JPS6267794A - 内容呼び出しメモリ - Google Patents

内容呼び出しメモリ

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JPS6267794A
JPS6267794A JP60206420A JP20642085A JPS6267794A JP S6267794 A JPS6267794 A JP S6267794A JP 60206420 A JP60206420 A JP 60206420A JP 20642085 A JP20642085 A JP 20642085A JP S6267794 A JPS6267794 A JP S6267794A
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signal
circuit
word line
cam
hit
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高木 克明
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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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  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Storage Device Security (AREA)

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】 〔技術分野〕 この発明は、内容呼び出しメモリに関するもので、例え
ば、lチップの半導体集積回路装置により構成された連
想メモリに利用して有効な技術に関するものである。
〔背景技術〕
内容呼び出しメモリ (content−addres
sed mem。
ry、以下単にCAMと呼ぶ場合がある)は、例えばr
赤jを意味するキーを入力すると、メモリに記憶されて
いる全ての記憶データの各キーと比較し、大カキ−(「
赤」)と関連のあるキーを持つ記憶データ(「ワイン」
、「リンゴj等)を出力するような連想操作を行うメモ
リである(例えば、日経マグコラヒル社1980年10
月27日付「日経エレクトロニクス」第103頁ないし
第135頁参照)。
上記CAMが普通のメモリと太き(異なる点は、アドレ
ス七宝によってアクセスするのではなく、内容(つまり
キー)でアクセスすることである。
つまり、CAMは、キーを入力するとく連想に関係の無
いビットはマスクが可能)、後は自動的に各ワード(記
憶データ)との間で比較論理を採り、連想条件にかなっ
たワードにフラグ(ヒットフラグ)を立てるといった機
能を持つものである。連想メモリにおいては、上記ヒツ
トフラグによって、例えば上記(「赤」)に対応された
(「ワインj。
「リンゴj等)のデータが格納されたスタティック型R
AMの選択が自動的に行われ、それが出力される。
このようにCAMを利用した連想メモリにおいては、キ
ーの管理が重要になる。すなわち、同じビットパターン
のキーが複数個格納されていると、上記連想メモリにあ
っては、RAMの多重選択が行われるでしまうためであ
る。特に、キーの特定のビットにマスクをかける場合に
は、このことを充分考慮しておζことが必要となる。ま
た1、1つの連想メモリを複数のプログラムの実行に使
用する場合、前のプログラムで使用したキーがCAMに
残っていると、上記のように同じビットパターンのキー
が重複して設定されてしまう場合が生じる。このような
重複したキーがCAMに記憶されているとRAMの多重
選択が行われRAM側のデータを破壊して結果となる。
したがって、そのプログラムの実行の前にCAMの内容
をいったんクリアする等の処理が必要とされる。
このように、CAMを用いて1つのキーに対応したデー
タを取り出すような連想メモリ等にあっては、キーの管
理が極めて面倒になるという問題がある。
〔発明の目的〕
この発明の目的は、キーの管理を容易にできる内容呼び
