JP3094159B2 - Cache memory device - Google Patents

Cache memory device

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JP3094159B2
JP3094159B2 JP61264633A JP26463386A JP3094159B2 JP 3094159 B2 JP3094159 B2 JP 3094159B2 JP 61264633 A JP61264633 A JP 61264633A JP 26463386 A JP26463386 A JP 26463386A JP 3094159 B2 JP3094159 B2 JP 3094159B2
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complementary
pair
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transistor
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はキャッシュメモリ装置に係り、特に半導体集
積回路による大容量かつ、高速のキヤツシユメモリ等に
用いられる連想メモリに好適なキャッシュメモリ装置に
関する。 〔従来の技術〕 大型の計算機システムには、その高速化のために、中
央処理装置と主メモリとの間に主メモリ内のプログラム
の一部を格納して、高速バツフアメモリとして機能する
キヤツシユメモリが置かれている。 キヤツシユメモリは、2つのメモリアレイを有してい
る。第1のメモリアレイには連想メモリが用いられ、主
メモリから呼び出したい記憶データ(上記プログラムの
一部)の物理アドレスデータが格納されており、第2の
メモリアレイには、呼び出したい記憶データそのものが
格納されている。検索に際しては、検索データとアドレ
スデータとを照合または比較し、両者が一致した場合に
該当する記憶データを第2のメモリアレイから出力させ
るものである。 さて、連想メモリは記憶情報の呼び出しをアドレス指
定によつて行うのではなく、その記憶内容の比較によつ
て行うものであるから、検索データと連想メモリ内の記
憶データとの一致を検出するための一致検出路が必要で
ある。 この一致検出回路に関し、従来の連想メモリは検索デ
ータと記憶データとの比較を行うための、各メモリごと
に個別的に一致検出回路を備えたものが知られている
(特開昭59−231789号公報)。また、他の例として、メ
モリセルのデータを読み出すためのセンス回路により検
索データとの比較を行う回路を備えたものが知られてい
る(特開昭60−117495号公報)。 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術において、前者の場合は、検索データと
メモリセルの記憶データとの一致を検出する一致検出回
路をメモリセルごとに有しているため、1ビツト当りの
メモリセル面積が大きく、大容量のデータを保持できな
いという問題点があつた。 また、後者の場合、一致検出回路をセルごとに持たな
い、通常のメモリセルを用いたものにあつては、まず、
メモリセルの内容をセンス回路で読み出してから一致検
出をするため、遅延時間が大きく、高速動作できないと
いう問題があった。なお、特開昭61−113191号公報、特
開昭58−212698号公報には一致検出回路を備えたものが
開示されているが、これらはキャッシュメモリに格納済
みのデータと検索データとの一致を検出する一致検出回
路をメモリアレイ内部に配置する方式であり、一致検出
回路をメモリセルアレイの外部に配置する方式のものに
は適用することはできない。 本発明の目的は、記憶データと検索データとの一致を
メモリセルアレイの外部を行うことができる連想メモリ
として大容量でかつ高速なものを実現することができる
キュッシュメモリ装置を提供することにある。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本願発明の代表的実施形
態は、 データを記憶する如く2つのインバータ(M11,M12,M
21,M22)の入出力を交差接続したフリップフロップ型の
複数のメモリセル(M)が行方向および列方向に配列さ
れ、各フリップフロップ型メモリセルの一対の入出力ノ
ードが列方向に配置された複数の相補データ線対(ai,
▲▼)にそれぞれ接続され、各フリップフロップ型
メモリセルの複数の制御ノードが行方向に配置された複
数のワード線(Wi)にそれぞれ接続されてなるメモリセ
ルアレイ(14)と、 検索データ(bi,▲▼)と上記メモリセルアレイ
(14)の上記相補データ線対(ai,▲▼)を介して
読み出される各メモリセルからの読み出しデータとの一
致を検出する一致検出回路(15)とを具備してなるキャ
ッシュメモリ装置であって、 上記一致検出回路(15)は、 相補信号入力対(ai,▲▼)と相補検索入力対(b
i,▲▼)と相補出力対(ci,▲▼)とを有して
相補データ線対(ai,▲▼)毎に配置され、上記メ
モリセルアレイ(14)の上記相補データ線対に上記相補
信号入力対(ai,▲▼)が接続され、上記相補信号
入力対(ai,▲▼)の正相信号入力(ai)と上記相
補出力対(ci,▲▼)の正相出力(ci)との間にソ
ース・ドレイン経路が接続された第1のMOSトランジス
タ(201)と、上記相補信号入力対の逆相信号入力(a
i)と上記相補出力対の逆相出力(▲▼)との間に
ソース・ドレイン経路が接続された第2のMOSトランジ
スタ(202)と、上記相補信号入力対の上記正相信号入
力(ai)と上記相補出力対の上記逆相出力(▲▼)
との間にソース・ドレイン経路が接続された第3のMOS
トランジスタ(203)と、上記相補信号入力対の上記逆
相信号入力(▲▼)と上記相補出力対の上記正相出
力(ci)との間にソース・ドレイン経路が接続された第
4のMOSトランジスタ(204)とを含み、上記第1のMOS
トランジスタ(201)および上記第2のMOSトランジスタ
(202)のゲートと上記第3のMOSトランジスタ(203)
および上記第4のMOSトランジスタ(204)のゲートとは
上記相補検索入力対に供給される上記検索データとして
の相補検索入力(bi,▲▼)により互いに逆相で駆
動される複数の論理回路(2)と、 エミッタが共通接続された第1のバイポーラ・トラン
ジスタ(301)と第2のバイポーラ・トランジスタ(30
2)とを有して相補データ線対(ai,▲▼)毎に配置
され、該第1のバイポーラ・トランジスタ(301)のベ
ースと該第2のバイポーラ・トランジスタ(302)のベ
ースとはそれぞれ上記論理回路(2)の上記相補出力対
