JPH02289009A - 情報処理装置及びそれに用いるマルチポートメモリ - Google Patents

情報処理装置及びそれに用いるマルチポートメモリ

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JPH02289009A
JPH02289009A JP6092989A JP6092989A JPH02289009A JP H02289009 A JPH02289009 A JP H02289009A JP 6092989 A JP6092989 A JP 6092989A JP 6092989 A JP6092989 A JP 6092989A JP H02289009 A JPH02289009 A JP H02289009A
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JP
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port
data
memory
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JP6092989A
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Yukihiro Seki
関 行宏
Hiromichi Ito
浩道 伊藤
Yoshiaki Kitatsume
吉明 北爪
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置
及びそれに用いるマルチポートメモリに関するものであ
る。
〔従来の技術〕
パーソナルコンピュータ(以下パソコンと略す)などの
情報処理装置では、その性能向上が強く求められている
。そのため、バス幅の広いCPUチップを用いたり、動
作周波数を高くするなどして対応している。しかし、通
常のパソコンに使用しているCPUのアーキテクチャは
ノイマン型と呼ばれ、主記憶上の命令を順に絖出しくこ
れを命令フェッチという)実行する形式となっている。
従って、CPUを高速に動作させることも重要であるが
、主記憶をいかに高速にアクセスするかが性能向上のポ
イントである。
主記憶アクセスの高速化の手段としては、従来はキャッ
シュメモリ方式が多く用いられてきた。
これに対し、近年では、安価なりRAMを用いてキャッ
シェメモリ並みの高速化が図れるスタティックカラムモ
ード方式やページモード方式といったアクセス手法によ
って高速化を図ることが広く行われるようになってきた
。そのような技術は、実願昭60−187871号公報
[スタティック・カラムDRAMアクセス装置」などに
開示されている。
このような従来技術の一例を第6図に示す。1はCPU
、2はCPU1のアドレスバス、5はデータバスである
。4はページモード動作を備えたDRAM素子を用いた
主記憶、5は主記憶4に対して各種タイミング信号12
を作成するDRAM制御回路、6はアドレスバス2の上
位をローアドレス、下位なカラムアドレスとしてマルチ
プレクスするアドレスマルチプレクサ、7は主記t14
に与えられるメモリアドレスバス、8は主記憶4に与え
られるローアドレスをラッチするラッチ、9はラッチ8
のラッチ情報とアドレスバス2の上位の値を比較する比
較器、10は比較器9から出力されるページヒツト信号
である。また、11はデータバッファ、12はDRAM
制御信号、15はメモリデータバスである。
主記t1[4に用いられているDRAMの内部構成を第
7図に示す。−殻内にDRAMは、パッケージを小形化
するために、アドレスをロー、カラムと時分割に入力す
る。つまり、まずローアドレスストローブ(RAS)信
号20によってメモリアドレスバス7からのアドレス入
力をローアドレスとして取り込み、ランダムアクセスメ
モリセル40から10−分のローデータ25を選択する
0次にカラムアドレスストローブ(CAS)信号21に
よってメモリアドレスバス7からのアドレス入力をカラ
ムアドレスとして取り込んで、先はど選択されたローデ
ータ25からデータ24を1ビツトを選択しメモリデー
タバス15に出力する。
このタイムチャートの一例を第8図に示す。ここでロー
アドレスストローブ20、及びカラムアドレスストロー
ブ21は負論理の信号であるとして書いである。まず、
時刻t1においてローアドレスストローブ20がアクテ
