JPH05282877A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH05282877A
JPH05282877A JP5003737A JP373793A JPH05282877A JP H05282877 A JPH05282877 A JP H05282877A JP 5003737 A JP5003737 A JP 5003737A JP 373793 A JP373793 A JP 373793A JP H05282877 A JPH05282877 A JP H05282877A
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晶久 岡
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変ページサイズのアドレス変換を高速化す
る。 【構成】 論理アドレスを記憶するためのCAMセルア
レイ200k を第1〜第3のCAMセクション212,
214,216に分割する。読み出すべき物理アドレス
を記憶したRAMセルアレイを選択するためのセンス回
路206k に一端が接続された第0区間のセンス線Sk0
と第1のCAMセクション212のための第1区間のセ
ンス線Sk1との間に第1の区分スイッチ回路222を、
第1区間のセンス線Sk1と第2のCAMセクション21
4のための第2区間のセンス線Sk2との間に第2の区分
スイッチ回路224を、第2区間のセンス線Sk2と第3
のCAMセクション216のための第3区間のセンス線
Sk3との間に第3の区分スイッチ回路226を各々介在
させる。ページサイズに応じて各区分スイッチ回路22
2,224,226を開閉制御することにより、センス
線の利用部分の配線長を必要最小限にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、連想メモリセルアレイ
を備えた半導体記憶装置に関し、特に高速アドレス変換
に適した半導体記憶装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】32ビットマイクロプロセッサ等におけ
る記憶管理の1手法として、仮想記憶方式が知られてい
る。仮想記憶方式では、論理アドレス空間(仮想アドレ
ス空間)と物理アドレス空間(実アドレス空間)とを対
応付ける必要がある。この対応付けのための種々の方式
の中では、ページング方式が主流となっている。ページ
ング方式では、論理アドレス空間と物理アドレス空間と
が各々所定のサイズのページに分割され、論理アドレス
空間のページ番号と物理アドレス空間のページ番号との
対応関係が決められる。例えば32ビットの論理アドレ
ス(VA[31:0])でアクセスされる論理アドレス
空間を各々4KB(キロバイト)のサイズを有するペー
ジに分割する場合、論理アドレス(VA[31:0])
のうちの上位20ビット(VA[31:12])が論理
アドレス空間のページ番号を表わすインデックスとして
扱われ、下位12ビット(VA[11:0])がページ
内の相対アドレスすなわちディスプレースメントである
とみなされる。論理アドレス空間のページ番号(VA
[31:12])は、アドレス変換装置すなわちTLB
(Translation Lookaside Buffer)によって物理アドレ
ス空間のページ番号(インデックス)に変換される。そ
して、後者のページ番号と前記ディスプレースメントと
の組み合わせによって物理アドレス空間がアクセスされ
るのである。
【0003】連想メモリすなわちCAM(Content Addr
essable Memory)を用いたTLBは、キーの並列検索が
可能であるので、前記両ページ番号の対応付けを高速に
遂行するうえで有利である。この種の従来のTLBの基
本構成が、特開昭60−136097(特願昭58−2
42012)や、IEEE国際固体回路素子コンファレ
ンスにおけるMiyake,J.et al.,"A 40 MIPS (Peak) 64-b
it Microprocessor with One-Clock Physical Cache Lo
ad/Store",ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERSpp.42-4
4,Feb.,1990 等に記載されている。これらの文献に記載
されたTLBはいずれも、CAMセルアレイ群とRAM
(Random Access Memory)セルアレイ群との組み合わせ
により複数のエントリを構成したものである。このう
ち、各CAMセルアレイは、論理アドレス(インデック
ス部分のみ)の供給のためのビット線群と、書き込みエ
ントリの選択のための1本のワード線(CAMワード
線)と、比較動作(一致検出)のための1本のセンス線
とを備えている。各RAMセルアレイは、物理アドレス
(インデックス部分のみ)の読み出し及び書き込み兼用
の1つのポートを構成するビット線群と、読み出しエン
トリ及び書き込みエントリの選択のための1本のワード
線(RAMワード線)とを備えている。そして、各RA
Mセルアレイのワード線は、対応するCAMセルアレイ
のワード線上の信号とセンス線上の信号との論理和によ
ってアサートされるようになっている。
【0004】上記従来のTLBでは、各エントリ中のC
AMセルアレイの利用可能なビット長が固定されてい
た。ところが、ページング方式において、ページサイズ
は変更可能であることが望ましい。例えば、プログラム
の大きさに応じてページサイズを変更したい場合がある
からである。特にワークステーションで複数のタスクを
並列処理する場合には、タスク毎に異なるページサイズ
を採用したいことがあるからである。このような要求が
ある場合には、従来は、CAMセルアレイへソフトウェ
アによりダミービットを書き込んでおく必要があった。
【0005】具体的に説明すると、4KB、256K
B、16MB(メガバイト)及び4GB(ギガバイト)
の4種類のページサイズを適宜選択したい場合、TLB
は、異なるビット長のインデックスのうち最小ページサ
イズ時のページ指定のための最長インデックスのビット
数を持ったCAMセルアレイ群を備えていなければなら
ない。256KB又は16MBのページサイズを採用す
る場合には、32ビットの論理アドレス(VA[31:
0])のうちの下位18ビット又は下位24ビット(V
A[17:0]又はVA[23:0])をディスプレー
スメントとみなすように、14ビット又は8ビットの長
さのインデックス(VA[31:18]又はVA[3
1:24])を扱えればよい。ページサイズを4GBと
する場合には、32ビットの論理アドレス全体(VA
[31:0])がディスプレースメントとみなされ、論
理アドレス空間のページ番号と物理アドレス空間のそれ
とは1対1の対応関係となる。これに対して、4KBの
最小ページサイズを採用する場合には、20ビットの最
長インデックス(VA[31:12])を取り扱う必要
がある。したがって、各々20個のCAMセルを持った
CAMセルアレイ群を備えたTLBを採用しなければな
らない。このとき、ページサイズが4KBに設定された
場合には、各CAMセルアレイ中の全てのCAMセルが
有効に使われる。各CAMセルアレイは、CAMワード
線のアサート時に20ビットのインデックス(VA[3
1:12])を記憶しておき、該記憶したインデックス
とビット線群上に新たに与えられた20ビットのインデ
ックスとの比較結果に応じてセンス線をアサートするの
である。これにより、ヒットしたCAMセルアレイと同
じエントリに属するRAMセルアレイが選択され、所望
の物理アドレスが得られることになる。ところが、ペー
ジサイズが例えば256KBに設定された場合には、2
0個のCAMセルのうち有効に使われるのは14個であ
って、残りの6個のCAMセルには各々所定の値を持っ
たダミービットを書き込んでおかなければならない。こ