出しメモリを提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔発明のI既要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、CAMの出力部に、選択的に動作させられる
優先順位回路を設けて、1つのヒット信号のみを選択的
に出力させる機能及び/又は上記CAMからのヒット信
号を受けて、CAMにおける対応されたワードのメモリ
セルを書き込み状態にさせる暑き込み制御回路を設ける
ものである。
(実施例〕 第1図には、この発明が通用された連想メモリの一実施
例のブロック図が示されている。
同図の各回路ブロックは、公知のMO5集積回路の製造
技術によって、特に制限されないが、単結晶シリコンの
ような1個の半導体基板上において形成される。
入力(問い合わせ)レジスタR1は、キー(問い合わせ
内容)がセットされる。このキーは、後述するように既
に格納されたキーとの照合信号の他格納すべき信号でも
ある。
上記入力レジスタR1の出力信号は、特に制限されない
が、マスクレジスタR2を介してCAMのデータ線に供
給される。マスクレジスタR2は、×が付されたビット
の照合を実質的に無効にさせる機能を持つ0例えば、×
が付されたビットは、その出力信号が上記入力レジスタ
R1におけるビットに無関係にロウレベルにされる。こ
れにより、それに対応されたCAMのメモリセルの記憶
情報との比較論理出力が常に一致となるようにさせるも
のである。
CA Mは、記憶機能と比較論理機能とを持つマトリッ
クス配置された複数のメモリセルCELから構成される
。例えば、横の行には上記レジスタR1と同じビット数
のメモリセルが配置され、縦の列には、格納される最大
のキー数に対応されたメモリセルが配置される。
例えば、上記メモリセルCELの具体的回路構成は、第
2図に示すように、次の回路により構成される。上記記
憶機能は、その入力と出力とが交差接続された2つのC
MOSインバータBll[N 1とN2により構成され
たフリップフロップ回路により実現される。
比較論理機能は、ワード線WLと回路の接地電位との間
にそれぞれ直列接続された2つのMO3FETQI、Q
2及びQ3とQ4とにより実現される。すなわち、上記
M OS F E T Q 2とQ 4のゲートには、
上記フリップフロップ回路の一対の相補出力信号が供給
され、MO3FETQIとQ2のゲーI・には、上記マ
クスレジスタR2を介して供給される一対の相補入力信
号aiとτiが供給される。以下、本発明においては、
これらの入力信号ai、aiが供給される信号線を相補
データ線と呼ぶこととする。
上記フリップフロップ回路への書き込みのために、上記
フリップフロップ回路の一対の入出力端子には、上記一
対の相補データ線と交差接続される書き込み用MO3F
ETQ5.Q6が設けられる。これらの書き込み用MO
3FETQ5.Q6のゲートは、書き込み信号線WEL
に接続される。
上記ワード線WLと書き込み信号線WELは、上記第1
図に示したCAMの横の行に対応して配置され、データ
線は縦の列に対応して配置される。
上記ワード線WLには、図示しないがプリチャージ回路
又は負荷抵抗手段が設けられる。
例えば、非反転の入力信号aiをハイレベルに、反転の
入力信号Tiをロウレベルにし、書き込み信号線WEL
をハイレベルにして書き込みを行うと、インバータ回路
N1の出力がロウレベルに、インバータ回路N2の出力
がハイレベルにされる。
このような記憶情報が書き込まれた状態において、比較
論理回路を構成するMOSFETQ4はオン状態に、M
OSFETQ2はオフ状態にされている。この状態にお
いて、上記同様に入力信号atがハイレベルに、aiか
ロウレベルが供給されると、MO3FETQIはオン状
態に、MOSFETQ3はオフ状態にされる。したがっ
て、ワード線WLはハイレベルに維持される。もしも、
上記記憶情報と異なるように、入力信号aiがロウレベ
ルで入力信号aiがハイレベルなら、M OS FE 
’r Q 3とQ4を介して、ワード線WLがロウレベ
ルにされる。
1つのワード線WLに結合されたメモリセルにおいて、
全てのメモリセルにおいて上記比較論理が一致している
なら、そのワード線WLはハイレベルのヒットレベルに
なる。もしも1つでも比較論理が不一致なら、そのメモ
リセルを介してワード線WLはロウレベルにされる。な
お、マスクビットにおいては、上記入力信号atとT1