ィブとなるが、このときメモリアドレスバス7をローア
ドレスとして内部に取り込む。次に時刻t2においてカ
ラムアドレスストローブ21がアクティブとなりメモリ
アドレスバス7をカラムアドレスとして取り込む。
DRAM素子の定める規定時間が経過した時刻t5では
、メモリデータバス15にデータ24が出力される。次
に時刻t4では、ローアドレスストローブ20は変わら
ないままカラムアドレスストローブ21のみ再びアクテ
ィブになっている。この場合は、ローアドレスとしては
時刻t1で取り込まれた値が用いられ、カラムアドレス
としては時刻t4で取り込まれた値が用いられる。すな
わち、ローアドレスを与える必要がないため、時刻t1
からt5でのアクセスに比べ、時刻t4からt5でアク
セスが完了し、高速にデータを得ることができる。すな
わち同一のローアドレス内でのアクセスが高速化できる
ことになる。このような動作をページモードと呼ぶ。な
お、前述のスタティックカラムモードと呼ばれる動作は
、カラムアドレスストローブ21を変化させずにメモリ
アドレスバス7のみを与えることで、同様な高速アクセ
スができる。
再び第6図に戻り説明する。CPIO出力するアドレス
バス2のうち上位をローアドレス、下位をカラムアドレ
スとしてマルチプレクサ6によってマルチプレクサする
。このときローアドレスの内容をラッチ8にラッチして
おく。CPU1が次に同じページ内で連続したアドレス
をアクセスすると、アドレスバス2のうち変化するのは
下位のみであるから、先回のアクセスでラッチ8にラッ
チされている1直とアドレスバス2の上位は同一であり
、比較器9からページヒツト信号10が出力さレル。D
RAM制御回路5はページヒツト信−1ij10によっ
て今度のアクセスが高速アクセスが可能な同一ローに対
してであると判断し、第8図の後半のt4からt5のタ
イミングのようにページモードで主記憶4を制御するこ
とで、高速化を図ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような高速アクセス方式では、命令の7エツチ(
続出し)と、その命令の実行に付随するデータのアクセ
ス(読出しと書き込み)とを区別していない。しかし、
通常のプログラムの作り方として、命令とデータ領域の
アドレス領域を分ける場合が多い。このため、アドレス
がほぼ連続する命令7エツチの途中で、かなり離れたア
ドレスに対するデータのアクセスが起こることになり、
高速アクセスのモードが中断されることになる。
実行するプログラムにもよるが、一般に同一ロー内で連
続してアクセスが起こる割合、すなわちCPU1のアク
セス回数に対するページヒツト信号10が出力される比
率は、約50〜60チ程度と低くなってしまう。
この問題を解決する方法として、主記憶4を命令用とデ
ータ用に2組設け、それぞれで高速動作をさせる方式が
例えば特開昭63−188247号公報などに開示され
ている。しかし、そのためには命令をおくアドレスとデ
ータをおくアドレスが固定されるため、プログラムの作
り方に制約を生じ汎用性に乏しくなるという問題がある
。また、DRAM制御回路5などの制御回路も複数必要
なため、ハードウェア規模が増大するという問題もある
本発明の目的は、このように命令とデータとが異なるア
ドレスに置かれていても、プログラムの作Iノ方に°制
約を与えることなく、CPUから主記憶に対し高速に命
令のスイッチ及びデータのアクセスを行うことのできる
情報処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような高速アクセスに
適したマルチポートメモリを提供することにある。
[fi題を解決するための手段〕 本発明においては、画像表示用に用いられているマルチ
ポートメモリを主記憶として使用して、上記の命令フェ
ッチとデータアクセスを切り離し、それぞれを高速化し
ようというものである。すなわち、連続したアドレスに
対して続出しアクセスが行われる命令フェッチをシリア
ルポートに割り当て、離散したアドレスに対して読出し
と書き込みが行われるデータアクセスをランダムアクセ
スポートに割り当てることにより実現する。また、本発
明では、命令とデータを同一の主記憶に置くので、プロ
グラムの作成に制約を与えることもない また、本発明の他の目的を達成するために、CPUの条
件分岐などの場合に代表される離れたアドレスに対する