れら6個のCAMセルでも他のCAMセル中と同様に比
較動作が行なわれるからである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のTLBは、
各エントリにおいてCAMワード線とセンス線との論理
和によってRAMワード線をアサートする構成であった
ので、センス線の状態に応じてRAMワード線を駆動す
るためのセンス回路の構成が複雑であった。この点は、
TLBの高速動作を実現する上での障害にもなってい
た。
【0007】また、上記従来のTLBは、RAMセルア
レイ群の各々において物理アドレスの読み出し及び書き
込み兼用のシングルポートを採用していたので、RAM
セルアレイへの予期しない書き込みという誤動作が発生
する可能性を持っていた。CAMセルアレイ群での比較
動作時に論理アドレス(インデックス部分のみ)がビッ
ト線群上に与えられるわけであるが、2個以上のCAM
セルアレイが互いに似通った論理アドレスを記憶してい
る場合、各々のビット線の信号遅延時間に差があると、
複数のセンス線が同時にアサートされる結果、RAMセ
ルアレイの多重選択が生じる。この結果、ある選択され
たRAMセルアレイから読み出された物理アドレスが、
同時に選択された他のRAMセルアレイに書き込まれ
る。すなわち、後者のRAMセルアレイ中の正しい物理
アドレスが誤って書き換えられてしまうのである。
【0008】更に、上記従来のTLBは、各エントリ中
のCAMセルアレイの利用可能なビット長が固定されて
おり、最小ページサイズ以外のページサイズ(上記の例
では256KB、16MB、4GB)を採用する場合で
も最小ページサイズのために用意された全てのCAMセ
ルにおいて比較動作が行なわれる構成を採用していたの
で、各CAMセルアレイのセンス線の配線長が不必要に
長くなり、各センス線が大きな配線容量を持っていた。
したがって、CAMセルアレイにおける高速比較動作、
ひいてはTLBの高速動作が妨げられていた。また、セ
ンス線をプリチャージするために不必要に大きな電力が
消費されていた。
【0009】本発明の目的は、アドレス変換への適用等
に際して高速化、正確化、低消費電力化を実現し得る、
少なくともCAMセルアレイを備えた半導体記憶装置を
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、RAMセルアレイの読み出しポートとそ
の書き込みポートとを分離し、かつ該RAMセルアレイ
の読み出しのためのワード線とその書き込みのためのワ
ード線とを分離した構成を採用したものである。また、
CAMセルアレイ中の必要なCAMセルのみを使用でき
るように、センス線上にスイッチを設けることによって
1個のCAMセルアレイを複数個のCAMセクションに
分割することとした。
【0011】具体的には、請求項1の発明に係る半導体
記憶装置は、図1に示すように、次のような第1のメモ
リセルアレイ群100k (k=1〜n)と、第2のメモ
リセルアレイ群102k と、センス回路群106k と、
エントリ選択回路104とを備えた構成を採用したもの
である。すなわち、第1のメモリセルアレイ群100k
は、第1のビット線群Ai ,/Ai (i=1〜l)を互
いに共有し、かつ各々第1のワード線Wk とセンス線S
k とを有し、各々第1のワード線Wk のアサート時には
第1のビット線群Ai ,/Ai 上の信号内容を記憶する
機能を有するとともに、各々記憶した信号内容と第1の
ビット線群Ai ,/Ai 上の信号内容との比較結果に応
じてセンス線Sk をアサートする機能を有するものであ
る。第2のメモリセルアレイ群102k は、第1のメモ
リセルアレイ群100k の各々と第1のワード線Wk を
共有して各々1エントリを構成するように配設され、互
いに分離された第2のビット線群Pj ,/Pj (j=1
〜m)及び第3のビット線群Dj ,/Dj を互いに共有
し、かつ各々第2のワード線Rk を有し、各々第1のワ
ード線Wk のアサート時には第2のビット線群Pj ,/
Pj 上の信号内容を記憶する機能を有するとともに、各
々第2のワード線Rk のアサート時には記憶した信号内
容を第3のビット線群Dj ,/Dj 上に出力する機能を
有するものである。センス回路群106k は、第1のメ
モリセルアレイ群100k と第2のメモリセルアレイ群
102k との間に介在し、かつ第1のメモリセルアレイ
群100k のセンス線Sk のうちのいずれかのアサート
時には第2のメモリセルアレイ群102k の第2のワー
ド線Rk のうちの対応する1本をアサートする機能を有
するものである。エントリ選択回路104は、第1のワ
ード線Wk のうちの1本をアサートするための回路であ
る。
【0012】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、図5に示すように、前記第1のメモリセルアレイ
群の各々は、複数のメモリセルを有するCAMセルアレ
イ200k を端から順にN(N≧2)分割してなる第1
〜第NのCAMセクション212,214,216と、
次のような第1〜第Nの区分スイッチ回路222,22
4,226と、第1〜第Nのプリチャージ回路232,
234,236とを備えることとした。すなわち、第1
〜第Nの区分スイッチ回路222,224,226は、
CAMセルアレイ200k のためのセンス線を端から順
に第0〜第Nの区間Sk0,Sk1,Sk2,Sk3に分割する
ように該センス線上に配設されたものであって、第1〜
第NのCAMセクション212,214,216の各々
による記憶内容と与えられた信号内容との比較の結果に
応じた該第1〜第NのCAMセクションによる第1〜第
N区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3の個別のディスチャ
ージを可能とし、かつ各々異なる第1〜第Nのアレイ制
御信号AC1,AC2,AC3により開閉制御される。
第1〜第Nのプリチャージ回路232,234,236
は、各々第1〜第N区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3を
プリチャージするための回路である。しかも、センス回
路群206k の各々は、第0区間のセンス線Sk0をプリ
チャージしかつ第1〜第Nの区分スイッチ回路222,
224,226の開閉パターンに応じた第0〜第M(M
≦N)区間のセンス線(例えばSk0,Sk1,Sk2)の電
位を増幅することにより、第2のワード線Rk のアサー
トを実行する機能を更に備えることとした。
【0013】請求項3の発明に係る半導体記憶装置は、
同じく図5に示すように、次のような第1〜第N(N≧
2)のCAMセクション212,214,216と、第
1〜第Nの区分スイッチ回路222,224,226
と、第1〜第Nのプリチャージ回路232,234,2
36と、1個のセンス回路206k とを1エントリに備
えさせたものである。すなわち、第1〜第NのCAMセ
クション212,214,216は、複数のメモリセル
を有する1つのCAMセルアレイ200k を端から順に
N分割してなるものである。第1〜第Nの区分スイッチ
回路222,224,226は、CAMセルアレイ20
0k のための1本のセンス線を端から順に第0〜第Nの
区間Sk0,Sk1,Sk2,Sk3に分割するように該センス
線上に配設されたものであって、第1〜第NのCAMセ
クション212,214,216の各々による記憶内容
と与えられた信号内容との比較の結果に応じた該第1〜
第NのCAMセクションによる第1〜第N区間のセンス
線Sk1,Sk2,Sk3の個別のディスチャージを可能と
し、かつ各々異なる第1〜第Nのアレイ制御信号AC
1,AC2,AC3により開閉制御される。第1〜第N
のプリチャージ回路232,234,236は、各々第
1〜第N区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3をプリチャー