(ci,▲▼)の上記正相出力(ci)と上記逆相出力
(▲▼)とに接続された複数の差動トランジスタ対
(3)と、 上記複数の差動トランジスタ対(3)の上記第1のバ
イポーラ・トランジスタ(301)と上記第2のバイポー
ラ・トランジスタ(302)との一方(302)のコレクタの
信号の論理和を出力するワイヤードOR回路(5)とを含
むことを特徴とする。 〔作用〕 本発明によれば、下記の理由により当初の目的を達成
することができる。 すなわち検索データ(bi,▲▼)とメモリセルア
レイ(14)の相補データ線対(ai,▲▼)を介して
読み出されるメモリセルからの読み出しデータとの一致
の検出は、メモリセルアレイ(14)の外部に別に設けら
れ、メモリセルアレイ(14)の相補データ線対(a,▲
▼)毎に接続された一致検出回路(15)で行なわれる
ので、この一致検出をメモリセルアレイ(14)の各メモ
リセル(M)の内部で行なう場合よりも、メモリセルア
レイ(14)の半導体チップの占有面積を大幅に低減する
ことが可能となる。 また、検索データ(bi,▲▼)とメモリセル
(M)からの読み出しデータとの一致の検出を行なうに
際して、メモリセルアレイ(14)の各相補データ線対
(ai,▲▼)を介して読み出されるメモリセルから
の読み出しデータは、従来のようにセンス回路で電圧増
幅されることなく、各一致検出回路(15)の相補信号入
力対(ai,▲▼)に直接供給される。このため、検
索データ(bi,▲▼)とメモリセル(M)からの読
み出しデータとの一致の検出を行なうにも、メモリセル
アレイ(14)の各相補データ線対(ai,▲▼)毎に
出力されるデータと検索データ(bi,▲▼)とを一
括して検出し、この検出結果をワイヤードオア回路
(4)を介して高速に出力することができる。 しかも、一致検出回路(15)の一致検出信号が得られ
る相補出力対(ci,▲▼)には高感度の電圧・電流
変換機能を有するバイポーラ(301、302)による差動ト
ランジスタ対(3)が接続されているので、このバイポ
ーラ(301、302)による差動トランジスタ対(3)は従
来のセンス回路の電圧増幅の機能を実効的に実行する。
その結果、従来のように一致検出に先立ってメモリセル
からの読み出しデータをセンス回路で電圧増幅する場合
よりも、遅延時間を低減でき、高速動作を実現すること
が可能となる。 〔実施例〕 次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 第1の実施例(第1の発明) 第2図に、第1の発明に係る実施例を示す。第2図に
おいて、14は連想メモリのメモリセルアレイを示し、15
は一致検出回路を示している。なお、ここにはキヤツシ
ユメモリにおける第2のメモリアレイを示していない。 メモリセルアレイ14において、1は終端抵抗、Mはメ
モリセル、W1〜WmはメモリセルMを選択するためのワー
ド線、ai,はメモリセルM内の格納データを出力す
るための、相補データ線を示している。 一致検出回路15において、2はEX−OR(排他的論理
和)またはEX−NOR(一致論理)からなる論理回路、3
は論理回路2の出力を電流出力に変換する電流変換回
路、bi,は相補検索データ、ci,は論理回路2の
相補出力、4は各電流変換回路3の電流出力の論理和を
とるワイヤードORされた出力線、5はワイヤードOR出力
を論理振幅出力6とするための出力回路を示している。 次に、第1図に、第2図に示したメモリセルMおよび
一致検出回路15の詳細構成を示す。第1図において、終
端抵抗1はダイオード接続されたNMOSトランジスタ(以
下、NMOSTと略記する。)101,102で構成され、相補デー
タ線ai,を電源ヘプルアツプしている。メモリセル
Mは、PMOSトランジスタ(以下、PMOSTと略記する。)M
11およびNMOST−M12と、PMOST−M21およびNMOST−M22
による2つのインバータ回路の入出力を交差接続して相
補データm,を記憶し、ワード線Wjにより制御されるNM
OST−M13,M23で記憶した相補データm,と相補データ線
ai,を各々接続している。論理回路2は、検索デー
タbiにより制御されるNMOST201,202で相補データ線ai,
と相補出力ci,とを各々接続し、検索反転デー
により制御されるNMST−203,204を介して、相補
データ線ai,と相補出力i,ciを各々接続してい
る。電流変換回路3は、相補出力ci,を相補入力と
し、一方を電源へ、他方をワイヤードORする出力線4に
接続したバイポーラトランジスタ301,302の差動対と定
電流源303より構成されている。 次に、本実施例の動作を第3図を用いて説明する。第
3図に示すように、各点の電圧レベルはVで表わすこと
にする。ワード線Wjが論理レベル「H」となると、NMOS
T−M13,M23がオンし、相補データ線ai,の電圧レベ
ルはメモリセルMに記憶されているデータm=「H」の
電圧レベル、Vm,▲V- m▼(Vm>▲V- m▼)に引つぱら
れて相補データ電圧Vai>▲V- a▼となる。検索データb
i=「H」の場合、NMOST201,202はオンし、このとき
=「L」であるから、NMOST203,204はオフとなり、相
補出力ci,の電圧レベルは相補データ電圧VAi,V
に引つぱられて相補出力電圧VCi>Vとなる。 ci,を相補入力としているバイポーラトランジスタ3
01,302の差動対においては301がオンして、302はオフし
て、ワイヤードOR出力4の電流を止める。検索データbi
=「L」の場合は逆に、NMOST201,202がオフ、203,204
はオンし、相補出力ci,の電圧レベルは、相補デー
タ電圧Vi,Vaiに引つぱられて相補出力電圧Vci<V
となり、出力線4に電流が流れる。 以上は、記憶データm=「H」の場合を示したが、記
憶データm=「L」の場合は相補データ電圧がVai<V
の場合と逆の動作をすることになる。相補出力電圧
の態様は、記憶データmと検索データbiの論理値により
4通りの場合が考えられる。 (1)m=「H」,bi=「H」のとき Vai>Vi,201,202オン →Vci>V (2)m=「H」,bi=「L」のとき Vai>Vi,203,204オン →Vci<V (3)m=「L」,bi=「H」のとき Vai<Vi,201,202オン →Vci<V (4)m=「L」,bi=「L」のとき Vai>Vi,203,204オン →Vci>V ここで、相補データ線ai、相補出力ciでの論理値とし
て、ai=「H」をVai>Vと、Ci=「H」をVci>V
と定義すると、論理回路2は相補データ線aiと相補
出力biのEX−NOR論理を相補出力ciの出力としている。
電流変換回路3は相補出力電圧Vci>Vのとき、出
力線4の電流をオフし、逆にVci<Vのとき電流を
流している。すなわち、メモリセルMの記憶したデータ
