッシュ動作時には、タグメモリ及びデー
タメモリは同時にラインアドレス単位でリフレッシュさ
れる。
FIG. 5 is a flowchart showing a refresh operation in the secondary cache provided in the first embodiment. During the refresh operation, the tag memory and the data memory are simultaneously refreshed in line address units.

【0047】リフレッシュ動作が開始されると(ステッ
プS1)、ラインアドレスがタグメモリに入力される
(ステップS2)。次に、ラインアドレスに基づいて選
択されたタグメモリ中のメモリセルがリフレッシュされ
る(ステップS3)。次いで、センスアンプ回路SA0
乃至SAl-1に読み出されるデータから状態ビットのみ
が外部に取り出され、判定回路によりその状態ビットが
インヴァリッド(INVALID)であるか否かが判定される
(ステップS4)。その結果、状態ビットがインヴァリ
ッド(INVALID)である場合には、データメモリのリフ
レッシュ動作が行われることなくリフレッシュ動作が終
了する(ステップS6)。一方、状態ビットがエクスク
ルッシヴ(EXCLUSIVE)、シェアド(SHARED)又はモデ
ィファイド(MODIFIED)である場合には、ラインアドレ
スに基づいて選択されたデータメモリ中のメモリセルが
リフレッシュされ(ステップS5)、その後、リフレッ
シュ動作が終了する(ステップS6)。
When the refresh operation is started (step S1), the line address is input to the tag memory (step S2). Next, the memory cell in the tag memory selected based on the line address is refreshed (step S3). Next, the sense amplifier circuit SA 0
Only the status bit is extracted from the data read to SA l-1 to the outside, and the determination circuit determines whether or not the status bit is invalid (INVALID) (step S4). As a result, if the status bit is INVALID, the refresh operation ends without performing the refresh operation of the data memory (step S6). On the other hand, if the status bit is EXCLUSIVE, SHARED, or MODIFIED, the memory cell in the data memory selected based on the line address is refreshed (step S5). Then, the refresh operation ends (step S6).

【0048】図6は第1の実施例に設けられた2次キャ
ッシュにおけるセルフリフレッシュ動作を示すフローチ
ャートである。セルフリフレッシュ動作時には、タグメ
モリ中のリフレッシュアドレスカウンタ回路RAC1
が、ラインアドレスを+1ずつインクリメントする。
FIG. 6 is a flowchart showing a self-refresh operation in the secondary cache provided in the first embodiment. During the self-refresh operation, the refresh address counter circuit RAC1 in the tag memory
Increments the line address by +1.

【0049】セルフリフレッシュ動作が開始されると
(ステップS11)、ラインアドレスが0に初期化され
る(ステップS12)。次いで、ラインアドレスがタグ
メモリに入力される(ステップS13)。次に、ライン
アドレスに基づいて選択されたタグメモリ中のメモリセ
ルがリフレッシュされる(ステップS14)。その後、
センスアンプ回路SA0乃至SAl-1に読み出されるデー
タから状態ビットのみが外部に取り出され、判定回路に
よりその状態ビットがインヴァリッド(INVALID)であ
るか否かが判定される(ステップS15)。その結果、
状態ビットがインヴァリッド(INVALID)である場合に
は、データメモリのリフレッシュ動作が行われることな
くリフレッシュアドレスカウンタ回路RACによりライ
ンアドレスが+1インクリメントされる(ステップS1
7)。一方、状態ビットがエクスクルッシヴ(EXCLUSIV
E)、シェアド(SHARED)又はモディファイド(MODIFIE
D)である場合には、ラインアドレスに基づいて選択さ
れたデータメモリ中のメモリセルがリフレッシュされ
(ステップS16)、その後、リフレッシュアドレスカ
ウンタ回路RAC1によりラインアドレスが+1インク
リメントされる(ステップS17)。
When the self-refresh operation is started (step S11), the line address is initialized to 0 (step S12). Next, the line address is input to the tag memory (step S13). Next, the memory cell in the tag memory selected based on the line address is refreshed (step S14). afterwards,
Only the status bit is taken out of the data read to the sense amplifier circuits SA 0 to SA l−1 , and the determination circuit determines whether or not the status bit is INVALID (step S15). as a result,
When the status bit is INVALID, the line address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit RAC without performing the refresh operation of the data memory (step S1).
7). On the other hand, if the status bit is EXCLUSIV
E), SHARED, or MODIFIE
In the case of D), the memory cell in the data memory selected based on the line address is refreshed (step S16), and thereafter, the line address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit RAC1 (step S17).

【0050】その後、ラインアドレスが最終アドレスで
あるか否かが判定される(ステップS18)。その結
果、最終アドレスでない場合、再びラインアドレスがタ
グメモリに入力される(ステップS13)。一方、最終
アドレスである場合、セルフリフレッシュ動作信号が解
除されているか否かが判定される(ステップS19)。
その結果、セルフリフレッシュ動作信号が解除されてい
ない場合、再びラインアドレスが初期化される(ステッ
プS12)。一方、セルフリフレッシュ動作信号が解除
されている場合、セルフリフレッシュモードが終了する
(ステップS20)。
Thereafter, it is determined whether or not the line address is the last address (step S18). As a result, if the address is not the final address, the line address is input to the tag memory again (step S13). On the other hand, if it is the last address, it is determined whether or not the self-refresh operation signal has been released (step S19).
As a result, if the self-refresh operation signal has not been released, the line address is initialized again (step S12). On the other hand, if the self-refresh operation signal has been released, the self-refresh mode ends (step S20).

【0051】なお、セルフリフレッシュ動作中、各ライ
ンアドレスで選択されるメモリセルのリフレッシュの間
隔は、タイマ回路(図示せず)により制御されている。
During the self-refresh operation, the refresh interval of the memory cell selected by each line address is controlled by a timer circuit (not shown).

【0052】図7は第1の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップにおいて通常モードからスタン
バイモードに切り替えられたときの2次キャッシュの動
作を示すフローチャートである。スタンバイモードにお
いては、消費電力を削減するためにCPUの動作を停止
する必要があるので、DRAMのリフレッシュ動作は、
セルフリフレッシュモードで行われる。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the first embodiment. In the standby mode, the operation of the CPU needs to be stopped in order to reduce power consumption.
This is performed in a self-refresh mode.

【0053】本実施例においては、通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられた後(ステップS21)、
図6に示すセルフリフレッシュ動作が行われる(ステッ
プS11乃至S20)。但し、セルフリフレッシュモー
ドの終了は、スタンバイモードからの復帰後に行われ
る。
In this embodiment, after switching from the normal mode to the standby mode (step S21),
The self-refresh operation shown in FIG. 6 is performed (steps S11 to S20). However, the self-refresh mode ends after returning from the standby mode.

