JPH1186535A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPH1186535A
JPH1186535A JP10151915A JP15191598A JPH1186535A JP H1186535 A JPH1186535 A JP H1186535A JP 10151915 A JP10151915 A JP 10151915A JP 15191598 A JP15191598 A JP 15191598A JP H1186535 A JPH1186535 A JP H1186535A
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memory
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャッシュメモリとの間のデータ転送を高速
にかつ効率的に行うことを可能とする高速アクセスモー
ドを有するランダムアクセスメモリを提供することを目
的とする。 【解決手段】 所定数のメモリセルをそれぞれ有する第
1及び第2のメモリバンク(11 ,12 )を構成するメ
モリセルアレイ(/CAS)と、外部から入力される信
号に同期してデータを入出力する手段(9,10)と、
前記第1のメモリバンクにアクセスしている際に前記第
2のメモリバンクにアクセスするモードを規定する手段
とを有する事を特徴とする半導体記憶装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体記憶装置に
関し特にダイナミックRAMにおける高速アクセスに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、高速アクセスを実現する手法
として、ニブルモード、ページモード、スタティクカラ
ムモード等が提唱されている。
【0003】(1)ニブルモードはカラムアドレスとロ
ウアドレスの選択により、4ビットのデータを4ビット
の内部シフトレジスタに入力しておき、外部より入力さ
れるカラムアドレスストローブ信号と同期したクロック
でシフトさせて出力バッファへデータをおくり連続に4
ビットのシリアルデータ出力を行なうものである。
【0004】(2)ページモードは4KDRAMの時代
より使用されているモードで、通常動作タイミングで最
初のデータをアクセスした後はカラムアドレスストロー
ブ信号に同期して取り込んだ任意のカラムアドレスに対
応する同一行の該カラムアドレスをアクセスする。
【0005】(3)スタティクカラムモードはページモ
ードと同様に通常動作タイミングで最初のデータをアク
セスし、その後、SRAMと同様にアドレス入力端子に
入力されたアドレスに対応するカラムアドレスをチップ
セレクト/CS(「/」は反転信号を表す)に同期して
アクセスする。図9、図10、図11にそれぞれのアク
セスモードの動作タイミング波形を示す。詳細は半導体
メーカー各社の技術資料例えば集積回路技術資料東芝M
OSメモリ第8版に詳しい。上記高速アクセス機能は、
現在256KDRAM、1MDRAM等で用いられてお
り有力であるが、高速キャッシュメモリを登載した計算
機の主メモリとして使用する場合以下の問題点を有して
いる。
【0006】まず図12を用い高速キャッシュメモリを
登載した計算機の主メモリ、キャッシュメモリ及びCP
U間でのデータの転送を説明する。CPUからキャッシ
ュメモリにあるアドレスをアクセスしてデータを要求す
る。そのアドレスのデータがキャッシュメモリに存在す
れば(ヒットすれば)キャッシュメモリからデータバス
にデータを転送する。存在しなければ(ミスヒットすれ
ば)ミスヒット信号をキャッシュメモリからコントロー
ラが受取りコントローラはゲートを開いて主メモリにア
クセスし主メモリからデータバスにデータを転送する。
この時このデータをCPUで受け取ると同時にキャッシ
ュメモリに入力する。計算機の性能を向上させるには以
下の2点が必要である。即ち(1)ミスヒットの率を下
げること。及び(2)ミスヒットの際の主メモリへのア
クセス時間を短縮すること。である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】(1)を達成するには