mと検索データbiとが一致していれば、ワイヤードOR出
力電流はオフし、不一致ならば電流が流れる。このた
め、電流変換回路3の出力線4をワイヤードORすると、
メモリセルMの記憶したデータmと検索データbiがすべ
て一致しない限り、ワイヤードOR出力線4に電流が流
れ、一致検出回路として動作することとなる。 以上、本実施例によれば、一致検出する記憶データ部
に通常のメモリセルを用いることができるので、大容量
のメモリセルを保持出来る。また、メモリセルのデータ
と検索データとの比較において、メモリセルのデータを
センス回路を用いて読み出す必要がないため、一致検出
までの遅延が小さく、かつ、構成が簡単になるという効
果がある。 第4図は一致検出出力回路5の構成例である。ワイヤ
ードOR出力線4はバイポーラトランジスタ500のカスコ
ードを介して、抵抗501と接続され、電流電圧変換を
し、バイポーラトランジスタ507と定電流源508によるレ
ベルシフトを介し、MOSトランジスタ509〜512によるレ
ベル変換回路の入力となる。ダイオード502,503はノー
ド513をクランプして、電圧振幅を2VBEとしている。こ
れにより、レベルシフトしたノード514は電源電圧より2
VBE下の電圧を中心に、上下VBEの振幅をもつ。ダイオー
ド504,505と定電流源506の直列回路は、カスコード段50
0のバイアスと、レベル変換回路509〜512の基準電圧と
なる。 ワイヤードOR出力線4の電流がない場合、ノード513
は抵抗501により電源ヘプルアツプされ、ノード514は電
源よりVBE下がつた電位となる。ノード515は電源より2V
BE下がつた電位であるため、レベル変換回路509〜512の
出力6は「L」となる。逆に、出力4に電流が流れる
と、抵抗501により電圧降下が生じ、ノード513はダイオ
ード502,503でクランプされ、ノード514は電源より3VBE
下がつた電位となる。したがつて、レベル変換回路509
〜512の出力6は「H」となり、ワイヤードOR出力4の
電流を論理振幅の出力とすることができる。 次に、本実施例の一致検出回路を用いたキヤツシユメ
モリの構成例を第5図に示す。10はアドレスバス、11は
アドレスレジスタ、14はデイレクトリ記憶部、16はデー
タ記憶部、15は一致検出回路、17はセンス回路、18はデ
ータレジスタ、19はデータバス、20はキヤツシユがヒツ
トしたことを示す信号である。キヤツシユメモリではデ
イレクトリ記憶部14に記憶されたアドレスとアドレスバ
スから入力されたアドレスとの一致検出の遅延で速度が
決まるため、本実施例を用いれば、高速アクセスのキヤ
ツシユメモリが可能となる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、記憶データと検索データとの一致を
メモリセルアレイの外部で行うようにしたため、メモリ
セルアレイを大容量のもので構成することができるとと
もに、記憶データと検索データとを比較する場合でも、
相補データ線対毎に出力されるデータと検索データとの
一致を一括して検出し、この検出結果をワイヤードオア
回路により高速に出力するようにしているので、データ
の一致検出を高速に行うことができ、データの処理速度
の向上に寄与することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cache memory device, and more particularly to a cache memory device suitable for an associative memory used for a large-capacity, high-speed cache memory or the like by a semiconductor integrated circuit. . 2. Description of the Related Art A large-scale computer system has a cache memory which functions as a high-speed buffer memory by storing a part of a program in a main memory between a central processing unit and a main memory in order to increase the speed. Is placed. The cache memory has two memory arrays. The first memory array uses an associative memory, and stores physical address data of storage data (part of the program) to be called from the main memory, and the second memory array stores the storage data itself to be called. Is stored. In the search, the search data and the address data are collated or compared, and if they match, the corresponding storage data is output from the second memory array. Now, since the associative memory calls the storage information not by specifying the address but by comparing the stored contents, it is necessary to detect the match between the search data and the storage data in the associative memory. Is required. With regard to this coincidence detection circuit, a conventional associative memory is known which has a coincidence detection circuit for each memory for comparing search data with stored data (Japanese Patent Laid-Open No. 59-231789). No.). Further, as another example, there is known a device provided with a