JPH06259973A - 連想記憶装置 - Google Patents

連想記憶装置

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Publication number
JPH06259973A
JPH06259973A JP5123416A JP12341693A JPH06259973A JP H06259973 A JPH06259973 A JP H06259973A JP 5123416 A JP5123416 A JP 5123416A JP 12341693 A JP12341693 A JP 12341693A JP H06259973 A JPH06259973 A JP H06259973A
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JP
Japan
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transistor
transistors
lines
memory device
line
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Application number
JP5123416A
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English (en)
Inventor
Ching-Lin Jiang
チング−リン・ジヤング
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Original Assignee
Integrated Information Technology Inc
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C15/00Digital stores in which information comprising one or more characteristic parts is written into the store and in which information is read-out by searching for one or more of these characteristic parts, i.e. associative or content-addressed stores
    • G11C15/04Digital stores in which information comprising one or more characteristic parts is written into the store and in which information is read-out by searching for one or more of these characteristic parts, i.e. associative or content-addressed stores using semiconductor elements

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較動作の時、ビットラインがゼロになら
ず、かつアレイのサイズが小さい連想可能記憶装置を提
供することにある。 【構成】 連想記憶装置が、メモリセルと、このメモ
リセルへのアクセストランジスタのゲートに直接連結し
た複数の第1ラインとを有しており、これらのアクセス
トランジスタが、更に複数の第2ラインを有している。
第1及び第2複数ラインが、読み込み、書き込み、比較
動作の時、各別種の機能を果たす。また、Pチャネルト
ランジスタが、一致トランジスタ及びその関連パストラ
ンジスタ用に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体メモリセルに対
し、特にメモリがメモリデータの内容により検索可能な
アドレス指定可能に使用できるセルに関する。
【0002】
【従来の技術】米国特許第4,890,260号は、連
想記憶装置(CAM)を用いた構成を開示している。そ
の構成を示している図1に関しては、CAMセルアレイ
11は、ビットライン記述子回路1に連結されている。
ビットライン記述子回路1はプログラム可能なビットラ
イン書き込み回路、被比較数レジスタ、マスクレジス
タ、そしてセンスアンプ(全て図示されていない)を有
している。被比較数レジスタは、CAMセルアレイ11
に連結されたビットラインBL及び
【0003】
【外1】
【0004】上に書き込まれるべきデータと共にプログ
ラム可能なビットライン書き込み回路をプログラムす