CPUからアクセスするアドレスは連続することが多い
のでミスヒットしたアドレスのみでなく、それに続くア
ドレスのデータも主メモリよりキャッシュメモリへ読み
込んでおくことが有効である。但し、この連続するアド
レスのデータを何ビット分読み込むと最も効率がよい
か、ということはキャッシュメモリの容量に大きく依存
する。キャッシュメモリの容量の小さいシステムではこ
のビット数が小さい方がヒット率が高く、キャッシュメ
モリの容量の大きいシステムでは、キャッシュメモリの
移し替えが少ないのでこのビット数が大きい方がヒット
率が高い。例えば、64Kバイトのキャッシュメモリで
データバスが32ビットのものでは1ビットから2ビッ
ト(1ラインから2ラインと通称する)分、256Kバ
イトのものでは4ビットから8ビット分取り込むシステ
ムのものが多い。このビット数はキャッシュメモリの容
量が年ごとに大きくなっている現状ではそれにともない
増大して行くと考えられる。従って主メモリにはシステ
ムにあわせて任意のビット数をシリアルに高速にアクセ
スする機能が求められてくる。
【0008】また、(2)を達成するには上記特定数の
ビットにシリアルにアクセスした後においても高速に他
の任意のカラムアドレスにアクセスする機能が求められ
る。ページモード及びスタティックカラムモードではカ
ラムアドレスを読み込み検出しチップ内のデータを増幅
し出力バッファに転送する時間が必要となり、上記
(1)の目的で複数のビットをシリアルに転送する際に
高速性が犠牲となる。ニブルモードではキャッシュメモ
リの容量の大きさによって主メモリよりキャッシュメモ
リヘ転送する最適ビット数が変わることにフレキシブル
に対応できない。即ち4ビット出力後は次の4ビットの
先頭アドレスを指定するアドレスを取り込む時間を必要
とし、このアドレスを取り込んで出力するまでにアドレ
スの検出及びデータのレジスタへの転送までの時間が必
要となる。
【0009】本発明は上記従来技術の問題点を解決し、
キャッシュメモリとの間のデータ転送を高速にかつ効率
的に行なうことを可能とする高速アクセスモードを有す
るランダムアクセスメモリを提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、所定数の
メモリセルをそれぞれ有する第1及び第2のメモリバン
クを構成するメモリセルアレイと、外部から入力される
信号に同期してデータを入出力する手段と、前記第1の
メモリバンクにアクセスしている際に前記第2のメモリ
バンクにアクセスするモードを規定する手段とを有する
事を特徴とする半導体記憶装置である。
【0011】第2の発明は、所定数のメモリセルをそれ
ぞれ有する第1及び第2のメモリバンクを構成するメモ
リセルアレイと、外部から入力される第1の信号のトグ
ル回数をカウントする第一手段と、前記カウントを開始
するタイミングを規定する第二手段と、前期第一手段に
よるカウント数が特定の回数に達したときに外部から入
力される第2の信号の状態を判断する第三手段と、前記
第1のメモリバンクにアクセスを行っている際に、前記
第2の信号の状態を判断し、その状態に応じて次に第2
のメモリバンクにアクセスする際にアクセスのモードを
定める第四手段とを有する事を特徴とする半導体記憶装
置である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
【0013】図1は先述した主メモリ等に用いることが
できる本発明の実施形態であるDRAMの半導体チップ
内の要部構成を示す。半導体基板上でメモリセルアレイ
は左右、即ちA,B2系列のメモリバンク11 ,12
分けられており図では1ワード線WLにより駆動される
部分を示している。ワード線はメモリバンク11 ,1 2
に共通である。各メモリバンク11 ,12 のメモリセル
は夫々4ビットずつビット線センスアンプ21 (SA1
〜SA4 ,…,SAm 〜SAm+3 ,…),22(SA5
〜SA8 ,…,SAm+4 〜SAm+7 ,…),転送ゲート
1 ,42 を介して入出力線31 ,32 に接続されるよ
うになっている。A系列メモリバンク11 はA系列選択