circuit for comparing data with search data by a sense circuit for reading data from a memory cell (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-117495). [Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned prior art, in the former case, a match detection circuit for detecting the match between the search data and the storage data of the memory cell is provided for each memory cell. However, there is a problem that the memory cell area is large and large-capacity data cannot be held. In the latter case, first, in the case of using a normal memory cell without having a coincidence detection circuit for each cell, first,
Since the coincidence is detected after the contents of the memory cell are read by the sense circuit, there is a problem that the delay time is long and high-speed operation cannot be performed. JP-A-61-113191 and JP-A-58-212698 disclose those provided with a coincidence detection circuit. This is a method of arranging a match detection circuit for detecting an error in a memory array, and cannot be applied to a method of arranging a match detection circuit outside a memory cell array. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cache memory device capable of realizing a large-capacity and high-speed associative memory capable of performing matching between stored data and search data outside a memory cell array. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, a representative embodiment of the present invention includes two inverters (M 11 , M 12 , M
21 , M 22 ), a plurality of flip-flop type memory cells (M) in which inputs and outputs are cross-connected are arranged in a row direction and a column direction, and a pair of input / output nodes of each flip-flop type memory cell are arranged in a column direction. A plurality of complementary data line pairs (ai,
) And a plurality of control nodes of each flip-flop type memory cell connected to a plurality of word lines (Wi) arranged in the row direction, respectively, and a search data (bi). , ▲ ▼) and a match detection circuit (15) for detecting a match between read data from each memory cell read via the complementary data line pair (ai, ▲ ▼) of the memory cell array (14). The match detection circuit (15) includes a complementary signal input pair (ai, ▲ ▼) and a complementary search input pair (b
i, ▲ ▼) and a complementary output pair (ci, ▲ ▼) are arranged for each complementary data line pair (ai, ▲ ▼), and the complementary data line pair of the memory cell array (14) is provided with the complementary data line pair. The signal input pair (ai, ▲ ▼) is connected, the positive-phase signal input (ai) of the complementary signal input pair (ai, ▲ ▼) and the positive-phase output (ci) of the complementary output pair (ci, ▲ ▼). And a first MOS transistor (201) having a source / drain path connected between the first and second MOS transistors (201), and an inverted-phase signal input (a) of the complementary signal input pair.