ジするための回路である。センス回路206k は、第0
区間のセンス線Sk0をプリチャージし、かつ第1〜第N
の区分スイッチ回路222,224,226の開閉パタ
ーンに応じた第0〜第M(M≦N)区間のセンス線(例
えばSk0,Sk1,Sk2)の電位を増幅するための回路で
ある。
【0014】請求項4の発明では、同じく図5に示すよ
うに、1つのバイナリ信号PTLを第1〜第Nのアレイ
制御信号AC1,AC2,AC3にデコードするための
デコード回路250を更に備えることとした。
【0015】請求項5の発明では、図9に示すように、
第1〜第Nの区分スイッチ回路222,224,226
に与えるべき第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC
2,AC3をそれぞれ保持するための第1〜第Nのラッ
チ回路272,274,276を更に備えることとし
た。
【0016】請求項6の発明では、図5に示すように、
各々第1〜第N区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3と第1
〜第Nのプリチャージ回路232,234,236との
間に介在した第1〜第Nのプリチャージスイッチ回路2
42,244,246を更に備えることとした。これら
第1〜第Nのプリチャージスイッチ回路242,24
4,246は、各々第1〜第Nのアレイ制御信号AC
1,AC2,AC3により開閉制御される。
【0017】請求項7の発明では、図9に示すように、
第1〜第Nのプリチャージスイッチ回路242,24
4,246に与えるべき第1〜第Nのアレイ制御信号A
C1,AC2,AC3をそれぞれ保持するための第1〜
第Nのラッチ回路272,274,276を更に備える
こととした。
【0018】請求項8の発明では、図5に示すように、
異なるページサイズのアドレス変換に用いられるべく、
第1〜第NのCAMセクション212,214,216
の各々の中のメモリセルの総数は論理アドレス(VA
[31:0])の上位部分を占める種々のインデックス
(VA[31:12],VA[31:18],VA[3
1:24])のうち最小ページサイズ(4KB)時のペ
ージ指定のための最長インデックス(VA[31:1
2])のビット数に等しくされ、かつ該第1〜第NのC
AMセクション212,214,216には最長インデ
ックス(VA[31:12])を上位側から順にN分割
してなる第1〜第Nの部分インデックス(VA[31:
24],VA[23:18],VA[17:12])2
62,264,266が比較のための信号内容としてそ
れぞれ与えられることとした。
【0019】
【作用】請求項1の発明によれば、第1のメモリセルア
レイ群(CAMセルアレイ群)100k 及び第2のメモ
リセルアレイ群(RAMセルアレイ群)102k への書
き込み動作時には、エントリ選択回路104によりn本
の第1のワード線Wk のうちの1本がアサートされる。
これにより1つのエントリが選択され、第1のメモリセ
ルアレイ群100k のうちの1つに第1のビット線群A
i ,/Ai 上の信号内容が記憶され、同時に第2のメモ
リセルアレイ群102k のうちの1つに第2のビット線
群Pj ,/Pj 上の信号内容が記憶される。比較動作時
には、第1のビット線群Ai ,/Ai を通じて第1のメ
モリセルアレイ群100k に比較対象としての信号内容
が与えられる。この際、第1のメモリセルアレイ群10
0kのうち、第1のビット線群Ai ,/Ai 上の信号内
容と一致する記憶内容を有するもののみが自己のセンス
線Sk をアサートする。そして、センス回路群106k
のうちセンス線Sk がアサートされた1つのセンス回路
により、第2のメモリセルアレイ群102k の第2のワ
ード線Rk のうちの対応する1本がアサートされる。こ
の結果、第2のメモリセルアレイ群102k のうちの1
つの記憶内容が、第2のビット線群Pj ,/Pj から独
立した第3のビット線群Dj ,/Dj 上に出力される。
しかも、第1のワード線Wk 及びセンス線Sk のうちの
後者のみが第2のワード線Rk のアサートに関与する。
【0020】請求項2又は3の発明によれば、CAMセ
ルアレイ200k において、第1〜第N区間のセンス線
Sk1,Sk2,Sk3のうちの必要な部分のみがセンス回路
206k への第0区間のセンス線Sk0に接続されるよう
に、第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,AC
3により第1〜第Nの区分スイッチ回路222,22
4,226が各々開閉制御される。例えば、第1の区分
スイッチ回路222のみが閉じると、第1のCAMセク
ション212のための第1区間のセンス線Sk1のみが第
0区間のセンス線Sk0に接続される。つまり、他のCA
Mセクション214,216のための第2〜第N区間の
センス線Sk2,Sk3は第0及び第1区間のセンス線Sk
0,Sk1から切り離されることになる。このとき、第1
区間のセンス線Sk1は、第1のプリチャージ回路232
によってプリチャージされた後、第1のCAMセクショ
ン212中の比較結果に応じてその電位が決定される。
決定された第1区間のセンス線Sk1の電位は、第0区間
のセンス線Sk0を通じてセンス回路206k に伝えられ
る。なお、第1〜第Nの区分スイッチ回路222,22
4,226の全てが開放しているときには、センス回路
206k により第0区間のセンス線Sk0がプリチャージ
される。
【0021】請求項4の発明によれば、第1〜第Nのア
レイ制御信号AC1,AC2,AC3は、少ない本数の
外部信号線を通じて与えることができる1つのバイナリ
信号PTLに基づき、デコード回路250により生成さ
れる。
【0022】請求項5の発明によれば、第1〜第Nの区
分スイッチ回路222,224,226に与えるべき第
1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,AC3が各
々第1〜第Nのラッチ回路272,274,276に保
持される。したがって、第1〜第Nのアレイ制御信号A
C1,AC2,AC3の供給回数が低減される。エント
リ毎に異なる内容を第1〜第Nのラッチ回路272,2
74,276に保持させることも可能である。例えば、
あるエントリでは第1のCAMセクション212のみを
使用する一方、他のエントリでは第1〜第NのCAMセ
クション212,214,216の全てを使用すること
もできる。
【0023】請求項6の発明によれば、第1〜第Nのプ
リチャージスイッチ回路242,244,246は、第
1〜第Nの区分スイッチ回路222,224,226と
同じく、第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,
AC3により各々開閉制御される。例えば、第1の区分
スイッチ回路222が閉じかつ他の区分スイッチ回路2
24,226が開放されるときには、第1のプリチャー
ジスイッチ回路242は閉じられ、他のプリチャージス
イッチ回路244,246は開放される。これにより、
第1のCAMセクション212のための第1区間のセン
ス線Sk1のプリチャージは許容される一方、他のCAM
セクション214,216のための第2〜第N区間のセ
ンス線Sk2,Sk3の無駄なプリチャージは禁止される。
【0024】請求項7の発明によれば、第1〜第Nのプ
リチャージスイッチ回路242,244,246に与え
るべき第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,A
C3が各々第1〜第Nのラッチ回路272,274,2
76に保持される。したがって、第1〜第Nのアレイ制
御信号AC1,AC2,AC3の供給回数が低減され
る。エントリ毎に異なる内容を第1〜第Nのラッチ回路
272,274,276に保持させることも可能であ
る。
【0025】請求項8の発明によれば、第1〜第Nの部