信号CSLA1 ,…,CSLAm ,…により、またB系
列メモリバンク12 はB系列選択信号CSLB1 ,…,
CSLBm ,…により、夫々入出力線31 ,32 との間
でデータ転送制御が行なわれる。図1では入出力線
1 ,32 としてそれぞれDQA1 〜DQA4 ,DQB
1 〜DQB4 の4本ずつを示しているが、これは説明の
便宜上2本一対の線を一本で現わしたものである。
【0014】A系列用の入出力線31 は制御信号QSE
Aで活性化されるデータアンプ51(S1 〜S4 )およ
び読み出し用ゲート61 に接続されいる。B系列用の入
力線32 は制御信号QSEBで活性化されるデータアン
プ52 (S1 ′〜S4 ′)および読み出し用ゲート62
に接続されている。読み出し用ゲート61 ,62 を介し
て読み出された4ビットの並列データは出力部データラ
ッチ回路7(L1 〜L4 )に保持され、出力部シフトレ
ジスタ8により直列データに変換されてデータ出力バッ
ファ9から読み出されるようになっている。10はデー
タ入力バッファであり、これから入力される4ビット直
列データは入力部シフトレジスタ111,112 により
制御される書込み用ゲート121 ,122 により並列デ
ータに変換されて入力データラッチ回路131
(L1 ′A〜L4 ′A)、132 (L1′B〜L4
B)に保持され入出力線31 に、または入出力線32
転送されるようになっている。
【0015】カラムアドレスストローブ/CASは/C
ASサイクルカウンター14を介してA,B系アドレス
コントローラ15に入力する。
【0016】カラムアドレスAoc〜Ancは/CAS
の立下がりにタイミングを取ってTTLレベルからMO
Sレベルに変換するアドレスバッファー16に取込まれ
A,B系アドレスコントローラ15からカラムアドレス
デコーダ171 ,172 に供給される。/CASサイク
ルカウンター14は/CASトグルのカウント信号を
A,B系アドレスコントローラ15と共にライトィネー
ブル/WEを取り込む書込みコントローラ18に入力
し、データ入力バッファ10,入力部シフトレジスタ1
1 ,112 を制御している。
【0017】図2にA,B系アドレスコントローラ15
の任意の1つのアドレスコントローラの回路図、図3に
カラムアドレスデコーダ171 ,172 の任意の1つの
アドレスデコーダの回路図を、図4にシリアルアクセス
の読み出し動作のタイミング図を示す。
【0018】ロウアドレスストローブ/RASが“L”
となり続いてカラムアドレスストローブ/CASが
“L”になると、この/CASの最初の立下がりで内部
クロックが/φA が“H”から“L”になる。内部クロ
ック/φB は“H”である。図2に示したアドレスコン
トローラはインバータ211 ,212 が共にオンの状態
から/φA が“L”となることによりA系列のインバー
タ211 がオフしカラムアドレスバッファ16からのカ
ラムアドレスAMC(0≦M≦n)はラッチL1 に保持さ
れA系カラムアドレスAMCA ,/AMCA を出力し続け
る。ラッチL2 はφBがオンであるので出力は不定であ
る。カラムアドレスデコーダ171 ,172 はこのアド
レスデータを受け、図3に示すように/φA が“L”で
ある期間、A系のカラムアドレス選択線CSLAの1本
を立上げる。アドレスAocはこのA系,B系の選択に
用いられている。/RASが“L”となってチップが活
性化されワード線WLが立上がり全ビット線センスアン
プ21 ,22 が活性化されているとすると、CSLA1
の選択により転送ゲート41 がオンとなってA系列メモ
リバンク11 の4ビット分のM1 〜M4 のデータがビッ
ト線から入出力線に転送される。このデータ転送の後、
制御信号QSEAが立上がり、データアンプ51 が活性
化されると同時に読み出しゲート61 がオンして入出力
線31 のデータは出力線RD1 〜RD4 に読み出され、
出力データラッチ回路7にラッチされる。出力データラ
ッチ回路7にラッチされた4ビットのデータは次に、シ
フトレジスタ8で直列データに変換されて/CASクロ
ックのトグル,,,に同期して出力バッファ9
からデータR1 〜R4 として出力される。
【0019】一方、入出力線31 のデータが出力データ
