JP2660489B2 - Semiconductor storage device - Google Patents

Semiconductor storage device

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JP2660489B2
JP2660489B2 JP21918494A JP21918494A JP2660489B2 JP 2660489 B2 JP2660489 B2 JP 2660489B2 JP 21918494 A JP21918494 A JP 21918494A JP 21918494 A JP21918494 A JP 21918494A JP 2660489 B2 JP2660489 B2 JP 2660489B2
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、半導体記憶装置に関
し、特に、メインメモリおよびキャッシュメモリを同一
チップ上に集積化し、入出力線の部分に特徴を有する半
導体記憶装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来より、コンピュータシステムのコス
トパフォーマンスを向上させるために、低速で大容量、
したがって低コストのDRAMで構成したメインメモリ
と、中央演算処理装置(CPU)との間に、高速のバッ
ファとして小容量の高速メモリを設けることがよく行な
われている。この高速のバッファは、キャッシュメモリ
と呼ばれ、CPUが必要とする可能性が高いデータのブ
ロックが、メインメモリからコピーされて記憶されてい
る。 【0003】CPUがアクセスしようとしたDRAMの
アドレスに記憶されているデータがキャッシュメモリに
存在するときはヒットと呼ばれ、CPUが高速のキャッ
シュメモリに対してアクセスする。 【0004】一方、CPUがアクセスしようとしたアド
レスに記憶されているデータがキャッシュメモリに存在
しないときは、キャッシュミスと呼ばれ、CPUが低速
のメインメモリにアクセスすると同時に、そのデータの
属するブロックをキャッシュメモリに転送する。 【0005】しかしながら、このようなキャッシュメモ
リシステムは、高価な高速メモリを必要とするので、コ
ストを重視する小型のシステムでは使用することができ
なかった。そこで、従来は、汎用のDRAMが有してい
るページモードまたはスタティックコラムモードを利用
して簡易キャッシュシステムを構成していた。 【0006】図5は、ページモードまたはスタティック
コラムモードの実行が可能な従来のDRAM素子の基本
構成を示すブロック図である。 【0007】図5において、メモリセルアレイ1には、
複数のワード線および複数のビット線対が互いに交差す
るように配置されており、それらの各交点にメモリセル
が設けられている。 【0008】メモリセルアレイ1のワード線は、ワード
ドライバ2を介して行デコーダ部3に接続されている。
また、メモリセルアレイ1のビット線対は、センスアン
プ部4およびI/Oスイッチ部5を介して列デコーダ部
6に接続されている。 【0009】行デコーダ部3には、行アドレスバッファ
7が接続され、列デコーダ部6には列アドレスバッファ
8が接続されている。これらの行アドレスバッファ7お
よび列アドレスバッファ8には、行アドレス信号RAお
よび列アドレス信号CAをマルチプレクスしたマルチプ
レクスアドレス信号MPXAが与えられる。さらに、I
/Oスイッチ部5には、出力バッファ9および入力バッ
ファ10が接続されている。 【0010】図6の(A),(B),(C)にそれぞれ
DRAMの通常の読出サイクル、ページモードサイクル
およびスタティックコラムモードサイクルの動作波形図
を示す。 【0011】図6の(A)に示す通常の読出サイクルに
おいては、まず、行アドレスバッファ7が、行アドレス
ストローブ信号/RASの降下エッジでマルチプレクス
アドレス信号MPXAを取込んで、行アドレス信号RA
として行デコーダ部3に与える。 【0012】行デコーダ部3は、その行アドレス信号R
Aに応じて、複数のワード線のうち1本を選択する。こ
れにより、この選択されたワード線に接続された複数の
メモリセル内の情報が各ビット線に読出され、その情報
がセンスアンプ部4により検知、増幅される。この時点
で、1行分のメモリセルの情報がセンスアンプ部4にラ
ッチされている。 【0013】次に、列アドレスバッファ8が、コラムア
ドレスストローブ信号/CASの降下エッジでマルチプ
レクスアドレス信号MPXAを取込んで、列アドレス信
号CAとして列デコーダ部6に与える。 【0014】列デコーダ部6は、その列アドレス信号C
Aに応じて、センスアンプ部4にラッチされている1行
分の情報のうち1つを選択する。この選択された情報
は、I/Oスイッチ部5および出力バッファ9を介して
出力データDOUT として外部に取出される。 【0015】この場合のアクセスタイム(/RASタイ
ム)tRAC は、ロウアドレスストローブ信号/RASの
降下エッジから出力データDOUT が有効となるまでの時
間である。また、この場合のサイクルタイムtC は、素
子がアクティブ状態となっている時間と、/RASプリ
チャージ時間tRPとの和となり、標準的な値としては、
RAC =100nsの場合でtC =200nsとなって
いる。 【0016】図6の(B)および(C)に示すページモ
ードおよびスタティックコラムモードは、同一行上のメ
モリセルを列アドレス信号CAを変化させてアクセスす
るものである。 【0017】ページモードにおいては、コラムアドレス
ストローブ信号/CASの降下エッジで列アドレス信号
CAをラッチする。スタティックコラムモードにおいて
は、スタティックRAM(SRAM)のように列アドレ
ス信号CAの変化のみでアクセスする。 【0018】ページモードおよびスタティックコラムモ
ードの/CASアクセスタイムtCA C およびアドレスア
クセスタイムtAAは、/RASアクセスタイムtRAC
ほぼ1/2の値となり、tRAC =100nsに対して5
0ns程度となる。 【0019】この場合、サイクルタイムも高速になり、
ページモードの場合は/CASプリチャージ時間tCP
値によるが、スタティックコラムモードと同様の50n
s程度の値が得られている。 【0020】図7は、図5のDRAM素子のページモー
ドあるいはスタティックコラムモードを利用した簡易キ
ャッシュシステムの構成を示すブロック図である。ま
た、図8は、図7の簡易キャッシュシステムの動作波形
図である。 【0021】図7において、メインメモリ20は、1M
×1構成の8個のDRAM素子21により1Mバイトに
構成されている。この場合、行アドレス信号RAと、列
アドレス信号CAとは合計20ビット(220=1048
576=1M)必要となる。 【0022】アドレスマルチプレクサ22は、10ビッ
トの行アドレス信号RAと、10ビットの列アドレス信
号CAとを2回に分けてメインメモリ20に与えるもの
である。このアドレスマルチプレクサ22は、20ビッ
トのアドレス信号を受ける20本のアドレス線A0 〜A
19と、マルチプレクスされた10ビットのアドレス信号
(マルチプレクスアドレス信号MPXA)をDRAM素
子21に与える10本のアドレス線A0 〜A9 とを有し
ている。 【0023】アドレスジェネレータ23は、CPU24
が必要とするデータに対応するアドレス信号を発生す
る。ラッチ(TAG)25は、前のサイクルで選択され
たデータに対応する行アドレス信号RAを保持してい
る。 【0024】コンパレータ26は、20ビットのアドレ
ス信号のうち10ビットの行アドレス信号RAと、TA
G25に保持されている行アドレス信号RALとを比較
する。両者が一致すれば、前のサイクルと同じ行がアク
セスされた(ヒットした)ことになり、コンパレータ2
6は高レベルのキャッシュヒット(Cache Hi
t)信号CHを発生する。 【0025】ステートマシン27は、キャッシュヒット
信号CHに応答して、ロウアドレスストローブ信号/R
ASを低レベルに保ったままコラムアドレスストローブ
信号/CASをトグルするページモード制御を行なう。
それに応答して、アドレスマルチプレクサ22は、DR
AM素子21に列アドレス信号CAを与える(図8参
照)。 【0026】このようにヒットした場合には、DRAM
素子21からアクセスタイムtCACで高速に出力データ
が得られることになる。 【0027】一方、アドレスジェネレータ23から発生
された行アドレス信号RAと、TAG25が保持してい
た行アドレス信号RALとが不一致のときは、前のサイ
クルと異なる行がアクセスされた(キャッシュミスし
た)ことになる。この場合、コンパレータ26は、高レ
ベルのキャッシュヒット信号CHを発生しない。 【0028】この場合、ステートマシン27は、通常の
読出サイクルの/RASおよび/CAS制御を行ない、
アドレスマルチプレクサ22は、行アドレス信号RAお
よび列アドレス信号CAを順にDRAM素子21に与え
る(図8参照)。 【0029】このようにキャッシュミスした場合には、
/RASのプリチャージから始まる通常の読出サイクル
を行ない、低速のアクセスタイムtRAC で出力データが
得られることになるので、ステートマシン27は、ウエ
イト信号Waitを発生し、CPU24に待機をかけ
る。 【0030】キャッシュミスの場合は、TAG25に新
しい行アドレス信号RAが保持される。 【0031】このように、図7の簡易キャッシュシステ
ムにおいては、DRAM素子のメモリセルアレイの1行
分(1Mビット素子の場合は1024ビット)のデータ
が1ブロックとなる。このため、図7の簡易キャッシュ
システムは、ブロックサイズが不必要に大きく、TAG
25に保持されるブロック数(エントリ数)が不足する
(図7のシステムでは1エントリ)ことになり、キャッ
シュのヒット率が低いという問題があった。 【0032】なお、その他の従来例として、米国特許第
4,577,293号に開示されたような簡易キャッシ
ュシステムもある。この簡易キャッシュシステムは、1
行分のデータを保持するレジスタをメモリセルアレイ外
に設け、ヒットした場合は直接このレジスタからデータ
を取出すことによりアクセスの高速化を図ったものであ
る。 【0033】しかしながら、この特許公報に開示された
簡易キャッシュシステムも、外部レジスタはメモリセル
アレイの1行分のデータを保持するものである。このた
め、この簡易キャッシュシステムも、ブロックサイズが
不必要に大きく、図5および図7に示す従来例と同様
に、キャッシュのヒット率が低いという問題を生じる。 【0034】そこで提案されたのが、図9に示すキャッ
シュメモリ内蔵DRAM素子である。 【0035】このDRAM素子が図5のDRAM素子と
異なるのは以下の点にある。すなわち、DRAMメモリ
セルアレイ1は、そのアドレス空間上で複数のメモリセ
ルからなる複数のブロックに分割されている。図9にお
いては、4つのブロックB1〜B4に分割されている。 【0036】そして、センスアンプ部4と、I/Oスイ
ッチ部5との間にトランスファゲート部11およびSR
AMメモリセルアレイ12が設けられ、さらに、ブロッ
クデコーダ13およびウエイデコーダ14が設けられて
いる。 【0037】ブロックデコーダ13には、ブロック数に
応じて列アドレスバッファ8から列アドレス信号CAの
一部が供給されるが、その活性化はキャッシュヒット信
号CHにより制御される。 【0038】また、ウエイデコーダ14には、ウエイア
ドレスバッファ15を介してウエイアドレス信号WAが
与えられる。ウエイデコーダ14は、ウエイアドレス信
号WAに応じてSRAMメモリセルアレイ12のワード
線を選択駆動する。 【0039】図10は、図9のDRAM素子の一部の構
成を詳細に示した図である。図10において、センスア
ンプ部4、トランスファゲート部11、SRAMメモリ
セルアレイ12、I/Oスイッチ部および列デコーダ部
6は、DRAMメモリセルアレイ1の複数のビット線対
BL,/BLに対応して、それぞれ複数のセンスアンプ
40、トランスファゲート110、SRAMメモリセル
120、I/Oスイッチ50および列デコーダ60から
なる。 【0040】また、DRAMメモリセルアレイ1の各ブ
ロックに対応してブロックデコーダ13が配置されてい
る。各センスアンプ40は、各ビット線対BL,/BL
間に接続されている。そして、各ビット線対BL,/B
Lは、NチャネルMOSFETQ1,Q2からなるトラ
ンスファゲート110を介して、SRAMメモリセルア
