JP4511790B2 - 連想記憶装置 - Google Patents
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Description
本発明は、大規模で、かつ低消費電力で動作する連想記憶装置に関する。
背景技術
連想記憶装置は、内容アドレス記憶装置と呼ばれ、番地(アドレス)を指定してデータの読み出しまたは書き込みをおこなう通常の記憶装置とは異なり、入力された検索データと一致または類似するデータを検索し出力する機能を有する。連想記憶装置では、複数本のマッチ線(一致検出線)のそれぞれに複数個の連想メモリセルが接続されており、すべてのマッチ線で同時にデータ検索が実行される。
データ検索を実行する際には、まず、すべてのマッチ線の電位を相対的に高いHレベルにプリチャージする必要がある。そして、検索の結果、それぞれのマッチ線の電位は、接続されたすべての連想メモリセルの保持データが検索データと一致した場合には相対的に高いHレベルのままであるが、接続された複数の連想メモリセルのうち1個でも不一致であれば相対的に低いLレベルとなる。
したがって、あるデータの検索の結果、電位レベルがLレベルに引き下げられたマッチ線が多数存在すると、つぎのデータ検索のためにプリチャージをおこなう際に、LレベルからHレベルに電位を引き上げる必要のあるマッチ線が多いため、消費電力が多くなってしまう。
従来より、連想記憶装置において消費電力を削減するための提案が種々なされている。たとえば、特開昭62−293596号公報には、1ワードをnビットで構成する連想記憶装置において、nビットのデータを書き込むためのワードの選択をおこなうデコーダと、1ワードをmビットで構成する第1の連想メモリセルアレイと、この第1の連想メモリセルアレイの比較結果を検出する第1のセンスアンプと、この第1のセンスアンプの出力を用いて比較動作をおこなう1ワードを(n−m)ビットとする第2の連想メモリセルアレイと、この第2の連想メモリセルアレイの比較結果を、第1のセンスアンプの出力に応じて検出する第2のセンスアンプとを備えてなる連想記憶装置について開示されている。
この従来技術によれば、第1の連想メモリセルアレイで一致したワードについてだけ第2の連想メモリセルアレイおよび第2のセンスアンプを動作させるために、低消費電力がはかられるとしている。しかしながら、近時のように、連想記憶装置の記憶容量が増大し、マッチ線の数がたとえば8k(k=1024)本以上と、上記公報出願当時の数十倍程度になると、センスアンプでの消費電力よりもマッチ線のプリチャージに要する電力消費量の方が著しく多いため、消費電力を十分に低減させることができない。本発明は、大規模で、かつ低消費電力で動作する連想記憶装置を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明にかかる連想記憶装置は、複数の連想メモリセルからなるメモリセルマトリックスおよびマッチ線をマッチライン方向にそれぞれn個に分割したものである。そして、第1のメモリセルマトリックスには、第1のマッチ線をプリチャージする第1のマッチ線プリチャージ回路と、前記第1のマッチ線の電位を検出する第1のセンスアンプとを設ける。また、第mのメモリセルマトリックスには、第mのマッチ線をプリチャージする第mのマッチ線プリチャージ回路と、第m−1のセンスアンプにより検出された第m−1のマッチ線の電位が、当該第m−1のマッチ線に接続された連想メモリセルの記憶データと検索データとが一致したときの電位であるときにのみ、前記第mのマッチ線プリチャージ回路を動作させる第mのマッチ線用制御回路と、前記第mのマッチ線の電位を検出する第mのセンスアンプと、を設ける。ここで、nは2以上の整数であり、mは2からnまでの整数である。たとえばnおよびmがいずれも2であれば、メモリセルマトリックスが2段構成の連想記憶装置が得られる。
この発明によれば、後段のメモリセルマトリックスにおいては、その直前の段のメモリセルマトリックスにおいて記憶データと検索データとが一致したマッチ線に対応するマッチ線のみがプリチャージされる。すなわち、直前の段のメモリセルマトリックスにおいてデータが不一致となったマッチ線に対応する後段のメモリセルマトリックスのマッチ線については、プリチャージがおこなわれない。したがって、前段のメモリセルマトリックスにおいてデータが不一致となったマッチ線が多数存在しても、それらに起因して消費される電力はゼロであるため、連想記憶装置の記憶容量を大きくしても消費電力を減らすことができる。