ラッチ回路7にラッチされた以降は入出力線31 のプリ
チャージ等のリセット動作が開始される。
【0020】次に内部クロック/φA ,/φB が切換わ
り、夫々“H”,“L”になると読み出し可能となって
いたB系列メモリバンクのメモリセルM5 〜M8 のセン
スデータは、B系列アドレスデコーダ172 がCSLB
1 を立上げて転送ゲート42をオンさせることにより入
出力線32 に転送される。そして制御信号QSEBが立
上がってデータアンプ52 が活性化されると同時に読み
出しゲート62 がオンし、入出力線32 のデータが入出
力線RD1 〜RD4 に読み出され、出力データラッチ回
路7にラッチされる。そしてラッチされた4ビットのデ
ータはシフトレジスタ8で直列データに変換され/CA
Sのトグル,,,に同期して出力バッファ9か
らデータR5 〜R8 として出力される。このB系メモリ
バンクが選択されている期間は、図2に示したA,B系
アドレスコントローラはクロックトインバータ212
オフするのでカラムアドレスバッファ16が発生し続け
ていたアドレスはラッチL2 にラッチされB系カラムア
ドレスとしてAMCB ,/AMCB が出力される。このアド
レスはAMCA ,/AMCA と変わりない。しかしてB系カ
ラムアドレスデコーダ172 では図3の様にAMCB と/
φB の論理を取るので1つのカラムアドレス選択線(C
BLB1 )が選択される。
【0021】このM1 〜M8 の読み出しサイクルの途中
に次に読み出すメモリセルの先頭カラムアドレスが入力
され、/CASトグルの6回目でこのカラムアドレスA
oc〜Ancはアドレスバッファ16に取込まれる。φ
A は“H”であるからA,B系アドレスコントローラ1
5のラッチL1 (A系側)には新しいカラムアドレスA
MC が入力されることになる。この2度目のアドレス入
力からAocはDon′t Careとするが、初回の
アドレス入力と同一のAocを入力するようにしてもよ
い。
【0022】次の8ビットの読み出しはM1 〜M8 のブ
ロックのすぐ下のA,B系計8ビットのブロックに対し
て行なっても良いし、下方向にブロックをジャンプして
始めても良い。その先頭アドレスが上記新しいカラムア
ドレスAmcで与えられる。
【0023】この引き続く8ビットの読み出しサイクル
では入出力線31 はプリチャージが済んでいるので任意
のA系カラム、例えばカラムアドレス選択線CSLAm
が立ち上がりメモリセルM1 〜M4 で述べたのと同様に
メモリセルMm 〜Mm+3 が/CASトグル(○9)〜
○12(以下、より大きい記号文字については、例え
ばを○9と表記するようにする)に同期して読み出さ
れる。続いてCSLBmが立上がりメモリセルM5 〜M
8 で述べたのと同様にメモリセルMm+4 〜Mm+7 が/C
ASトグル○13〜○16に同期して読み出されること
になる。以下読み出しサイクルを同様に続けることがで
きる。
【0024】以上の様にメモリアレイをA系,B系の2
つに分け、4ビットずつ計8ビットを単位として読み出
す。次の8ビットを選択するカラムアドレスはカラムア
ドレスバッファ16に/CASの6番目のトグルで取り
込まれ、A,B系アドレスコントローラ15のA系ラッ
チL1 に続いて入力されている。即ち/CASトグルの
〜番目で2サイクル目の内部カラムアドレスが準備
される。またA系入出力線31 はB系メモリバンクのア
クセスの間、非選択でありプリチャージは次のA系のア
クセスに影響しない。このようにしてM1 〜M8 の読み
出しに続いて、Mm 〜Mm+7 ,…の読み出しが間断なく
行なわれる。
【0025】以上は読み出しサイクルについて述べた
が、次に書込みサイクルについて説明する。図5に書込
みコントローラ18の回路図、図6にタイミング図を示
す。
【0026】読み出しと同様メモリセルM1 〜M8 に、
続いてMm 〜Mm+7 に書込む場合を説明する。
【0027】/RASが“L”、/CASが“L”とな
り/CASの最初の立下がりで内部クロック/φA
“H”から“L”、/φB は“H”を維持し、A,B系
アドレスコントローラ15のアドレスデータを受けてカ
ラムアドレスデコーダ171 の1つが選択されて例えば