レイ12のビット線対SBL,/SBLに接続されてい
る。 【0041】SRAMメモリセルアレイ12のビット線
対SBL,/SBLは、NチャネルMOSFETQ3,
Q4を介して、それぞれI/OバスI/O,/I/Oに
接続されている。 【0042】トランスファゲート110のMOSFET
Q1,Q2のゲートには、ブロックデコーダ13により
各ブロックごとに共通の転送信号が与えられる。また、
各I/Oスイッチ50のMOSFETQ3,Q4のゲー
トには、対応する列デコーダ60によりコラム選択信号
が与えられる。 【0043】このDRAM素子においては、ブロックデ
コーダ13が各ブロックに対応するトランスファゲート
110に転送信号を与えることにより、DRAMメモリ
セルアレイ1からブロック単位で同一行上のデータがS
RAMメモリセルアレイ12に転送される。 【0044】ウエイデコーダ14によりSRAMメモリ
セルアレイ12のワード線W1 〜W n のいずれかが選択
されると、そのワード線に接続されたSRAMメモリセ
ル120に記憶されたデータが各ビット線対SBL,/
SBL上に読出される。 【0045】ビット線対SBL,/SBL上に読出され
たデータは、列デコーダ60からI/Oスイッチ50に
コラム選択信号が与えられることによって、I/Oバス
I/O,/I/Oに読出される。 【0046】このDRAM素子によると、複数列の1行
のデータを1つのデータブロックとして、異なる行上の
複数のデータブロックが複数のSRAMメモリセル12
0に保持される上に、同一列の異なる行上のデータブロ
ックが同時にSRAMメモリセルアレイ12上に保持さ
れる(アソシアティビティ)。 【0047】したがって、このSRAMメモリセルアレ
イをキャッシュメモリとして利用すれば、データのエン
トリ数を増すことができ、その結果、キャッシュのヒッ
ト率を向上することができる。 【0048】さらに、SRAMメモリセルアレイ12の
ワード線W1 〜Wn を非活性状態に保っておけば、DR
AMメモリセルアレイ1への書込動作時およびDRAM
メモリセルアレイ1からの読出動作時にも、キャッシュ
メモリへの転送を行なわない構成が可能となり、キャッ
シュメモリシステムへの応用に自由度が増すという利点
が生じる。 【0049】図11は、図9のDRAM素子を利用した
簡易キャッシュシステムの構成を示すブロック図であ
る。 【0050】図11において、メインメモリ30は、1
M×1構成の8個のDRAM素子31により1Mバイト
に構成されている。 【0051】図11のメモリシステムが図7のメモリシ
ステムと相違するのは、DRAM素子31のブロック分
けの数およびSRAMメモリセルアレイ12のワード線
の本数(セット数)に対応してTAG25およびコンパ
レータ26の数が増加している点、および、コンパレー
タ26からの出力であるキャッシュヒット信号CHおよ
びウエイアドレス信号WAがDRAM素子31に入力さ
れている点である。ここでは、ウエイアドレス信号は2
ビットである。 【0052】図11の簡易キャッシュシステムの動作を
従来の簡易キャッシュシステムの説明で用いた図6の
(A)〜(C)および図12の動作波形図を参照しなが
ら説明する。 【0053】TAG25には、各ブロック別に最も新し
いサイクルで選択された行に対応する行アドレスが複数
組キャッシュ用アドレスセットとして保持されている。
ここでは、ウエイアドレス信号として2ビットを考えて
いるので、4組の行アドレスが保持されている。 【0054】したがって、ブロック数を4とすると、1
6組のアドレスセットがTAG25に記憶されているこ
とになる。また、よく使用されるアドレスの組を固定的
にTAG25に保持させておいてもよい。 【0055】まず、CPU24が必要とするデータに対
応するアドレス信号をアドレスジェネレータ23が発生
する。コンパレータ26は、20ビットのアドレス信号
のうち10ビットの行アドレス信号RAおよび列アドレ
ス信号CAのうちブロック分けに相当する複数ビット
(図9に示す例では2ビット)と、TAG25に保持さ
れたアドレスセットとを比較する。 【0056】そして、両者が一致すれば、キャッシュに
ヒットしたことになり、コンパレータ26は高レベルの
キャッシュヒット信号CHおよびヒットしたブロックの
ウエイアドレス信号WAを発生する。 【0057】ステートマシン27は、このキャッシュヒ
ット信号CHに応答して、ロウアドレスストローブ信号
/RASを低レベルに保ったままコラムアドレスストロ
ーブ信号/CASをトグルする。そして、それに応答し
て、アドレスマルチプレクサ22は、DRAM素子31
に10ビットの列アドレス信号CAを与える(図12参
照)。 【0058】このとき、DRAM素子31においては、
図9に示したように、キャッシュヒット信号CHによる
制御により、列アドレス信号CAはブロックデコーダ1
3には供給されない。 【0059】したがって、DRAMメモリセルアレイ1
と、SRAMメモリセルアレイ12とは分離された状態
を保つ。そして、ウエイアドレス信号WAに対応した1
行分のSRAMメモリセル120から各ビット線対SB
L,/SBL上にデータが読出される。 【0060】また、列アドレス信号CAに応じたI/O
スイッチ50が、列デコーダ60によって導通状態にさ
れる。これにより、列アドレス信号CAおよびウエイア
ドレス信号WAに対応するSRAMメモリセル120内
のデータが、I/OバスI/O,/I/Oおよび出力バ
ッファ9を介して出力される。このようにヒットした場
合には、SRAMメモリセル120からページモードの
ようにアクセスタイムtCAC で高速に出力データが得ら
れることになる。 【0061】一方、アドレスジェネレータ23から発生
されたアドレス信号と、TAG25に保持されたキャッ
シュ用アドレスセットとが不一致のときは、キャッシュ
ミスしたことになり、コンパレータ26は高レベルのキ
ャッシュヒット信号CHを発生しない。 【0062】この場合、ステートマシン27は、通常の
読出サイクルの/RASおよび/CAS制御を行ない、
アドレスマルチプレクサ22は行アドレス信号RAおよ
び列アドレス信号CAを順にDRAM素子31に供給す
る(図12参照)。 【0063】このようにキャッシュミスした場合には、
低速のアクセスタイムtRAC で出力データが得られるこ
とになるので、ステートマシン27はウエイト信号Wa
itを発生し、CPU24に待機をかける。 【0064】キャッシュミスの場合は、そのときにアク
セスされたメモリセルを含むブロックのデータが、ブロ
ックデコーダ13により導通状態とされるトランスファ
ゲート110を介して、DRAMメモリセルアレイ1の
ビット線BL,/BLから、ウエイアドレス信号WAに
より選択されたSRAMメモリセル120のブロックに
一括転送される。 【0065】これにより、このブロックのSRAMメモ
リセル120の記憶内容が書換えられる。また、そのブ
ロックの対応するウエイアドレス信号WAに関するTA
G25には、新しいアドレスセットが保持される。 【0066】このように、図9のDRAM素子を用いた
簡易キャッシュシステムにおいては、キャッシュメモリ
としてのSRAMメモリセルアレイ12に複数のブロッ
クのデータが保持される。このため、TAG25へのデ
ータのエントリ数を増加することが可能となり、キャッ
シュのヒット率が高くなる。 【0067】また、ここでは、キャッシュミスした場合
に、DRAMメモリセルアレイにアクセスすると同時に
SRAMメモリセルアレイからなるキャッシュメモリに
データを転送する例を示した。しかし、これに限らず、
SRAMメモリセルアレイのすべてのワード線を非選択
状態にすることで、この転送を禁止することもできる。 【0068】同様に、DRAMメモリセルアレイへの書
込動作の場合も、SRAMメモリセルアレイへ転送する
か否かを選択することも可能である。なお、図11に示
した例は、4ウエイセットアソシアティブキャッシュシ
ステムに相当する。 【0069】しかし、この簡易キャッシュシステムにお
いては、キャッシュヒットした場合、キャッシュメモリ
としてのSRAMメモリセルアレイ12をアクセスする
ためのアドレス信号のうちウエイアドレス信号WAは、
コンパレータ26での比較後に出力される。 【0070】したがって、ウエイアドレス信号WAのD
RAM素子31への供給が遅れるため、SRAMメモリ
セルアレイ12のワード線の駆動が遅れる。このため、
高速のSRAMメモリセルアレイ12をキャッシュメモ
リとして使用できる装置でありながら、ヒット時のアク
セスタイムを高速にできないという欠点があった。 【0071】 【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来のキャッシュシステムには、キャッシュのヒッ
ト率が低いこと、アクセスタイムが高速でないことおよ
びヒット時のアクセスタイムを高速にできないこと等の
種々の問題があった。 【0072】この発明の目的は、キャッシュのヒット率
を高くすることが可能であり、アクセスタイムを高速化
し得る半導体記憶装置を提供することである。 【0073】この発明の他の目的は、キャッシュヒット
時のアクセスタイムを高速にすることである。 【0074】 【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、半導体記憶装置であって、メインメモリ、キャッシ
ュメモリ、転送手段、転送制御手段、メインメモリ用出
力端子、キャッシュメモリ用出力端子、メインメモリ用
出力手段およびキャッシュメモリ用出力手段を備える。 【0075】メインメモリは、複数行および複数列に配
列され、各々が情報を記憶する複数のメモリセルを有
し、複数列単位の複数のブロックに分割されている。キ
ャッシュメモリは、複数列に配列され,各々が情報を記
憶する複数の記憶素子を有し、メインメモリの各ブロッ
クにおける複数列と同数の複数列単位の複数のブロック
に分割され、メインメモリからブロック単位で読出され
た情報をブロック単位で記憶する。 【0076】転送手段はメインメモリとキャッシュメモ
リとの間に接続され、メインメモリからブロック単位で
読出された情報をブロック単位で転送するためのもので
ある。転送制御手段は、転送手段がメインメモリからブ
ロック単位で読出された情報を、キャッシュメモリの複
数のブロックのいずれかのブロックに選択的に転送する
ように転送手段を制御するためのものである。転送手段
は、メインメモリとキャッシュメモリとの間に挿入され
た内部I/O帯と、メインメモリと内部I/O帯との間
に設けられ、メインメモリからブロック単位で読出され
た情報を内部I/O帯に転送するためのトランスファゲ
ート手段とを含む。転送制御手段は、ブロック選択アド
レスに応じて複数のブロックのいずれかを選択するため
のブロックデコーダの出力をトランスファゲート手段に
与えて選択駆動する。メインメモリ用出力端子とキャッ
シュメモリ用出力端子とは別個に設けられる。 【0077】メインメモリ用出力手段は、メインメモリ
から読出された出力をメインメモリ用出力端子に出力す
るためのものである。キャッシュメモリ用出力手段は、
キャッシュメモリから読出された出力をキャッシュメモ
リ用出力端子に出力するためのものである。 【0078】請求項2に記載の本発明は、請求項1に記
載の発明において、キャッシュメモリの複数の記憶素子
が複数行に配列されている。 【0079】請求項3に記載の本発明は、請求項1また
は2に記載の発明において、キャッシュメモリの各記憶
素子がスタティック形メモリセルである。 【0080】請求項4に記載の本発明は、請求項1ない
し請求項3のいずれかに記載の発明において、キャッシ
ュメモリにおける複数のブロックの数と、メインメモリ
における複数のブロックの数とが等しい。 【0081】請求項5に記載の本発明は、請求項1ない
し請求項4のいずれかに記載の発明において、キャッシ
ュメモリ用出力手段が、それぞれがキャッシュメモリの
複数のブロックのそれぞれに対応して設けられる複数の
出力線を含む。 【0082】請求項6に記載の本発明は、請求項5に記
載の発明において、キャッシュメモリ用出力手段が、複
数の出力線のうちのいずれか1つの出力線を選択するた
めの選択手段を含む。 【0083】請求項7に記載の本発明は、請求項1ない
し請求項6のいずれかに記載の発明において、メインメ
モリが、行選択手段および第1の列選択手段を含み、キ
ャッシュメモリが、第2の列選択手段を含む。 【0084】メインメモリに含まれる行選択手段は、複
数のメモリセルのうちの所定の行に配列された複数のメ