分インデックス262,264,266を第1〜第Nの
CAMセクション212,214,216の各々に供給
することにより、異なるページサイズ(例えば4KB、
256KB、16MB、4GB)のアドレス変換が実現
される。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る半導体記憶装置
としての3つのTLBについて、順次図面を参照しなが
ら詳細に説明する。
【0027】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例に係るTLBの構成を示すブロック図である。図1に
おいて、100k はCAMセルアレイ、102k はデュ
アルポートのRAMセルアレイ、104はロウデコー
ダ、106k はセンス回路、108はヒット線プリチャ
ージ回路、110は出力バッファ回路、Wk はCAMセ
ルアレイ100k 及びRAMセルアレイ102k に共通
の第1のワード線、Sk はCAMセルアレイ100k の
センス線、Rk はRAMセルアレイ102k のための第
2のワード線、XHはヒット信号線である。ただし、k
=1〜nである。RAは、第kエントリを構成するCA
Mセルアレイ100k 及びRAMセルアレイ102k へ
の書き込みに際し、これらを選択するためのアドレスで
ある。ヒット線プリチャージ回路108はPチャネルト
ランジスタ10により、出力バッファ回路110はイン
バータ11によりそれぞれ構成される。PRはプリチャ
ージ制御信号、HTはヒット信号線XH上の信号を反転
して得られるヒット信号である。また、Ai ,/Ai
(i=1〜l)は、書き込み又は比較のためにCAMセ
ルアレイ100k に論理アドレス(インデックス部分の
み)を供給するための第1のビット線である。ただし、
32ビットの論理アドレス(VA[31:0])のうち
の上位12ビット(VA[31:12])が全てのCA
Mセルアレイ100k に与えられるものとする。Pj ,
/Pj (j=1〜m)はRAMセルアレイ102k に書
き込むべき物理アドレス(インデックス部分のみ)を供
給するための第2のビット線であり、Dj ,/Dj (j
=1〜m)はRAMセルアレイ102k から物理アドレ
スを読み出すための第3のビット線である。
【0028】図2は、CAMセルアレイ100k の内部
構成を示す回路図である。1個のCAMセルは、2個の
インバータ20,21と6個のNチャネルトランジスタ
22〜27とで構成される。データQ,/Qの記憶を行
なうためのフリップフロップが2個のインバータ20,
21で構成される。このフリップフロップの入力側に位
置する2個のNチャネルトランジスタ22,23のゲー
トには第1のワード線Wk が共通接続されていて、第1
のワード線Wk が選択されて‘H’になるとフリップフ
ロップに第1のビット線Ai ,/Ai を通じて論理アド
レスが書き込まれるようになっている。一方のインバー
タ20の出力側に位置する2個のNチャネルトランジス
タ24,25は互いに直列接続されており、Ai =/Q
かどうかを調べて、結果をセンス線Sk に出力する。他
方のインバータ21の出力側に位置する2個のNチャネ
ルトランジスタ26,27も互いに直列接続されてお
り、Ai =Qかどうかを調べて、結果をセンス線Sk に
出力するようになっている。すなわち、Ai =Q(/A
i =/Q)ならばSk =‘Z’(ハイインピーダンス状
態)であり、Ai =/Q(/Ai =Q)ならばSk =
‘L’である。
【0029】図3は、RAMセルアレイ102k の内部
構成を示す回路図である。1個のRAMセルは、2個の
インバータ30,31と6個のNチャネルトランジスタ
32〜37とで構成される。データQ,/Qの記憶を行
なうためのフリップフロップが2個のインバータ30,
31で構成される。このフリップフロップの入力側に位
置する2個のNチャネルトランジスタ32,33のゲー
トには第1のワード線Wk が共通接続されていて、第1
のワード線Wk が選択されて‘H’になると第2のビッ
ト線Pj ,/Pj を通じて与えられた物理アドレスがフ
リップフロップにデータQ,/Qとして書き込まれるよ
うになっている。また、一方のインバータ30の出力側
に位置する2個のNチャネルトランジスタ34,35は
互いに直列接続され、他方のインバータ31の出力側に
位置する2個のNチャネルトランジスタ36,37は互
いに直列接続されており、第2のワード線Rk が選択さ
れて‘H’になるとデータQ,/Qとして記憶している
物理アドレスを第3のビット線Dj ,/Dj 上に出力す
るようになっている。
【0030】図4は、センス回路106k の内部構成を
示す回路図である。センス回路106k は、センス線プ
リチャージ回路150と、センスアンプ152と、バッ
ファ回路154と、ヒット線ディスチャージ回路156
とで構成される。センス線プリチャージ回路150は、
ゲートにプリチャージ制御信号PRが与えられかつドレ
インがセンス線Sk に接続されたPチャネルトランジス
タ40で構成される。センスアンプ152は、2個のP
チャネルトランジスタ40,41と4個のNチャネルト
ランジスタ43〜46とで構成されたカレントミラー型
差動アンプであって、センス線Sk を一方の入力とし、
Nチャネルトランジスタ46により規定される定電圧を
他方の入力として、センス線Sk の電位に応じた増幅信
号SOを出力する。この増幅信号SOは、十分な駆動能
力を持ったインバータ47で構成されるバッファ回路1
54に入力され、反転のうえ第2のワード線Rk 上へ出
力される。ヒット線ディスチャージ回路156は、ゲー
トに第2のワード線Rk が接続されかつドレインにヒッ
ト信号線XHが接続されたNチャネルトランジスタ48
で構成される。
【0031】以上の構成を備えた第1の実施例に係るT
LBの動作を説明する。
【0032】まず、図1のTLB中の第kエントリを構
成するCAMセルアレイ100k 及びRAMセルアレイ
102k (k=1〜n)への書き込み動作を説明する。
第1のビット線Ai ,/Ai (i=1〜l)を通じて書
き込むべき論理アドレスをCAMセルアレイ100k
に、第2のビット線Pj ,/Pj (j=1〜m)を通じ
て書き込むべき物理アドレスをRAMセルアレイ102
k にそれぞれ与えておき、第kエントリを選択するため
のアドレスRAをロウデコーダ104に入力する。これ
により、第kエントリのための第1のワード線Wk が
‘L’(LOWレベル)から‘H’(HIGHレベル)
となり、与えられた論理アドレス及び物理アドレスがそ
れぞれCAMセルアレイ100k 及びRAMセルアレイ
102k に記憶される。
【0033】次に、比較動作について説明する。プリチ
ャージ制御信号PRが‘L’の期間は、ヒット線プリチ
ャージ回路108(図1)及びセンス回路106k 中の
センス線プリチャージ回路150(図4)の作用によ
り、ヒット信号線XHと全てのセンス線Sk (k=1〜
n)とが‘H’に保持される。プリチャージ制御信号P
Rを‘H’にすることによりプリチャージを停止した
後、全てのCAMセルアレイ100k における比較動作
が開始する。
【0034】各CAMセルアレイ100k は、予め記憶
している論理アドレスと、第1のビット線Ai ,/Ai
(i=1〜l)を通じて比較のために入力される論理ア
ドレスとを1ビット毎に比較する。全てのビットが一致
している場合には予めプリチャージされたセンス線Sk
が‘L’に引き下げられることはなく、Sk =‘H’と
なる。この結果、図4に示すセンス回路106k におい
て、SO=‘L’、Rk =‘H’、XH=‘L’とな
る。このようにして第kエントリの第2のワード線Rk
が選択されて‘H’になると、そのエントリのRAMセ
ルアレイ102kに記憶されている物理アドレスが第3
のビット線Dj ,/Dj (j=1〜m)を通じて読み出
される。同時に、ヒット信号線XHが‘L’になったこ