CSLA1 が選ばれ、次に/φA ,/φB が逆転してC
SLB1 が選ばれ8ビットアクセスが行なわれるのは先
述した読み出しの場合と同様である。
【0028】しかして/CASの最初の立下がりで/W
Eが“L”であると、書込みコントローラ18が作動す
る。図5に示した書込みコントローラは、/WE及び内
部クロックφWα1 ,φWβ1 ,φWα2 ,φWβ2
制御される。図6を参照すると、内部クロックφWα1
は/CASの最初の立下がりで“L”になり、これによ
りパルスφWα2 が発生する。φWα1 は/CASの1
4番目のトグルの立上がりで、“H”となり、17番目
の立下がりで“L”,…となる。φWβ1 は/CASの
6番目のトグルの立下がりで、“H”となり9番目の立
下がりで“L”になってこのタイミングで、φWβ2
ルスを発生する。
【0029】書き込みコントローラは、図5に示した様
に/WEが“L”である場合、これをφWα2 パルスの
タイミングでラッチL3 に取込み、信号WPLSαを発
生しデータ入力バッファ10、入力部シフトレジスタ1
1 ,112 を活性化する。入力データD1 〜D4 は入
力バッファ10から取り込まれ/CASのトグル,
,,に同期して並列データに変換され乍ら順次ラ
ッチ回路131 (L1 ′A〜L4 ′A)にラッチされ
る。ラッチされたデータは、入出力線31 に転送され
る。このとき列選択信号CSLA1 は開いているので、
入出力線31 のデータはA系列メモリバンクのメモリセ
ルM1 〜M4 に書込まれる。
【0030】続いて列選択信号CSLA1 が“L”、C
SLB1 が“H”となる。入力データD5 〜D8 が入力
バッファ10から取込まれ/CASのトグルに,,
,に同期して上記と同様に順次ラッチ回路13
2 (L1 ′B〜L4 ′B)にラッチされる。ラッチされ
たデータは、入出力線32 に転送されB系メモリバンク
のメモリセルM5 〜M8 に書き込まれる。B系への書込
みの間、A系の入出力線3 1 のプリチャージ等が為され
る。
【0031】図6に示した様に/CASトグルの6番目
でφWβ1 は“H”となり/WEが“L”であると次も
8ビットの書込みサイクルであることを検知する。そし
て/CASトグルの9番目の立下がりでφWA1 が、
“L”になりφWβ2 パルスが発生してWPLSβが
“H”となり入力部シフトレジスタ111 ,112 を再
び活性化し、カラムアドレスAoc〜Ancで選ばれた
カラムアドレス選択線CSLAmに対応するメモリセル
m 〜Mm+3 に/CASの,○10,○11,○12
番目のトグルに同期してラッチ回路131 に取込まれた
入力データPm 〜Pm+3 が入出力線31 から書込まれ
る。この間、B系の入出力線32 のプリチャージが行な
われる。続いて/CASの○13,○14,○15,○
16番目のトグルに同期してラッチ回路132 にラッチ
された入力データDm+4 〜Dm+7 が書込まれる。以下、
書込みサイクルを同様にして続けることができる。
【0032】この様にメモリアレイをA系,B系の2つ
に分け、4ビットずつ計8ビットを単位として書込む。
次の8ビットのカラム選択は読み出しと同様である。即
ち/CASの6番目のトグルで既に取り込まれる。この
時、/WEが“L”であると書込みモードが指定され既
に入出力線のプリチャージが済んだA系メモリバンクか
ら連続して書込みが為される。
【0033】図7は書込みコントローラ18の他の実施
形態を示す回路図である。
【0034】図8は8ビット読出し、次いで8ビット書
込みを間断なく交互に行なう場合のタイミング図であ
る。カラムアドレスC1 で指定されたA,B系メモリバ
ンクの8ビットからデータR1 〜R8 が出力され、/C
ASトグルの6番目で/WEが“L”であるとカラムア
ドレスC2 により指定されたA,B系メモリバンクの8
ビットにデータDm 〜Dm+7 が書込まれる。
【0035】また変形例として、M1 〜M4 からの読出
しを終えてM5 〜M8 の読出しを行なっている間に、入
出力線31 からM1 〜M4 にデータを書込む、読出し及
び書込みモードの動作も可能である。
【0036】本発明は上記実施形態に限られない。本実
施形態ではメモリバンクを2系列としたが、一般に同一