モリセルを選択するためのものである。メインメモリに
含まれる第1の列選択手段は、複数のメモリセルのうち
の所定の列に配列された複数のメモリセルを選択するた
めのものである。キャッシュメモリに含まれる第2の列
選択手段は、複数の記憶素子のうちの所定の列に配列さ
れた記憶素子を選択するためのものである。 【0085】請求項8に記載の本発明は、請求項7に記
載の発明において、これらの行選択手段および第1の列
選択手段によって選択されたメモリセルの情報がメイン
メモリ用出力手段に与えられ、この第2の列選択手段に
よって選択された記憶素子の情報がキャッシュメモリ用
出力手段に与えられる。 【0086】請求項9に記載の本発明は、請求項1ない
し請求項6のいずれかに記載の発明において、メインメ
モリが、第1の行選択手段および第1の列選択手段を含
み、キャッシュメモリが、第2の行選択手段および第2
の列選択手段を含む。 【0087】メインメモリに含まれる行選択手段は、複
数のメモリセルのうちの所定の行に配列された複数のメ
モリセルを選択するためのものである。メインメモリに
含まれる第1の列選択手段は、複数のメモリセルのうち
の所定の列に配列された複数のメモリセルを選択するた
めのものである。キャッシュメモリに含まれる第2の行
選択手段は、複数の記憶素子のうちの所定の行に配列さ
れた複数の記憶素子を選択するためのものである。キャ
ッシュメモリに含まれる第2の列選択手段は、複数の記
憶素子のうちの所定の列に配列された記憶素子を選択す
るためのものである。 【0088】請求項10に記載の本発明は、請求項9に
記載の発明において、これらの第1の行選択手段および
第1の列選択手段によって選択されたメモリセルの情報
がメモリセル用出力手段に与えられ、これらの第2の行
選択手段および第2の列選択手段によって選択された記
憶素子の情報がキャッシュメモリ用出力手段に与えられ
る。 【0089】請求項11に記載の本発明は、請求項10
に記載の発明において、第1の行選択手段に与えられる
行アドレスの入力端子と、第2の行選択手段に与えられ
る行アドレスの入力端子とが別に設けられ、第1の列選
択手段に与えられる列アドレスの入力端子と、第2の列
選択手段に与えられる列アドレスの入力端子とが別に設
けられる。 【0090】請求項12に記載の本発明は、請求項1な
いし請求項11のいずれかに記載の発明において、メイ
ンメモリの複数のブロックのそれぞれが、半導体基板上
に物理的に固まって形成されるとともに、半導体基板上
における隣接するブロック間に境界領域が設けられる。 【0091】 【作用】請求項1に記載の本発明によれば、メインメモ
リとキャッシュメモリとが、同じ複数列単位の複数のブ
ロックに分割されている。メインメモリからブロック単
位で読出された情報は転送手段によってブロック単位で
キャッシュメモリに転送される。 【0092】メインメモリから読出された出力は、メイ
ンメモリ用出力手段によってメインメモリ用出力端子に
出力される。キャッシュメモリから読出された出力は、
キャッシュメモリ用出力手段によって、メインメモリ用
出力端子とは別個に設けられたキャッシュメモリ用出力
端子に出力される。 【0093】このように、メインメモリとキャッシュメ
モリとが別個の出力手段を有する構成においてメインメ
モリからブロック単位で読出された情報がキャッシュメ
モリにブロック単位で記憶されるため、データのエント
リー数を増加し得る。その結果、キャッシュのヒット率
を高くすることができ、さらに、アクセスタイムを高速
化することができる。 【0094】請求項2に記載の本発明によれば、請求項
1に記載の発明において、さらに複数の記憶素子が複数
行に配列されているため、キャッシュメモリが、メイン
メモリからブロック単位で読出された情報を複数の行に
それぞれブロック単位で記憶することが可能である。 【0095】請求項3に記載の本発明によれば、請求項
1または2に記載の発明において、さらに、キャッシュ
メモリの複数の各記憶素子がスタティック形メモリセル
である場合において、キャッシュのヒット率を高くする
ことが可能であり、さらに、アクセスタイムを高速化す
ることが可能である。 【0096】請求項4に記載の本発明によれば、請求項
1ないし請求項3において、キャッシュメモリにおける
複数のブロックの数と、メインメモリにおける複数のブ
ロックの数とが等しい。 【0097】請求項5に記載の本発明によれば、請求項
1ないし請求項4のいずれかに記載の発明において、さ
らにキャッシュメモリの複数のブロックのそれぞれに対
応してキャッシュメモリ用出力手段の各ブロックに対応
して複数の出力線が設けられるために、キャッシュメモ
リの各ブロックから読出された出力は、そのブロックに
対応する出力線を介してキャッシュメモリ用出力端子に
出力される。 【0098】請求項6に記載の本発明によれば、請求項
5に記載の発明において、さらに、キャッシュメモリ用
出力手段の選択手段によって、複数の出力線のうちのい
ずれか1つが選択されるため、各出力線に対応するブロ
ックの情報を予め読出しておけば、キャッシュヒットの
際のアクセス速度を高速化することが可能である。 【0099】請求項9および10に記載の本発明によれ
ば、請求項1ないし6のいずれかに記載の発明におい
て、さらに第1の行選択手段および第1の列選択手段に
よってメインメモリのメモリセルが選択され、選択され
たメモリセルの情報が、メインメモリ用出力手段に与え
られる。そして、第2の行選択手段および第2の列選択
手段によってキャッシュメモリの記憶素子が選択され、
選択された記憶素子の情報がキャッシュメモリ用出力手
段に与えられる。 【0100】請求項11に記載の本発明によれば、請求
項10に記載の発明において、さらに、メインメモリに
おける第1の行選択手段と、キャッシュメモリにおける
第2の行選択手段とには、異なる入力端子から行アドレ
スが与えられる。メインメモリにおける第1の列選択手
段と、キャッシュメモリにおける第1の列選択手段とに
は異なる入力端子から列アドレスが与えられる。したが
って、メインメモリのメモリセルと、キャッシュメモリ
の記憶素子は、異なるアドレス信号によって選択され得
る。 【0101】請求項12に記載の本発明によれば、請求
項1ないし請求項11のいずれかに記載の発明におい
て、メインメモリの複数のブロックは、それぞれ半導体
基板上に物理的に固まって形成され、隣接するブロック
間が境界領域によって隔てられる。 【0102】 【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を用いて説
明する。 【0103】図1は、この発明の一実施例によるDRA
M素子の構成を示すブロック図である。 【0104】この実施例は以下の点を除いて図9に示す
DRAM素子と同様であり、相当部分には同一の参照番
号を付し、適宜その説明を省略する。 【0105】図1において、メインメモリであるDRA
Mメモリセルアレイ1は、そのアドレス空間上で複数の
ブロックに分割されている。この実施例では、4つのブ
ロックBK1〜BK4に分割されている。 【0106】一方、キャッシュメモリであるSRAMメ
モリセルアレイ12は、複数列単位の複数のブロックで
ある複数のウエイに分割されている。この実施例では、
4つのウエイA〜Dに分割されている。ただし、DRA
Mメモリセルアレイ1のブロック数と、SRAMメモリ
セルアレイ12のウエイ数とは異なっていてもよい。 【0107】DRAMメモリセルアレイ1においては、
読出されたデータが、メインメモリ用出力手段であるI
/Oスイッチ部5および出力バッファ9aを介して、メ
インメモリ用出力端子9cからDRAM出力データD
OUT として外部に出力される。 【0108】DRAMメモリセルアレイ1と、SRAM
メモリセルアレイ12との間には、転送手段を構成す
る、センスアンプ部4、ブロックトランスファゲート部
11、内部I/O帯41、およびウエイトランスファゲ
ート部42が配置されている。 【0109】ブロックトランスファゲート部11は、D
RAMメモリセルアレイ1のいずれかのブロックの1行
のデータを、転送線である内部I/O帯41に転送する
ものである。 【0110】ブロック選択手段であるブロックデコーダ
13は、列アドレス信号CAのうちの一部(この実施例
の場合2ビット)に応答して、DRAMメモリセルアレ
イ1のどのブロックのデータを転送するかをブロックト
ランスファゲート部11に指令するものである。 【0111】ウエイトランスファゲート部42は、内部
I/O帯41に転送されたデータを、SRAMメモリセ
ルアレイ12のいずれかのウエイに転送するものであ
る。 【0112】ウエイデコーダ14は、ウエイアドレスバ
ッファ15を介して与えられるウエイアドレス信号WA
に応答して、内部I/O帯41のデータを、SRAMメ
モリセルアレイ12のどのウエイに転送するかをウエイ
トランスファゲート部42に指令するものである。 【0113】SRAMメモリセルアレイ12には、キャ
ッシュ行デコーダ43、キャッシュI/Oスイッチ部4
4およびキャッシュ列デコーダ45が設けられている。 【0114】キャッシュ行デコーダ43は、キャッシュ
アドレスバッファ46から与えられるキャッシュ行アド
レス信号に応答して、SRAMメモリセルアレイ12の
1行を選択するものである。キャッシュ列デコーダ部4
5は、キャッシュアドレスバッファ46から与えられる
キャッシュ列アドレス信号に応答して、各ウエイ内の1
列を選択するものである。 【0115】キャッシュアドレスバッファ46は、DR
AMメモリセルアレイ1に与えられる列アドレス信号C
Aをキャッシュアドレス信号CCAとして入力し、その
一部をキャッシュ行デコーダ43にキャッシュ行アドレ
ス信号として与え、その他をキャッシュ列デコーダ43
にキャッシュ列アドレス信号として与えるものである。 【0116】キャッシュI/Oスイッチ部44には、S
RAMメモリセルアレイ12の各ウエイに対応する複数
のSRAM用センスアンプ47がそれぞれI/O線対I
/O A 〜I/OD を介して接続されている。 【0117】キャッシュ行デコーダ43およびキャッシ
ュ列デコーダ部45により各ウエイごとに選択されたS
RAMメモリセルアレイ12内のデータが、それぞれ対
応するSRAM用センスアンプ47により検知、増幅さ
れる。 【0118】選択手段であるウエイセレクタ48は、ウ
エイアドレスバッファ15から与えられるウエイアドレ
ス信号WAに応答して、複数のSRAM用センスアンプ
47により与えられたデータのうちの1つを選択して、
出力バッファ9bを介してキャッシュメモリ用出力端子
9dからキャッシュ出力データDOUT として外部に出力
するものである。 【0119】キャッシュ入力データDINとして入力バッ
ファ10bに与えられたデータをSRAMメモリセルア
レイ12の1つのメモリセルに書込む場合は、上記と逆
の経路で行なわれる。 【0120】このような構成において、キャッシュI/
Oスイッチ部44、I/O線対I/OA 〜I/OD 、S
RAM用センスアンプ47、ウエイセレクタ48および
出力バッファ9bによってキャッシュメモリ用出力手段
が構成される。 【0121】図1においては、DRAMメモリセルアレ
イ1のブロックBK1の各行のデータA1 ,B1 ,C1
およびD1 が、SRAMメモリセルアレイ12の各ウエ
イA,B,CおよびDの同一行にそれぞれ転送された状
態が示されている。 【0122】図2は、図1の一部分の構成を詳細に示す
図である。DRAMメモリセルアレイ1の各ブロックB
K1〜BK4において、センスアンプ部4およびブロッ
クトランスファゲート部11は、n組のビット線対BL
1〜BLn に対応してそれぞれn個のセンスアンプ部4
0およびn個のブロックトランスファゲート110から
なる。また、内部I/O帯41は、n組のI/O線対I
/O1 〜I/On からなる。これらのブロックBK1〜
BK4は、隣接するブロック間が境界領域によって隔て
られる。 【0123】各ブロックのビット線対BL1 〜BL
n は、センスアンプ40およびブロックトランスファゲ
ート110を介して対応するI/O線対I/O1 〜I/
n にそれぞれ接続されている。 【0124】一方、SRAMメモリセルアレイ12は、
4つのウエイに分割されている。各ウエイは、n列のS
RAMメモリセル120、すなわち、n組のビット線対
SBL1 〜SBLn からなる。 【0125】各ウエイにおいて、ウエイトランスファゲ
ート部42は、n組のビット線対SBL1 〜SBLn
対応してそれぞれn個のウエイトランスファゲート42