とを受けて、一致するエントリが存在したことを示すよ
うに、出力バッファ回路110から‘H’のヒット信号
HTが出力される。
【0035】各CAMセルアレイ100k において、不
一致であるビットが1ビットでも存在する場合には、そ
のエントリのセンス線Sk は‘L’となる。この結果、
図4のセンス回路106k において、SO=‘H’、R
k =‘L’、XH=‘Z’(ハイインピーダンス状態)
となる。全てのエントリにおいてセンス線Sk が‘L’
であると、いずれのRAMセルアレイ102k (k=1
〜n)からも物理アドレスが読み出されることはない。
しかも、予めプリチャージされたヒット信号線XHが
‘L’に引き下げられることはなく、XH=‘H’とな
る結果、ヒット信号HTがミスを示す‘L’となる。
【0036】以上のとおり、本実施例のTLBによれ
ば、論理アドレスを物理アドレスに変換できるだけでな
く、CAMセルアレイ100k におけるヒット/ミスに
応じたヒット信号HTを得ることができる。しかも、R
AMセルアレイ102k の書き込みのための第1のワー
ド線Wk とその読み出しのための第2のワード線Rk と
を分離し、第1のワード線Wk をCAMセルアレイ10
0k の書き込みのためのワード線と共通化し、かつ第1
のワード線Wk 及びセンス線Sk のうちの後者のみに基
づいてセンス回路106k により第2のワード線Rk を
アサートすることとしたので、センス回路106k の構
成の簡略化、ひいてはその高速動作を達成できる。これ
により、RAMセルアレイ102k からの物理アドレス
の読み出しを高速化できる。また、RAMセルアレイ1
02k の書き込みのための第2のビット線Pj ,/Pj
と、その読み出しのための第3のビット線Dj ,/Dj
とを互いに分離したので、RAMセルアレイ102k へ
の予期しない書き込みを確実に防止できる。
【0037】(実施例2)図5は、本発明の第2の実施
例に係るTLB中の1個のCAMセルアレイの内部構成
を、その近傍の構成とともに示すブロック図である。た
だし、同図では、ロウデコーダ、RAMセルアレイ、ヒ
ット線プリチャージ回路及び出力バッファ回路(図1参
照)の図示が省略されている。
【0038】図5において、一端がセンス回路206k
(図4参照)に接続されたCAMセルアレイ200k の
ための1本のセンス線は、該センス線上に配設された第
1〜第3の区分スイッチ回路(SW1,SW2,SW
3)222,224,226により、第0〜第Nの区間
Sk0,Sk1,Sk2,Sk3に分割されている。センス回路
206k への接続部分は、第0区間のセンス線Sk0であ
る。
【0039】一方、20個のCAMセルを備えた1個の
CAMセルアレイ200k は、第1〜第3のCAMセク
ション212,214,216に3分割されている。第
1のCAMセクション212は8個のCAMセルを備え
ており、これらのCAMセルは第1区間のセンス線Sk1
を共有している。第2のCAMセクション214は6個
のCAMセルを備えており、これらのCAMセルは第2
区間のセンス線Sk2を共有している。第3のCAMセク
ション216は残り6個のCAMセルを備えており、こ
れらのCAMセルは第3区間のセンス線Sk3を共有して
いる。また、全てのCAMセクション212,214,
216中のCAMセルは、第1のワード線Wk を共有し
ている。
【0040】さて、ページサイズを4KBとする場合に
は、32ビットの論理アドレス(VA[31:0])の
うちの下位12ビットをディスプレースメントとすべ
く、20ビットのインデックス(VA[31:12])
を取り扱う必要がある。ページサイズを256KBとす
る場合には、下位18ビットをディスプレースメントと
すべく、14ビットのインデックス(VA[31:1
8])を扱う。16MBのページサイズを採用する場合
には、下位24ビットをディスプレースメントとすべ
く、8ビットのインデックス(VA[31:24])を
扱う。4GBのページサイズを採用する場合には、32
ビットの論理アドレス(VA[31:0])の全部をデ
ィスプレースメントとする。これら4種類のページサイ
ズのうちの最小ページサイズ(4KB)時のインデック
ス(VA[31:12])が、第1〜第3の部分インデ
ックス(VA[31:24],VA[23:18],V
A[17:12])262,264,266に分割され
る。そして、第1〜第3の部分インデックス262,2
64,266は、第1〜第3のCAMセクション21
2,214,216にそれぞれ入力される。
【0041】第1〜第3のプリチャージ回路232,2
34,236は、各々第1〜第3のプリチャージスイッ
チ回路(SWA,SWB,SWC)242,244,2
46を介して第1〜第3区間のセンス線Sk1,Sk2,S
k3を個別にプリチャージするための回路であって、図4
中のセンス線プリチャージ回路150と同様の内部構成
をそれぞれ備えている。第1〜第3の区分スイッチ回路
222,224,226及び第1〜第3のプリチャージ
スイッチ回路242,244,246は、デコード回路
250から供給される第1〜第3のアレイ制御信号AC
1,AC2,AC3によりそれぞれ開閉制御される。
【0042】デコード回路250は、2本の外部信号線
を通じて与えられる1つのバイナリ信号としてのページ
テーブルレベル信号PTLを第1〜第3のアレイ制御信
号AC1,AC2,AC3にデコードするための回路で
ある。ページテーブルレベル信号PTLは2ビットから
なり、PTL0はその下位ビット(第0ビット)、PT
L1はその上位ビット(第1ビット)である。ページテ
ーブルレベル信号PTL1,PTL0と第1〜第3のア
レイ制御信号AC1,AC2,AC3との対応関係を表
1に示す。
【0043】
【表1】
【0044】図6は、第1の区分スイッチ回路(SW
1)222の内部構成を示す回路図である。同図に示す
ように、Pチャネルトランジスタ51とNチャネルトラ
ンジスタ52とのソースどうし及びドレインどうしが接
続され、Pチャネルトランジスタ51のゲートには第1
のアレイ制御信号AC1がインバータ50により反転さ
れて入力され、Nチャネルトランジスタ52のゲートに
は第1のアレイ制御信号AC1が直接入力される。この
ように、第1のアレイ制御信号AC1が‘H’のときは
両トランジスタ51,52がいずれもONとなり、第1
のアレイ制御信号AC1が‘L’のときは両トランジス
タ51,52がいずれもOFFとなるように構成されて
いる。なお、第2及び第3の区分スイッチ回路(SW
2,SW3)224,226の内部構成も、図6と同様
である。
【0045】図7は、第1のプリチャージスイッチ回路
(SWA)242の内部構成を示す回路図である。同図
に示すように、Pチャネルトランジスタ61のゲートに
は第1のアレイ制御信号AC1がインバータ60により
反転されて入力される。このように、第1のアレイ制御
信号AC1が‘H’のときはPチャネルトランジスタ6
1がONとなり、第1のアレイ制御信号AC1が‘L’
のときはPチャネルトランジスタ61がOFFとなるよ
うに構成されている。なお、第2及び第3のプリチャー
ジスイッチ回路(SWB,SWC)244,246の内
部構成も、図7と同様である。
【0046】図8は、デコード回路250の内部構成を
示す回路図である。同図において、70は第1のアレイ
制御信号AC1を出力するための2入力ORゲート、7
1は第2のアレイ制御信号AC2を出力するためのバッ
ファ、72は第3のアレイ制御信号AC3を出力するた
めの2入力ANDゲートである。ページテーブルレベル
信号の第0ビットPTL0は、2入力ORゲート70の
一方の入力端子と、2入力ANDゲート72の一方の入
力端子とに共通接続される。ページテーブルレベル信号
の第1ビットPTL1は、2入力ORゲート70の他方
の入力端子と、バッファ71の入力端子と、2入力AN
Dゲート72の他方の入力端子とに共通接続される。
【0047】以上の構成を備えた第2の実施例に係るT