a second MOS transistor (202) having a source / drain path connected between i) and the opposite-phase output (▲) of the complementary output pair; and the positive-phase signal input (ai) of the complementary signal input pair. ) And the opposite phase output of the complementary output pair (▲ ▼)
Third MOS with source / drain path connected between
A fourth MOS transistor having a source / drain path connected between the transistor (203) and the negative-phase signal input (▲) of the complementary signal input pair and the positive-phase output (ci) of the complementary output pair; A transistor (204), the first MOS
The gate of the transistor (201) and the second MOS transistor (202) and the third MOS transistor (203)
The gate of the fourth MOS transistor (204) and a plurality of logic circuits (bi,,) driven in opposite phases by the complementary search input (bi, bi) as the search data supplied to the complementary search input pair. 2), a first bipolar transistor (301) and a second bipolar transistor (30) whose emitters are commonly connected.
2), the bases of the first bipolar transistor (301) and the base of the second bipolar transistor (302) are arranged for each complementary data line pair (ai, ▲ ▼). A plurality of differential transistor pairs (3) connected to the positive phase output (ci) and the negative phase output (▲ ▼) of the complementary output pair (ci, ▲) of the logic circuit (2); A wired OR that outputs a logical sum of a signal of a collector of one (302) of the first bipolar transistor (301) and the second bipolar transistor (302) of the plurality of differential transistor pairs (3). And a circuit (5). [Operation] According to the present invention, the original object can be achieved for the following reasons. That is, the detection of coincidence between the search data (bi, ▲ ▼) and the read data from the memory cell read via the complementary data line pair (ai, ▲ ▼) of the memory cell array (14) is performed by the memory cell array (14). A pair of complementary data lines (a, ▲) provided separately outside the memory cell array (14).
▼) is performed by the coincidence detection circuit (15) connected to each memory cell array (14), so that the coincidence detection is performed inside each memory cell (M) of the memory cell array (14). Occupied area can be greatly reduced. Further, when detecting a match between the search data (bi, ▲ ▼) and the read data from the memory cell (M), the data read out via each complementary data line pair (ai, ▲ ▼) of the memory cell array (14). The read data from the memory cell to be read is directly supplied to the complementary signal input pair (ai, ▲ ▼) of each coincidence detection circuit (15) without voltage amplification by the sense circuit as in the related art. For this reason, even when the match between the search data (bi, ▲ ▼) and the read data from the memory cell (M) is detected, it is necessary to set each complementary data line pair (ai, ▲ ▼) of the memory cell array (14). The output data and the search data (bi, ▲ ▼) are collectively detected, and the detection result can be output at high speed via the wired OR circuit (4). Moreover, the complementary output pair (ci, ▲) from which the coincidence detection signal of the coincidence detection circuit (15) is obtained is a differential transistor pair (3) using bipolar (301, 302) having a voltage / current conversion function with high sensitivity. Are connected, the differential transistor pair (3) using the bipolars (301, 302) effectively executes the voltage amplification function of the conventional sense circuit.
As a result, the delay time can be reduced and a high-speed operation can be realized as compared with the conventional case where the voltage read out from the memory cell is amplified by the sense circuit prior to the match detection. Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First Embodiment (First Invention) FIG. 2 shows an embodiment according to the first invention. In FIG. 2, reference numeral 14 denotes a memory cell array of the associative memory;
Indicates a coincidence detection circuit. Here, the second memory array in the cache memory is not shown. In the memory cell array 14, 1 terminating resistor, M memory cells, W 1 to W-m word lines for selecting the memory cell M, a i, i is for outputting the stored data in the memory cell M, The complementary data lines are shown. In the match detection circuit 15, reference numeral 2 denotes a logic circuit composed of EX-OR (exclusive OR) or EX-NOR (match logic).