【0054】このように、本実施例においては、DRA
Mが2次キャッシュとして使用されるメモリ混載マイク
ロコンピュータチップにおいて、タグメモリに記憶され
た状態ビットの値が読み出され、データメモリに記憶さ
れた情報が有効か無効かが判定され、無効(インヴァリ
ッド:INVALID)である場合には、データメモリにおい
てラインアドレスで選択されたメモリセルに対するリフ
レッシュ動作が行われない。このため、2次キャッシュ
での消費電流が低減される。この効果は、メモリ混載マ
イクロコンピュータチップ全体の消費電流を低減するこ
とを目的とするスタンバイモードにおいて、より顕著で
ある。
As described above, in this embodiment, the DRA
In a microcomputer chip with embedded memory in which M is used as a secondary cache, the value of the status bit stored in the tag memory is read, and it is determined whether the information stored in the data memory is valid or invalid. : INVALID), the refresh operation is not performed on the memory cell selected by the line address in the data memory. Therefore, current consumption in the secondary cache is reduced. This effect is more remarkable in the standby mode for reducing the current consumption of the entire microcomputer chip with embedded memory.

【0055】なお、第1の実施例においては、タグメモ
リ4及びデータメモリ5には、共にDRAMから構成さ
れるメモリセルアレイが設けられているが、タグメモリ
4のみにSRAMから構成されるメモリセルアレイが設
けられていてもよい。この場合にも、データメモリのリ
フレッシュ制御は、第1の実施例と同様に、タグメモリ
中の状態ビットを参照して行われる。タグメモリにSR
AMから構成されるメモリセルアレイが設けられた場
合、DRAMには不必要なアクセス動作が加わることに
なるが、タグメモリの容量よりもデータメモリの容量が
ある程度以上大きい場合には、2次キャッシュでの消費
電流を小さくする効果が得られる。
In the first embodiment, the tag memory 4 and the data memory 5 are each provided with a memory cell array composed of a DRAM, but only the tag memory 4 is composed of an SRAM. May be provided. Also in this case, the refresh control of the data memory is performed by referring to the status bits in the tag memory, as in the first embodiment. SR in tag memory
When a memory cell array composed of AMs is provided, unnecessary access operations are added to the DRAM. Has the effect of reducing the current consumption.

【0056】また、シングルCPUシステムに使用され
てもよい。更に、第1の実施例の2次キャッシュには、
ユニファイド・キャッシュ方式が採用されているが、デ
ータとインストラクションとが分離された構成をとるこ
とも可能である。この場合には、データ及びインストラ
クションの夫々に対して、タグメモリとデータメモリと
が存在することになる。
Further, it may be used for a single CPU system. Further, in the secondary cache of the first embodiment,
Although a unified cache system is employed, a configuration in which data and instructions are separated can be employed. In this case, a tag memory and a data memory exist for each of data and instructions.

【0057】更にまた、第1の実施例の2次キャッシュ
には、インデックスの方式として2ウェイ・セットアソ
シエイティブが採用されているが、ウェイ数が変えられ
た方式又はダイレクトマップド方式等の別の構成をとる
ことも可能である。
Further, the secondary cache of the first embodiment employs a two-way set associative as an index system. However, there is another method such as a system in which the number of ways is changed or a direct mapped system. It is also possible to take the configuration of

【0058】また、第1の実施例の2次キャッシュに
は、ライト動作の方式としてライトバックが採用されて
いるが、ライトスルー方式が採用された構成をとること
も可能である。この場合、ライトバック方式とは異な
り、状態ビットは、ヴァリッド(VALID)及びインヴァ
リッド(INVALID)の2つの状態のみを表現するため、
1ビットだけでよい。図8はライトスルー方式の2次キ
ャッシュの状態遷移を示す模式図である。また、リフレ
ッシュ動作は、エクスクルッシブ(EXCLUSIVE)、シェ
アド(SHARED)及びモディファイド(MODIFIED)がヴァ
リッドと入れ替わること以外は、図5乃至7に示したラ
イトバック方式の2次キャッシュのものと同様になる。
Although the secondary cache of the first embodiment employs a write-back method as a write operation method, a structure employing a write-through method may be employed. In this case, unlike the write-back method, the status bits represent only two states, VALID and INVALID.
Only one bit is required. FIG. 8 is a schematic diagram showing a state transition of the write-through secondary cache. The refresh operation is the same as that of the write-back type secondary cache shown in FIGS. 5 to 7 except that the exclusive (EXCLUSIVE), shared (SHARED), and modified (MODIFIED) are replaced with a valid. .

【0059】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。第2の実施例では、2次キャッシュ中のデータメ
モリ及びタグメモリは、共にDRAMメモリセルから構
成されている。また、2次キャッシュには、ライトバッ
ク方式が採用され、その状態遷移は図21に示すペンテ
ィアムプロセッサのものと同様である。図9は本発明の
第2の実施例に係るメモリ混載マイクロコンピュータチ
ップにおいて通常モードからスタンバイモードに切り替
えられたときの2次キャッシュの動作を示すフローチャ
ートである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the data memory and the tag memory in the secondary cache are both constituted by DRAM memory cells. The secondary cache adopts a write-back method, and its state transition is the same as that of the Pentium processor shown in FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the second embodiment of the present invention.

【0060】本実施例においては、通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられた後(ステップS31)、
ラインアドレスが0に初期化される(ステップS3
2)。次いで、ラインアドレスがタグメモリに入力され
る(ステップS33)。次に、センスアンプ回路に読み
出されるデータから状態ビットのみが外部に取り出さ
れ、判定回路によりその状態ビットが判定される(ステ
ップS34)。その結果、状態ビットがインヴァリッド
(INVALID)、シェアド(SHARED)又はエクスクルッシ
ヴ(EXCLUSIVE)である場合には、ライトバック動作が
行われることなくリフレッシュアドレスカウンタ回路に
よりラインアドレスが+1インクリメントされる(ステ
ップS36)。一方、状態ビットがモディファイドであ
る場合には、ラインアドレスに基づいて選択されたデー
タメモリのライトバックが行われ(ステップS35)、
その後、リフレッシュアドレスカウンタ回路によりライ
ンアドレスが+1インクリメントされる(ステップS3
6)。
In this embodiment, after switching from the normal mode to the standby mode (step S31),
The line address is initialized to 0 (step S3
2). Next, the line address is input to the tag memory (step S33). Next, only the status bit is extracted from the data read to the sense amplifier circuit, and the status bit is determined by the determination circuit (step S34). As a result, when the status bit is INVALID, SHARED, or EXCLUSIVE, the line address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit without performing the write-back operation (step S1). S36). On the other hand, if the status bit is modified, the data memory selected based on the line address is written back (step S35).
Thereafter, the refresh address counter circuit increments the line address by +1 (step S3).
6).

