JP2645199B2 - キャッシュ・メモリ・システム - Google Patents

キャッシュ・メモリ・システム

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JP2645199B2 JP4019320A JP1932092A JP2645199B2 JP 2645199 B2 JP2645199 B2 JP 2645199B2 JP 4019320 A JP4019320 A JP 4019320A JP 1932092 A JP1932092 A JP 1932092A JP 2645199 B2 JP2645199 B2 JP 2645199B2
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    • G06F12/08Addressing or allocation; Relocation in hierarchically structured memory systems, e.g. virtual memory systems
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、キャッシュ(Cach
e)メモリのヒット(Hit)信号を得る部分を改良し
たキャッシュ・メモリ・システムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のキャッシュ・メモリ・システムの
要部の一例を図3に示す。なお、キャッシュ・メモリ
は、例えばRAM等において、その一部を、データ取り
出ししやすいところに配置しておくもので、ヒット信号
が検出レベルになったときは、キャッシュ・メモリから
迅速にデータを取り出し、いちいち本体のRAMをアク
セスしなくても済むようにしたものである。キャッシュ
・メモリは、アドレス検出を行うタグ(TAG)の部分
と、欲しいデータを取り出すデータ部があるが、図3
は、上記タグの部分を示す。
【0003】図3の構成では、タグのメモリ・コア部1
から読み出された小振幅の信号は、センスアンプ2で、
まずCMOSレベルに増幅される。その後CMOSレベ
ルのコンパレータ3a、3bで、外部端子5からの信号
(アドレス)と比較され、結果がタグのマッチ信号(ヒ
ット信号に相当するが、その前段階の信号)として、ヒ
ット・ロジック(論理回路)4に入力される。ヒット・
ロジック4では、入力されたタグのマッチ信号とコント
ロール・ビット1cの信号とにより、CMOSレベルで
論理を取り、端子7からヒット信号を得る。ここで1a
はアドレスの上位側ビット、1bは下位側ビットの領域
を示す。
【0004】上記従来のキャッシュ・メモリ・システム
では、センスアンプ2でCMOSレベル(電源電圧範囲
でフルスイング)に増幅した後、コンパレータ3a、3
b、ヒット・ロジック4を通るため、CMOSロジック
の速度(大振幅のため低速)と、通過するゲートの段数
で、ヒット信号が生成されるまでの遅延時間が決まって
しまう。またCMOSロジックでは、ヒット検出のため
の、多入力のOR論理がとりにくい。またコンパレータ
3a、3b等とか、ヒット・ロジック4での配線が長く
なった場合、大振幅信号を扱うCMOSロジックでは、
配線容量の影響が、信号伝搬遅延時間の増加を招く原因
となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、高速にヒット信号が得られるキャッシュ・メモリ・
システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段と作用】本発明は、キャッ
シュ・メモリのタグ(TAG)のメモリ内に保持され電
源電圧よりも小さい第1の振幅で読み出される第1のデ
ータと前記キャッシュ・メモリの外部から入力されるデ
ータとの比較を行う比較器と、前記比較器から出力され
る第2の振幅の信号をレベルシフトするエミッタフォロ
ワと、前記エミッタフォロワからの出力信号がベースに
入力されコレクタが前記電源電圧に接続された第1のバ
イポーラトランジスタを各ビット毎に備え、これら第1
のバイポーラトランジスタのエミッタがエミッタ・ドッ
ト・ラインに共通に接続されたOR回路と、コレクタが
負荷を通して前記電源電圧に接続され、ベースに基準電
圧が入力され、エミッタが前記エミッタ・ドット・ライ
ンに接続された第2のバイポーラトランジスタを有し、
この第2のバイポーラトランジスタのコレクタからヒッ
ト信号を得るヒット検出回路と、前記キャッシュ・メモ
リのタグのメモリ内に保持され電源電圧よりも小さい第
1の振幅で読み出されるコントロール・ビットである第
2のデータを第2の振幅を持つ信号に変換する読み出し
回路と、前記読み出し回路の出力信号と前記ヒット検出
回路で得られるヒット信号との論理をとるヒット論理回
路とを具備したことを特徴とする。
【0007】すなわち本発明では、ECLレベル等の小
振幅信号で読み出し動作の大部分を行わせることができ