また、この発明において、後段のメモリセルマトリックスにおいては、その直前の段のメモリセルマトリックスにおけるデータ検索が終了した後にマッチ線のプリチャージがおこなわれるが、そのプリチャージ後にサーチバス駆動回路によりその後段のメモリセルマトリックスの連想メモリセルに対して検索データが供給される。そのため、各段のメモリセルマトリックスにおいて、データ検索対象のマッチ線がプリチャージされた後に、そのマッチ線に接続された連想メモリセルに対してデータ検索がおこなわれる。
また、この発明において、直前の段のメモリセルマトリックスの連想メモリセルに検索データを供給するためのサーチバス制御信号は、遅延回路により遅延されて、後段のメモリセルマトリックスの連想メモリセルに対して検索データを供給するためのサーチバス制御信号として、後段のメモリセルマトリックスに供給される構成となっていてもよい。そうすれば、遅延回路により所定のタイミングだけ遅延されて順次後段のメモリセルマトリックスに検索データを供給するためのサーチバス制御信号が供給されるので、順次後段のメモリセルマトリックスに検索データが供給されてデータ検索がおこなわれるが、その際の各段のメモリセルマトリックス間のタイミング制御が容易となる。
また、この発明において、直前の段のメモリセルマトリックスのデータ検索結果であるセンスアンプ出力、および直前の段のメモリセルマトリックスの連想メモリセルに検索データを供給するためのサーチバス制御信号が、それぞれラッチ回路によりラッチされた後、つぎのクロックパルスに同期して後段のメモリセルマトリックスに供給される構成となっていていもよい。そうすれば、後段のメモリセルマトリックスにおいてデータ検索をおこなっている間に、その直前の段のメモリセルマトリックスにおいて別のデータに対する検索をおこなうことができる。つまり、各段のメモリセルマトリックスにおけるデータ検索をパイプライン動作でおこなうことができる。したがって、連想記憶装置を高速で動作させることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明にかかる連想記憶装置の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
1.連想メモリセルの構成
第1図に示すように、この連想記憶装置を構成する連想メモリセル1は、2個のPMOSトランジスタ11,12、4個のNMOSトランジスタ13,14,15,16および2個のインバータ17,18を備えている。第1図において、MLはマッチ線、WLはワード線、SBおよび/SBはサーチバス、BLおよび/BLはビット線である。特に限定しないが、たとえば第1図に示す構成の連想メモリセル1では、検索データが「1」のときに、第1のサーチバスSBの電位が相対的に高い「H」レベルとなり、一方、第2のサーチバス/SBの電位は相対的に低い「L」レベルとなる。検索データが「0」のときにはその逆となる。
第1のPMOSトランジスタ11について、ソース、ゲートおよびドレインはそれぞれマッチ線ML、サーチバス/SBおよび第1のNMOSトランジスタ13のドレインに接続されている。第1のNMOSトランジスタ13のソースは接地されている。第2のPMOSトランジスタ12について、ソース、ゲートおよびドレインはそれぞれマッチ線ML、サーチバスSBおよび第2のNMOSトランジスタ14のドレインに接続されている。第2のNMOSトランジスタ14のソースは接地されている。第2のNMOSトランジスタ14のゲートは第1のインバータ17の入力端子に接続されており、その第1のインバータ17の出力端子は第1のNMOSトランジスタ13のゲートに接続されている。また、第1のNMOSトランジスタ13のゲートは第2のインバータ18の入力端子に接続されており、その第2のインバータ18の出力端子は第2のNMOSトランジスタ14のゲートに接続されている。第3のNMOSトランジスタ15のゲートはワード線WLに接続されており、ソースまたはドレインは第1のビット線BLまたは第1のNMOSトランジスタ13のゲートに接続される。第4のNMOSトランジスタ16のゲートはワード線WLに接続されており、ソースまたはドレインは第2のビット線/BLまたは第2のNMOSトランジスタ14のゲートに接続される。したがって、この連想メモリセル1がデータとして「1」を記憶している場合には、第1のNMOSトランジスタ13のゲート電位が「L」レベルとなり、第2のNMOSトランジスタ14のゲート電位は「H」レベルとなる。記憶データが「0」の場合にはその逆となる。