【0061】その後、ラインアドレスが最終アドレスで
あるか否かが判定される(ステップS37)。その結
果、最終アドレスでない場合、再びラインアドレスがタ
グメモリに入力される(ステップS33)。一方、最終
アドレスである場合、スタンバイモードになる(ステッ
プS38)。
Thereafter, it is determined whether or not the line address is the last address (step S37). As a result, if it is not the final address, the line address is input to the tag memory again (step S33). On the other hand, if it is the last address, the operation enters the standby mode (step S38).

【0062】2次キャッシュ全体についてのライトバッ
ク動作が完了すると、データメモリ及びタグメモリの内
容が両方とも破棄され、スタンバイモードでは、2次キ
ャッシュに対するリフレッシュ動作は行われない。従っ
て、スタンバイモードでのメモリ混載マイクロコンピュ
ータチップの消費電流が低減される。
When the write-back operation for the entire secondary cache is completed, the contents of both the data memory and the tag memory are discarded, and the refresh operation for the secondary cache is not performed in the standby mode. Therefore, the current consumption of the microcomputer chip with memory in the standby mode is reduced.

【0063】図10は本発明の第2の実施例に係るメモ
リ混載マイクロコンピュータチップにおいてスタンバイ
モードから通常モードに切り替えられたときの2次キャ
ッシュの動作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the standby mode to the normal mode in the microcomputer with embedded memory according to the second embodiment of the present invention.

【0064】スタンバイモードから通常モードに切り替
えられた後(ステップS41)、ラインアドレスが0に
初期化される(ステップS42)。次いで、ラインアド
レスがタグメモリに入力される(ステップS43)。そ
の後、状態ビットがインヴァリッド(INVALID)に変更
される(ステップS44)。次に、リフレッシュアドレ
スカウンタ回路によりラインアドレスが+1インクリメ
ントされる(ステップS45)。そして、ラインアドレ
スが最終アドレスであるか否かが判定される(ステップ
S46)。その結果、最終アドレスでない場合、再びラ
インアドレスがタグメモリに入力される(ステップS4
3)。一方、最終アドレスである場合、スタンバイモー
ドになる(ステップS47)。
After switching from the standby mode to the normal mode (step S41), the line address is initialized to 0 (step S42). Next, the line address is input to the tag memory (step S43). After that, the status bit is changed to INVALID (step S44). Next, the refresh address counter circuit increments the line address by +1 (step S45). Then, it is determined whether or not the line address is the last address (step S46). As a result, if the address is not the final address, the line address is input to the tag memory again (step S4).
3). On the other hand, if it is the last address, the operation enters the standby mode (step S47).

【0065】第2の実施例においては、タグメモリもD
RAMメモリセルから構成されているが、スタンバイ中
にリフレッシュ動作が行われないため、状態ビットの内
容も失われる。このため、スタンバイモードから通常モ
ードに復帰する際に、タグメモリ中の状態ビットが全て
インヴァリッド(INVALID)に変更されることが必要に
なる。
In the second embodiment, the tag memory is also
Although it is composed of RAM memory cells, the contents of the status bits are lost because no refresh operation is performed during standby. Therefore, when returning from the standby mode to the normal mode, all the status bits in the tag memory need to be changed to INVALID.

【0066】次に、本発明の第3の実施例について説明
する。第3の実施例では、2次キャッシュ中のデータメ
モリは、SRAMメモリセルから構成されており、スタ
ンバイモードでも状態ビットの値が保存される。また、
2次キャッシュには、ライトバック方式が採用され、そ
の状態遷移は図21に示すペンティアムプロセッサのも
のと同様である。図11は本発明の第3の実施例に係る
メモリ混載マイクロコンピュータチップにおいて通常モ
ードからスタンバイモードに切り替えられたときの2次
キャッシュの動作を示すフローチャートである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the data memory in the secondary cache is composed of SRAM memory cells, and the value of the status bit is stored even in the standby mode. Also,
The write-back method is adopted for the secondary cache, and its state transition is the same as that of the Pentium processor shown in FIG. FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer with embedded memory according to the third embodiment of the present invention.

【0067】本実施例においては、通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられた後(ステップS51)、
ラインアドレスが0に初期化される(ステップS5
2)。次いで、ラインアドレスがタグメモリに入力され
る(ステップS53)。次に、センスアンプ回路に読み
出されるデータから状態ビットのみが外部に取り出さ
れ、判定回路によりその状態ビットが判定される(ステ
ップS54)。その結果、状態ビットがシェアド(SHAR
ED)又はエクスクルッシヴ(EXCLUSIVE)である場合に
は、ライトバック動作が行われることなく状態ビットの
内容がインヴァリッド(INVARID)に変更される(ステ
ップS56)。一方、状態ビットがモディファイド(MO
DIFIED)である場合には、ラインアドレスに基づいて選
択されたデータメモリのライトバックが行われ(ステッ
プS55)、その後、状態ビットの内容がインヴァリッ
ド(INVARID)に変更される(ステップS56)。そし
て、いずれの場合にも、ラインアドレスが+1インクリ
メントされる(ステップS57)。なお、状態ビットが
インヴァリッド(INVALID)である場合には、直接ライ
ンアドレスが+1インクリメントされる(ステップS5
7)。
In this embodiment, after switching from the normal mode to the standby mode (step S51),
The line address is initialized to 0 (step S5)
2). Next, the line address is input to the tag memory (step S53). Next, only the status bit is taken out of the data read to the sense amplifier circuit, and the status bit is determined by the determination circuit (step S54). As a result, the status bit becomes shared (SHAR
If it is ED) or EXCLUSIVE, the content of the status bit is changed to INVARID without performing a write-back operation (step S56). On the other hand, if the status bit is modified (MO
If it is (DIFIED), the data memory selected based on the line address is written back (step S55), and then the contents of the status bit are changed to INVARID (step S56). Then, in any case, the line address is incremented by +1 (step S57). If the status bit is INVALID, the line address is directly incremented by +1 (step S5).
7).

【0068】その後、ラインアドレスが最終アドレスで
あるか否かが判定される(ステップS58)。その結
果、最終アドレスでない場合、再びラインアドレスがタ
グメモリに入力される(ステップS53)。一方、最終
アドレスである場合、スタンバイモードになる(ステッ
プS59)。
Thereafter, it is determined whether or not the line address is the last address (step S58). As a result, if it is not the final address, the line address is input to the tag memory again (step S53). On the other hand, if the address is the last address, the standby mode is set (step S59).