命令フェッチにも適するよう、シリアルポートのアドレ
スを高速に指定可能としたものである。
〔作用〕
画像用マルチポートメモリは通常の読出し/書き込みを
行うランダムアクセスポートのほかに、10−分のデー
タを保持するシリアルメモリセルとその出力端子である
シリアルポートを持っている。表示制御においては、表
示装置の画面の左上から順にアドレスを割り当てるが、
このとき表示データの読出しにシリアルポートを用いる
ことで、高速に続出しが行える。また、ランダムアクセ
スポートは、シリアルポートの動作と独立しているので
、画面に対する描画のアクセスを表示読出しと競合せず
に行えるため、描画性能が向上する。
このような理由で、マルチポートメモリは、広く表示メ
モリとして使われている。
一方、プログラムの命令列は連続したアドレスに置かれ
、CPUは分岐命令の実行時を除いてほぼ連続的にこれ
をフェッチする。従って、シリアルホードの動作は命令
7工ツチ時のCPUの動作に適しているといえる。対す
るデータアクセスは、データ領域の中で連続的なアドレ
スに対して行われるとは限らない。従って、従来の主記
憶と同じ動作をするランダムアクセスポートが適してい
る。
本発明は、これらCPUの動作と、マルチポートメモリ
の動作に着目したものである。これを実現するに当って
は、CPUが出力するステータス信号からステータスデ
コーダを用いて命令フェッチがデータアクセスである′
かを検出し、命令フェッチであればシリアルポートな、
データアクセスであればランダムアクセスポートなデー
タバスに接続するようにする。また、命令フェッチにお
いては、アドレスバスを監視することでCPUのアクセ
スが連続であるかどうかを監視し、もし連続ならシリア
ルポートからそのまま高速に出力し、不連続なアドレス
であればマルチポートメモリにおけるランダムアクセス
メモリセルから10−分シリアルメモリセルへ転送する
データ転送サイクルを起動する。また、もしシリアルメ
モリセルに保持されているローアドレスに対して書き込
みがあった場合は、やはりアドレスを検出することでデ
ータ転送サイクルを起動するようにすれば、ランダムア
クセスメモリセルとシリアルメモリセル間での内容の不
一致は起こらない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の一実施例としての情報処理装置の主要
部を示すブロック図であり、14はCPU 1が出力す
る各種アクセス情報を示すステータス信号15をデコー
ドするステータスデコーダである。
このステータスデコーダ14によってCPU1のメモリ
アクセスが命令フェッチであるかデータアクセスである
かを切り分ける。また、従来例の第6図に比べ、ラッチ
回路81,82、比較器91.92が付は加わっている
。16は加算器であり、ラッテ81の内容に1を加える
ことで連続アドレスを検出する。また、主記tii4は
マルチポートメモリ素子で構成され、そのため通常のデ
ータバッファ11だけでなくシリアルポート用のデータ
バッファ111が備わっている。また、DRAM制御回
路5には、ページヒツト信号10だけでなく、命令ペー
ジヒツト信号102と連続アドレス信号101、および
ステータスデコード信号17を入力し主記憶4の制御を
行う。
主記t1i4に使用する一般的なマルチポートメモリの
構成を第2図に示す。マルチポートメモリにおいては、
データ転送/出力イネーブル信号26が従来のDRAM
に対して追加されている。ローアドレスストローブ20
がアクティブになったときデータ転送/出力イネーブル
26がアクティブであれば、これを転送サイクルとみな
してランダムアクセスメモリセル40のローデータ23
をシリアルメモリセル27に転送する。続くカラムアド
レスストローブ21がアクティブになった時点でメモリ
アドレスバス7を取り込み、これをシリアルメモリセル
27のスタートアドレスとしてカウンタ28にロードす
る。そして、シリアルクロッり29によって順にカウン
タ28がインクリメントされ、シリアルメモリセル27
内のデータはシリアルポートであるシリアルメモリバス
50に出力される。一方、ローアドレスストローブ20
がアクティブになる時点でデータ転送/出力イネーブル
26がインアクティブなら、ランダムアクセスポートへ
のアクセスと見なし、第8図に示した通常のDRAMの
ようなタイミングで動作する。
第5図はその際の簡巣なタイムチャートを示したもので