LBの動作を、ページサイズ毎に説明する。ただし、C
AMセルアレイ200k への書き込み動作は第1の実施
例の場合と同様であるので、CAMセルアレイ200k
による比較動作のみを説明する。
【0048】ページサイズが4KBの場合、全てのCA
Mセクション212,214,216により、第1〜第
3の部分インデックス262,264,266の全ての
ビット(VA[31:12])と各CAMセクション2
12,214,216中のCAMセルに記憶されている
対応ビットどうしを比較しなければならない。このた
め、ページテーブルレベル信号PTL1,PTL0は
‘H’,‘H’(レベル3)とされ、第1〜第3のアレ
イ制御信号AC1,AC2,AC3が‘H’,‘H’,
‘H’となり、第1〜第3の区分スイッチ回路222,
224,226及び第1〜第3のプリチャージスイッチ
回路242,244,246は全て閉じられる。これに
より、第1〜第3区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3はい
ずれも、第0区間のセンス線Sk0に接続され、かつプリ
チャージ可能な状態となる。
【0049】そして、プリチャージ制御信号PRを一定
期間‘L’にすることによりCAMセルアレイ200k
中の第1〜第3のプリチャージ回路232,234,2
36及びセンス回路206k 中のセンス線プリチャージ
回路を動作させ、第0〜第3区間のセンス線Sk0,Sk
1,Sk2,Sk3を‘H’にしておく。この後、プリチャ
ージ制御信号PRを‘H’にすることによりプリチャー
ジを停止した後、CAMセルアレイ200k 中の全ての
CAMセクション212,214,216による比較動
作が開始する。全てのビットが一致している場合には予
めプリチャージされたセンス線Sk0,Sk1,Sk2,Sk3
がディスチャージされることはなく、Sk0,Sk1,Sk
2,Sk3=‘H’となる結果、センス回路206k にお
いてRk =‘H’、XH=‘L’となる。不一致である
ビットが1ビットでも存在する場合には、いずれかの区
間においてセンス線がディスチャージされてSk0,Sk
1,Sk2,Sk3=‘L’となる結果、Rk =‘L’、X
H=‘Z’(ハイインピーダンス状態)となる。
【0050】ページサイズが256KBの場合、第3の
CAMセクション216による第3の部分インデックス
(VA[17:12])266に関する比較結果は不要
である。このため、ページテーブルレベル信号PTL
1,PTL0は‘H’,‘L’(レベル2)とされ、第
1〜第3のアレイ制御信号AC1,AC2,AC3が
‘H’,‘H’,‘L’となり、第1〜第3の区分スイ
ッチ回路222,224,226及び第1〜第3のプリ
チャージスイッチ回路242,244,246のうちの
第3の区分スイッチ回路226及び第3のプリチャージ
スイッチ回路246のみが開放される。これにより、第
1及び第2区間のセンス線Sk1,Sk2はいずれも第0区
間のセンス線Sk0に接続されかつプリチャージ可能な状
態となるが、第3区間のセンス線Sk3は他の区間のセン
ス線Sk0,Sk1,Sk2から切り離されかつプリチャージ
禁止状態となる。このようにセンス線の利用部分の配線
長を短くしておいてから、第1及び第2のCAMセクシ
ョン212,214のみによる比較結果を利用する。
【0051】ページサイズが16MBの場合、第2及び
第3のCAMセクション214,216による第2及び
第3の部分インデックス(VA[23:12])26
4,266に関する比較結果は不要である。このため、
ページテーブルレベル信号PTL1,PTL0は
‘L’,‘H’(レベル1)とされ、第1〜第3のアレ
イ制御信号AC1,AC2,AC3が‘H’,‘L’,
‘L’となり、第1〜第3の区分スイッチ回路222,
224,226及び第1〜第3のプリチャージスイッチ
回路242,244,246のうちの第1の区分スイッ
チ回路222及び第1のプリチャージスイッチ回路24
2のみが閉じられる。これにより、第1区間のセンス線
Sk1は第0区間のセンス線Sk0に接続されかつプリチャ
ージ可能な状態となるが、第2及び第3区間のセンス線
Sk2,Sk3は他の区間のセンス線Sk0,Sk1から切り離
されかつプリチャージ禁止状態となる。このようにセン
ス線の利用部分の配線長を短くしておいてから、第1の
CAMセクション212のみによる比較結果を利用す
る。
【0052】ページサイズが4GBの場合、全てのCA
Mセクション212,214,216による比較結果が
不要となる。このため、ページテーブルレベル信号PT
L1,PTL0は‘L’,‘L’(レベル0)とされ、
第1〜第3のアレイ制御信号AC1,AC2,AC3が
‘L’,‘L’,‘L’となり、第1〜第3の区分スイ
ッチ回路222,224,226及び第1〜第3のプリ
チャージスイッチ回路242,244,246は全て開
放される。これにより、第1〜第3区間のセンス線Sk
1,Sk2,Sk3はいずれも、第0区間のセンス線Sk0か
ら切り離され、かつプリチャージが禁止された状態とな
る。この結果、CAMセルアレイ200kの動作は停止
する。
【0053】以上のとおり本実施例によれば、1個のC
AMセルアレイ200k のための1本のセンス線を分割
し、各区間のセンス線Sk1,Sk2,Sk3を区分スイッチ
回路222,224,226でセンス回路206k に接
続したり切り離したりすることにより、ページサイズに
応じてセンス線の利用部分の配線長を必要最小限にする
ことができるので、比較動作の高速化ひいてはアドレス
変換の高速化が達成される。また、比較動作に不必要な
CAMセクションに係る区間のセンス線をプリチャージ
しない構成を採用したので、低消費電力化を実現でき
る。更に、デコード回路250の採用により、外部信号
線の本数及びその配線容量を低減することができ、消費
電力の削減が可能となる。
【0054】なお、本実施例ではCAMセルアレイ20
0k の分割数Nを3としたが、Nは任意である。デコー
ド回路250に入力すべきページテーブルレベル信号P
TLのビット数は、分割数Nに応じて変わる。また、第
1〜第3の部分インデックス262,264,266の
各々のビット数を8、6、6としたが、これに限定され
るものではない。デコード回路250を介さずに第1〜
第3のアレイ制御信号AC1,AC2,AC3を外部か
ら直接に、第1〜第3の区分スイッチ回路222,22
4,226及び第1〜第3のプリチャージスイッチ回路
242,244,246に与えることも可能である。第
1〜第3のプリチャージスイッチ回路242,244,
246の配設を省略すれば、第1〜第3区間のセンス線
Sk1,Sk2,Sk3は常にプリチャージ可能な状態とな
る。
【0055】(実施例3)図9は、本発明の第3の実施
例に係るTLB中のCAMセルアレイ群の各々の内部構
成を示すブロック図である。ただし、同図では、ロウデ
コーダ、RAMセルアレイ、ヒット線プリチャージ回路
及び出力バッファ回路(図1参照)並びにデコード回路
(図5参照)の図示が省略されている。
【0056】図9において、各CAMセルアレイ300
k (k=1〜n)は、第1〜第3のラッチ回路272,
274,276を備えている。各ラッチ回路272,2
74,276は、第1〜第3の区分スイッチ回路22
2,224,226及び第1〜第3のプリチャージスイ
ッチ回路242,244,246に与えるべき第1〜第
3のアレイ制御信号AC1,AC2,AC3をそれぞれ
保持するための回路である。第1〜第3のアレイ制御信
号AC1,AC2,AC3は、全てのエントリのCAM
セルアレイ300k 中の第1〜第3のラッチ回路27
2,274,276に共通に与えられる。その他の点は
第2の実施例の場合と同様であるので、詳細な説明は省
略する。
【0057】図10は、第kエントリを構成するCAM
セルアレイ300k 中の第1のラッチ回路272の内部
構成を示す回路図である。第1のラッチ回路272は、