0からなる。 【0126】各ウエイにおけるn組のビット線対SBL
1 〜SBLn は、それぞれウエイトランスファゲート4
20を介して内部I/O帯41の対応するI/O線対I
/O 1 〜I/On にそれぞれ接続されている。 【0127】キャッシュI/Oスイッチ部44は、SR
AMメモリセルアレイ12の各ビット線対SBL1 〜S
BLn に対応する複数のキャッシュI/Oスイッチ44
0および各ウエイに対応する4組のI/O線I/OA
I/OD からなる。 【0128】各ウエイに属するn組のビット線対SBL
1 〜SBLn は、それぞれキャッシュI/Oスイッチ4
40を介して、そのウエイに対応するI/O線に接続さ
れている。たとえば、ウエイCに属するビット線対SB
1 〜SBLn は、すべてI/O線対I/OC に接続さ
れている。 【0129】また、各ウエイごとにキャッシュ列デコー
ダ部45が設けられている。各ウエイのキャッシュ列デ
コーダ部45は、各列に対応するn個のキャッシュ列デ
コーダ450からなる。各キャッシュ列デコーダ450
は、対応するキャッシュI/Oスイッチ440のMOS
トランジスタのゲートに接続されている。 【0130】図3は、図1のDRAM素子を利用した簡
易キャッシュシステムの構成を示すブロック図である。 【0131】図3において、メインメモリ30は、1M
×1構成の、8個のDRAM素子31により1Mバイト
に構成されている。 【0132】図3のメモリシステムが図11のメモリシ
ステムと相違するのは、コンパレータ26からの出力で
あるキャッシュヒット信号CHの代わりに、マルチプレ
クサ22によりマルチプレクスされる前の列アドレス信
号に相当する10ビットのアドレス信号がキャッシュア
ドレス信号CCAとしてDRAM素子31に入力されて
いる点、および、キャッシュヒット信号CHに応答して
ステートマシン27が発生するデータセレクト信号DS
がデータセレクタ51に入力されている点である。 【0133】データセレクタ51は、データセレクト信
号DSに応答して、DRAM素子31から与えられるD
RAMデータDDまたはキャッシュデータCDを選択し
て出力するものである。 【0134】図3の簡易キャッシュシステムの動作を図
4に示す動作波形図を参照しながら説明する。 【0135】TAG25には、各ブロック別に最も新し
いサイクルで選択された行に対応する行アドレスが複数
組キャッシュ用アドレスセットして保持されている。 【0136】ここでは、ウエイアドレス信号WAとして
2ビットを考えているので、4組の行アドレスが保持さ
れている。したがって、ブロックを4とすると、16組
のアドレスセットがTAG25に記憶されていることに
なる。 【0137】また、よく使用されるアドレスを固定的に
TAG25に保持させておいてもよい。その理由は、キ
ャッシュメモリの使用効率を高くするためである。それ
を図1のDRAM素子において実現する場合は、複数の
ブロックに分割されているSRAMメモリセルアレイ1
2の一部のブロック(たとえば1つのブロック)のデー
タを固定データにすればよい。 【0138】まず、CPU24が必要とするデータに対
応するアドレス信号をアドレスジェネレータ23が発生
する。コンパレータ26は、20ビットのアドレス信号
のうち10ビットの行アドレス信号RAおよび列アドレ
ス信号CAのうちブロック分けに相当する複数ビット
(図3に示す例では2ビット)と、TAG25に保持さ
れたアドレスセットとを比較する。 【0139】そして、両者が一致すればキャッシュがヒ
ットしたことになり、コンパレータ26は、高レベルの
キャッシュヒット信号CHおよびヒットしたブロックの
ウエイアドレス信号WAを発生する。 【0140】このコンパレータ26によるアドレス信号
の比較に先立って、キャッシュヒットすることを前提
に、DRAM素子31へは10ビットのキャッシュアド
レス信号CCAが入力され、SRAMメモリセルの読出
動作が進行している。 【0141】ここでは、4ウエイを考えているので、4
ビットの読出動作が進行している。したがって、キャッ
シュにヒットしたときは、ウエイアドレス信号WAが入
力されると、高速に所望のデータがキャッシュデータC
Dとしてキャッシュ出力バッファ9bを介して出力さ
れ、キャッシュヒット信号CHに応答して発生されるデ
ータセレクト信号DSによって、データセレクタ51か
らキャッシュメモリのデータが得られることになる。 【0142】逆に、コンパレータ26に入力されたアド
レス信号がTAG25に保持されたアドレスセットと不
一致のときは、キャッシュミスしたことになり、コンパ
レータ26はキャッシュヒット信号CHを発生しない。
これにより、SRAMメモリセルから出力されるキャッ
シュデータCDは無視されることになる。 【0143】この場合、ステートマシン27は通常の読
出サイクルの/RASおよび/CAS制御を行ない、ア
ドレスマルチプレクサ22は行アドレス信号RAおよび
列アドレス信号CAを順にDRAM素子31に供給する
(図4参照)。 【0144】このようにキャッシュミスした場合には、
低速のアクセスタイムtRAC で出力データが得られるこ
とになるので、ステートマシン27はウエイト信号Wa
itを発生し、CPU24に待機をかける。 【0145】キャッシュミスの場合は、そのときにアク
セスされたメモリセルを含むブロックのデータが、ブロ
ックデコーダ13により導通状態とされるブロックトラ
ンスファゲート110を介して、内部I/O帯41のI
/O線対I/O1 〜I/Onに転送される。 【0146】そして、それらのデータはウエイアドレス
信号WAにより選択されるウエイトランスファゲート4
20を介してSRAMメモリセルアレイ12の適当なウ
エイに転送され、キャッシュ行デコーダ43により選択
された行上のSRAMメモリセル120の記憶内容が書
き換えられる。 【0147】また、そのデータのブロックの対応するウ
エイに関するTAG25には、今回アクセスされた新し
いアドレスセットが保持される。 【0148】以上説明したように、上記実施例では、キ
ャッシュメモリとしてのSRAMメモリセルアレイ12
0に複数ブロック分のデータが保持される。このため、
TAG25へのデータのエントリ数を増すことができ、
その結果、ヒットの確率を向上させることができ、か
つ、キャッシュメモリのアクセスタイムが高速になると
いう効果がある。 【0149】 【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、メイ
ンメモリとキャッシュメモリとが同じ複数列単位の複数
のブロックに分割されており、メインメモリからブロッ
ク単位で読出された情報がキャッシュメモリにブロック
単位で転送されて記憶される。さらに、メインメモリと
キャッシュメモリとが別個の出力手段を有する。 【0150】このため、メインメモリとキャッシュメモ
リとが別個の出力手段を有する構成において、ブロック
サイズを不必要に大きくすることなく、データのエント
リ数を効果的に増加することができる。その結果、キャ
ッシュのヒット率を高くすることができ、さらに、アク
セスタイムを高速にすることができる。したがって、こ
の発明の半導体記憶装置を用いれば、メインメモリとキ
ャッシュメモリとが別個の出力手段を有する構成におい
て、キャッシュのヒット率が高く高速な簡易セットアソ
シアティブキャッシュシステムを構成することができ
る。 【0151】請求項2に記載の本発明によれば、請求項
1に記載の発明において、さらに、キャッシュメモリの
複数の記憶素子が複数行に配列されているため、キャッ
シュメモリが、メインメモリからブロック単位で読出さ
れた情報を複数の行にそれぞれブロック単位で記憶す
る。 【0152】請求項3に記載の本発明によれば、請求項
1または2に記載の発明において、さらに、キャッシュ
メモリの複数の各記憶素子がスタティック形メモリセル
である場合において、キャッシュのヒット率を高くする
ことができ、さらに、アクセスタイムを高速化すること
ができる。 【0153】請求項5に記載の本発明によれば、請求項
1ないし4のいずれかに記載の発明において、さらに、
キャッシュメモリの複数のブロックのそれぞれに対応し
て出力線が設けられるため、キャッシュメモリの各ブロ
ックから読出された出力が、そのブロックに対応する出
力線を介してキャッシュメモリ用出力端子に出力するこ
とができる。 【0154】請求項6に記載の本発明によれは、請求項
5に記載の発明において、さらに、キャッシュメモリ用
出力手段の選択手段によって複数の出力線のいずれか1
つが選択されるため、各出力線に、対応するブロック図
の情報を予め読出しておけば、キャッシュヒットの際の
アクセス速度を高速化することができる。 【0155】請求項7および8に記載の本発明によれ
ば、請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の発明に
おいて、さらに、メインメモリのメモリセルを行選択手
段および第1の列選択手段によって選択したメモリセル
の情報をメモリセル用出力端子に与えることができる。
さらにキャッシュメモリの記憶素子を第2の列選択手段
によって選択し、選択した記憶素子の情報をキャッシュ
メモリ用出力手段に与えることができる。 【0156】請求項9および10に記載の本発明によれ
ば、請求項1ないし6のいずれかに記載の発明におい
て、さらにメインメモリのメモリセルを第1の行選択手
段および第1の列選択手段によって選択し、選択したメ
モリセルの情報をメモリセル用出力手段に与えることが
できる。さらに、キャッシュメモリの記憶素子を第2の
行選択手段および第2の列選択手段によって選択し、選
択した記憶素子の情報をキャッシュメモリ用出力手段に
与えることができる。 【0157】請求項11に記載の本発明によれば、請求
項10に記載の発明において、さらにメインメモリのメ
モリセルと、キャッシュメモリの記憶素子と異なるアド
レス信号によって選択することができる。 【0158】 【0159】請求項12に記載の本発明によれば、メイ
ンメモリの複数のブロックがそれぞれ半導体基板の上に
物理的に固まって形成され、隣接するブロック間が境界
領域によって隔てられた構成において、請求項1ないし
請求項11のいずれかの発明と同様の効果を得ることが
できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device.
In particular, the main memory and cache memory are
A semiconductor integrated on a chip and characterized by input / output lines
The present invention relates to a conductor storage device. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, the cost of computer systems has been increasing.
Low speed, large capacity,
Therefore, main memory composed of low-cost DRAM
And a central processing unit (CPU).
It is common practice to provide a small-capacity high-speed memory
Have been done. This fast buffer uses cache memory
Data blocks that are likely to be needed by the CPU.
Lock is copied from main memory and stored
You. [0003] The DRAM of the CPU
The data stored at the address is stored in the cache memory.
When it exists, it is called a hit, and the CPU has a fast cache.
Access to memory. [0004] On the other hand, an ad
Data stored in cache memory exists in cache memory
If not, it is called a cache miss, and the CPU slows down.