る。データは、選択された所定のワードラインWRと共
にビットラインBL及び
【0005】
【外2】
【0006】を通してCAMセルアレイから読み出され
る。ビットラインBL及び
【0007】
【外3】
【0008】上の信号はセンスアンプにより増幅され
る。
【0009】マスクレジスタ内のデータは、プログラム
可能なビットマスク用に使用される。マスクレジスタ内
の論理1は、被比較数レジスタ内のデータを重ね書きし
てしまうが、マスクレジスタ内の論理0は、被比較数レ
ジスタ内の対応するデータが、セル内で書き込まれるべ
くビットライン上に現れることを可能にしている。全て
の或いはどのビットもこのようにマスクされることが可
能である。
【0010】記述子回路1は、データをビットバス10
と交換する。行デコーダ2は、アレイ内の選択した別種
のワード用の複数のワードラインWRによってCAMセ
ルアレイ11に連結されている。高速セル読み込みのた
めの最高レベルにビットラインをプレチャージしたビッ
トラインプレチャージ回路3は、複数のビットラインB
L′及び
【0011】
【外4】
【0012】を通してCAMセルアレイ11に連結され
ている。CAMセルアレイ11は、複数の一致ラインM
Lを通してワードマスク及びリセット回路、一致検出器
5、そして優先順位エンコーダ6に連結されている。
【0013】ワードマスク及びリセット回路4が、全て
の或いはいかなるワードにより、空の或いはスキップビ
ットをマスクする。全アレイが全ての空ビットをリセッ
トすることにより、リセットされる。これらの両動作
は、当業者には公知であるので詳述はしない。一致検出
器5が「一致」或いは「不一致」状態を検出する。優先
順位エンコーダ6が、一致状態が発生した際に、CAM
セルアレイ11内の位置のアドレスを符号化する。
【0014】制御論理7が、バス10から受けた指示に
応じるべくワードマスク及びリセット回路4、一致検出
器5、そして優先順位エンコーダ6に入力を提供する。
特に、バス10から受けた指示が、各回路の動作を完遂
するべく適切な内部タイミングを生み出す。
【0015】図2に示されている典型的に連想可能なメ
モリセルは、9個のトランジスタを有している。トラン
ジスタ206〜209が、メモリセル216を形成して
いる。情報は、メモリセル216内の電圧レベルとして
記憶される。メモリセル216は2個の状態を有してい
る。即ち論理状態0及び論理状態1である。例えば、も
し論理状態0が、高電圧を有するノード204及び低電
圧を有するノード205により指定されると、論理状態
1は、逆の記憶電圧を有する。即ち、ノード204は低
電圧を有し、ノード205は高電圧を有することにな
る。
【0016】論理状態0に於いて、ノード204上の高
電圧が、Nチャネルトランジスタ209をターンオン
し、Pチャネルトランジスタ207をターンオフする。
ノード205に印加された低電圧はPチャネルトランジ
スタ206をターンオンし、及びNチャネルトランジス
タ208をターンオフする。ノード204上の電圧は、
電流が、典型的には5Vである電圧源Vddから、トラ
ンジスタ206を通って流れるので、高いままである。
ノード205上の電圧は、(典型的にはアースされてい
る)電圧源Vssに向かってトランジスタ209を通っ
て流れるので低いままである。
【0017】論理状態1に於いては、オンであったトラ
ンジスタがオフであり、そしてオフであったトランジス
タがオンであり、ノード204上に低電圧及びノード2
05上に高電圧を供給する。ノード204は、(アース
された)電圧源Vssに向かってトランジスタ208を
通って電流が流れるので低いままである一方で、ノード
205は、トランジスタ207を通って電圧源Vddか
ら電流が流れるので高いままである。そのように、両論
理状態は、トランジスタ206及び208を有する分岐
216A或いは、トランジスタ207及び209を有す
る分岐216Bの何れもが導通状態でないので安定して
いる。
【0018】メモリセル216を読み込むために、ビッ
トライン200及び201が高電圧にプレチャージされ
る。トランジスタ202及び203が、その後、ワード
ライン215上の高電圧によりターンオンされる。メモ
リセル216により記憶された論理状態は、1個のビッ
トライン200或いは201を低にする。例えば、もし
メモリセル216が、ノード204上で低電圧であり、
ノード205上で高電圧の論理状態1であるなら、補数
ビットライン200はトランジスタ202及び208を
通してアースされる。ビットライン201は充電された
ままである。ビットライン200及び201間の電位差
が、その後感知される。
【0019】メモリセル216内に論理状態を書き込む