3個のインバータ80〜82と2個のNチャネルトラン
ジスタ83,84とで構成される。第1のアレイ制御信
号AC1の記憶を行なうためのフリップフロップが2個
のインバータ80,81で構成される。このフリップフ
ロップの入力側に位置する2個のNチャネルトランジス
タ83,84のゲートには第1のワード線Wkが共通接
続されていて、第1のワード線Wk が選択されて‘H’
になるとフリップフロップに第1のアレイ制御信号AC
1が書き込まれるようになっており、第1のワード線W
k が‘L’となっても書き込まれた内容が保持される。
なお、第kエントリを構成するCAMセルアレイ300
k 中の第2及び第3のラッチ回路274,276の内部
構成も、図10と同様である。また、他のエントリでも
同様である。
【0058】例えば32ビットマイクロプロセッサを備
えたワークステーションで複数のタスクを並列処理する
場合には、タスク毎に異なるページサイズのアドレス変
換が必要になることがある。本実施例によれば、第1及
び第2のタスクのために256KB及び16MBのペー
ジサイズのアドレス変換がそれぞれ必要である場合、第
jエントリのCAMセルアレイ300j では256KB
のページサイズのために第1〜第3のラッチ回路27
2,274,276に‘H’,‘H’,‘L’を保持
し、第kエントリのCAMセルアレイ300k では16
MBのページサイズのために第1〜第3のラッチ回路2
72,274,276に‘H’,‘L’,‘L’を保持
する。これにより、第jエントリのCAMセルアレイ3
00j では第1及び第2のCAMセクション212,2
14のみによる比較結果が利用され、第kエントリのC
AMセルアレイ300k では第1のCAMセクション2
12のみによる比較結果が利用される。
【0059】このように本実施例によれば、第1〜第3
の区分スイッチ回路222,224,226及び第1〜
第3のプリチャージスイッチ回路242,244,24
6に与えるべき第1〜第3のアレイ制御信号AC1,A
C2,AC3を各々第1〜第3のラッチ回路272,2
74,276に保持することとしたので、同じアレイ制
御信号AC1,AC2,AC3を何度も与える必要がな
い。しかも、エントリ毎に異なるアレイ制御信号を保持
できる構成を採用したので、エントリ毎に異なるページ
サイズに応じてセンス線の利用部分の配線長を必要最小
限にすることができる。
【0060】なお、第1〜第3のプリチャージスイッチ
回路242,244,246の配設を省略する場合に
は、第1〜第3のラッチ回路272,274,276
は、第1〜第3の区分スイッチ回路222,224,2
26のためにのみ第1〜第3のアレイ制御信号AC1,
AC2,AC3を各々保持する。
【0061】以上、本発明の実施例に係る半導体記憶装
置として3つのTLBを説明してきた。ただし、本発明
は、CAMセルアレイ(タグ部)とRAMセルアレイ
(データ部)とを備えたキャッシュメモリ等の他の種類
の半導体記憶装置にも適用可能である。
【0062】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、請求項1の発
明によれば、第2のメモリセルアレイ群102k (k=
1〜n)の書き込みのための第1のワード線Wk とその
読み出しのための第2のワード線Rk とを分離し、第1
のワード線Wk を第1のメモリセルアレイ群100k の
書き込みのためのワード線と共通化し、かつ第1のワー
ド線Wk 及びセンス線Sk のうちの後者のみに基づいて
センス回路群106k により第2のワード線Rk をアサ
ートすることとしたので、センス回路群106kの各々
の構成の簡略化、ひいてはその高速動作を達成できる。
これにより、第2のメモリセルアレイ群102k の読み
出しの高速化を実現できる。また、第2のメモリセルア
レイ群102k の書き込みのための第2のビット線群P
j ,/Pj(j=1〜m)と、その読み出しのための第
3のビット線群Dj ,/Dj とを互いに分離した構成を
採用したので、該第2のメモリセルアレイ群102k へ
の予期しない書き込みを確実に防止できる。
【0063】請求項2又は3の発明によれば、1個のC
AMセルアレイ200k 中に第1〜第Nの区分スイッチ
回路222,224,226を設けることによって1本
のセンス線Sk を複数の区間に分割し、第1〜第N区間
のセンス線Sk1,Sk2,Sk3のうちの不要部分を切り離
すこととしたので、センス線Sk のうちの利用部分の配
線長とその配線容量とを低減できる。この結果、CAM
セルアレイ200k における比較動作の高速化が達成さ
れる。
【0064】請求項4の発明によれば、第1〜第Nの区
分スイッチ回路222,224,226の開閉制御のた
めの第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,AC
3は、少ない本数の外部信号線を通じて与えることがで
きる1つのバイナリ信号PTLに基づいてデコード回路
250により生成されることとしたので、外部信号線の
配線容量を低減することができ、消費電力の削減が可能
となる。
【0065】請求項5の発明によれば、第1〜第Nの区
分スイッチ回路222,224,226に与えるべき第
1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,AC3は各
々第1〜第Nのラッチ回路272,274,276に保
持されることとしたので、第1〜第Nのアレイ制御信号
AC1,AC2,AC3の効率的な供給が達成される。
また、エントリ毎に異なる内容を第1〜第Nのラッチ回
路272,274,276に保持させることも可能であ
るので、タスク毎に異なるページサイズを採用するよう
なワークステーション等への応用に好適である。
【0066】請求項6の発明によれば、第1〜第Nのプ
リチャージスイッチ回路242,244,246を設け
ることにより、利用しないCAMセクションに対応した
区間のセンス線の無駄なプリチャージを禁止することと
したので、消費電力の削減を達成できる。
【0067】請求項7の発明によれば、第1〜第Nのプ
リチャージスイッチ回路242,244,246に与え
るべき第1〜第Nのアレイ制御信号AC1,AC2,A
C3は各々第1〜第Nのラッチ回路272,274,2
76に保持されることとしたので、第1〜第Nのアレイ
制御信号AC1,AC2,AC3の効率的な供給が達成
される。また、必要に応じてエントリ毎に異なる内容を
第1〜第Nのラッチ回路272,274,276に保持
させることも可能となる。
【0068】請求項8の発明によれば、第1〜第Nの部
分インデックス262,264,266を第1〜第Nの
CAMセクション212,214,216の各々に供給
することにより、異なるページサイズのアドレス変換の
高速化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るTLBの構成を示
すブロック図である。
【図2】図1中の1個のCAMセルアレイの内部構成を
示す回路図である。
【図3】図1中の1個のRAMセルアレイの内部構成を
示す回路図である。
【図4】図1中の1個のセンス回路の内部構成を示す回
路図である。
【図5】本発明の第2の実施例に係るTLB中の1個の
CAMセルアレイの内部構成をその近傍の構成とともに
示すブロック図である。
【図6】図5中の第1の区分スイッチ回路の内部構成を
示す回路図である。
【図7】図5中の第1のプリチャージスイッチ回路の内
部構成を示す回路図である。
【図8】図5中のデコード回路の内部構成を示す回路図
である。
【図9】本発明の第3の実施例に係るTLB中のCAM
セルアレイ群の各々の内部構成を示すブロック図であ
る。
【図10】図9中の第1のラッチ回路の内部構成を示す
回路図である。
【符号の説明】
100k CAMセルアレイ(第1のメモリセルアレイ
群) 102k RAMセルアレイ(第2のメモリセルアレイ