るため、高速動作が可能となる。またOR論理を取ると
き、多分岐のバイポーラトランジスタの並列回路が容易
に構成できるため、高速なロジック回路が非常に組みや
すくなる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は同実施例の構成図であるが、これは図3
のものと対応させた場合の例であるから、対応箇所には
同一符号を用いる。
【0009】図1のものは、タグのメモリ・コア部1
と、タグのメモリから読み出された信号を、小振幅(例
えば0.2V)のまま外部信号Din(例えばCMOS
振幅レベル)と比較し、ECLレベルのタグのマッチ信
号を出力するECLレベル・コンパレータ11(例えば
11aはアドレス上位ビット側、11bはアドレス下位
ビット側)と、タグのマッチ信号とコントロール・ビッ
ト1cからのコントロール信号との論理をとるECLレ
ベル・ヒット・ロジック4と、CMOSレベルのヒット
信号を得るため、ECLレベルからCMOSレベルへの
変換を行う変換器12とで構成されている。
【0010】図1で、13a、13bはコンパレータ、
14a、14bはECLレベル・ヒット検出回路、15
は、メモリ1からのコントロール信号をECLレベル
(例えば0.8V振幅)の信号として読み出す読み出し
回路、16は、例えばアドレス下位ビットの比較結果を
無視するか否かを決めるためのOR回路、17は両入力
の論理積をとってECLレベルのヒット信号を得るAN
D回路である。
【0011】図2は図1の具体的一回路例で、ここでは
アドレス下位ビット系を主に示している。ここで21は
メモリセル、B、/B(図ではバーは頂部にある)は、
ビット線、反転ビット線、Wはワード線である。コンパ
レータ13bは、トランスファーゲート22〜25、N
PN型トランジスタ26、27、抵抗28、定電流源2
9、電源30(例えば3.3〜5V)を有する。31の
部分はセンスアンプを構成している。
【0012】ヒット検出回路14bは、NPNトランジ
スタ34、定電流源37〜38、抵抗39などで構成さ
れている。40は、電流切り替えスイッチ構成のOR回
路を構成するエミッタ・ドット・ラインである。Vre
fは、トランジスタ32〜33のベース入力と比較する
ための基準電圧である。すなわちキャッシュ・メモリ1
の1アドレスは複数ビットよりなるから、トランジスタ
32〜33はそのビット数分だけ並列配置され、これら
のベース(符号41で示される部分)には、それぞれの
対応ビットからコンパレータ(13b相当)を介してO
R論理入力がそれぞれ与えられる。
【0013】OR回路16は、トランジスタ42〜4
4、抵抗45、46、定電流源47で構成されている。
トランジスタ42、43は、ベースに論理入力が与えら
れる部分で、符号48は、図1の変換器15の出力部に
相当する。Vrは、各論理入力と比較する基準電圧であ
る。
【0014】ECL−CMOSレベル変換器12は、バ
イポーラトランジスタ49、50、定電流源51、5
2、PチャネルMOSトランジスタ53、54、カレン
トミラー構成のNチャネルMOSトランジスタ55、5
6、インバータ57で構成されている。ここでバイポー
ラトランジスタ回路の部分は、ECLレベルによる中間
レベルのスイング動作であり、CMOSトランジスタ回
路の部分は、CMOSレベルによる電源電圧間のフルス
イング動作をしている。
【0015】次に上記構成の動作を説明する。まず、タ
グのメモリセル21から読み出された小振幅の信号は、
外部データDinでコントロールされるトランスファゲ
ート22〜25をとうり、差動対26、27の各ベース
に入力されることでDinと比較され、ECLレベルの
比較結果を出力する。例えば、メモリセル21のワード
線Wによって開いたセル21内のデータが“1”(高レ
ベル)とすると、反転ビット線/Bよりもビット線Bの
ほうが高電位になる。このときDinとして“1”が入
力されているとすると、トランスファゲート24、25
が導通となり、差動対のトランジスタ27がオン、トラ
ンジスタ26がオフとなって、コンパレータ13bから
ECLレベルの低レベルが導出される。
【0016】逆に、外部信号Dinとして“0”が入力
されていると、トランスファゲート22、23がオンと
なり、差動対のトランジスタ26がオン、トランジスタ
27がオフになる。この時コンパレータ13bからはE
CLレベルの高レベルが出力されることになる。
【0017】読み出されたセル21内のデータが“0”
ならば、反転ビット線/Bのほうがビット線Bよりも高
電位となり、この場合も同様に、トランスファゲート2
2〜25で切り替えられ、コンパレータ13bの比較結
果の出力は、Dinが、“0”のときに低レベル、
“1”のときには高レベルとなる。
【0018】つまり、コンパレータ13bからは、セル
21のデータとDinが一致したときは低、一致しなか
ったときは高のECLレベルの比較結果が出力されるこ
とになる。
【0019】次に、アドレスの各ビットから出力された
結果は、各ビットごとに、トランジスタ60と定電流源