【0069】2次キャッシュ全体についてのライトバッ
ク動作が完了すると、タグメモリ中の状態ビットが全て
インヴァリッド(INVALID)に変更され、データメモリ
の内容が破棄され、スタンバイモードでは、データメモ
リに対するリフレッシュ動作が行われない。なお、第3
の実施例では、スタンバイモードから通常モードに復帰
する際には、図10に示す動作は行われない。
When the write-back operation for the entire secondary cache is completed, all the status bits in the tag memory are changed to INVALID, the contents of the data memory are discarded, and in the standby mode, the refresh operation for the data memory is performed. Not done. The third
In the embodiment, when returning from the standby mode to the normal mode, the operation shown in FIG. 10 is not performed.

【0070】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。本実施例においては、ライドバック動作は行われ
ず、2次キャッシュからメインメモリへのデータの転送
に何らかの理由により不都合が生じた場合等に適用され
る。第4の実施例では、2次キャッシュ中のデータメモ
リ及びタグメモリは、共にDRAMメモリセルから構成
されている。また、2次キャッシュには、ライトバック
方式が採用され、その状態遷移は図21に示すペンティ
アムプロセッサのものと同様である。図12は本発明の
第4の実施例に係るメモリ混載マイクロコンピュータチ
ップにおいて通常モードからスタンバイモードに切り替
えられたときの2次キャッシュの動作を示すフローチャ
ートである。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the ride-back operation is not performed, and is applied to a case where the transfer of data from the secondary cache to the main memory is inconvenient for some reason. In the fourth embodiment, the data memory and the tag memory in the secondary cache are both constituted by DRAM memory cells. The secondary cache adopts a write-back method, and its state transition is the same as that of the Pentium processor shown in FIG. FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the fourth embodiment of the present invention.

【0071】本実施例においては、通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられた後(ステップS61)、
セルフリフレッシュモードが開始される(ステップS6
2)。次に、ラインアドレスが0に初期化される(ステ
ップS63)。次いで、ラインアドレスがタグメモリに
入力される(ステップS64)。その後、ラインアドレ
スに基づいて選択されたタグメモリ中のメモリセルがリ
フレッシュされる(ステップS65)。そして、センス
アンプ回路に読み出されるデータから状態ビットのみが
外部に取り出され、判定回路によりその状態ビットが判
定される(ステップS66)。その結果、状態ビットが
モディファイド(MODIFIED)である場合には、ラインア
ドレスに基づいて選択されたデータメモリ中のメモリセ
ルがリフレッシュされ(ステップS67)、ラインアド
レスが+1インクリメントされる(ステップS69)。
また、状態ビットがシェアド(SHARED)又はエクスクル
ッシヴ(EXCLUSIVE)である場合には、状態ビットがイ
ンヴァリッド(INVALID)に変更され(ステップS6
8)、ラインアドレスが+1インクリメントされる(ス
テップS69)。一方、状態ビットがインヴァリッド
(INVALID)である場合には、直接ラインアドレスが+
1インクリメントされる(ステップS69)。
In this embodiment, after switching from the normal mode to the standby mode (step S61),
The self-refresh mode is started (step S6)
2). Next, the line address is initialized to 0 (step S63). Next, the line address is input to the tag memory (step S64). Thereafter, the memory cell in the tag memory selected based on the line address is refreshed (step S65). Then, only the status bit is taken out of the data read to the sense amplifier circuit, and the status bit is determined by the determination circuit (step S66). As a result, if the status bit is modified (MODIFIED), the memory cell in the data memory selected based on the line address is refreshed (step S67), and the line address is incremented by +1 (step S69).
If the status bit is SHARED or EXCLUSIVE, the status bit is changed to INVALID (step S6).
8) The line address is incremented by +1 (step S69). On the other hand, if the status bit is INVALID, the direct line address is +
It is incremented by one (step S69).

【0072】その後、ラインアドレスが最終アドレスで
あるか否かが判定される(ステップS70)。その結
果、最終アドレスでない場合、再びラインアドレスがタ
グメモリに入力される(ステップS64)。一方、最終
アドレスである場合、セルフリフレッシュ動作信号が解
除されているか否かが判定される(ステップS71)。
その結果、セルフリフレッシュ動作信号が解除されてい
ない場合、再びラインアドレスが初期化される(ステッ
プS63)。一方、セルフリフレッシュ動作信号が解除
されている場合、セルフリフレッシュモードが終了する
(ステップS72)。
Thereafter, it is determined whether or not the line address is the last address (step S70). As a result, if it is not the final address, the line address is input to the tag memory again (step S64). On the other hand, if it is the last address, it is determined whether or not the self-refresh operation signal has been released (step S71).
As a result, if the self-refresh operation signal has not been released, the line address is initialized again (step S63). On the other hand, if the self-refresh operation signal has been released, the self-refresh mode ends (step S72).

【0073】次に、本発明の第5の実施例について説明
する。本実施例においても、ライドバック動作は行われ
ず、2次キャッシュからメインメモリへのデータの転送
に何らかの理由により不都合が生じた場合等に適用され
る。第5の実施例では、2次キャッシュ中のデータメモ
リは、SRAMメモリセルから構成されており、スタン
バイモードでも状態ビットの値が保存される。また、2
次キャッシュには、ライトバック方式が採用され、その
状態遷移は図21に示すペンティアムプロセッサのもの
と同様である。図13は本発明の第5の実施例に係るメ
モリ混載マイクロコンピュータチップにおいて通常モー
ドからスタンバイモードに切り替えられたときの2次キ
ャッシュの動作を示すフローチャートである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. Also in this embodiment, the ride-back operation is not performed, and is applied to a case where the transfer of data from the secondary cache to the main memory is inconvenient for some reason. In the fifth embodiment, the data memory in the secondary cache is composed of SRAM memory cells, and the value of the status bit is stored even in the standby mode. Also, 2
The next cache employs a write-back method, and its state transition is the same as that of the Pentium processor shown in FIG. FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the fifth embodiment of the present invention.

【0074】本実施例においては、図12に示す第4の
実施例における動作からラインアドレスに基づいて選択
されたタグメモリ中のメモリセルがリフレッシュされる
(ステップS65)工程が除かれた動作が行われる。
This embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 12 in that the operation of refreshing the memory cell in the tag memory selected based on the line address (step S65) is omitted. Done.

【0075】このように、第4及び第5の実施例では、
ラインアドレスで選択されるタグメモリ中の状態ビット
の出力がモディファイド(MODIFIED)である場合にの
み、そのラインアドレスで選択されるデータメモリのリ
フレッシュ動作が行われる。その他の状態の場合には、
状態ビットがインヴァリッド(INVALID)にされ、その
ラインアドレスで選択されるデータメモリのリフレッシ
ュ動作が行われない。これにより、キャッシュデータの
コヒーレンシが維持される。
As described above, in the fourth and fifth embodiments,
Only when the output of the status bit in the tag memory selected by the line address is modified (MODIFIED), the refresh operation of the data memory selected by the line address is performed. In other cases,
The status bit is set to INVALID, and the refresh operation of the data memory selected by the line address is not performed. Thereby, coherency of the cache data is maintained.