ために、データがビットライン200上に置かれ、そし
てデータの補数が、補数ビットライン201上に置かれ
る。ワードライン215に印加した高電圧は、トランジ
スタ202及び203をターンオンし、各データ及びデ
ータの補数をノード204及び205に転送する。この
電圧転送が、メモリセルを所望の構成に駆動する。
【0020】比較動作の間、データはビットライン20
1上に置かれ、そしてデータの補数は補数ビットライン
200上に置かれる。例えば、メモリセル216が論理
0を記憶したと仮定する。比較モードに於て低電圧及び
高電圧が各ビットライン200及び201上に提供され
ると、不一致状態が生じる。トランジスタ202及び2
03がオフのままであることを確実にするために、ワー
ドライン215上の電圧は低いままである。ノード20
4上に記憶された高電圧が、Nチャネルパストランジス
タ211のゲートに印加され、そこでパストランジスタ
211をターンオンする。ノード205上の低電圧が、
Nチャネルパストランジスタ210に印加される。従っ
て、パストランジスタ210は、オフのままである。こ
のようにトランジスタ211がオンであると、ビットラ
イン201上のデータ(即ち高電圧)は、Nチャネルト
ランジスタ213のゲートに印加され、同様に、このト
ランジスタをターンオンする。トランジスタ213がタ
ーンオンしているので、電流は、トランジスタ213を
通って(アースされている)電圧源Vssに流れ、比較
動作のためにプレチャージされた一致ライン214上の
電圧を放電する。このように、要約すると、もしデータ
がメモリセル216内のデータと一致すると、一致ライ
ン214は、充電されたままである。もしメモリセルが
一致しないデータを有する際は、一致トランジスタ21
3がターンオンし、そして一致ライン214を放電す
る。
【0021】上述した連想可能な記憶装置の欠点は、比
較動作の準備のために、ビットラインが0に放電されな
ければならない点であった。従って、改良された連想記
憶装置の必要が迫られていた。
【0022】他の欠点は、アレイのサイズの望むべから
ざる増大という結果につながる、この構成に於ては、9
個という多数のトランジスタが必要されることである。
従って、より小さな連想記憶装置が必要とされていた。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、比較動作への準備
に際して、ビットラインが0に放電されなくても良い連
想記憶装置を提供し、かつアレイのサイズがより小さく
て済む連想記憶装置を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、論理状態を記憶する容量のあるメモリセルと、
書き込み動作間にワードラインとして、読み出し動作間
にビットラインとして、そして比較動作間に一致ライン
として機能する複数の第1ラインと、前記メモリセル
を、前記複数の第1ラインに連結する複数のスイッチン
グデバイスと、そして前記書き込み動作間にビットライ
ンとして、前記読み出し動作間にワードラインとして、
そして前記比較動作間にビットラインとして機能する複
数の第2ラインとを有していることを特徴とする連想記
憶装置を提供することにより達成される。
【0025】特に、一致トランジスタ及びその関連パス
トランジスタ用のNチャネルトランジスタの代わりに、
Pチャネルトランジスタを用いる連想記憶装置であると
良い。
【0026】また、更には前述したように一致トランジ
スタ及びその関連パストランジスタを除去した連想記憶
装置であると良い。この連想記憶装置の実施例は、メモ
リセルと、アクセストランジスタと、読み出し動作の間
ビットラインとして、また書き込み動作の間ワードライ
ンとして、また比較動作の間一致ラインとして機能する
複数の第1ラインと、読み出し動作の間ワードラインと
して、また書き込み動作の間ビットラインとして、また
比較動作の間ビットラインとして機能する複数の第2ラ
インとを有していると良い。
【0027】また、複数の連想記憶装置が、前記の複数
の第1ラインに連結されていると良い。
【0028】
【作用】このようにすれば、一致ラインが読み出し動作
の間調整されることが可能なので従来技術よりも優れた
性能を提供できる。また、書き込みモードの間、複数の
第1ラインは0ボルトにセットされる。そして複数の第
2ラインの1つが高電圧に駆動され、メモリセルを所定
の論理状態にセットすることができ、そして、この論理
状態を読み出すべく、複数の第2ライン内の両ラインが
高電圧に増大され、アクセストランジスタをターンオン
する。そしてメモリセル内に記憶された特定の電圧が、
これらのアクセストランジスタを通過して複数の第1ラ
インに転送され、これらのライン間の電圧差が、従って