Is a current conversion circuit for converting the output of the logic circuit 2 into a current output, b i , i are complementary search data, c i , i are complementary outputs of the logic circuit 2, and 4 is a logical sum of current outputs of the respective current conversion circuits 3 Reference numeral 5 denotes an output circuit for converting the wired OR output into a logical amplitude output 6. Next, FIG. 1 shows a detailed configuration of the memory cell M and the coincidence detecting circuit 15 shown in FIG. In FIG. 1, a terminating resistor 1 is composed of diode-connected NMOS transistors (hereinafter abbreviated as NMOST) 101 and 102, and the complementary data lines a i and i are pulled up to a power source. The memory cell M is a PMOS transistor (hereinafter abbreviated as PMOST) M.
11 and NMOST-M 12, and stores the complementary data m by cross connecting inputs and outputs of the two inverter circuits by the PMOST-M 21 and NMOST-M 22, is controlled by the word line W j NM
Complementary data m stored in OST-M 13, M 23, and the complementary data line
a i and i are connected to each other. Logic circuit 2, the complementary data lines a i in NMOST201,202 controlled by the search data b i,
i and the complementary outputs c i , i are connected to each other, and the complementary data lines a i , i are connected to the complementary outputs i , c i via NMST-203, 204 controlled by the inverted search data i . The current conversion circuit 3 is constituted by a differential pair of bipolar transistors 301 and 302 and a constant current source 303 having complementary outputs c i and i as complementary inputs, one connected to a power supply, and the other connected to an output line 4 that performs wired OR. . Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the voltage level at each point is represented by V. When the word line Wj goes to the logic level "H", the NMOS
T-M 13 and M 23 are turned on, and the voltage level of the complementary data lines a i and i is the voltage level of data m = “H” stored in the memory cell M, V m , VV - m ▼ (V m> ▲ V - m ▼) to Hikitsu path is by the complementary data voltage V ai> ▲ V - a ▼ become. Search data b
If i = "H", NMOST 201 and 202 are turned on,
i = because it is "L", NMOST203,204 is turned off, the complementary outputs c i, the voltage level of the i complementary data voltages VA i, V i
To Hikitsu path is to be complementary output voltage VC i> V i. bipolar transistor 3 having c i , i as complementary inputs
In the differential pair 01 and 302, 301 is turned on and 302 is turned off, and the current of the wired OR output 4 is stopped. Search data b i
= "L", NMOSTs 201 and 202 are off, 203 and 204
Is turned on, the voltage level of the complementary output c i, i is the complementary data voltage V i, the complementary output voltage path is Hikitsu to Va i Vc i <V
i , and a current flows through the output line 4. In the above, the case where the storage data m = “H” is shown, but when the storage data m = “L”, the complementary data voltage is Va i <V
The operation is the reverse of the case of i . Aspects of the complementary output voltage is considered four cases the logic value of the stored data m and retrieval data b i. (1) m = "H", b i = Va i> V i when "H", 201, 202 on → Vc i> V i (2 ) m = "H", b i = Va i when "L"> V i , 203,204 on → Vc i <V i (3) When m = “L”, b i = “H” Va i <V i , 201,202 on → Vc i <V i (4) m = “L” "when b i =" L "Va i> V i, where 203 and 204 on → Vc i> V i, the complementary data lines a i, a logical value of a complementary output c i, a i = a" H " Va i > V i , and C i = “H”, V c i > V
When defined as i, the logic circuit 2 is an output of the complementary output c i the EX-NOR logic complementary output b i and the complementary data line a i.
When current conversion circuit 3 is a complementary output voltage Vc i> V i, turns off the current of the output line 4, and electric current when Vc i <V i reversed. That is, if the stored data m of the memory cell M and the search data b i match, the wired OR output current is turned off, current flows if a mismatch. Therefore, if the output line 4 of the current conversion circuit 3 is wired-ORed,
As long as the data m and the search data b i of the stored memory cells M does not match all the current flows through the wired-OR output line 4, and operate as coincidence detection circuit. As described above, according to the present embodiment, since a normal memory cell can be used for the storage data unit for detecting the coincidence, a large-capacity memory cell can be held. Further, in comparing the data of the memory cell with the search data, there is no need to read out the data of the memory cell using the sense circuit, so that there is an effect that the delay until the match detection is small and the configuration is simple. FIG. 4 is a configuration example of the coincidence detection output circuit 5. The wired OR output line 4 is connected to a resistor 501 through a cascode of a bipolar transistor 500, performs current-voltage conversion, and performs a level shift by a bipolar transistor 507 and a constant current source 508, and a level conversion circuit by MOS transistors 509 to 512. Input. Diodes 502 and 503 clamp node 513 to provide a voltage amplitude of 2V BE . This causes the level-shifted node 514 to be two
The center voltage under V BE, with amplitudes of the upper and lower V BE. The series circuit of the diodes 504 and 505 and the constant current source 506
It becomes a bias of 0 and a reference voltage of the level conversion circuits 509 to 512. If there is no current on wired OR output line 4, node 513
Is pulled up to the power supply by the resistor 501, and the potential of the node 514 is lower than the power supply by V BE . Node 515 is 2V from power supply
Since the potential is lower than BE, the output 6 of the level conversion circuits 509 to 512 becomes “L”. Conversely, when a current flows through the output 4, a voltage drop occurs due to the resistor 501, the node 513 is clamped by the diodes 502 and 503, and the node 514 is 3V BE from the power supply.