【0076】次に、本発明の第6の実施例について説明
する。本実施例においては、DRAMがメインメモリ等
のキャッシュメモリとして使用され、CPUと同一チッ
プ上に実装される。図14は本発明の第6の実施例に係
るメモリ混載マイクロコンピュータチップを使用したコ
ンピュータシステムを示すブロック図である。このシス
テムには、2つのメモリ混載マイクロコンピュータチッ
プ17及び18並びにDRAM及びこのDRAMを制御
するDRAM制御回路を有するメインメモリ19がシス
テムバス21に接続されて設けられている。なお、メモ
リ混載マイクロコンピュータチップ17及び18におい
ては、DRAMが夫々キャッシュA又はキャッシュBと
して使用され、これらのキャッシュA及びBがメインメ
モリ19上でマッピングされるアドレスが予め決定され
ている。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a DRAM is used as a cache memory such as a main memory, and is mounted on the same chip as the CPU. FIG. 14 is a block diagram showing a computer system using a microcomputer chip with embedded memory according to the sixth embodiment of the present invention. In this system, two memory-embedded microcomputer chips 17 and 18 and a main memory 19 having a DRAM and a DRAM control circuit for controlling the DRAM are connected to a system bus 21. In the microcomputer chips 17 and 18 with embedded memories, a DRAM is used as a cache A or a cache B, respectively, and addresses to which the caches A and B are mapped on the main memory 19 are determined in advance.

【0077】このため、第1乃至第5の実施例に設けら
れていたタグメモリは、状態ビットを除いて必要がなく
なる。第1乃至第5の実施例の場合、ラインアドレスで
選択されるメモリセル単位で状態ビットが存在するが、
タグデータがない場合、入力アドレスによりアクセスさ
れるメモリセルの複数倍の単位で状態ビットはフレキシ
ブルに設定可能となる。即ち、ラインアドレス単位で状
態ビットを設定することもでき、チップ全体を一つの単
位として状態ビットを設定することもできる。
For this reason, the tag memories provided in the first to fifth embodiments become unnecessary except for the status bits. In the case of the first to fifth embodiments, a status bit exists for each memory cell selected by a line address.
If there is no tag data, the status bits can be set flexibly in multiples of the memory cell accessed by the input address. That is, the status bits can be set for each line address, and the status bits can be set for the entire chip as one unit.

【0078】図15は本発明の第6の実施例に使用され
るDRAMキャッシュを示すブロック図である。第6の
実施例に使用されるDRAMキャッシュはその制御を行
う制御回路に接続されている。また、第6の実施例に使
用されるDRAMキャッシュには、k個のDRAMによ
り構成されたメモリセルアレイが設けられており、各D
RAMには、m本のワード線WL30、WL31、・・
・、WL3m-2及びWL3m-1並びにこれに交差するn本
のビット線(データ線)BL30、BL31、・・・、B
L3n-2及びBL3n-1が設けられている。各メモリセル
アレイにおいて、m本のワード線WL30乃至WL3m-1
はロウデコーダ回路RD30乃至RD3k -1に接続されて
いる。また、n本のビット線BL30乃至BL3n-1は夫
々センスアンプ回路SA30、SA31、・・・、SA3
n-2及びSA3n-1並びにデータラッチ回路DL30、D
L31、・・・、DL3n-2及びDL3n-1に接続されて
いる。
FIG. 15 is a block diagram showing a DRAM cache used in the sixth embodiment of the present invention. The DRAM cache used in the sixth embodiment is connected to a control circuit for controlling the DRAM cache. The DRAM cache used in the sixth embodiment is provided with a memory cell array composed of k DRAMs.
The RAM has m word lines WL3 0 , WL3 1 ,.
, WL3 m-2 and WL3 m-1 and n bit lines (data lines) BL3 0 , BL3 1 ,.
L3 n-2 and BL3 n-1 are provided. In each memory cell array, m word lines WL3 0 to WL3 m-1
It is connected to the row decoder circuit RD3 0 to RD3 k -1. The bit line BL3 0 through BL3 n-1 of the n are each sense amplifier circuit SA3 0, SA3 1, ···, SA3
n-2 and SA3 n-1 and the data latch circuit DL3 0, D
L3 1, · · ·, are connected to DL3 n-2 and DL3 n-1.

【0079】更に、DRAMキャッシュには、各センス
アンプ回路SA30乃至SA3n-1の制御を行うセンスア
ンプ制御回路SAC3、各ロウデコーダ回路RD30
至RD3k-1の制御を行うロウデコーダ制御回路RDC
3、ロウデコーダ回路RD30乃至RD3k-1に接続され
たアドレスラッチ回路AL3、センスアンプ回路SA3
0乃至SA3n-1及びロウデコーダ回路RD30乃至RD
k-1に接続されたブロックデコーダ回路BD3、セル
フリフレッシュモード時にラインアドレスを+1ずつイ
ンクリメントするリフレッシュアドレスカウンタ回路R
AC3並びにブロックデコーダ回路BD3に接続された
ブロックデコーダ用アドレスラッチ回路BAL3及び状
態レジスタSR3が設けられている。
[0079] Further, the DRAM cache, each sense amplifier circuit SA3 0 to SA3 Sense amplifier control circuit SAC3 controls the n-1, each row decoder circuits RD3 0 to row decoder control circuit for controlling the RD3 k-1 RDC
3, the row decoder circuit RD3 0 to RD3 k-1 connected to the address latch circuit AL3, the sense amplifier circuit SA3
0 to SA3 n-1 and the row decoder circuit RD3 0 to RD
Block decoder circuit BD3 connected to 3 k-1 and a refresh address counter circuit R for incrementing the line address by +1 in a self-refresh mode
An AC3, a block decoder address latch circuit BAL3 connected to the block decoder circuit BD3, and a status register SR3 are provided.