ある。本図ではローアドレスストローブ20、カラムア
ドレスストローブ21、データ転送/出力イネーブル2
6は負論理の信号として書いである。時Mt6でローア
ドレスストローブ20がアクティブになるが、この時デ
ータ転送/出力イネーブル26はアクティブ状態なので
このサイクルはシリアルメモリセル27へのデータ転送
サイクルとなる。続く時刻t8からt9はシリアルクロ
ック290入力によりシリアルクロックくス30へデー
タが出力され、高速なアクセスが行われる。
時刻i10以降は第8図で説明したのと同様なタイミン
グで動作する。
これらを踏まえて第1図の動作を説明する。まず、最初
にCPU1が主記憶4から命令をフェッチすると、ラッ
チ81とラッチ82にアドレスをラッチする0合せてス
テータスデコーダ14は現在のメモリアクセスが命令フ
ェッチであることをステータスデコード信号17を通じ
てDRAM制御回路5に知らせる。DRAM制御回路5
は連続アドレス信号101がインアクティブのため、デ
ータ転送サイクル、すなわち第5図のt6からt7の動
作を起動し、主記@4にDRAM制御信号12を与える
。本実施例では、DRAM#御信号12はローアドレス
ストローブ20、カラムアドレスストローブ21、デー
タ転送/出力イネーブル26、シリアルクロック29な
どから成る。データは主記憶4のシリアルメモリバス5
0から読みだされ、ステータスデコード信号17で制御
されるデータバッファ111を介して、CPU1に供給
される。続いて連続したアドレスからCPU1が命令を
フェッチした場合は、比較器91によって前回の命令フ
ェッチのアドレス+1と今回のアドレスとが比べられ、
同一ということで連続アドレス信号101がアクティブ
になる。これに従ってDRAM*J#回路5はシリアル
クロック29を−クロック分出力し、第2図のt8から
t9のタイミングを作成する。
この場合も主記tli14のデータはシリアルメモリバ
ス50から絖みだされるが、先はどのサイクルと異なり
非常に高速に終了する。通常の命令7エツチは、本高速
サイクルが連続すると考えられる。
CPU1のデータアクセスについては、第6図で示した
動作と同様に行われる。すなわちラッチ8と比較器9に
よってページ内かどうかが判定され、第5図におけるj
、10からtltの通常動作か、t12からt13にお
ける高速なページモード動作が、DRAM制御回路5に
よって起動される。
もう一つ考慮すべきは、データの一致性である。
CPU1からの書き込みは主記憶4のランダムアクセス
メモリセル40に対して行われるが、もし書き込み時の
ローアドレスと同じローアドレスのローデータ25がシ
リアルメモリセル27に転送されている場合は、ランダ
ムアクセスメモリセル40とシリアルメモリセル27で
内容の不一致が生じてしまう、これを防ぐためには、シ
リアルメモリセル27に転送されているローアドレスに
対する書き込みを監視すれば良い、そのための回路がラ
ッチ82と比較器92である。すなわち、命令フェッチ
の際のローアドレスをラッチ82にラッチしておき、以
降のデータアクセス時のローアドレスと比較器92で比
較する。もし同一なら、命令ページヒツト信号102が
アクティブになり、上記t1i4内でランダムアクセス
メモリセル40とシリアルメモリセル27に不一致が生
じていることを知らせる。DRAM制御回路5はこれに
よって、今度の命令フェッチがたとえ連続アドレスであ
ってもデータ転送サイクルを起動し、ローデータ23の
正しい値をシリアルメモリセル27に転送し直す。この
ような制御方式を採ることで、命令7エツチとデータア
クセスとの間で矛盾を生ずるのを防ぐことができる。
以上の説明は、あくまで既存のlII像用マルチポ−ト
メモリを主記憶4に用いた場合を説明したものである。
しかし、画像用マルチポートメモリでは、シリアルメモ
リセル27に対してはいわゆるベージモード的な同一の
ローアドレス内でのランダムアクセスはできず、あくま
で連続アドレスでないと高速化ができない。従って、C
PtJ 1が条件分岐などで不連続ではあるが極めて近
いアドレスにジャンプした場合でも、カウンタ28に新
たなアドレスをロードするためにデータ転送サイクルを
起動する必要がある。そこで、次K、本発明の他の実施
例としての、命令フェッチ/データアクセスに適したマ
ルチポートメモリについて説明する。
第4図は、本発明の他の実施例としてのマルチポートメ