この連想メモリセル1の記憶データと検索データとの比較動作について説明する。まず、データ検索の開始時にマッチ線MLが「H」レベルにプリチャージされる。検索データが「1」のときには、第1のサーチバスSBの電位は「H」レベルとなり、第2のサーチバス/SBは「L」レベルとなる。したがって、第1のPMOSトランジスタ11はオン状態となるが、第2のPMOSトランジスタ12はオフ状態のままである。このとき、記憶データが「1」の場合、すなわち検索データと記憶データが一致している場合には、第1のNMOSトランジスタ13は、そのゲート電位が「L」レベルであるため、オフ状態のままである。したがって、マッチ線MLから接地点へ向かって電流が流れないため、マッチ線の電位は「H」レベルのままである。一方、記憶データが「0」のときに「1」のデータを検索すると、第1のPMOSトランジスタ11がオン状態で、かつ第1のNMOSトランジスタ13も、そのゲート電位が「H」レベルであるため、オン状態となる。したがって、第1のPMOSトランジスタ11および第1のNMOSトランジスタ13を介してマッチ線MLから接地点へ向かって電流が流れるため、ゼロボルト付近まで引き下げられる。つまり、マッチ線の電位は、検索データが記憶データと一致する場合には「H」レベルのままであり、一致しない場合には「L」レベルとなる。
このような連想メモリセル1は、第2図に示すように、同一のマッチ線MLに複数個接続されており、それら複数の連想メモリセル1は同時にデータの比較がおこなわれる。マッチ線MLはマッチ線(ML)プリチャージ回路2により所定の電位にプリチャージされる。また、マッチ線MLの電位、すなわちデータの検索結果はマッチ線センスアンプ(MLSA)3により検出される。以下、説明の便宜上、この1本のマッチ線MLに複数の連想メモリセル1、マッチ線プリチャージ回路2およびマッチ線センスアンプ3が接続された構成をマッチ線ブロックと称する。
同一のマッチ線MLに接続されたすべての連想メモリセル1の各記憶データが、それぞれのビットに対応する検索データと一致している場合には、第3図に示すように、マッチ線MLの電位はほぼ「H」レベルである。この場合には、つぎのデータ検索のためにマッチ線MLを再びプリチャージしても消費電力は少ない。一方、同一のマッチ線MLに接続されたすべての連想メモリセル1のうち一つでも記憶データと検索データとが一致しないメモリセルがあれば、第3図に示すように、マッチ線MLの電位はゼロボルトとなる。この場合には、マッチ線MLの電位をゼロボルトから「H」レベルまでプリチャージしなければならないため、消費電力が多くなる。同一のマッチ線MLに接続された連想メモリセル1の数が多いほど、そのマッチ線MLをゼロボルトからプリチャージするときに消費される電力は多くなる。したがって、マッチ線MLのプリチャージによる消費電力を下げるには、同一のマッチ線MLに接続される連想メモリセル1の数を減らせばよい。
2.連想記憶装置の全体構成
第4図に示す連想記憶装置100は、第1のメモリセルマトリックス4、第2のメモリセルマトリックス5、遅延回路6、サーチバス(SB)ドライバ制御回路71、プリチャージ制御回路72、マッチ線センスアンプ(MLSA)制御回路73を備えている。
第1のメモリセルマトリックス4は、上述したマッチ線ML、複数の連想メモリセル1、マッチ線プリチャージ回路2およびマッチ線センスアンプ3からなるマッチ線ブロック41を複数備えている。第4図には、マッチ線ブロック41内の構成を一ブロックのみ代表して示すが、その他のマッチ線ブロック41の構成も同じである。また、第1のメモリセルマトリックス4は、マッチ線ブロック41内の連想メモリセル1に対応した数のサーチバス駆動回路42を備えている。
第1のメモリセルマトリックス4において、各サーチバス駆動回路42には、サーチバスドライバ制御回路71よりサーチバス制御信号SBC1が供給される。このサーチバス制御信号SBC1に基づいて、第1のメモリセルマトリックス4の各サーチバス駆動回路42は対応する連想メモリセル1に検索データを供給する。また、第1のメモリセルマトリックス4において、各マッチ線ブロック41内のマッチ線プリチャージ回路2には、プリチャージ制御回路72よりプリチャージ信号PCH1が供給される。マッチ線プリチャージ回路2は、このプリチャージ信号PCH1を受け取ると、対応するマッチ線MLをプリチャージする。また、第1のメモリセルマトリックス4において、各マッチ線ブロック41内のマッチ線センスアンプ3には、マッチ線センスアンプ制御回路73よりマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1が供給される。マッチ線センスアンプ3は、このマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1を受け取ると、対応するマッチ線MLの電位を検出する。