【0080】第1の実施例のデータメモリの場合には、
バンク選択アドレスにより、1つのメモリセルアレイが
選択されるが、本実施例の場合には、バンク数は1つで
あり、DRAMキャッシュに入力されるアドレスのうち
の上位アドレスにより1つのメモリセルアレイが選択さ
れる。また、上位アドレスは、ブロックデコーダ用アド
レスラッチ回路BAL3でラッチされた後、ブロックデ
コーダ回路BD3に入力され、ブロック選択デコード信
号が出力される。ブロック選択デコード信号は、ロウデ
コーダ回路RD30乃至RD3k-1及びセンスアンプ制御
回路SAC3に入力され、アクセス時に活性化されるメ
モリセルアレイ、ロウデコーダ回路及びn個のセンスア
ンプ回路で構成されたセンスアンプ回路群が1つ選択さ
れる。
In the case of the data memory of the first embodiment,
One memory cell array is selected by the bank selection address. In the case of this embodiment, however, the number of banks is one, and one memory cell array is selected by the upper address of the addresses input to the DRAM cache. Is done. After the upper address is latched by the block decoder address latch circuit BAL3, it is input to the block decoder circuit BD3, and a block selection decode signal is output. Block selection decode signal is input to the row decoder circuit RD3 0 to RD3 k-1 and the sense amplifier control circuit SAC3, constituted by the memory cell array, a row decoder circuit and the n sense amplifier circuits being activated when accessing the sense One amplifier circuit group is selected.

【0081】また、ブロック選択デコード信号は、状態
ビットが保存された状態レジスタSR3に入力される。
本実施例に使用されるDRAMキャッシュの場合、状態
ビットはk個のメモリセルアレイ単位で、シェアド(SH
ARED)、モディファイド(MODIFIED)、エクスクルッシ
ヴ(EXCLUSIVE)及びインヴァリッド(INVALID)の4つ
の状態に対応するために、夫々2ビットずつ設定され、
総計で2kビットが存在する。なお、この状態ビット
は、図21に示すペンティアムプロセッサと同様の状態
遷移をとる。
The block selection decode signal is input to a status register SR3 in which status bits are stored.
In the case of the DRAM cache used in this embodiment, the status bits are shared (SH) in units of k memory cell arrays.
ARED), Modified (MODIFIED), EXCLUSIVE (EXCLUSIVE) and INVALID (INVALID) are set in two bits each to correspond to the four states,
There are 2k bits in total. This state bit takes the same state transition as the Pentium processor shown in FIG.

【0082】一方、下位アドレスは、アドレスラッチ回
路AL3でラッチされた後、ロウデコーダ回路RD30
乃至RD3k-1に入力され、1本のワード線が選択され
る。そして、リード動作時には、メモリセルから読み出
されたn個のデータは、各センスアンプ回路SA30
至SA3n-1でセンス増幅された後、データラッチ回路
DL30乃至DL3n-1に転送される。一方、ライト動作
時には、データラッチ回路DL30乃至DL3n-1からセ
ンスアンプ回路に転送されたn個のデータが選択された
各メモリセルに夫々書き込まれる。なお、センスアンプ
回路SA30乃至SA3n-1及びロウデコーダ回路RD3
0乃至RD3k-1は、夫々センスアンプ制御回路SAC3
又はロウデコーダ制御回路RDC3により制御される。
On the other hand, the lower address is latched by the address latch circuit AL3, and then the row decoder circuit RD3 0
To RD3 k-1 to select one word line. At the time of the read operation, n pieces of data read from the memory cell, after being sense amplifier in the sense amplifier circuit SA3 0 to SA3 n-1, is transferred to the data latch circuit DL3 0 through DL3 n-1 You. On the other hand, during a write operation, respectively are written into the memory cells of n data transferred from the data latch circuit DL3 0 through DL3 n-1 in the sense amplifier circuit is selected. Incidentally, the sense amplifier circuit SA3 0 to SA3 n-1 and row decoder circuit RD3
0 to RD3 k-1 are sense amplifier control circuits SAC3, respectively.
Alternatively, it is controlled by the row decoder control circuit RDC3.

【0083】また、リフレッシュ動作は、本実施例にお
いては、k個のメモリセルアレイ単位で制御される。リ
フレッシュ時には、上位アドレスが状態レジスタに入力
され、状態ビットが読み出される。この状態ビットの値
に応じて、DRAMキャッシュはリフレッシュ動作の有
無が制御される。
In this embodiment, the refresh operation is controlled in units of k memory cell arrays. At the time of refresh, the upper address is input to the status register, and the status bit is read. The presence or absence of a refresh operation of the DRAM cache is controlled according to the value of this status bit.

【0084】図16は本発明の第6の実施例に設けられ
たDRAMキャッシュにおけるリフレッシュ動作を示す
フローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a refresh operation in the DRAM cache provided in the sixth embodiment of the present invention.

【0085】リフレッシュ動作が開始されると(ステッ
プS81)、上位アドレスが状態レジスタSR3に入力
される(ステップS82)。次に、上位アドレスに基づ
いて選択されたメモリセルアレイの状態ビットが判定さ
れる(ステップS83)。その結果、状態ビットがイン
ヴァリッド(INVALID)である場合には、メモリセルの
リフレッシュ動作が行われることなくリフレッシュ動作
が終了する(ステップS85)。一方、状態ビットがエ
クスクルッシヴ(EXCLUSIVE)、シェアド(SHARED)又
はモディファイド(MODIFIED)である場合には、上位ア
ドレスに基づいて選択されたメモリセルアレイ中のメモ
リセルがリフレッシュされ(ステップS84)、その
後、リフレッシュ動作が終了する(ステップS85)。
When the refresh operation is started (step S81), the upper address is input to the status register SR3 (step S82). Next, the state bit of the memory cell array selected based on the upper address is determined (step S83). As a result, when the status bit is INVALID, the refresh operation ends without performing the memory cell refresh operation (step S85). On the other hand, if the status bit is EXCLUSIVE, shared (SHARED), or modified (MODIFIED), the memory cell in the memory cell array selected based on the upper address is refreshed (step S84). Then, the refresh operation ends (step S85).

【0086】図17は第6の実施例に設けられたDRA
Mキャッシュにおけるセルフリフレッシュ動作を示すフ
ローチャートである。
FIG. 17 shows the DRA provided in the sixth embodiment.
5 is a flowchart illustrating a self refresh operation in the M cache.

【0087】セルフリフレッシュ動作が開始されると
(ステップS91)、アドレスが0に初期化される(ス
テップS92)。次いで、上位アドレスが状態レジスタ
SR3に入力される(ステップS93)。次に、上位ア
ドレスに基づいて選択されたメモリセルアレイの状態ビ
ットが判定される(ステップS94)。その結果、状態
ビットがインヴァリッド(INVALID)である場合には、
メモリセルのリフレッシュ動作が行われることなくアド
レスがリフレッシュアドレスカウンタ回路RAC3によ
り+1インクリメントされる(ステップS96)。一
方、状態ビットがエクスクルッシヴ(EXCLUSIVE)、シ
ェアド(SHARED)又はモディファイド(MODIFIED)であ
る場合には、上位アドレスに基づいて選択されたメモリ
セルアレイ中のメモリセルがリフレッシュされ(ステッ
プS95)、その後、リフレッシュアドレスカウンタ回
路RAC3により+1インクリメントされる(ステップ
S96)。
When the self-refresh operation is started (step S91), the address is initialized to 0 (step S92). Next, the upper address is input to the status register SR3 (step S93). Next, the state bit of the memory cell array selected based on the upper address is determined (step S94). As a result, if the status bit is INVALID,
The address is incremented by +1 by the refresh address counter circuit RAC3 without performing the memory cell refresh operation (step S96). On the other hand, when the status bit is EXCLUSIVE, shared (SHARED), or modified (MODIFIED), the memory cell in the memory cell array selected based on the upper address is refreshed (step S95). +1 is incremented by the refresh address counter circuit RAC3 (step S96).