The lower potential is set. Therefore, the level conversion circuit 509
The outputs 6 to 512 become “H”, and the current of the wired OR output 4 can be output as a logic amplitude output. Next, FIG. 5 shows a configuration example of a cache memory using the coincidence detection circuit of this embodiment. 10 is an address bus, 11 is an address register, 14 is a directory storage unit, 16 is a data storage unit, 15 is a match detection circuit, 17 is a sense circuit, 18 is a data register, 19 is a data bus, and 20 is a cache hit. Is a signal indicating the following. In the cache memory, since the speed is determined by the delay of the coincidence detection between the address stored in the directory storage unit 14 and the address input from the address bus, the use of this embodiment makes it possible to implement a high-speed access cache memory. . [Effects of the Invention] According to the present invention, matching between storage data and search data is performed outside the memory cell array, so that the memory cell array can be configured with a large capacity, and the storage data and search data can be stored. Even when comparing
The match between the data output for each complementary data line pair and the search data is detected collectively, and the detection result is output at high speed by a wired-OR circuit. This can contribute to an improvement in data processing speed.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の一実施例を示す回路図,第2図は第
1図の全体構成図、第3図は第1図の回路の動作波形
図、第4図は第2図の出力回路を示す回路図、第5図は
本発明を適用したシステム構成図である。、 1……終端抵抗、2……論理回路、3……電流変換回
路、4……ワイヤードOR出力線、M……メモリセル、
ai,……差動データ線、bi,……差動検索デー
タ、ci,……差動入力。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an overall configuration diagram of FIG. 1, FIG. 3 is an operation waveform diagram of the circuit of FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing the output circuit of FIG. 2, and FIG. 5 is a system configuration diagram to which the present invention is applied. , 1 ... Terminating resistor, 2 ... Logic circuit, 3 ... Current conversion circuit, 4 ... Wired OR output line, M ... Memory cell,
a i , i ... differential data line, b i , i ... differential search data, c i , i .

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−120244(JP,A) 特開 昭58−165424(JP,A) 特開 昭61−113191(JP,A) 特開 昭61−3389(JP,A) 特開 昭53−33(JP,A) 特開 昭61−133096(JP,A)Continuation of front page       (56) References JP-A-61-120244 (JP, A)                 JP-A-58-165424 (JP, A)                 JP-A-61-113191 (JP, A)                 JP-A-61-3389 (JP, A)                 JP-A-53-33 (JP, A)                 JP-A-61-133096 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.データを記憶する如く2つのインバータの入出力を
交差接続したフリップフロップ型の複数のメモリセルが
行方向および列方向に配列され、各フリップフロップ型
メモリセルの一対の入出力ノードが列方向に配置された
複数の相補データ線対にそれぞれ接続され、各フリップ
フロップ型メモリセルの複数の制御ノードが行方向に配
置された複数のワード線にそれぞれ接続されてなるメモ
リセルアレイと、 検索データと上記メモリセルアレイの上記相補データ線
対を介して読み出される各メモリセルからの読み出しデ
ータとの一致を検出する一致検出回路とを具備してなる
キャッシュメモリ装置であって、 上記一致検出回路は、 相補信号入力対と相補検索入力対と相補出力対とを有し
て上記相補データ線対毎に配置され、上記メモリセルア
レイの上記相補データ線対に上記相補信号入力対が接続
され、上記相補信号入力対の正相信号入力と上記相補出
力対の正相出力との間にソース・ドレイン経路が接続さ
れた第1のMOSトランジスタと、上記相補信号入力対の
逆相信号入力と上記相補出力対の逆相出力との間にソー
ス・ドレイン経路が接続された第2のMOSトランジスタ
と、上記相補信号入力対の上記正相信号入力と上記相補
出力対の上記逆相出力との間にソース・ドレイン経路が
接続された第3のMOSトランジスタと、上記相補信号入
力対の上記逆相信号入力と上記相補出力対の上記正相出
力との間にソース・ドレイン経路が接続された第4のMO
Sトランジスタとを含み、上記第1のMOSトランジスタお
よび上記第2のMOSトランジスタのゲートと上記第3のM
OSトランジスタおよび上記第4のMOSトランジスタのゲ
ートとは上記相補検索入力対に供給される上記検索デー
タとしての相補検索入力により互いに逆相で駆動される
複数の論理回路と、 エミッタが共通接続された第1のバイポーラ・トランジ
スタと第2のバイポーラ・トランジスタとを有して上記
相補データ線対毎に配置され、該第1のバイポーラ・ト
ランジスタのベースと該第2のバイポーラ・トランジス
タのベースとはそれぞれ上記各論理回路の上記相補出力
対の上記正相出力と上記逆相出力とに接続された複数の
差動トランジスタ対と、 上記複数の差動トランジスタ対の上記第1のバイポーラ
・トランジスタと上記第2のバイポーラ・トランジスタ
との一方のコレクタの信号の論理和を出力するワイヤー
ドOR回路とを含むことを特徴とするキャッシュメモリ装
置。 2.上記第1のMOSトランジスタと上記第2のMOSトラン
ジスタと上記第3のMOSトランジスタと上記第4のMOSト
ランジスタとは、同一導電型チャネルのMOSトランジス
タであることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
のキャッシュメモリ装置。 3.上記第1のMOSトランジスタと上記第2のMOSトラン