これら、サーチバスドライバ制御回路71、プリチャージ制御回路72およびマッチ線センスアンプ制御回路73は、それぞれクロック信号φおよび検索開始のトリガーとなる信号に基づいてそれぞれの制御信号を出力する。この検索開始のトリガーとなる信号は、連想記憶装置100の外部に設けられた図示しない命令デコード回路において、データ検索コマンドがデコードされたときに与えられる。
第2のメモリセルマトリックス5は、上述したマッチ線ML、複数の連想メモリセル1、マッチ線プリチャージ回路2およびマッチ線センスアンプ3からなるマッチ線ブロック51を複数備えている。なお、第4図には、マッチ線ブロック51内の構成を一ブロックのみ代表して示すが、その他のマッチ線ブロック51の構成も同じである。また、第2のメモリセルマトリックス5は、マッチ線ブロック51内の連想メモリセル1に対応した数のサーチバス駆動回路52を備えている。また、第2のメモリセルマトリックス5において、各マッチ線ブロック51には、それぞれのブロック内のマッチ線プリチャージ回路2を駆動制御するための第2のマッチ線用制御回路8が設けられている。この第2のマッチ線用制御回路8は、第1のメモリセルマトリックス4の各マッチ線ブロック41のデータ比較結果がすべて一致の場合、すなわち第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3の出力電位が「H」レベルのときに、第2のメモリセルマトリックス5の対応するマッチ線MLをプリチャージさせるためのプリチャージ信号PCH2を出力する。
第2のメモリセルマトリックス5において、各サーチバス駆動回路52には、サーチバスドライバ制御回路71から第1のメモリセルマトリックス4に供給されたサーチバス制御信号SBC1が、遅延回路6により所定のタイミング、すなわち第1のメモリセルマトリックス4でのデータ検索が終了するタイミングだけ遅れて、サーチバス制御信号SBC2として供給される。このサーチバス制御信号SBC2に基づいて、第2のメモリセルマトリックス5の各サーチバス駆動回路52は対応する連想メモリセル1に検索データを供給する。また、第2のメモリセルマトリックス5において、各マッチ線ブロック51内のマッチ線プリチャージ回路2には、第2のマッチ線用制御回路8よりプリチャージ信号PCH2が供給される。マッチ線プリチャージ回路2は、このプリチャージ信号PCH2を受け取ると、対応するマッチ線MLをプリチャージする。また、第2のメモリセルマトリックス5において、各マッチ線ブロック51内のマッチ線センスアンプ3には、第1のメモリセルマトリックス4の各マッチ線ブロック41内のマッチ線センスアンプ3の出力信号がマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2として供給される。第2のメモリセルマトリックス5の各マッチ線センスアンプ3は、このマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2を受け取ると、対応するマッチ線MLの電位を出力する。
ここで、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線ブロック41で検索されるデータと、そのマッチ線ブロック41に対応する第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線ブロック51で検索されるデータとは、従来は同一のマッチ線に接続された複数の連想メモリセルによって一時にデータ比較されていたものである。つまり、この実施の形態では、複数ビットからなる一つのブロックとしてのデータを上位数ビットと残りの下位数ビットの2つのブロックに分割し、たとえば上位ビットのデータを第1のメモリセルマトリックス4においてデータ検索し、残りの下位ビットのデータを第2のメモリセルマトリックス5においてデータ検索をおこなう。その際、第2のメモリセルマトリックス5においては、第1のメモリセルマトリックス4においてデータがすべて一致したマッチ線MLについてのみプリチャージをおこなう。
3.マッチ線センスアンプの構成