【0088】その後、アドレスが最終アドレスであるか
否かが判定される(ステップS97)。その結果、最終
アドレスでない場合、再び上位アドレスが状態レジスタ
SR3に入力される(ステップS93)。一方、最終ア
ドレスである場合、セルフリフレッシュ動作信号が解除
されているか否かが判定される(ステップS98)。そ
の結果、セルフリフレッシュ動作信号が解除されていな
い場合、再びアドレスが初期化される(ステップS9
2)。一方、セルフリフレッシュ動作信号が解除されて
いる場合、セルフリフレッシュモードが終了する(ステ
ップS99)。
Thereafter, it is determined whether or not the address is the last address (step S97). As a result, if the address is not the final address, the upper address is input to the status register SR3 again (step S93). On the other hand, if it is the last address, it is determined whether or not the self-refresh operation signal has been released (step S98). As a result, if the self-refresh operation signal has not been released, the address is initialized again (step S9).
2). On the other hand, if the self-refresh operation signal has been released, the self-refresh mode ends (step S99).

【0089】図18は第2の実施例に係るメモリ混載マ
イクロコンピュータチップにおいて通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられたときのDRAMキャッシ
ュの動作を示すフローチャートである。
FIG. 18 is a flow chart showing the operation of the DRAM cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the second embodiment.

【0090】本実施例においては、通常モードからスタ
ンバイモードに切り替えられた後(ステップS10
1)、図17に示すセルフリフレッシュ動作が行われる
(ステップS91乃至S99)。
In this embodiment, after the mode is switched from the normal mode to the standby mode (step S10).
1), the self-refresh operation shown in FIG. 17 is performed (steps S91 to S99).

【0091】なお、第6の実施例は、第1の実施例の変
形例であるが、第1の実施例と同様に、シングルCPU
システムに使用されたり、インデックスの方式にダイレ
クトマップ゜方式が採用されたり、ライト動作方式にラ
イトスルー方式が採用されたりしてもよい。
Although the sixth embodiment is a modification of the first embodiment, the single CPU is similar to the first embodiment.
The system may be used, a direct map II system may be adopted as an index system, or a write-through system may be adopted as a write operation system.

【0092】また、第2乃至第5の実施例の夫々につい
ても、第6の実施例と同様に、状態ビットを除いてタグ
メモリがない構造とすることができる。
Further, in each of the second to fifth embodiments, similarly to the sixth embodiment, it is possible to adopt a structure without a tag memory except for the status bits.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
キャッシュ制御回路により状態ビットに関連付けてダイ
ナミックランダムアクセスメモリのリフレッシュ動作が
制御されるので、メモリアクセスが行われていない領域
だけでなく、メモリアクセスが行われた領域についても
リフレッシュ動作を行わないようにすることができる。
従って、キャッシュのライト動作方式に拘わらず、リフ
レッシュ消費電流を低減することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The refresh operation of the dynamic random access memory is controlled by the cache control circuit in association with the status bit, so that the refresh operation is not performed not only in the area where the memory access is not performed but also in the area where the memory access is performed. can do.
Therefore, it is possible to reduce the refresh current consumption regardless of the cache write operation method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係るメモリ混載マイク
ロコンピュータチップを示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a microcomputer chip with embedded memory according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係るメモリ混載マイク
ロコンピュータチップを使用したコンピュータシステム
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a computer system using a microcomputer chip with embedded memory according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例に使用されるタグメモリ
を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a tag memory used in the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例に使用されるデータメモ
リを示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a data memory used in the first embodiment of the present invention.

【図5】第1の実施例に設けられた2次キャッシュにお
けるリフレッシュ動作を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a refresh operation in a secondary cache provided in the first embodiment.

【図6】第1の実施例に設けられた2次キャッシュにお
けるセルフリフレッシュ動作を示すフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart showing a self-refresh operation in a secondary cache provided in the first embodiment.

【図7】第1の実施例に係るメモリ混載マイクロコンピ
ュータチップにおいて通常モードからスタンバイモード
に切り替えられたときの2次キャッシュの動作を示すフ
ローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the memory-embedded microcomputer chip according to the first embodiment.

【図8】ライトスルー方式の2次キャッシュの状態遷移
を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state transition of a write-through secondary cache;

【図9】本発明の第2の実施例に係るメモリ混載マイク
ロコンピュータチップにおいて通常モードからスタンバ
イモードに切り替えられたときの2次キャッシュの動作
を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップにおいてスタンバイモードから
通常モードに切り替えられたときの2次キャッシュの動
作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the standby mode to the normal mode in the memory-embedded microcomputer chip according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップにおいて通常モードからスタン
バイモードに切り替えられたときの2次キャッシュの動
作を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer with embedded memory according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第4の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップにおいて通常モードからスタン
バイモードに切り替えられたときの2次キャッシュの動
作を示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer chip with embedded memory according to the fourth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第5の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップにおいて通常モードからスタン
バイモードに切り替えられたときの2次キャッシュの動
作を示すフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the secondary cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the microcomputer with embedded memory according to the fifth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第6の実施例に係るメモリ混載マイ
クロコンピュータチップを使用したコンピュータシステ
ムを示すブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a computer system using a microcomputer chip with embedded memory according to a sixth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第6の実施例に使用されるDRAM
キャッシュを示すブロック図である。
FIG. 15 shows a DRAM used in a sixth embodiment of the present invention.
It is a block diagram showing a cache.

【図16】本発明の第6の実施例に設けられたDRAM
キャッシュにおけるリフレッシュ動作を示すフローチャ
ートである。
FIG. 16 shows a DRAM provided in a sixth embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a refresh operation in a cache.

【図17】第6の実施例に設けられたDRAMキャッシ
ュにおけるセルフリフレッシュ動作を示すフローチャー
トである。
FIG. 17 is a flowchart showing a self-refresh operation in a DRAM cache provided in a sixth embodiment.

【図18】第2の実施例に係るメモリ混載マイクロコン
ピュータチップにおいて通常モードからスタンバイモー
ドに切り替えられたときのDRAMキャッシュの動作を
示すフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the DRAM cache when the mode is switched from the normal mode to the standby mode in the memory-embedded microcomputer chip according to the second embodiment.