検知される。一方、比較モードの間は、複数の第1ライ
ンは高電圧にプレチャージされ、そして、複数の第2ラ
イン内の両ライン上の電圧が、高電圧に駆動され、アク
セストランジスタをターンオンすることができる。この
ように複数の第1ラインの内の1つのライン上の電圧が
メモリセルによりプルダウンされる。従来からこのプル
ダウンされた状態が一致状態と呼ばれている。
【0029】
【実施例】図3に示されているメモリセルは高性能な連
想記憶装置を提供する。
【0030】図3のトランジスタの幅及び長さは、表1
に示されており、( )内左側の数字は、チャネル幅を
μm単位で表しており、そして、右側の数字はチャネル
長をμm単位で表している。
【0031】
【表1】
【0032】メモリセル316は、読み出し及び書き込
み動作の間、図2のメモリセル216と同様に機能す
る。
【0033】比較動作の間、データは、ビットライン3
01上に位置し、そしてデータの補数は補数ビットライ
ン300上に位置する。例えば、メモリ316が論理0
を記憶するとする。低電圧及び高電圧が、比較モードの
各ビットライン300及び301上に提供されると、不
一致状態が発生する。トランジスタ302及び303が
ワードライン315上の低電圧のためにオフのままであ
ることに注意されたい。ノード305上の低電圧がPチ
ャネルパストランジスタ310に印加され、パストラン
ジスタ310をターンオンする。このようにトランジス
タ310をオンにすることにより、ビットライン300
上のデータ(即ち低電圧)が、Pチャネルトランジスタ
313のゲートに印加され、同様にこのトランジスタを
ターンオンする。トランジスタ313が、ターンオンし
たので、電流が電圧源Vdd(概ね5ボルト)からトラ
ンジスタ313を通って流れる。比較動作の始めの間
は、充電されていない一致ライン314上の電圧をプル
アップする。図示された例に於ては、不一致セルの一致
ライン314だけがプルアップされることに注意された
い。要するに、もしデータがメモリセル316内のデー
タと一致しないならば、そこで一致ライン314はプレ
チャージされる。もしメモリセルが一致するデータを有
するならば、一致ライン314はプレチャージされな
い。
【0034】読み出し動作に続く比較動作がより高性能
を生み出すべく一致ライン314用のビットライン30
0及び301を調整する必要なしにすぐに行われること
に注意されたい。これは、データが読み込まれる際に、
両ビットライン300及び301が20〜50mVとい
う程度の非常に僅かな量のΔだけ相違するべく充電され
る。従って、論理状態1に於けるビットラインの電圧が
Vbiasであり、そして論理状態0に於けるビットライン
の電圧はVbias−Δである。もしVbias(Vbiasは約V
dd−Vthであり、Vthはセンスアンプの設計によ
って決まる値である)が約4ボルトなら、ビットライン
300及び301上の電圧値は約4ボルトであり、そし
て約4ボルトより僅かに下回っている。トランジスタ3
13のゲート上の電圧が、トランジスタ313をターン
オンすべき読み出し動作の間、決して低すぎることはな
いので、一致ライン314は読み出し動作の準備がで
き、高性能を提供することが可能になる。
【0035】他の連想記憶装置が図4に示されている。
PチャネルMOSFETトランジスタ406及び40
7、NチャネルMOSFETトランジスタ408及び4
09が、標準メモリセルの構成内に形成されている。特
に、トランジスタ406及び407のソースは、電圧供
給Vddに連結され、これらのトランジスタのドレイン
は、各トランジスタ408及び409のドレインに連結
され、そしてトランジスタ408及び409のソース
は、他の電圧源に連結されている。概ね、電圧源Vss
はアースされ、そして電圧源Vddは5ボルトである。
トランジスタ406及び408のゲートは、トランジス
タ407及び409のドレイン間に位置しているノード
405に連結されており、トランジスタ407及び40
9のゲートは、トランジスタ406及び408のドレイ
ン間に位置しているノード404に連結している。
【0036】アクセストランジスタ402が、ノード4
04とライン411間に形成され、一方アクセストラン
ジスタ403は、ノード405とライン410間に形成
される。ライン410及び411は読み出し用のワード
ライン、読み出し用のビットライン、そして比較動作用
の一致ラインである。この実施例に於て、アクセストラ
ンジスタ402及び403は、NチャネルMOSFET
トランジスタである。ライン400及び401は、各ト
ランジスタ402及び403のゲートに直接連結されて
いる。ライン400及び401は書き込み用のビットラ
イン、読み出し用のワードライン、そして比較動作間の
ビットラインである。