マッチ線センスアンプ3は、第1のメモリセルマトリックス4および第2のメモリセルマトリックス5において共通の構成であり、たとえば第5図に示すように、カレントミラー回路31、トランスファゲート32、NMOSトランジスタ33および3個のインバータ34,35,36を備えている。カレントミラー回路31の出力電位は、マッチ線MLの電位が基準電位Vrefよりも高いとき、すなわちマッチ線MLに接続されたすべての連想メモリセル1においてデータの比較結果が一致したときに「H」レベルとなる。マッチ線MLに接続された複数の連想メモリセル1のうち一つでもデータの比較結果が不一致であると、マッチ線MLの電位は基準電位Vrefよりも低くなり、カレントミラー回路31の出力電位は「L」レベルとなる。トランスファゲート32は、第1のメモリセルマトリックス4においてはマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1(また、第2のメモリセルマトリックス5においてはマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2)が「H」レベルのときにカレントミラー回路31の出力電位を出力する。トランスファゲート32から出力された信号は2個のインバータ35,36を介して出力される。したがって、データ比較の結果が一致である場合には、マッチ線センスアンプ3の出力電位は「H」レベルとなり、不一致である場合には「L」レベルとなる。
また、トランスファゲート32の出力端子には、第1のメモリセルマトリックス4においてはマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1(また、第2のメモリセルマトリックス5においてはマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2)をインバータ34により反転してなる信号をゲート入力とするNMOSトランジスタ33が接続されている。このNMOSトランジスタ33は、マッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1(または、マッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2)が「L」レベルのときにオン状態となって、マッチ線センスアンプ3の出力電位を「L」レベルとする。第1のメモリセルマトリックス4においては、データ検索時に、すべてのマッチ線センスアンプ3に「H」レベルのマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1が供給されるので、マッチ線センスアンプ3の出力電位はデータ検索結果に対応した電位レベルとなる。
一方、第2のメモリセルマトリックス5においては、データ検索時に、第1のメモリセルマトリックス4におけるデータ検索結果に対応した電位レベルの信号がマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2としてマッチ線センスアンプ3に供給される。したがって、第1のメモリセルマトリックス4においてデータ検索結果が一致である場合、それに対応する第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線センスアンプ3の出力電位は、第2のメモリセルマトリックス5におけるデータ検索結果に対応した電位レベルとなる。第1のメモリセルマトリックス4においてデータ検索結果が不一致である場合には、それに対応する第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線センスアンプ3ではNMOSトランジスタ33がオン状態となるので、マッチ線センスアンプ3の出力電位は「L」レベルとなる。
4.第2のマッチ線用制御回路8の構成
第2のマッチ線用制御回路8は、たとえば第6図に示すように、ナンド回路81とインバータ遅延回路82とから構成されている。インバータ遅延回路82は、2n+1段のインバータを直列に接続した構成となっている。ナンド回路81の一方の入力端子およびインバータ遅延回路82の入力端子には、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3から出力された信号が入力される。ナンド回路81のもう一方の入力端子にはインバータ遅延回路82の出力信号が供給される。つまり、ナンド回路81は、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3の出力信号が「L」レベルから「H」レベルに切り替わった直後に「L」レベルのパルス信号を、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線MLをプリチャージするためのプリチャージ信号PCH2として出力する。
5.マッチ線プリチャージ回路2の構成