アドレスで選択されるメモリセル群をN(≧2)系列の
メモリバンクに分けることも容易である。又実施例では
2つのバンクA,Bそれぞれより4ビットとり出し(M
〓4)8ビット毎にカラム方向に任意に先頭アドレスを
取り込むようにしているが、取出しビット数M〓2,
3,4,5,6,7,8……と任意である。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように本発明によればメモリ
ロウアドレス上で複数個のバンクに分割し、入出力線群
を設け例えば4ビットずつ2つのバンクで計8ビット高
速にシリアルにアクセスした後、次の8ビットシリアル
アクセスを指定するロウアドレスをそのシリアルサイク
ルの一つの前のシリアルサイクル中にA,B系アドレス
コントローラに取り込むことによって、バンク移行時や
シリアルサイクルとシリアルサイクルの間に、アドレス
取り込み及びカラム系プリチャージの時間ロスをもつこ
とがなく、同一ロウに接続されたカラムの数のビット分
であれば任意ビットを高速に間断なくシリアルアクセス
することができる。
【0038】特にキャッシュメモリを有する計算機シス
テムの主メモリとして有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の要部構成を示す回路図で
ある。
【図2】 A,B系アドレスコントローラの回路図であ
る。
【図3】 カラムアドレスデコーダの等価回路図であ
る。
【図4】 シリアル読み出しサイクルを説明するタイミ
ング図である。
【図5】 書き込みコントローラの回路図である。
【図6】 シリアル書き込みサイクルを説明するタイミ
ング図である。
【図7】 書き込みコントローラの他の実施形態を示す
図である。
【図8】 アクセスサイクルの他の実施形態を示すタイ
ミング図である。
【図9】 従来の動作モードを説明する図である。
【図10】 従来の動作モードを説明する図である。
【図11】 従来の動作モードを説明する図である。
【図12】 システムを説明する図である。
【符号の説明】
1 A系列メモリバンク 12 B系列メモリバンク 21 、22 ビット線センスアンプ 31 、32 入出力線 41 、42 転送ゲート 51 、52 データアンプ 61 、62 読み出し用ゲート 7 出力部データクラッチ回路 8 出力部シフトレジスタ 9 データ出力バッファ 10 データ入力バッファ 111 、112 入力部シフトレジスタ 121 、122 書き込み用ゲート 131 、132 入力データラッチ回路 14 /CASサイクルカウンター 15 A,B系アドレスコントローラ 16 アドレスバッファー 171 、172 カラムアドレスデコーダ 18 書き込みコントローラ 211 、212 インバータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定数のメモリセルをそれぞれ有する第1
    及び第2のメモリバンクを構成するメモリセルアレイ
    と、 外部から入力される信号に同期してデータを入出力する
    手段と、 前記第1のメモリバンクにアクセスしている際に前記第
    2のメモリバンクにアクセスするモードを規定する手段
    とを有する事を特徴とする半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】所定数のメモリセルをそれぞれ有する第1
    及び第2のメモリバンクを構成するメモリセルアレイ
    と、 外部から入力される第1の信号のトグル回数をカウント
    する第一手段と、 前記カウントを開始するタイミングを規定する第二手段
    と、 前記第一手段によるカウント数が特定の回数に達したと
    きに外部から入力される第2の信号の状態を判断する第
    三手段と、 前記第1のメモリバンクにアクセスを行っている際に、
    前記第2の信号の状態を判断し、その状態に応じて次に
    第2のメモリバンクにアクセスする際にアクセスのモー
    ドを定める第四手段とを有する事を特徴とする半導体記
    憶装置。
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