Access to the main memory of the
Transfer the belonging block to the cache memory. However, such a cache memo
Re-system requires expensive high-speed memory, so
It can be used in small systems where stress is important.
Did not. Therefore, conventionally, general-purpose DRAMs have
Use page mode or static column mode
Thus, a simple cache system was configured. FIG. 5 shows a page mode or a static mode.
Basics of conventional DRAM device capable of executing column mode
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration. In FIG. 5, a memory cell array 1 includes
Multiple word lines and multiple bit line pairs cross each other
Memory cells at each of their intersections
Is provided. The word line of the memory cell array 1
It is connected to the row decoder unit 3 via the driver 2.
The bit line pair of the memory cell array 1
Column decoder unit via the control unit 4 and the I / O switch unit 5
6 is connected. The row decoder 3 has a row address buffer.
7 is connected, and the column decoder section 6 has a column address buffer.
8 are connected. These row address buffers 7 and
And column address buffer 8 have row address signals RA and
And multiplexed column address signal CA.
A rex address signal MPXA is provided. Furthermore, I
The I / O switch unit 5 includes an output buffer 9 and an input buffer.
FA 10 is connected. FIG. 6A, FIG. 6B and FIG.
Normal read cycle of DRAM, page mode cycle
Waveform chart of the static column mode cycle
Is shown. In a normal read cycle shown in FIG.
First, the row address buffer 7 stores the row address
Multiplexed at falling edge of strobe signal / RAS
Address signal MPXA is taken in, and row address signal RA is taken.
To the row decoder unit 3. The row decoder unit 3 receives the row address signal R
According to A, one of the word lines is selected. This
As a result, the multiple word lines connected to the selected word line
The information in the memory cell is read out to each bit line, and the information
Is detected and amplified by the sense amplifier unit 4. at the time
Thus, the information of the memory cells for one row is stored in the sense amplifier unit 4.
Has been locked. Next, the column address buffer 8
Multiple on the falling edge of the dress strobe signal / CAS
Captures the column address signal MPXA
The signal CA is given to the column decoder unit 6. The column decoder 6 receives the column address signal C
One row latched in the sense amplifier unit 4 according to A
One of the minute information is selected. This selected information
Via the I / O switch unit 5 and the output buffer 9
Output data DOUTAs outside. In this case, the access time (/ RAS type)
M) tRACOf the row address strobe signal / RAS
Output data D from falling edgeOUTTime until becomes effective
Between. In this case, the cycle time tCIs the prime
The child is in the active state and the / RAS pre
Charge time tRPAnd the standard value is
tRAC= 100 ns and tC= 200 ns
I have. The page model shown in FIGS. 6B and 6C
Mode and static column mode are
A memory cell is accessed by changing the column address signal CA.
Things. In the page mode, the column address
Column address signal at falling edge of strobe signal / CAS
Latch CA. In static column mode
Is a column address like a static RAM (SRAM).
Access only by the change of the scan signal CA. Page mode and static column mode
/ CAS access time tCA CAnd address
Access time tAAIs the / RAS access time tRACof
The value becomes almost 1/2, and tRAC= 5 for 100 ns
It is about 0 ns. In this case, the cycle time becomes faster,
/ CAS precharge time t in page modeCPof
50n similar to static column mode, depending on the value
A value of about s is obtained. FIG. 7 shows a page mode of the DRAM device of FIG.
Simple key using the
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a cache system. Ma
FIG. 8 is an operation waveform of the simple cache system of FIG.
FIG. In FIG. 7, the main memory 20 has 1M
1M byte by 8 DRAM elements 21 of × 1 configuration
It is configured. In this case, the row address signal RA and the column
The address signal CA is a total of 20 bits (220= 1048
576 = 1M). The address multiplexer 22 has 10 bits.
Row address signal RA and 10-bit column address signal
To give to the main memory 20 in two times
It is. This address multiplexer 22 has 20 bits.
Address lines A receiving the address signals of0~ A
19And a multiplexed 10-bit address signal
(Multiplex address signal MPXA)
10 address lines A to be given to the child 210~ A9And have
ing. The address generator 23 includes a CPU 24
Generates address signals corresponding to the data required by
You. Latch (TAG) 25 is selected in the previous cycle.
Holds the row address signal RA corresponding to the data
You. The comparator 26 has a 20-bit address.
10-bit row address signal RA and TA
Compare with row address signal RAL held in G25
I do. If they match, the same row as in the previous cycle is activated.
Was hit (hit), and comparator 2
6 is a high level cache hit (Cache Hi)
t) Generate the signal CH. The state machine 27 has a cache hit.
In response to signal CH, row address strobe signal / R
Column address strobe with AS low
Page mode control for toggling signal / CAS is performed.
In response, address multiplexer 22 outputs DR
A column address signal CA is applied to the AM element 21 (see FIG. 8).
See). In the case of such a hit, the DRAM
Access time t from element 21CACOutput data at high speed
Is obtained. On the other hand, generated from address generator 23
Row address signal RA and TAG 25 hold
If the row address signal RAL does not match,
Row different from the cache was accessed (cache miss
). In this case, the comparator 26
No bell cache hit signal CH is generated. In this case, the state machine 27
Performs / RAS and / CAS control of the read cycle,
The address multiplexer 22 supplies the row address signals RA and
And column address signal CA to DRAM element 21 in order.
(See FIG. 8). In the case of such a cache miss,
Normal read cycle starting from / RAS precharge
And the slow access time tRACOutput data
The state machine 27
Generates a write signal Wait and waits for the CPU 24
You. In the case of a cache miss, a new TAG 25
New row address signal RA is held. As described above, the simple cache system shown in FIG.
In the system, one row of the memory cell array of the DRAM element
Minute data (1024 bits in case of 1M bit element)
Is one block. Therefore, the simple cache shown in FIG.
The system has an unnecessarily large block size and TAG
Insufficient number of blocks (number of entries) held in 25
(One entry in the system of FIG. 7),
There was a problem that the hit rate of Shu was low. As another conventional example, US Pat.
Simple cache as disclosed in 4,577,293
There is also a system. This simple cache system has 1
A register for holding data for a row is outside the memory cell array
If a hit occurs, the data is directly sent from this register.
To speed up access by extracting
You. However, the technique disclosed in this patent gazette
In the simple cache system, the external register is a memory cell
This holds one row of data in the array. others
Therefore, this simple cache system also has a block size
Unnecessarily large, similar to the conventional example shown in FIGS. 5 and 7
Another problem is that the cache hit rate is low. Therefore, a proposal has been made for the cache shown in FIG.
This is a DRAM device with a built-in memory. This DRAM device is the same as the DRAM device of FIG.
The differences are as follows. That is, DRAM memory
The cell array 1 has a plurality of memory cells in its address space.
Is divided into a plurality of blocks. In FIG.
Is divided into four blocks B1 to B4. The sense amplifier unit 4 and the I / O switch
Transfer gate 11 and SR
An AM memory cell array 12 is provided.
A decoder 13 and a way decoder 14 are provided.
I have. In the block decoder 13, the number of blocks
Column address buffer 8 from column address buffer 8
Some will be supplied, but their activation will be
No. CH. The way decoder 14 has a way
The way address signal WA is output via the dress buffer 15.
Given. The way decoder 14 outputs a way address signal.
Word of the SRAM memory cell array 12 according to the signal WA
Selectively drive a line. FIG. 10 shows a part of the structure of the DRAM device shown in FIG.
FIG. In FIG.
Amplifier 4, transfer gate 11, SRAM memory
Cell array 12, I / O switch section and column decoder section
6 denotes a plurality of bit line pairs of the DRAM memory cell array 1.
A plurality of sense amplifiers respectively corresponding to BL and / BL
40, transfer gate 110, SRAM memory cell
120, from the I / O switch 50 and the column decoder 60
Become. Each block of the DRAM memory cell array 1
Block decoder 13 is arranged corresponding to the lock.
You. Each sense amplifier 40 is connected to each bit line pair BL, / BL
Connected between them. Then, each bit line pair BL, / B
L is a transistor composed of N-channel MOSFETs Q1 and Q2.
Through the transfer gate 110, the SRAM memory cell
Connected to the bit line pair SBL, / SBL
You. Bit line of SRAM memory cell array 12
The pair SBL and / SBL are N-channel MOSFETs Q3 and
To the I / O buses I / O and / I / O via Q4
It is connected. MOSFET of transfer gate 110
The gates of Q1 and Q2 are connected by the block decoder 13.
A common transfer signal is applied to each block. Also,
Gates of MOSFETs Q3 and Q4 of each I / O switch 50
Column select signal by the corresponding column decoder 60.
Is given. In this DRAM device, the block data
A coder 13 is a transfer gate corresponding to each block.
110 by providing a transfer signal to the DRAM memory
The data on the same row from the cell array 1 in blocks is S
The data is transferred to the RAM memory cell array 12. SRAM memory by way decoder 14
Word line W of cell array 121~ W nSelect one of
The SRAM memory cell connected to the word line.
Is stored in each bit line pair SBL, //
Read on SBL. Read on bit line pair SBL, / SBL
Data from the column decoder 60 to the I / O switch 50
When the column select signal is applied, the I / O bus
Read to I / O, / I / O. According to this DRAM device, one row of a plurality of columns
Data on one line as a data block
A plurality of data blocks are divided into a plurality of SRAM memory cells 12
0 and data blocks on different rows of the same column.
Is simultaneously held on the SRAM memory cell array 12.
(Association). Therefore, this SRAM memory cell array
If the memory is used as a cache memory,
The number of birds can be increased, resulting in cache hits.
Rate can be improved. Further, the SRAM memory cell array 12
Word line W1~ WnIf you keep the inactive state, DR
Write operation to AM memory cell array 1 and DRAM
During a read operation from memory cell array 1,
A configuration that does not transfer data to memory becomes possible,
Advantages of increased flexibility in application to memory systems
Occurs. FIG. 11 shows a case where the DRAM device of FIG. 9 is used.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a simple cache system.
You. In FIG. 11, the main memory 30 has
1M bytes by 8 DRAM elements 31 of M × 1 configuration
Is configured. The memory system shown in FIG.
The difference from the stem is the block of the DRAM element 31.
And the word line of the SRAM memory cell array 12
TAG25 and Comparator corresponding to the number of
That the number of radiators 26 has increased and
And a cache hit signal CH output from the
And the way address signal WA is input to the DRAM element 31.
It is a point that has been. Here, the way address signal is 2
Is a bit. The operation of the simple cache system shown in FIG.
FIG. 6 used in the description of the conventional simple cache system
(A) to (C) and the operation waveform chart of FIG.
Will be described. The TAG 25 has the newest block by block.
Row address corresponding to the row selected in the new cycle
It is held as a set cache address set.
Here, two bits are considered as the way address signal.
Therefore, four sets of row addresses are held. Therefore, assuming that the number of blocks is 4, 1
6 address sets are stored in TAG25.
And Also, a set of frequently used addresses is fixed.
May be held in the TAG 25 first. First, for the data required by the CPU 24,
Address generator 23 generates a corresponding address signal.
I do. The comparator 26 has a 20-bit address signal.
10-bit row address signal RA and column address
Bits corresponding to the block division of the signal CA
(2 bits in the example shown in FIG. 9), and
With the specified address set. If they match, the cache
A hit has occurred, and the comparator 26
The cache hit signal CH and the hit block
A way address signal WA is generated. The state machine 27 uses the cache memory
Row address strobe signal in response to
Column address strobe while / RAS is kept at low level.
Toggle the CAS signal / CAS. And respond to it
In addition, the address multiplexer 22 includes the DRAM element 31
Is supplied with a 10-bit column address signal CA (see FIG. 12).