【図19】特開平6−314240号公報に記載された
従来のキャッシュメモリを示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing a conventional cache memory described in JP-A-6-314240.

【図20】ペンティアムプロセッサの2次データキャッ
シュの構造を示す模式図である。
FIG. 20 is a schematic diagram showing a structure of a secondary data cache of the Pentium processor.

【図21】ペンティアムプロセッサの2次データキャッ
シュの状態遷移を示す模式図である。
FIG. 21 is a schematic diagram showing a state transition of a secondary data cache of the Pentium processor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、7、8、17、18;メモリ混載マイクロコンピュ
ータチップ 2;CPU 3;2次キャッシュ 4;2次キャッシュ制御回路 5;2次キャッシュタグメモリ 6;2次キャッシュデータメモリ 9、19;メインメモリ 10;周辺デバイス 11、21;システムバス WL10、WL11、WL1m-2、WL1m-1、WL20
WL21、WL2m-2、WL2m-1、WL30、WL31
WL3m-2、WL3m-1;ワード線 BL10、BL11、BL1l-2、BL1l-1、BL20
BL21、BL2n-2、BL2n-1、BL30、BL31
BL3n-2、BL3n-1;ビット線 SA10、SA11、SA1l-2、SA1l-1、SA20
SA21、SA2n-2、SA2n-1、SA30、SA31
SA3n-2、SA3n-1;センスアンプ回路 DL10、DL11、DL1l-2、DL1l-1、DL20
DL21、DL2n-2、DL2n-1、DL30、DL31
DL3n-2、DL3n-1;データラッチ回路 RD1、RD20、RD21、RD2k-2、RD2k-1、R
D30、RD31、RD3k-2、RD3k-1;ロウデコーダ
回路 AL1、AL2、BAL2、AL3、BAL3;アドレ
スラッチ回路 RDC1、RDC2、RDC3;ロウデコーダ制御回路 SAC1、SAC2、SAC3;センスアンプ制御回路 RAC1、RAC2、RAC3;リフレッシュアドレス
カウンタ回路 BD2;バンクレコーダ回路 BD3;ブロックデコーダ回路 SR3;状態レジスタ
1, 7, 8, 17, 18; microcomputer chip with embedded memory 2, CPU 3, secondary cache 4, secondary cache control circuit 5, secondary cache tag memory 6, secondary cache data memory 9, 19; main memory 10; peripheral devices 11 and 21; the system bus WL1 0, WL1 1, WL1 m -2, WL1 m-1, WL2 0,
WL2 1, WL2 m-2, WL2 m-1, WL3 0, WL3 1,
WL3 m-2, WL3 m- 1; word lines BL1 0, BL1 1, BL1 l -2, BL1 l-1, BL2 0,
BL2 1, BL2 n-2, BL2 n-1, BL3 0, BL3 1,
BL3 n-2, BL3 n- 1; bit line SA1 0, SA1 1, SA1 l -2, SA1 l-1, SA2 0,
SA2 1, SA2 n-2, SA2 n-1, SA3 0, SA3 1,
SA3 n-2, SA3 n- 1; sense amplifier circuit DL1 0, DL1 1, DL1 l -2, DL1 l-1, DL2 0,
DL2 1, DL2 n-2, DL2 n-1, DL3 0, DL3 1,
DL3 n-2, DL3 n- 1; data latch circuit RD1, RD2 0, RD2 1, RD2 k-2, RD2 k-1, R
D3 0, RD3 1, RD3 k -2, RD3 k-1; row decoder circuit AL1, AL2, BAL2, AL3, BAL3; address latch circuit RDC1, RDC2, RDC3; row decoder control circuit SAC1, SAC2, SAC3; sense amplifier Control circuit RAC1, RAC2, RAC3; refresh address counter circuit BD2; bank recorder circuit BD3; block decoder circuit SR3; status register

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ダイナミックランダムアクセスメモリを
備えたキャッシュと、このキャッシュ内のアドレスの状
態ビットに関連付けて前記ダイナミックランダムアクセ
スメモリのリフレッシュ動作を制御するキャッシュ制御
回路と、を有することを特徴とする半導体集積回路装
置。
1. A semiconductor, comprising: a cache having a dynamic random access memory; and a cache control circuit for controlling a refresh operation of the dynamic random access memory in association with a status bit of an address in the cache. Integrated circuit device.
【請求項2】 前記キャッシュ制御回路は、前記状態ビ
ットが前記キャッシュの有効を示しているときに前記ダ
イナミックランダムアクセスメモリのリフレッシュ動作
を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回
路装置。
2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein said cache control circuit performs a refresh operation of said dynamic random access memory when said status bit indicates that said cache is valid. .
【請求項3】 前記キャッシュ制御回路は、前記状態ビ
ットが外部のメインメモリに記憶されたデータと前記ダ
イナミックランダムアクセスメモリとが一致していない
ことを示したときに前記ダイナミックランダムアクセス
メモリのリフレッシュ動作を行うことを特徴とする請求
項1に記載の半導体集積回路装置。
3. The refresh operation of the dynamic random access memory when the status bit indicates that data stored in an external main memory does not match the dynamic random access memory. 2. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein:
【請求項4】 前記キャッシュ制御回路は、前記状態ビ
ットが外部のメインメモリに記憶されたデータと前記ダ
イナミックランダムアクセスメモリとが一致しているこ
とを示したときに前記状態ビットを前記キャッシュの無
効を示すように変更することを特徴とする請求項3に記
載の半導体集積回路装置。
4. The cache control circuit, when the status bit indicates that data stored in an external main memory and the dynamic random access memory match, invalidates the status bit of the cache. The semiconductor integrated circuit device according to claim 3, wherein the semiconductor integrated circuit device is changed to indicate the following.
【請求項5】 前記キャッシュのブロック配置方式は、
2ウェイ・セットアソシエイティブ方式であることを特
徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体
集積回路装置。
5. The cache block arrangement method according to claim 1,
5. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the semiconductor integrated circuit device employs a two-way set associative method.
【請求項6】 前記リフレッシュ動作は、前記キャッシ
ュのラインアドレス単位で行われることを特徴とする請
求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体集積回路装
置。
6. The semiconductor integrated circuit device according to claim 1, wherein the refresh operation is performed for each line address of the cache.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015503160A (en) * 2011-11-30 2015-01-29 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッドAdvanced Micro Devices Incorporated DRAM cache with tags and data stored together in physical rows

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015503160A (en) * 2011-11-30 2015-01-29 アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッドAdvanced Micro Devices Incorporated DRAM cache with tags and data stored together in physical rows
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