マッチ線プリチャージ回路2は、第1のメモリセルマトリックス4および第2のメモリセルマトリックス5において共通の構成であり、たとえば第7図に示すように、PMOSトランジスタ21で構成されている。このPMOSトランジスタ21は、プリチャージ信号PCH1(またはPCH2)の「L」レベルのパルス信号によってオン状態となり、マッチ線MLに電源電位Vddを印加する。
6.連想記憶装置100のデータ検索動作の説明
連想記憶装置100のデータ検索時の各信号の変化について説明する。
(1)検索結果が一致の場合
第1のメモリセルマトリックス4のあるマッチ線ブロック41において、データ検索の結果、そのブロック41の記憶データと検索データとが一致する場合について第8図を参照しながら説明する。図示しない命令デコード回路から連想記憶装置100に検索開始のトリガーとなる信号が与えられると、データ検索が開始する。まず、第1のメモリセルマトリックス4に対するプリチャージ信号PCH1が「H」レベルから「L」レベルに切り替わる。そのときの立下りエッジに基づいて、メモリセルマトリックス4のマッチ線MLが「L」レベルから「H」レベルにプリチャージされる。第1のメモリセルマトリックス4に対するプリチャージ信号PCH1は、プリチャージ制御回路72により、マッチ線MLのプリチャージが終了した時点で「H」レベルに切り替わるように制御されている。プリチャージ信号PCH1が「H」レベルに戻った後、第1のメモリセルマトリックス4に対するサーチバス制御信号SBC1が「L」レベルから「H」レベルに切り替わり、第1のメモリセルマトリックス4の各連想メモリセル1に検索データが供給される。第1のメモリセルマトリックス4の各連想メモリセル1において記憶データと検索データとの比較が終了すると、サーチバス制御信号SBC1は再び「L」レベルに切り替わる。そして、マッチ線センスアンプ制御信号MLSAC1が「L」レベルから「H」レベルに切り替わる。それによって、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3は、マッチ線MLの電位に基づいて「H」レベルまたは「L」レベルの信号を出力することができる状態となる。ここでは、検索結果が一致しているため、マッチ線センスアンプ3の出力信号MLSA1は「L」レベルから「H」レベルに切り替わる。
第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3の出力信号MLSA1の変化を受けて、第2のメモリセルマトリックス5に対するプリチャージ信号PCH2が「H」レベルから「L」レベルに切り替わる。そのときの立下りエッジに基づいて、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線MLが「L」レベルから「H」レベルにプリチャージされる。第2のメモリセルマトリックス5に対するプリチャージ信号PCH2は、第1のメモリセルマトリックス4に対するプリチャージ信号PCH1と同様に、マッチ線MLのプリチャージが終了した時点で「H」レベルに切り替わる。その後、第2のメモリセルマトリックス5に対するサーチバス制御信号SBC2が「L」レベルから「H」レベルに切り替わり、第2のメモリセルマトリックス5の各連想メモリセル1に検索データが供給され、データ比較がおこなわれる。データ比較終了後、マッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2が「L」レベルから「H」レベルに切り替わる。それによって、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線センスアンプ3は、マッチ線MLの電位に基づいて「H」レベルまたは「L」レベルの信号を出力することができる状態となる。ここでは、検索結果が一致しているため、マッチ線センスアンプ3の出力信号MLSA2、すなわち連想記憶装置100における比較結果は「L」レベルから「H」レベルに切り替わる。
(2)検索結果が不一致の場合