モリの構成を示す構成図である0本実施例ではシリアル
メモリセル27はランダムアクセスメモリセル40のカ
ラム方向と同じ構成をとる。
すなわち、カラムアドレスストローブ21がアクティブ
になったときのメモリアドレスバス7の値でアドレスさ
れる。出力選択信号51は、ランダムアクセスメモリセ
ル40からのデータ24か、シリアルメモリセル27か
らのデータ32かを出力3777段で選択する信号であ
る。本図では、出力選択信号51が、ハイのときランダ
ムアクセスメモリセル40側のデータ24を、ローのと
きはシリアルメモリセル27側のデータ52を選択し、
通常はプルアップ抵抗53によってハイに保たれている
。また、データ転送サイクルの起動は、例えばローアド
レスストローブ20がアクティブになったときの出力選
択信号51の状態で指定するようにすれば良い。
第5図(a)はこのマルチポートメモリのビン配置fの
一例を示したもので、(b)は従来のIMbXlのDR
AMのピン配置である。もちろん他の容普やビット構成
でも同様である。本例では、現在規格上あきビンとなっ
ている4番ビンに出力選択信号31を割り当てるため、
一般のDRAMに対し上位互換性を保つことが出来る。
本メモリを用いれば、第1図の構成においては命令フェ
ッチもデータアクセスもそれぞれ同一ローアドレスであ
るかを監視すればよく、従って連続アドレスを検出する
ラッテ81、比較器91、加算器16、連続アドレス信
号101が不要となり、また、データバッファ111、
シリアルメモリバス3aも不要となる。そして、ランダ
ムアクセスポートとシリアルポートの切り替えは、命令
7エツチでローレベルになるステータスデコード信号1
7を出力選択信号61のピンに接続するのみでよい、D
RAM制御回路5は、命令ページヒツト信号102がイ
ンアクティブの時は出力選択信号51をアクティブにし
、データ転送サイクルを起動する。ヒツトした場合は、
通常のベージモードと同様に、カラムアドレスストロー
ブ21をアクティブにすることで高速に命令をフェッチ
することができる。
なお、連続アクセスに対しては、カラム方向のアドレス
デコードが必要な本実施例のマルチポートメモリの方が
、シリアルクロック29のみの入力だけでアクセスでき
る第2図で説明した画像用マルチポートメモリよりも若
干遅くなると考えられるが、それでも現行のCPU1の
動作速度には充分対応できる性能を持たせることが出来
、問題はない。
また、もちろん、シリアルポートを二つ以上複数個備え
て、命令、データそれぞれが複数のページアドレスにま
たがっても高速化出来るようにしてもよい。
以上は、シリアルポートな命令フェッチに割り当てた場
合を説明したが、プログラムの流れによっては、逆にデ
ータアクセスをシリアルポートに割り当てた方が性能が
向上する場合も考えられ、そのように変更しても良い。
また、DRAMfllJ11回路5は、説明においては
ブラックボックスとしたが、ここはステートマシンやタ
イミングステージの組合せなど、設計者が自由に実現方
法を選べば良い。
また、より一層の高性能化を狙って、キャッシュメモリ
と組合せても良い。あるいは、マルチポートメモリはベ
ージモードでなくスタティックカラム動作をするよう構
成しても良い、あるいは、例えば主記憶4が増設タイプ
の場合、使用するメモリによってDRAMffilJN
回路5の動作を切り替えて、最適な性能となるようにプ
ログラマブルとしても良い。また、本実施例のマルチポ
ートメモリは、シリアルメモリセル27に対してランダ
ムなアドレッシングを可能にすることが特色であるから
、そのピン配置、タイミング、動作モードの指定などは
様々な方法が考えられ、第4図の構成にとられれるもの
ではない。
〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、CPUは主記憶に
対し高速に命令をフィッチしたり、データをアクセスし
たりすることができ、パソコンなどのシステムの性能を
向上できるという効果がある。また、CPUの命令フェ
ッチ/データアクセス動作に適したメモリを構成するこ
とも出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例としての情報処理装置の主要
部を示すブロック図、第2図は第1図の主記憶として用
いられるマルチポートメモリの一具体例の構成を示す構
成図、第3図は第2図の要部信号のタイミングを示すタ