See). At this time, in the DRAM element 31,
As shown in FIG. 9, the cache hit signal CH
The column address signal CA is controlled by the block decoder 1
3 is not supplied. Therefore, DRAM memory cell array 1
And the SRAM memory cell array 12 are separated from each other.
Keep. Then, 1 corresponding to the way address signal WA
From each row of SRAM memory cells 120, each bit line pair SB
Data is read onto L, / SBL. The I / O corresponding to the column address signal CA
Switch 50 is turned on by column decoder 60.
It is. Thereby, the column address signal CA and the way
In the SRAM memory cell 120 corresponding to the dress signal WA
Of the I / O bus I / O, / I / O and the output bus
It is output via the buffer 9. If you hit like this
In this case, the page mode of the SRAM
Access time tCACOutput data at high speed
Will be. On the other hand, generated from address generator 23
Address signal and the cache signal held in TAG 25.
Cache address set does not match
A miss has occurred and comparator 26
No cache hit signal CH is generated. In this case, the state machine 27
Performs / RAS and / CAS control of the read cycle,
The address multiplexer 22 supplies the row address signal RA and
And the column address signal CA are sequentially supplied to the DRAM element 31.
(See FIG. 12). When a cache miss occurs as described above,
Low access time tRACOutput data
Therefore, the state machine 27 outputs the wait signal Wa
It generates an "it" and waits for the CPU 24. In the case of a cache miss, the
The data of the block containing the accessed memory cell is
Transfer made conductive by the decoder 13
Through the gate 110, the DRAM memory cell array 1
From the bit lines BL and / BL to the way address signal WA
To the selected block of SRAM memory cells 120
Batch transfer. Thus, the SRAM memo of this block is
The contents stored in the recell 120 are rewritten. Also,
TA related to way address signal WA corresponding to lock
G25 holds a new address set. As described above, the DRAM device shown in FIG.
In a simple cache system, the cache memory
In the SRAM memory cell array 12 as a
Is retained. For this reason, data to TAG25
The number of data entries can be increased,
The hit rate of Shu becomes higher. Here, the case where a cache miss occurs
At the same time as accessing the DRAM memory cell array
For cache memory consisting of SRAM memory cell array
An example of transferring data has been described. However, not limited to this,
Unselect all word lines in SRAM memory cell array
By setting the state, this transfer can be prohibited. Similarly, writing to the DRAM memory cell array is performed.
Transfer to the SRAM memory cell array
It is also possible to select whether or not. Note that FIG.
An example is the 4-way set associative cash
Corresponds to stem. However, in this simple cache system,
If there is a cache hit,
To access the SRAM memory cell array 12 as
Address signal WA among the address signals for
It is output after the comparison by the comparator 26. Therefore, D of the way address signal WA
Since the supply to the RAM element 31 is delayed, the SRAM memory
Driving of the word line of the cell array 12 is delayed. For this reason,
Cache memo for high-speed SRAM memory cell array 12
Although it is a device that can be used as a
There was a disadvantage that the set time could not be increased. [0071] SUMMARY OF THE INVENTION As described above,
In addition, conventional cache systems include a cache hit.
Low access rate, not fast access time,
That the access time at the time of
There were various problems. An object of the present invention is to provide a cache hit ratio.
Can be increased, and access time is shortened.
It is to provide a semiconductor memory device that can be used. Another object of the present invention is to provide a cache hit.
It is to make the access time faster. [0074] The present invention according to claim 1 is provided.
Is a semiconductor memory device having a main memory, a cache,
Memory, transfer means, transfer control means, output for main memory
Output terminal, output terminal for cache memory, for main memory
An output unit and an output unit for a cache memory are provided. The main memory is arranged in a plurality of rows and a plurality of columns.
With a plurality of memory cells, each storing information
Then, it is divided into a plurality of blocks in units of a plurality of columns. Ki
The cache memory is arranged in multiple columns, each of which stores information.
It has multiple storage elements to store
Blocks in the same number of columns as multiple columns
And read from main memory in block units
The stored information is stored in block units. The transfer means includes a main memory and a cache memo.
Between the main memory and the main memory in block units.
For transferring read information in block units
is there. The transfer control means is configured such that the transfer means
The information read in lock units is copied to the cache memory.
Selectively transfer to any of a number of blocks
This is for controlling the transfer means. Transfer means
Is inserted between main memory and cache memory
Between the internal I / O band and the main memory and internal I / O band
Are read from the main memory in block units.
Transfer to transfer information to internal I / O band
Port means. The transfer control means includes a block selection address.
To select one of multiple blocks according to the
Block decoder output to transfer gate means
Give and select drive. Main memory output terminal and cap
The memory terminal is provided separately from the output terminal. The main memory output means is a main memory
Output to main memory output terminal
It is for. The output means for the cache memory is
Output the output read from the cache memory to the cache memo.
This is for outputting to the output terminal for re-use. The present invention described in claim 2 is directed to claim 1.
In the invention described above, a plurality of storage elements of the cache memory
Are arranged in multiple rows. The present invention according to claim 3 provides the invention according to claim 1 or
The invention according to item 2, wherein each storage of the cache memory is
The element is a static memory cell. The present invention described in claim 4 has no claim 1
The invention according to claim 3, wherein
Number of blocks in memory and main memory
Are equal to the number of the plurality of blocks. The present invention described in claim 5 has no claim 1
The invention according to claim 4, wherein
Output means for the cache memory
A plurality of blocks provided corresponding to each of the plurality of blocks
Including output lines. The present invention described in claim 6 is directed to claim 5.
In the above invention, the output means for the cache memory is
To select one of the output lines
Means for selecting. The present invention described in claim 7 has no claim 1
In the invention according to claim 6,
Memory includes row selection means and first column selection means,
The cache memory includes a second column selecting unit. The row selecting means included in the main memory
Of a plurality of memory cells arranged in a predetermined row.
This is for selecting a molycell. In main memory
The first column selection means included in the plurality of memory cells
Select multiple memory cells arranged in a given column
It is for Second column included in cache memory
The selection means is arranged in a predetermined column of the plurality of storage elements.
This is for selecting the storage element that has been set. The present invention described in claim 8 is directed to claim 7.
In the invention described above, the row selecting means and the first column
The information of the memory cell selected by the selection means is
The output is provided to the output means for the memory,
Therefore, the information of the selected storage element is used for the cache memory.
It is provided to output means. The present invention described in claim 9 has no claim 1
In the invention according to claim 6,
Memory includes first row selection means and first column selection means.
Only if the cache memory has the second row selecting means and the second row selecting means.
Column selection means. The row selection means included in the main memory
Of a plurality of memory cells arranged in a predetermined row.
This is for selecting a molycell. In main memory
The first column selection means included in the plurality of memory cells
Select multiple memory cells arranged in a given column
It is for Second row contained in cache memory
The selection means is arranged in a predetermined row of the plurality of storage elements.
This is for selecting a plurality of storage elements. Cap
The second column selecting means included in the
Select storage elements arranged in a predetermined column among storage elements.
It is for. The present invention described in claim 10 is based on claim 9.
In the described invention, these first row selecting means and
Information of the memory cell selected by the first column selecting means
Are applied to the output means for the memory cells, and these second rows
The record selected by the selecting means and the second column selecting means.
Storage device information is given to the output means for the cache memory.
You. The present invention according to claim 11 provides the present invention according to claim 10
In the invention described in (1), it is provided to the first row selection means
A row address input terminal and a second row selection means.
Row address input terminal is provided separately, and the first column selection
A column address input terminal provided to the selection means, and a second column
The input terminal of the column address given to the selection means is set separately.
Be killed. The present invention described in claim 12 is the first embodiment.
In the invention according to any one of claims 11,
Each of the multiple blocks of memory
Formed on the semiconductor substrate
Are provided between adjacent blocks. [0091] According to the first aspect of the present invention, the main memo
Memory and the cache memory are
Has been split into locks. Single block from main memory
The information read out in units of
Transferred to cache memory. The output read from the main memory is
Output means for main memory by output means for main memory
Is output. The output read from the cache memory is
Output means for main memory by output means for cache memory
Output for cache memory provided separately from output terminal
Output to terminal. As described above, the main memory and the cache memory
In a configuration where the memory and the
Information read from memory in block units is
Since data is stored in blocks in memory,
The number of Lees can be increased. As a result, the cache hit rate
And access time is fast
Can be According to the second aspect of the present invention,
In the invention described in 1, the plurality of storage elements further include a plurality of storage elements.
The cache memory is
Information read from memory in block units is stored in multiple lines
Each can be stored in block units. According to the third aspect of the present invention,
The invention according to 1 or 2, further comprising:
Each of the plurality of storage elements of the memory is a static memory cell
, Increase the cache hit rate
And speed up access times.
It is possible to According to the fourth aspect of the present invention,
4. The cache memory according to claim 1, wherein
The number of blocks and the number of blocks in main memory
The number of locks is equal. According to the fifth aspect of the present invention,
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein
Each of the multiple blocks of the cache memory
Corresponding to each block of output means for cache memory
To provide multiple output lines,
The output read from each block in the
To the output terminal for the cache memory via the corresponding output line
Is output. According to the present invention as set forth in claim 6, the claim
5. The invention according to claim 5, further comprising:
Depending on the output means selection means, one of the output lines
Since one of them is selected, the block corresponding to each output line is selected.
If the information of the cache hit is read in advance,
In this case, the access speed can be increased. According to the present invention as set forth in claims 9 and 10,
In the invention according to any one of claims 1 to 6,
And the first row selection means and the first column selection means
Therefore, the memory cell of the main memory is selected and selected.
The information of the memory cell is given to the output means for the main memory.
Can be Then, the second row selection means and the second column selection
Means for selecting a storage element of the cache memory,
The information of the selected storage element is output to the cache memory output means.
Given to the tier. According to the eleventh aspect of the present invention,
Item 10. The invention according to Item 10, further comprising:
First row selecting means in the cache memory
The second row selection means is provided with a row address from a different input terminal.
Is given. First column selection procedure in main memory
And the first column selecting means in the cache memory
Are supplied with column addresses from different input terminals. But
The memory cell of the main memory and the cache memory
Storage elements can be selected by different address signals
You. According to the twelfth aspect of the present invention,
The invention according to any one of claims 1 to 11
Each of the main memory blocks is a semiconductor
Adjacent blocks formed physically on the substrate
The boundaries are separated by border regions. [0102] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
I will tell. FIG. 1 shows a DRA according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an M element. This embodiment is shown in FIG. 9 except for the following points.
Same as the DRAM device, and the corresponding parts have the same reference numbers.
Numbers are attached, and the description is omitted as appropriate. In FIG. 1, DRA which is a main memory
M memory cell array 1 has a plurality of
It is divided into blocks. In this example, four blocks
It is divided into locks BK1 to BK4. On the other hand, the SRAM memory which is a cache memory
The memory cell array 12 includes a plurality of blocks in a plurality of columns.
It is divided into several ways. In this example,
It is divided into four ways A to D. However, DRA
Number of blocks in M memory cell array 1 and SRAM memory
The number of ways of the cell array 12 may be different. In the DRAM memory cell array 1,
The read data is output to the main memory output means I
Through the / O switch unit 5 and the output buffer 9a, the
DRAM output data D from in-memory output terminal 9c
OUTOutput to the outside. DRAM memory cell array 1 and SRAM
Transfer means is provided between the memory cell array 12 and the memory cell array 12.
, Sense amplifier section 4, block transfer gate section
11, internal I / O band 41, and way transferage
A port portion 42 is provided. The block transfer gate unit 11
One row of any block of the RAM memory cell array 1
Is transferred to the internal I / O band 41 which is a transfer line.