第1のメモリセルマトリックス4のあるマッチ線ブロック41において、データ検索の結果、そのマッチ線ブロック41の記憶データと検索データとが一致しない場合について第9図を参照しながら説明する。データ検索の開始時点から、第1のメモリセルマトリックス4の各連想メモリセル1において記憶データと検索データとの比較が終了し、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3が出力可能な状態となるまでは、上述した(1)検索結果が一致の場合と同じである。そして、ここでは検索結果が不一致であるため、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3の出力信号MLSA1は「L」レベルのままである。したがって、第2のメモリセルマトリックス5に対するプリチャージ信号PCH2は「H」レベルのままであり、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線MLはプリチャージされない。そのため、第2のメモリセルマトリックス5に対するサーチバス制御信号SBC2が「H」レベルとなって第2のメモリセルマトリックス5の各連想メモリセル1に検索データが供給されても、データの比較結果は不定となる。その際、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線センスアンプ制御信号MLSAC2は「L」レベルのままであるため、第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線センスアンプ3は、マッチ線MLの電位にかかわらず、「L」レベルの信号を出力しつづける。つまり、マッチ線センスアンプ3の出力信号MLSA2、すなわち連想記憶装置100における比較結果は「L」レベルとなる。
なお、連想記憶装置100からのデータの読み出し動作、および連想記憶装置100へのデータの書き込み動作については、従来通りであるため、説明を省略する。
このように、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線ブロック41において、データ検索結果が不一致となった場合、そのブロックに対応する第2のメモリセルマトリックス5のマッチ線MLをプリチャージしないため、データ検索時の消費電力を減らすことができる。たとえば、従来の連想記憶装置において同一のマッチ線に接続されていた複数個の連想メモリセルを半分ずつ第1のメモリセルマトリックス4と第2のメモリセルマトリックス5に分けたとする。その場合、第1のメモリセルマトリックス4の同一のマッチ線MLに接続された連想メモリセル1の数は従来の半分となるので、第1のメモリセルマトリックス4の全マッチ線MLをプリチャージする際の消費電力は従来のおおよそ半分となる。そして、第2のメモリセルマトリックス5では、全マッチ線MLのうち一部しかプリチャージしないため、そのときの消費電力はわずかである。したがって、連想記憶装置100全体では、データ検索時のプリチャージにより消費される電力は、従来の半分よりもわずかに多い程度となる。
7.連想記憶装置の他の構成
第10図に示す連想記憶装置200は、第4図に示す構成の連想記憶装置100に、第2のサーチバスドライバ制御回路74と第1〜第3のラッチ回路(フリップフロップ)91,92,93を追加し、遅延回路6をなくして、第1のメモリセルマトリックス4におけるデータ比較動作と第2のメモリセルマトリックス5におけるデータ比較動作をパイプライン動作させるようにしたものである。
第1のラッチ回路91は、図示しない命令デコード回路から連想記憶装置200に供給された検索開始のトリガーとなる信号をラッチし、つぎのクロックパルスに同期してサーチバスドライバ制御回路71、プリチャージ制御回路72およびマッチ線センスアンプ制御回路73に出力する。また、第1のラッチ回路91の出力信号は、第2のラッチ回路92においてラッチされ、つぎのクロックパルスに同期して第2のサーチバスドライバ制御回路74に供給される。第2のサーチバスドライバ制御回路74は、第2のメモリセルマトリックス5のサーチバス駆動回路52にサーチバス制御信号SBC2を供給する。第3のラッチ回路93は、第1のメモリセルマトリックス4のマッチ線センスアンプ3の出力信号MLSAをラッチし、つぎのクロックパルスに同期して第2のメモリセルマトリックス5の第2のマッチ線用制御回路8に出力する。このような構成とすることによって、パイプライン動作が可能となり、高速で動作させることが可能となる。
なお、この連想記憶装置200におけるデータ検索動作は、第8図および第9図に関連して説明したとおりであるため、その説明を省略する。また、連想記憶装置200からのデータの読み出し動作、および連想記憶装置200へのデータの書き込み動作については、説明を省略する。