【0037】選択されたセルに対する書き込みの間、ラ
イン410及び411上の電圧は0にセットされる。も
しセルが選択されなかったら、ライン410及び411
はフロート状態のままである。そしてあるビットライ
ン、例えばビットライン400は高くなる一方で、他の
ビットライン401は低くなる。このようにして、アク
セストランジスタ402がターンオンされ、前述したよ
うにトランジスタ407及び409のゲートに連結され
たノード404にライン411上の低電圧を転送する。
このようにその後にこの電圧はトランジスタ407をタ
ーンオンし、そしてトランジスタ409をターンオフす
る。トランジスタ407がオンなので、前述したように
トランジスタ406及び408のゲートに連結されてい
るノード405上の電圧をプルダウンすべく電流が電圧
源Vddからトランジスタ407を通って流れる。ノー
ド405上の高電圧がトランジスタ406をターンオフ
するが、トランジスタ408をターンオンする。トラン
ジスタ408がオンになったので、電流はトランジスタ
408を通ってアースへ流れ、ノード404上の低電圧
を維持する。このように、本発明は、メモリセル412
を効果的にプログラムする。
【0038】メモリセル412の読み出しの間、ライン
400及び401上の電圧は高くなり、今度はノード4
04及び405上の電圧を各ライン411及び410に
転送するアクセストランジスタ402及び403をター
ンオンする。このように、ライン410及び411上の
電圧はメモリセル412の論理状態を表す。
【0039】最後に、比較モードの間は、ライン410
及び411は高電圧にプレチャージされる。そしてデー
タ及びデータの補数はライン401及び400に適応さ
れる。もし不一致が発生したなら、2個のワード/一致
ライン内の一方上の電圧はメモリセルアレイ412によ
ってプルダウンされる。例えば、もしメモリセル412
が論理1状態を記憶するなら、ノード404は低電圧で
あり、ノード405は高電圧である。ライン400が高
くそしてライン401が低いと仮定する。これは不一致
状態である。アクセストランジスタ403がターンオン
しないので、ライン410上の電圧は高いままである。
しかしながら、アクセストランジスタ402がターンオ
ンされると、トランジスタ408(オンの状態である)
がライン411をプルダウンする。従って、不一致の信
号が発生する。一方、もしライン400が低くライン4
01が高ければ、トランジスタ403がターンオンし、
高電圧はライン410に印加される。トランジスタ40
2がオフのままであるので、ライン411はプレチャー
ジされたままである。両ライン410及び411が高い
ので一致の信号が発生する。
【0040】図4に於てメモリセル412が連結されて
いるように、複数のメモリセルがライン410及び41
1に連結されているのが認識される。
【0041】上記した本発明の実施例は、単なる例示で
あって本発明を限定するものではない。添付の請求項の
技術的視点を逸脱することなしに、種々の変形が可能で
あることは当業者には明かである。
【0042】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明の連想記憶装置によれば、一致トランジスタ及び従
来技術の関係パストランジスタが除去されるのでメモリ
セルアレイの著しいサイズ減少が可能になり、更に、図
2の連想記憶装置の一致ライン及びワードラインが組み
合わされることによりメモリセルアレイの総サイズの減
少が見込まれる。本発明による連想記憶装置は、典型的
な従来技術のメモリセルと比較して40%ものサイズの
減少をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】連想記憶装置を有する従来技術の構成を示すブ
ロック図である。
【図2】典型的な従来技術の連想記憶装置の構成要素レ
ベルの模式図である。
【図3】本発明による連想記憶装置の構成要素レベルの
模式図である。
【図4】本発明による連想記憶装置の他の実施例の構成
要素レベルの模式図である。
【符号の説明】
2 行デコーダ 3 ビットラインプレチャージ回路 4 リセット回路 5 一致検出器 6 優先順位エンコーダ 10 ビットバス 11 CAMセルアレイ 200、201 ビットライン 202、203 トランジスタ 204、205 ノード 206、207 Pチャネルトランジスタ 208、209 Nチャネルトランジスタ 210 Nチャネルパストランジスタ 211 パストランジスタ 213 Nチャネルトランジスタ 214 一致ライン 215 ワードライン 216 メモリセル 300 補数ビットライン 301 ビットライン 302、303 トランジスタ 305 ノード 310 Pチャネルパストランジスタ 313 Pチャネルトランジスタ 314 一致ライン 315 ワードライン 316 メモリセル 400、401 ビットライン 402、403 アクセストランジスタ 404、405 ノード 406、407 PチャネルMOSFET 408、409 NチャネルMOSFET 410、411 ライン 412 メモリセル