Things. Block decoder as block selecting means
13 is a part of the column address signal CA (this embodiment)
2 bits in the case of
Block which block of data in (1) to transfer
A command is given to the transfer gate unit 11. The way transfer gate section 42 has an internal
The data transferred to the I / O band 41 is stored in the SRAM memory cell.
To any of the ways in the array 12
You. The way decoder 14 has a way address bar.
Address signal WA applied through buffer 15
In response to the internal I / O band 41,
Which way of the memory cell array 12 to transfer to
This is to instruct the transfer gate unit 42. The SRAM memory cell array 12 has
Cache row decoder 43, cache I / O switch unit 4
4 and a cache column decoder 45 are provided. The cache row decoder 43 has a cache
Cache line address provided from address buffer 46
Address of the SRAM memory cell array 12 in response to the
One row is selected. Cache column decoder 4
5 is given from the cache address buffer 46.
In response to the cache column address signal, one of each way
This is for selecting a column. The cache address buffer 46 has the DR
Column address signal C applied to AM memory cell array 1
A is input as a cache address signal CCA, and
Part of the cache row address is assigned to the cache row decoder 43.
And a cache column decoder 43
As a cache column address signal. The cache I / O switch unit 44 has S
A plurality corresponding to each way of the RAM memory cell array 12
SRAM sense amplifiers 47 each have an I / O line pair I
/ O A~ I / ODConnected through. Cache line decoder 43 and cache
S selected for each way by the queue column decoder unit 45
The data in the RAM memory cell array 12 is
Detected and amplified by the corresponding SRAM sense amplifier 47
It is. The way selector 48, which is a selecting means,
Way address given from the address buffer 15
SRAM sense amplifiers in response to a scan signal WA
Selecting one of the data given by 47,
Output terminal for cache memory via output buffer 9b
9d to cache output data DOUTOutput as
Is what you do. Cache input data DINInput buffer as
The data given to the memory 10b is stored in the SRAM memory cell
When writing to one memory cell of the ray 12, the above procedure is reversed.
It is performed in the route of. In such a configuration, the cache I /
O switch section 44, I / O line pair I / OA~ I / OD, S
RAM sense amplifier 47, way selector 48 and
Output means for cache memory by output buffer 9b
Is configured. FIG. 1 shows a DRAM memory cell array.
Data A of each row of block BK1 in A11, B1, C1
And D1Correspond to each wafer of the SRAM memory cell array 12.
(A) The state of transfer to the same line of A, B, C and D
The state is shown. FIG. 2 shows the configuration of a part of FIG. 1 in detail.
FIG. Each block B of the DRAM memory cell array 1
In K1 to BK4, the sense amplifier unit 4 and the block
Transfer gate unit 11 includes n pairs of bit lines BL
1~ BLnN sense amplifier units 4 corresponding to
From 0 and n block transfer gates 110
Become. Further, the internal I / O band 41 includes n sets of I / O line pairs I.
/ O1~ I / OnConsists of These blocks BK1
BK4 is such that adjacent blocks are separated by a boundary area.
Can be Bit line pair BL of each block1~ BL
nAre the sense amplifier 40 and the block transfer gate.
I / O line pair I / O via port 1101~ I /
OnConnected to each other. On the other hand, the SRAM memory cell array 12
It is divided into four ways. Each way has n columns of S
RAM memory cell 120, ie, n bit line pairs
SBL1~ SBLnConsists of In each way, the way transfer
The port section 42 includes n bit line pairs SBL1~ SBLnTo
Correspondingly each of the n way transfer gates 42
Consists of zero. N sets of bit line pairs SBL in each way
1~ SBLnMeans Way Transfer Gate 4
20, the corresponding I / O line pair I of the internal I / O band 41
/ O 1~ I / OnConnected to each other. The cache I / O switch unit 44
Each bit line pair SBL of the AM memory cell array 121~ S
BLnCache I / O switches 44 corresponding to
0 and 4 sets of I / O lines I / O corresponding to each wayA~
I / ODConsists of N sets of bit line pairs SBL belonging to each way
1~ SBLnIs the cache I / O switch 4
40 to the I / O line corresponding to the way.
Have been. For example, bit line pair SB belonging to way C
L1~ SBLnAre all I / O line pairs I / OCConnected to
Have been. The cache row decoding is performed for each way.
A dam portion 45 is provided. Cache row data for each way
The coder unit 45 stores n cache column data corresponding to each column.
It consists of a coder 450. Each cache column decoder 450
Is the MOS of the corresponding cache I / O switch 440
It is connected to the gate of the transistor. FIG. 3 is a simplified diagram using the DRAM device of FIG.
It is a block diagram showing the composition of an easy cash system. In FIG. 3, main memory 30 has 1M
1 Mbyte by 8 DRAM elements 31 of × 1 configuration
Is configured. The memory system shown in FIG.
The difference from the stem is the output from the comparator 26.
Instead of a certain cache hit signal CH, multiple
Column address signal before being multiplexed by
A 10-bit address signal corresponding to the
Input to the DRAM element 31 as the dress signal CCA
And in response to the cache hit signal CH
Data select signal DS generated by state machine 27
Is input to the data selector 51. The data selector 51 receives the data select signal.
Signal DS from DRAM element 31 in response to signal DS.
Select RAM data DD or cache data CD
Output. FIG. 3 illustrates the operation of the simple cache system of FIG.
This will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG. [0135] The TAG 25 has the latest version for each block.
Row address corresponding to the row selected in the new cycle
The set cache address is held as a set. Here, as the way address signal WA,
Since two bits are considered, four sets of row addresses are held.
Have been. Therefore, if the number of blocks is 4, 16 sets
Is stored in the TAG 25
Become. In addition, frequently used addresses are fixed.
You may make it hold in TAG25. The reason is that
This is to increase the use efficiency of the cache memory. That
Is realized in the DRAM device of FIG.
SRAM memory cell array 1 divided into blocks
Data of some blocks (for example, one block) of 2
Data may be fixed data. First, for the data required by the CPU 24,
Address generator 23 generates a corresponding address signal.
I do. The comparator 26 has a 20-bit address signal.
10-bit row address signal RA and column address
Bits corresponding to the block division of the signal CA
(2 bits in the example shown in FIG. 3), and
With the specified address set. If the two match, the cache is invalid.
The comparator 26 outputs a high level signal.
The cache hit signal CH and the hit block
A way address signal WA is generated. An address signal from the comparator 26
Assumes a cache hit prior to comparison
The DRAM device 31 has a 10-bit cache address.
Address signal CCA is input to read the SRAM memory cell.
Operation is in progress. In this case, since four ways are considered,
A bit read operation is in progress. Therefore, the cache
When a hit occurs, the way address signal WA is input.
When the data is input, the desired data is quickly stored in the cache data C
D via the cache output buffer 9b.
Data generated in response to the cache hit signal CH.
The data selector 51 according to the data select signal DS.
Thus, data of the cache memory is obtained. Conversely, the address input to the comparator 26
Address signal is not compatible with the address set held in TAG25.
If they match, a cache miss has occurred and the
The lator 26 does not generate the cache hit signal CH.
As a result, the cache output from the SRAM memory cell is
The shred data CD will be ignored. In this case, the state machine 27
Performs the / RAS and / CAS control of the output cycle and
The dress multiplexer 22 receives the row address signal RA and
Column address signal CA is supplied to DRAM element 31 in order.
(See FIG. 4). When a cache miss occurs as described above,
Low access time tRACOutput data
Therefore, the state machine 27 outputs the wait signal Wa
It generates an "it" and waits for the CPU 24. In the case of a cache miss, the
The data of the block containing the accessed memory cell is
Block decoder that is turned on by the
Via the transfer gate 110, the I / O band 41
/ O line pair I / O1~ I / OnIs forwarded to The data is a way address.
Way transfer gate 4 selected by signal WA
20 via the SRAM memory cell array 12.
A, and selected by the cache row decoder 43
The contents stored in the SRAM memory cell 120 on the written row are written.
Be replaced. Further, the corresponding c of the data block
The TAG 25 on rays is the new
Address set is retained. As described above, in the above embodiment, the key
SRAM memory cell array 12 as cache memory
0 holds data of a plurality of blocks. For this reason,
The number of data entries to the TAG 25 can be increased,
As a result, the probability of hits can be improved,
First, when the access time of the cache memory becomes faster
This has the effect. [0149] According to the first aspect of the present invention, the main
Memory and cache memory in the same row
Divided from the main memory.
Information read in cache units is blocked in the cache memory.
The data is transferred and stored in units. In addition, the main memory and
The cache memory has a separate output means. Therefore, the main memory and the cache memo
In a configuration having separate output means from the
Entry of data without unnecessarily increasing the size
The number of resources can be effectively increased. As a result,
A higher hit rate, and
The set time can be shortened. Therefore,
By using the semiconductor memory device of the present invention, the main memory and key
In a configuration in which the cache memory has a separate output means
High-speed simple set-association with high cache hit rate
You can configure an active cash system
You. According to the second aspect of the present invention,
In the invention described in Item 1, the cache memory further includes
Because multiple storage elements are arranged in multiple rows,
Memory is read from main memory in block units.
Information stored in blocks on multiple lines
You. According to the third aspect of the present invention,
The invention according to 1 or 2, further comprising:
Each of the plurality of storage elements of the memory is a static memory cell
, Increase the cache hit rate
Can further speed up access time
Can be. According to the present invention described in claim 5, according to the present invention,
The invention according to any one of 1 to 4, further comprising:
Corresponding to each of multiple blocks of cache memory
Output lines are provided, so each block of the cache memory
The output read from the block is the output corresponding to that block.
Output to the cache memory output terminal via the power line.
Can be. According to the sixth aspect of the present invention,
5. The invention according to claim 5, further comprising:
Any one of the plurality of output lines depending on the selection means of the output means
Block diagram corresponding to each output line
If you read the information in advance,
The access speed can be increased. According to the present invention as set forth in claims 7 and 8,
The invention according to any one of claims 1 to 6
In addition, the memory cells of the main memory are
Memory cell selected by the stage and the first column selecting means
Can be given to the memory cell output terminal.
Further, the storage element of the cache memory is replaced with a second column selecting means.
And cache the information of the selected storage element
It can be provided to the output means for the memory. According to the ninth and tenth aspects of the present invention,
In the invention according to any one of claims 1 to 6,
Further, the memory cells of the main memory are changed to the first row selecting means.
The column and the first column selecting means select and select the selected menu.
Providing memory cell information to memory cell output means
it can. Furthermore, the storage element of the cache memory is
Selection by the row selection means and the second column selection means,
Information of the selected storage element is output to the output means for the cache memory.
Can be given. According to the eleventh aspect of the present invention,
In the invention described in Item 10, furthermore, the main memory
Memory cell and an address different from the storage element of the cache memory.
Can be selected by the address signal. [0158] According to the twelfth aspect of the present invention, the main
Multiple blocks of memory
Physically solidified, with boundaries between adjacent blocks
Claims 1 to 3 in a configuration separated by regions
It is possible to obtain the same effect as in any one of the eleventh aspect of the present invention.
it can.