以上、本発明の特定の具体例を図示して説明したが、これらの具体例に対する変更や他の実施形態が可能であることは、当業者にとって明らかである。たとえば、連想メモリセル1、マッチ線プリチャージ回路2、マッチ線センスアンプ3および第2のマッチ線用制御回路8は種々設計変更可能である。また、第2のメモリセルマトリックス5の後段に第3以降のメモリセルマトリックスを直列に接続して、メモリセルマトリックスがn段構成の連想記憶装置としてもよい。そのような実施形態の変更や他の実施形態は、請求の範囲により限定される本発明の範囲に含まれるのはいうまでもない。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、ネットワークサーバやルータやスイッチングハブなどに内蔵される連想記憶装置に適用できる。この連想記憶装置は、記憶容量が大きく、低消費電力で動作する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にかかる連想記憶装置を構成する連想メモリセルの一例を示す回路図であり、第2図は、本発明にかかる連想記憶装置を構成する連想メモリセル、マッチ線プリチャージ回路およびマッチ線センスアンプを含む部分を示す回路図であり、第3図は、第2図に示す構成においてデータの検索結果とマッチ線電位との関係を示す特性図であり、第4図は、本発明にかかる連想記憶装置の一例を示すブロック図であり、第5図は、本発明にかかる連想記憶装置を構成するマッチ線センスアンプの一例を示す回路図であり、第6図は、本発明にかかる連想記憶装置を構成する第2マッチ線制御回路の一例を示す回路図であり、第7図は、本発明にかかる連想記憶装置を構成するマッチ線プリチャージ回路の一例を示す回路図であり、第8図は、本発明にかかる連想記憶装置においてデータが一致したときの各信号波形の変化を示す波形図であり、第9図は、本発明にかかる連想記憶装置においてデータが一致しないときの各信号波形の変化を示す波形図であり、第10図は、本発明にかかる連想記憶装置の他の例を示すブロック図である。
Claims (5)
- 複数の連想メモリセルがそれぞれ接続された第1から第n(ただし、nは2以上の整数)までの複数のマッチ線と、
第1のマッチ線をプリチャージする第1のマッチ線プリチャージ回路と、
前記第1のマッチ線の電位を検出する第1のセンスアンプと、
第m(ただし、mは2からnまでの整数)のマッチ線をプリチャージする第mのマッチ線プリチャージ回路と、
第m−1のセンスアンプにより検出された第m−1のマッチ線の電位が、当該第m−1のマッチ線に接続された連想メモリセルの記憶データと検索データとが一致したときの電位であるときにのみ、前記第mのマッチ線プリチャージ回路を動作させる第mのマッチ線用制御回路と、
前記第mのマッチ線の電位を検出する第mのセンスアンプと、
を具備することを特徴とする連想記憶装置。 - 前記第mのマッチ線のプリチャージ後に、前記第mのマッチ線に接続された連想メモリセルに対して検索データを供給する第mのサーチバス駆動回路をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の連想記憶装置。
- 前記第m−1のマッチ線に接続された連想メモリセルに対して検索データを供給する第m−1のサーチバス駆動回路と、
前記第m−1のサーチバス駆動回路を活性化させるためのサーチバス制御信号を、前記第mのサーチバス駆動回路を活性化させるために所定のタイミングだけ遅延させて前記第mのサーチバス駆動回路に供給する遅延回路と、
をさらに具備することを特徴とする請求の範囲第2項に記載の連想記憶装置。 - 前記第m−1のセンスアンプにより検出された第m−1のマッチ線の電位を一時的に保持し、つぎのクロックパルスに同期して前記第mのマッチ線用制御回路に供給する第1のラッチ回路と、
前記第m−1のマッチ線に接続された連想メモリセルに対して検索データを供給する第m−1のサーチバス駆動回路と、
前記第mのマッチ線に接続された連想メモリセルに対して検索データを供給する第mのサーチバス駆動回路と、
前記第m−1のサーチバス駆動回路を活性化させるためのサーチバス制御信号を一時的に保持し、つぎのクロックパルスに同期して前記第mのサーチバス駆動回路に、前記第mのサーチバス駆動回路を活性化させるためのサーチバス制御信号として供給する第2のラッチ回路と、
をさらに具備し、前記第m−1のマッチ線に接続された連想メモリセルに対するデータ検索と、前記第mのマッチ線に接続された連想メモリセルに対するデータ検索とをパイプライン動作でおこなうことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の連想記憶装置。 - 前記nおよび前記mはいずれも2であることを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項のいずれか一つに記載の連想記憶装置。
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