群) 104 ロウデコーダ(エントリ選択回路) 106k センス回路 108 ヒット線プリチャージ回路 110 出力バッファ回路 150 センス線プリチャージ回路 152 センスアンプ 154 バッファ回路 156 ヒット線ディスチャージ回路 200k CAMセルアレイ 206k センス回路 212,214,216 第1〜第3のCAMセクショ
ン 222,224,226 第1〜第3の区分スイッチ回
路 232,234,236 第1〜第3のプリチャージ回
路 242,244,246 第1〜第3のプリチャージス
イッチ回路 250 デコード回路 262 第1の部分インデックス(VA[31:2
4]) 264 第2の部分インデックス(VA[23:1
8]) 266 第3の部分インデックス(VA[17:1
2]) 272,274,276 第1〜第3のラッチ回路 300k CAMセルアレイ Ai ,/Ai 第1のビット線群 AC1,AC2,AC3 第1〜第3のアレイ制御信号 Dj ,/Dj 第3のビット線群 HT ヒット信号 Pj ,/Pj 第2のビット線群 PR プリチャージ制御信号 PTL1,PTL0 ページテーブルレベル信号(バイ
ナリ信号) Rk 第2のワード線 Sk センス線 Sk0,Sk1,Sk2,Sk3 第0〜第3区間のセンス線 Wk 第1のワード線 XH ヒット信号線

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のビット線群を互いに共有し、かつ
    各々第1のワード線とセンス線とを有し、各々前記第1
    のワード線のアサート時には前記第1のビット線群上の
    信号内容を記憶する機能を有するとともに、各々前記記
    憶した信号内容と前記第1のビット線群上の信号内容と
    の比較結果に応じて前記センス線をアサートする機能を
    有する第1のメモリセルアレイ群と、 前記第1のメモリセルアレイ群の各々と前記第1のワー
    ド線を共有して各々1エントリを構成するように配設さ
    れ、互いに分離された第2及び第3のビット線群を互い
    に共有し、かつ各々第2のワード線を有し、各々前記第
    1のワード線のアサート時には前記第2のビット線群上
    の信号内容を記憶する機能を有するとともに、各々前記
    第2のワード線のアサート時には前記記憶した信号内容
    を前記第3のビット線群上に出力する機能を有する第2
    のメモリセルアレイ群と、 前記第1のメモリセルアレイ群と前記第2のメモリセル
    アレイ群との間に介在し、かつ前記第1のメモリセルア
    レイ群のセンス線のうちのいずれかのアサート時には前
    記第2のメモリセルアレイ群の第2のワード線のうちの
    対応する1本をアサートする機能を有するセンス回路群
    と、 前記第1のワード線のうちの1本をアサートするための
    エントリ選択回路とを備えたことを特徴とする半導体記
    憶装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体記憶装置におい
    て、 前記第1のメモリセルアレイ群の各々は、 複数のメモリセルを有する連想メモリセルアレイとして
    構成され、かつ前記連想メモリセルアレイを端から順に
    N(N≧2)分割してなる第1〜第Nの連想メモリセク
    ションと、 前記連想メモリセルアレイのためのセンス線を端から順
    に第0〜第Nの区間に分割するように該センス線上に配
    設され、前記第1〜第Nの連想メモリセクションの各々
    による記憶内容と与えられた信号内容との比較の結果に
    応じた該第1〜第Nの連想メモリセクションによる前記
    第1〜第N区間のセンス線の個別のディスチャージを可
    能とし、かつ各々異なる第1〜第Nのアレイ制御信号に
    より開閉制御される第1〜第Nの区分スイッチ回路と、 各々前記第1〜第N区間のセンス線をプリチャージする
    ための第1〜第Nのプリチャージ回路とを備え、かつ前
    記センス回路群の各々は、 前記第0区間のセンス線をプリチャージしかつ前記第1
    〜第Nの区分スイッチ回路の開閉パターンに応じた前記
    第0〜第M(M≦N)区間のセンス線の電位を増幅する
    ことにより、前記第2のワード線のアサートを実行する
    機能を更に備えたことを特徴とする半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 複数のメモリセルを有する1つの連想メ
    モリセルアレイを端から順にN(N≧2)分割してなる
    第1〜第Nの連想メモリセクションと、 前記連想メモリセルアレイのための1本のセンス線を端
    から順に第0〜第Nの区間に分割するように該センス線
    上に配設され、前記第1〜第Nの連想メモリセクション
    の各々による記憶内容と与えられた信号内容との比較の
    結果に応じた該第1〜第Nの連想メモリセクションによ
    る前記第1〜第N区間のセンス線の個別のディスチャー
    ジを可能とし、かつ各々異なる第1〜第Nのアレイ制御
    信号により開閉制御される第1〜第Nの区分スイッチ回
    路と、 各々前記第1〜第N区間のセンス線をプリチャージする
    ための第1〜第Nのプリチャージ回路と、 前記第0区間のセンス線をプリチャージし、かつ前記第
    1〜第Nの区分スイッチ回路の開閉パターンに応じた前
    記第0〜第M(M≦N)区間のセンス線の電位を増幅す
    るためのセンス回路とを備えたことを特徴とする半導体
    記憶装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は3に記載の半導体記憶装置
    において、 1つのバイナリ信号を前記第1〜第Nのアレイ制御信号
    にデコードするためのデコード回路を更に備えたことを
    特徴とする半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 請求項2又は3に記載の半導体記憶装置
    において、 前記第1〜第Nの区分スイッチ回路に与えるべき第1〜
    第Nのアレイ制御信号をそれぞれ保持するための第1〜
    第Nのラッチ回路を更に備えたことを特徴とする半導体
    記憶装置。
  6. 【請求項6】 請求項2又は3に記載の半導体記憶装置
    において、 各々前記第1〜第N区間のセンス線と前記第1〜第Nの
    プリチャージ回路との間に介在し、かつ各々前記第1〜
    第Nのアレイ制御信号により開閉制御される第1〜第N
    のプリチャージスイッチ回路を更に備えたことを特徴と
    する半導体記憶装置。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体記憶装置におい
    て、 前記第1〜第Nのプリチャージスイッチ回路に与えるべ
    き第1〜第Nのアレイ制御信号をそれぞれ保持するため
    の第1〜第Nのラッチ回路を更に備えたことを特徴とす
    る半導体記憶装置。
  8. 【請求項8】 請求項2又は3に記載の半導体記憶装置
    において、 異なるページサイズのアドレス変換に用いられるよう
    に、 前記第1〜第Nの連想メモリセクションの各々の中のメ
    モリセルの総数は、論理アドレスの上位部分を占める種
    々のインデックスのうち最小ページサイズ時のページ指
    定のための最長インデックスのビット数に等しくされ、
    かつ前記第1〜第Nの連想メモリセクションには、前記
    最長インデックスを上位側から順にN分割してなる第1
    〜第Nの部分インデックスが前記比較のための信号内容
    としてそれぞれ与えられることを特徴とする半導体記憶
    装置。
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