【図面の簡単な説明】 【図1】 この発明の一実施例による半導体記憶装置の
構成を示すブロック図である。 【図2】 図1の半導体記憶装置の一部分の構成を詳細
に示すブロック図である。 【図3】 図1の半導体記憶装置を利用した簡易セット
アソシアティブキャッシュシステムの構成を示すブロッ
ク図である。 【図4】 図3の簡易キャッシュシステムの動作波形図
である。 【図5】 従来のDRAM素子の構成を示すブロック図
である。 【図6】 従来のDRAM素子における通常の読出サイ
クル、ページモードサイクルおよびスタティックコラム
モードサイクルのそれぞれの動作波形図である。 【図7】 図5のDRAM素子を利用した簡易キャッシ
ュシステムの構成を示すブロック図である。 【図8】 図7の簡易キャッシュシステムの動作波形図
である。 【図9】 キャッシュメモリ内蔵DRAM素子の構成を
示すブロック図である。 【図10】 図9のDRAM素子の一部分の構成を詳細
に示すブロック図である。 【図11】 図9のDRAM素子を利用した簡易キャッ
シュシステムの構成を示すブロック図である。 【図12】 図11の簡易キャッシュシステムの動作波
形図である。 【符号の説明】 1 DRAMメモリセルアレイ、2 ワードドライバ、
3 行デコーダ部、4センスアンプ部、5 I/Oスイ
ッチ部、6 列デコーダ部、9a、9b出力バッファ、
9cメインメモリ用出力端子、9dキャッシュメモリ用
出力端子、11 ブロックトランスファゲート部、12
SRAMメモリセルアレイ、13ブロックデコーダ、
14 ウエイデコーダ、15 ウエイアドレスバッフ
ァ、41 内部I/O帯、42 ウエイトランスファゲ
ート部、43 キャッシュ行デコーダ、44 キャッシ
ュI/Oスイッチ部、45 キャッシュ列デコーダ部、
48 ウエイセレクタ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor memory device according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing in detail a configuration of a part of the semiconductor memory device of FIG. 1; FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a simple set associative cache system using the semiconductor memory device of FIG. 1; FIG. 4 is an operation waveform diagram of the simple cache system of FIG. 3; FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional DRAM device. FIG. 6 is an operation waveform diagram of each of a normal read cycle, a page mode cycle, and a static column mode cycle in a conventional DRAM device. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a simple cache system using the DRAM device of FIG. 5; FIG. 8 is an operation waveform diagram of the simplified cache system of FIG. 7; FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a DRAM device with a built-in cache memory. FIG. 10 is a block diagram showing in detail a configuration of a part of the DRAM device of FIG. 9; FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a simple cache system using the DRAM device of FIG. 9; FIG. 12 is an operation waveform diagram of the simplified cache system of FIG. 11; [Description of Signs] 1 DRAM memory cell array, 2 word driver,
3 row decoder section, 4 sense amplifier section, 5 I / O switch section, 6 column decoder section, 9a, 9b output buffer,
9c main memory output terminal, 9d cache memory output terminal, 11 block transfer gate section, 12
SRAM memory cell array, 13 block decoder,
14 way decoder, 15 way address buffer, 41 internal I / O band, 42 way transfer gate section, 43 cache row decoder, 44 cache I / O switch section, 45 cache column decoder section,
48 Way selector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−61082(JP,A) 特開 昭62−38590(JP,A) 特開 昭56−77968(JP,A) 特開 昭62−164296(JP,A) 特開 昭64−39691(JP,A) 特開 昭64−84492(JP,A) 特開 昭64−84495(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (56) References JP-A-56-61082 (JP, A)                 JP-A-62-38590 (JP, A)                 JP-A-56-77968 (JP, A)                 JP-A-62-164296 (JP, A)                 JP-A-64-39691 (JP, A)                 JP-A-64-84492 (JP, A)                 JP-A-64-84495 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.複数行および複数列に配列され、各々が情報を記憶
する複数のメモリセルを有し、複数列単位の複数のブロ
ックに分割されたメインメモリと、 複数列に配列され、各々が情報を記憶する複数の記憶素
子を有し、前記メインメモリの各ブロックにおける複数
列と同数の複数列単位の複数のブロックに分割され、前
記メインメモリからブロック単位で読出された情報をブ
ロック単位で記憶するキャッシュメモリと、 前記メインメモリと前記キャッシュメモリとの間に接続
され、前記メインメモリからブロック単位で読出された
情報をブロック単位で前記キャッシュメモリに転送する
ための転送手段と、 前記転送手段が前記メインメモリからブロック単位で読
出された情報を、キャッシュメモリの複数のブロックの
いずれかのブロックに選択的に転送するように前記転送
手段を制御するための転送制御手段と、 メインメモリ用出力端子と、 前記メインメモリ用出力端子とは別個に設けられたキャ
ッシュメモリ用出力端子と、 前記メインメモリから読出された出力を前記メインメモ
リ用出力端子に出力するためのメインメモリ用出力手段
と、 前記キャッシュメモリから読出された出力を前記キャッ
シュメモリ用出力端子に出力するためのキャッシュメモ
リ用出力手段とを備え、 前記転送手段は、 前記メインメモリと前記キャッシュメモリとの間に挿入
された内部I/O帯と、 前記メインメモリと前記内部I/O帯との間に設けら
れ、前記メインメモリから前記ブロック単位で読出され
た情報を前記内部I/O帯に転送するためのトランスフ
ァゲート手段とを含み、 前記転送制御手段は、ブロック選択アドレスに応じて前
記複数のブロックのいずれかを選択するためのブロック
デコーダの出力を前記トランスファゲート手段に与えて
選択駆動する、半導体記憶装置。 2.前記キャッシュメモリの複数の記憶素子は複数行に
配列されている、請求項1記載の半導体記憶装置。 3.前記キャッシュメモリの各記憶素子はスタティック
形メモリセルである、請求項1または請求項2記載の半
導体記憶装置。 4.前記キャッシュメモリにおける複数のブロックの数
と、前記メインメモリにおける複数のブロックの数とが
等しい、請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体記
憶装置。 5.前記キャッシュメモリ用出力手段は、 それぞれが前記キャッシュメモリの複数のブロックそれ
ぞれに対応して設けられる複数の出力線を含む、請求項
1ないし請求項4のいずれかに記載の半導体記憶装置。 6.前記キャッシュメモリ用出力手段は、前記複数の出
力線のうちのいずれか1つの出力線を選択するための選
択手段を含む、請求項5記載の半導体記憶装置。 7.前記メインメモリは、 前記複数のメモリセルのうちの所定の行に配列された複
数のメモリセルを選択するための行選択手段と、 前記複数のメモリセルのうちの所定の列に配列された複
数のメモリセルを選択するための第1の列選択手段とを
含み、 前記キャッシュメモリは、 前記複数の記憶素子のうちの所定の列に配列された記憶
素子を選択するための第2の列選択手段を含む、請求項
1ないし請求項6のいずれかに記載の半導体記憶装置。 8.前記行選択手段および前記第1の列選択手段によっ
て選択されたメモリセルの情報が前記メインメモリ用出
力手段に与えられ、前記第2の列選択手段によって選択
された記憶素子の情報が前記キャッシュメモリ用出力手
段に与えられる、請求項7に記載の半導体記憶装置。 9.前記メインメモリは、 前記複数のメモリセルのうちの所定の行に配列された複
数のメモリセルを選択するための第1の行選択手段と、 前記複数のメモリセルのうちの所定の列に配列された複
数のメモリセルを選択するための第1の列選択手段とを
含み、 前記キャッシュメモリは、 前記複数の記憶素子のうちの所定の行に配列された複数
の記憶素子を選択するための第2の行選択手段と、 前記複数の記憶素子のうちの所定の列に配列された記憶
素子を選択するための第2の列選択手段とを含む、請求
項1ないし請求項6のいずれかに記載の半導体記憶装
置。 10.前記第1の行選択手段および前記第1の列選択手
段によって選択されたメモリセルの情報が前記メインメ
モリ用出力手段に与えられ、前記第2の行選択手段およ
び前記第2の列選択手段によって選択された記憶素子の
情報が前記キャッシュメモリ用出力手段に与えられる、
請求項9に記載の半導体記憶装置。 11.前記第1の行選択手段に与えられる行アドレスの
入力端子と前記第2の行選択手段に与えられる行アドレ
スの入力端子とは別に設けられ、前記第1の列選択手段
に与えられる列アドレスの入力端子と前記第2の列選択
手段に与えられる列アドレスの入力端子とは別に設けら
れる、請求項10記載の半導体記憶装置。 12.前記メインメモリの複数のブロックのそれぞれ
は、半導体基板上に物理的に固まって形成されるととも
に、前記半導体基板上における隣接するブロック間に境
界領域が設けられる、請求項1ないし請求項11のいず
れかに記載の半導体記憶装置。
(57) [Claims] A main memory arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each having a plurality of memory cells for storing information, and a main memory divided into a plurality of blocks in units of a plurality of columns; and arranged in a plurality of columns, each storing information. A cache memory having a plurality of storage elements, divided into a plurality of blocks of a plurality of columns in the same number as a plurality of columns in each block of the main memory, and storing information read in blocks from the main memory in blocks. A transfer unit connected between the main memory and the cache memory for transferring information read from the main memory in block units to the cache memory in block units; Information read in blocks from the cache memory is selectively stored in one of a plurality of blocks of the cache memory. Transfer control means for controlling the transfer means to transmit the data, a main memory output terminal, a cache memory output terminal provided separately from the main memory output terminal, and a read-out signal from the main memory. Main memory output means for outputting the output to the main memory output terminal, and cache memory output means for outputting the output read from the cache memory to the cache memory output terminal. The transfer means is provided between the main memory and the cache memory, and an internal I / O band inserted between the main memory and the cache memory. Transfer gate means for transferring the information read out in the above to the internal I / O band, wherein the transfer control means A semiconductor memory device which supplies an output of a block decoder for selecting one of the plurality of blocks in accordance with a block selection address to the transfer gate means and selectively drives the transfer gate means. 2. 2. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein a plurality of storage elements of said cache memory are arranged in a plurality of rows. 3. 3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein each storage element of said cache memory is a static memory cell. 4. 4. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein the number of the plurality of blocks in the cache memory is equal to the number of the plurality of blocks in the main memory. 5. 5. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said output means for cache memory includes a plurality of output lines each provided corresponding to each of a plurality of blocks of said cache memory. 6. 6. The semiconductor memory device according to claim 5, wherein said output means for a cache memory includes a selection means for selecting any one of the plurality of output lines. 7. The main memory includes: a row selection unit configured to select a plurality of memory cells arranged in a predetermined row of the plurality of memory cells; and a plurality of memory cells arranged in a predetermined column of the plurality of memory cells. A first column selecting means for selecting a memory cell of the plurality of memory elements, wherein the cache memory has a second column selecting means for selecting a storage element arranged in a predetermined column among the plurality of storage elements. 7. The semiconductor memory device according to claim 1, comprising means. 8. The information of the memory cell selected by the row selection means and the first column selection means is provided to the main memory output means, and the information of the storage element selected by the second column selection means is stored in the cache memory. 8. The semiconductor memory device according to claim 7, wherein the semiconductor memory device is provided to an output unit. 9. A first row selection unit for selecting a plurality of memory cells arranged in a predetermined row of the plurality of memory cells; and an array arranged in a predetermined column of the plurality of memory cells. First column selecting means for selecting a plurality of memory cells selected, wherein the cache memory is for selecting a plurality of storage elements arranged in a predetermined row among the plurality of storage elements. 7. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a second row selection unit; and a second column selection unit for selecting a storage element arranged in a predetermined column among the plurality of storage elements. 3. The semiconductor memory device according to claim 1. 10. The information of the memory cell selected by the first row selection means and the first column selection means is given to the main memory output means, and the information is supplied to the main memory output means by the second row selection means and the second column selection means. Information of the selected storage element is provided to the output means for the cache memory,
The semiconductor memory device according to claim 9. 11. A row address input terminal provided to the first row selection means and a row address input terminal provided to the second row selection means are provided separately, and a row address input terminal provided to the first column selection means is provided. 11. The semiconductor memory device according to claim 10, wherein an input terminal and a column address input terminal provided to said second column selecting means are provided separately. 12. 12. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of blocks of the main memory is physically formed on a semiconductor substrate, and a boundary region is provided between adjacent blocks on the semiconductor substrate. Or a semiconductor memory device according to any one of the above.
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