ジスタと上記第3のMOSトランジスタと上記第4のMOSト
ランジスタとは、Nチャネル型のMOSトランジスタであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載のキャ
ッシュメモリ装置。 4.上記一致検出回路の上記ワイヤードOR回路の出力に
応答してデータ記憶部のデータがセンス回路を介して得
られることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3
項までのいずれか1項に記載のキャッシュメモリ装置。
(57) [Claims] A plurality of flip-flop type memory cells in which inputs and outputs of two inverters are cross-connected to store data are arranged in a row direction and a column direction, and a pair of input / output nodes of each flip-flop type memory cell are arranged in a column direction. A memory cell array connected to a plurality of paired complementary data lines, and a plurality of control nodes of each flip-flop type memory cell connected to a plurality of word lines arranged in a row direction; A match detection circuit for detecting a match with read data from each memory cell read via the complementary data line pair of the cell array, wherein the match detection circuit comprises: A pair, a complementary search input pair, and a complementary output pair, each memory cell array being arranged for each of the complementary data line pairs. A complementary data line pair having the complementary signal input pair connected thereto, and a source / drain path connected between a positive phase signal input of the complementary signal input pair and a positive phase output of the complementary output pair. A MOS transistor, a second MOS transistor having a source / drain path connected between a reverse phase signal input of the complementary signal input pair and a reverse phase output of the complementary output pair, and A third MOS transistor having a source / drain path connected between a phase signal input and the opposite phase output of the complementary output pair, and a third MOS transistor having the opposite phase signal input of the complementary signal input pair and the complementary output pair of the complementary output pair; Fourth MO with source / drain path connected to positive-phase output
And a gate of the first MOS transistor and the second MOS transistor and a gate of the third M transistor.
The gates of the OS transistor and the fourth MOS transistor are connected to a plurality of logic circuits driven in opposite phases by the complementary search input as the search data supplied to the complementary search input pair, and the emitters are commonly connected. Each of the complementary data line pairs includes a first bipolar transistor and a second bipolar transistor, and is disposed for each of the complementary data line pairs. The base of the first bipolar transistor and the base of the second bipolar transistor are respectively A plurality of differential transistor pairs connected to the positive phase output and the negative phase output of the complementary output pair of each logic circuit; a first bipolar transistor of the plurality of differential transistor pairs; And a wired OR circuit for outputting a logical sum of a signal of one collector and two bipolar transistors. Cache memory device that. 2. 2. The device according to claim 1, wherein the first MOS transistor, the second MOS transistor, the third MOS transistor, and the fourth MOS transistor are MOS transistors having the same conductivity type channel. A cache memory device according to claim 1. 3. 3. The transistor according to claim 2, wherein the first MOS transistor, the second MOS transistor, the third MOS transistor, and the fourth MOS transistor are N-channel MOS transistors. 3. A cache memory device according to claim 1. 4. 4. The method according to claim 1, wherein data of a data storage unit is obtained via a sense circuit in response to an output of the wired OR circuit of the coincidence detection circuit.
The cache memory device according to any one of the preceding items.
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