36とからなるエミッタフォロワでレベルシフトされ
る。これにより、システムの要求により必要となる各ビ
ットごとの比較結果を読み出すことが可能になる。さら
に、トランジスタ32〜33とエミッタ・ドット・ライ
ンで全ビットまとめられ、ECLレベル・ヒット検出回
路14bからのタグのマッチ信号を発生する。つまり、
回路14bの出力は、各セル(各21に相当)のデータ
とDinとが、全ビットにわたって一致したときのみ低
レベルとなる。
【0020】さらに、ECLレベル・ヒット・ロジック
16で、タグのマッチ信号(この場合はアドレス下位ビ
ット側のみ)の有効/無効を決定するコントロール信号
(端子48の信号)との論理がとられ、小振幅の最終的
なヒット信号が得られる。このヒット信号は、変換器1
2によってCMOSレベルに変換され、出力端子7から
CMOSレベルのヒット信号が得られるものである。
【0021】上記構成のキャッシュ・メモリ・システム
においては、大部分の動作を、電源電圧より低い中間レ
ベル(ここではECLレベル)つまり小振幅信号で行う
ため、またバイポーラトランジスタによる電流切り替え
スイッチなどを介して行うため、高速な動作が可能とな
る。またコンパレータ部、ヒット・ロジック部での配線
長が長くなっても、小振幅信号の動作だから、その配線
容量の影響は少ない。また論理をECL方式でとるた
め、多段積み論理などのECL手法が利用でき、ゲート
段数削減による高速化が可能になる。しかもOR回路1
6などにおいては。バイポーラトランジスタの並列回路
を用いているため、論理入力の多数化が容易にでき、論
理回路が作りやすくなる。
【0022】なお、本発明は実施例のみに限られず、種
々の応用が可能である。例えば、実施例ではECLレベ
ルで動作説明を行ったが、ECL方式での論理がとれる
範囲においては、任意の信号レベルおよび振幅を用いて
も同様な効果が得られる。また上記では、図1ではアド
レスを、上位側アドレスと下位側アドレスに分け、下位
側アドレスを有効/無効とする手法をとったが、このや
り方のみに限られない。要は、図1、図2のみの回路に
限られず、種々の回路構成を取ることができる。また本
発明でいう第3の振幅は、第2の振幅のみに限られない
ために使用している用語である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したごとく本発明によれば、高
速にヒット信号が得られ、回路が作りやすいなどの利点
を有したキャッシュ・メモリ・システムが提供できるも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図。
【図2】同実施例の具体例の回路図。
【図3】従来のキャッシュ・メモリ・システムの構成
図。
【符号の説明】
1…タグのメモリ・コア部、4…ECLレベル・ヒット
・ロジック、5…外部信号(アドレス)端子、7…ヒッ
ト信号取り出し端子、11…コンパレータ、12…EC
L−CMOSレベル変換器、14a、14b…ECLレ
ベル・ヒット検出回路、15…ECLレベル変換器、4
0…エミッタ・ドット・ライン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キャッシュ・メモリのタグ(TAG)のメ
    モリ内に保持され電源電圧よりも小さい第1の振幅で読
    み出される第1のデータと前記キャッシュ・メモリの外
    部から入力されるデータとの比較を行う比較器と、 前記比較器から出力される第2の振幅の信号をレベルシ
    フトするエミッタフォロワと、 前記エミッタフォロワからの出力信号がベースに入力さ
    れコレクタが前記電源電圧に接続された第1のバイポー
    ラトランジスタを各ビット毎に備え、これら第1のバイ
    ポーラトランジスタのエミッタがエミッタ・ドット・ラ
    インに共通に接続されたOR回路と、 コレクタが負荷を通して前記電源電圧に接続され、ベー
    スに基準電圧が入力され、エミッタが前記エミッタ・ド
    ット・ラインに接続された第2のバイポーラトランジス
    を有し、この第2のバイポーラトランジスタのコレク
    タからヒット信号を得るヒット検出回路と、 前記キャッシュ・メモリのタグのメモリ内に保持され電
    源電圧よりも小さい第1の振幅で読み出されるコントロ
    ール・ビットである第2のデータを第2の振幅を持つ信
    号に変換する読み出し回路と、 前記読み出し回路の出力信号と前記ヒット検出回路で得
    られるヒット信号との論理をとるヒット論理回路と を具
    備したことを特徴とするキャッシュ・メモリ・システ
    ム。
  2. 【請求項2】少なくとも前記ヒット検出回路とヒット論
    理回路は、ECL(エミッタ・カップルド・ロジック)
    ゲートを含むことを特徴とする請求項1に記載のキャッ
    シュ・メモリ・システム。
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