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連想記憶装置であって、 論理状態を記憶することができるメモリセルと、 書き込み動作間にワードラインとして、読み出し動作間
    にビットラインとして、及び比較動作間に一致ラインと
    して機能する複数の第1ラインと、 前記メモリセルを、前記複数の第1ラインに連結する複
    数のスイッチングデバイスと、そして前記書き込み動作
    間にビットラインとして、前記読み出し動作間にワード
    ラインとして、前記比較動作間にビットラインとして機
    能する複数の第2ラインとを有することを特徴とする連
    想記憶装置。
  2. 【請求項2】 前記複数のスイッチングデバイスが、
    ドレイン、ソース、及びゲートを有するNチャネルトラ
    ンジスタであることを特徴とする請求項1に記載の連想
    記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の第2ラインが、前記Nチャ
    ネルトランジスタの前記ゲートに連結されていることを
    特徴とする請求項2に記載の連想記憶装置。
  4. 【請求項4】 連想記憶装置であって、 ソースが第1電圧源に連結されている第1トランジスタ
    と、 ドレインが前記第1トランジスタのドレインに連結さ
    れ、ソースが第2電圧源に連結されている第2トランジ
    スタと、 ソースが前記第1電圧源に連結されている第3トランジ
    スタと、 ドレインが前記第3トランジスタのドレインに連結さ
    れ、ソースが前記第2電圧源に連結されている第4トラ
    ンジスタと、 ソースが前記第1及び第2トランジスタの前記ドレイン
    に連結されている第5トランジスタと、 ソースが前記第3及び第4トランジスタの前記ドレイン
    に連結されている第6トランジスタと、 前記第5トランジスタのゲートに連結されている第1ラ
    インと、 前記第6トランジスタのゲートに連結されている第2ラ
    インと、 そして第1及び第2一致ラインとを備えているメモリセ
    ルとを有しており、 前記第1及び第2トランジスタが、前記第3トランジス
    タのゲート及び前記第4ゲートトランジスタのゲートに
    連結されており、そして前記第3及び第4トランジスタ
    の前記ドレインが、更に前記第1トランジスタのゲート
    及び前記第2トランジスタのゲートに連結されており、
    前記第5トランジスタのドレインが、前記第2一致ライ
    ンに連結されており、そして前記第6トランジスタが前
    記第1一致ラインに連結されていることを特徴とする連
    想記憶装置。
  5. 【請求項5】 前記第1及び第3トランジスタがPチ
    ャネルトランジスタであることを特徴とする請求項4に
    記載の連想記憶装置。
  6. 【請求項6】 前記第2及び第4トランジスタがNチ
    ャネルトランジスタであることを特徴とする請求項5に
    記載の連想記憶装置。
  7. 【請求項7】 前記第5及び第6トランジスタの状態
    が、電圧が、前記第2及び第1一致ラインと、前記メモ
    リセルとの間を転送されるかどうかを決定することを特
    徴とする請求項4に記載の連想記憶装置。
  8. 【請求項8】 連想記憶装置であって、 論理状態を記憶する手段と、 前記論理状態に対するデータの一致状態を決定する手段
    と、 前記記憶する手段に前記決定する手段を連結する手段と
    を有しており、 前記連結する手段の数が、前記決定する手段の数と同じ
    であることを特徴とする連想記憶装置。
  9. 【請求項9】 連想記憶装置であって、 メモリセルと、 前記メモリセルに連結された複数のアクセストランジス
    タと、 前記メモリセルの論理状態を反映する前記メモリセルに
    連結された複数のパストランジスタと、 一致状態を決定するための前記アクセストランジスタに
    連結された一致トランジスタとを有しており、 前記複数のパストランジスタ及び前記一致トランジスタ
    が、Pチャネルトランジスタであることを特徴とする連
    想記憶装置。
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