イミングチャート、第4図は本発明の他の実施例として
のマルチポートメモリの構成を示す構成図、第5図(a
)は第4図のマルチポートメモリのピン配置の一例を示
す平面図、第5図(b)は従来のDRAMのピン配置の
一例を示す平面図、第6図は従来の情報処理装置の主要
部を示すブロック図、第7図は第6図の主記憶として用
いられるDRAMの構成を示す構成図、第8図は第7図
の要部信号のタイミングを示すタイミングチャート、で
ある。 1・・・CPU 4・・・主記憶 5・・・DRAM制御回路 7・・・メモリアドレスバス 8.81.82・・・ラッチ 9.91.92・・・比較器 10・・・ページヒツト信号 101・・・連続アクセス信号 102・・・命令ページヒツト信号 11.111・・・データバッファ 16・・・メモリデータバス 14・・・ステータスデコーダ 15・・・ステータス信号 16・・・加算器 17・・・ステータスデコード信号 20・・・ローアドレスストローブ 21・・・カラムアドレスストローブ 25・・・ローデータ 26・・・データ転送/出力イネーブル27・・・シリ
アルメモリセル 28・・・カクンタ 30・・・シリアルメモリバス 31・・・出力選択信号 40・・・ランダムアクセスメモリセル。 第2図 第 4図 第 5図 C(A) (b) 第 ”N7]

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、命令列とデータ列とを格納する主記憶と、該主記憶
    に対し、命令フィッチサイクルでは前記命令列のフィッ
    チを、データアクセスサイクルでは前記データ列のアク
    セスをそれぞれ行い、その際、命令フィッチサイクルか
    データアクセスサイクルかを示すステータス信号を出力
    するCPUと、を備えた情報処理装置において、前記主
    記憶を複数のポートを有するマルチポートメモリで構成
    し、前記命令列のフィッチ用のポートと前記データ列の
    アクセス用のポートを前記マルチポートメモリにおける
    別々のポートに割り当てると共に、前記ステータス信号
    から命令フィッチサイクルかデータアクセスサイクルか
    を検出し、その検出結果を検出信号として出力するステ
    ータスデコーダを設け、前記マルチポートメモリにおけ
    る前記命令列のフィッチ用のポートと前記データ列のア
    クセス用のポートのうち、何れのポートを使用するかの
    切り換えを前記検出信号により制御することを特徴とす
    る情報処理装置。 2、請求項1に記載の情報処理装置において、前記マル
    チポートメモリにおけるポートは、ランダムアクセスポ
    ートとシリアルアクセスポートとから成ることを特徴と
    する情報処理装置。 3、請求項2に記載の情報処理装置において、前記命令
    列のフィッチ用のポートを前記シリアルアクセスポート
    に、前記データ列のアクセス用のポートを前記ランダム
    アクセスポートにそれぞれ割り当てることを特徴とする
    情報処理装置。 4、ランダムアクセスメモリセルと、該ランダムアクセ
    スメモリセルのローアドレスを指定する第1のアドレス
    デコード手段と、該ランダムアクセスメモリセルのカラ
    ムアドレスを指定する第2のアドレスデコード手段と、
    前記第1及び第2のアドレスデコード手段によって指定
    された前記ランダムアクセスメモリセルのアドレスに書
    き込まれるデータを外部より入力し、該アドレスより読
    み出されるデータを外部に出力するための入出力端子で
    あるランダムアクセスポートと、前記第1のアドレスデ
    コード手段によって指定された前記ランダムアクセスメ
    モリセルのローアドレスより転送されるデータを格納す
    るシリアルメモリセルと、該シリアルメモリセルより読
    み出されるデータを外部に出力するための出力端子であ
    るシリアルポートと、を有する情報処理装置用のマルチ
    ポートメモリにおいて、 前記第2のアドレスデコード手段と同様の方法にて前記
    シリアルメモリセルのカラムアドレスの指定を行う第3
    のアドレスデコード手段を設けたことを特徴とするマル
    チポートメモリ。
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