が共にロウレベルにされる。これによって、MOSFE
TQ1とQ2が共にオフ状態にされるから、その記t5
り清報に無関係に上記一致状態と同じくされる。
言い換えるならば、上記ビットは比較論理がマスクされ
るものとなる。
第1図において、上記構成のメモリセルマドリソクツか
らなるCAMの各ワード線の信号は、ヒットセレクト回
路HS E Lに供給される。ヒットセレクト回路HE
ELは、制御信号ENのレベルに応じて、その動作が選
択的に行われる優先順位回路を持つ0例えば、制御信号
ENがハイレベルなら、上記複数のワード線から得られ
るヒツト信号は、予め設定された優先順位に従って、1
つのヒット信号を出力させるものである。また、上記制
御信号ENがロウレベルなら、上記複数のワード線から
得られるヒット信号がそのまま出力される。
第3図には、上記ヒットセレクト回路H3ELの一実施
例の要部回路図が示されている。
例えば、ワード線WLO,WLI、WL2.WL3の順
に連光順位を設定する場合、ワード線WLOの信号は、
そのまま出力される。このワード線WLOの信号は、C
MOSインバータ回路N3を介して反転され、セクト信
号fOとされる。
第2値頃位のワード線WLIの信号と上記第1位のセレ
クト信号fOは、CMOSナンド(NAND)ゲート回
路C1に供給される。このナントゲート回路Glの出力
信号は、第2値頃位のセレクト信号flとされる。
第3値頃位のワード線WL2の18号と上記第1位及び
第2位のセレクト信号fOとflは、CMOSナンド(
NAND)ゲート回路G2に供給される。このナントゲ
ート回路G2の出力信号は、第3値頃位のセレクト信号
f2とされる。
第4位順位のワード線WL3の信号と上記第1位、第2
位及び第3位のセレクト信号fO1f1及びf2は、C
MOSナンド(NAND)ゲート回路G3に供給される
。このナントゲート回路G3の出力(,3Fi4は、第
4位順位のセレクト信号f2とされる。
また、特に制限されないが、上記各ワード線WLOない
しWL3の信号は、CMOSノア(N。
R)ゲート回路G4に供給される。このノアゲート回路
G4の出力信号は、上記4つのワード線をl Miとし
て、いずれか1つでもヒツト信号が存在することを示す
組セレクト信号f4とされる。
CAMのiノード線は、上記4本のワード線を1組とし
て複数組に分割され、それぞれに上記同様な優先回路が
設し士られる。上記それぞれの組には、上記ナントゲー
ト回路01〜G3からなるような優先回路が設けられ、
組線に上記セレクト信号f4が、下位の組の選択を指示
するようにされる。
これによって、使用するナントゲート回路におけるファ
ンイン数の制約や、下位の優先順位とされたワード線が
多数の論理ゲート段を通してそのセレトク(g号が形成
されることによって動作速度が遅(されてしまうのを防
止しできる。すわなち、優先順位回路を複数組に分割す
ることによって、各組線に上記4本づつのワード線の優
先順位が同時に決定され、この結果から各組相互間での
優先順位に従って1つのが選ばれることになるからであ
る。
例えば、第3図を例して説明すると、第1位の優先順位
にされたワード線WLOがヒツト状態をtI示するハイ
レベルにされると、その反転信号のロウレベル(論理“
0”)によってナントゲート回路61〜G3の出力信号
は、それに対応されたワード線V/LlないしWL3の
信号に無関係にその出力が論理“1′にされ、それに対
応したワード線WLiないしWL3の信号の出力を禁止
する。
このような禁止回路は、図示されていないが、論理ゲー
ト回路ないしマルチプレクサ回路によって実現できるも
のである。
上記第1の優先順位にされたワード線WLOがロウレベ
ルにされ、第2値頃位のワード線WLIがハイレベルな
ら、ナンドケート・回路a lの出力信号11がロウレ
ベルになって、そのワード線WLlのヒット信号を出力
させる。以下、同様に上位の順位のワード線がロウレベ
ルであることを条件に、その順位のヒソ1−信号が出力
される。
このような優先順位回路は、上記各セレクト信号fOな
いしf4$の有gJ/無効は制御信号ENによって制御
される(図示せず)、−′3なわち、上述のようにりj
御信号ENをロウレベルにすると、上記セレクト信号f
Oないしr4等は、強制的にロウレ・\ル(セレクト状
態)にされる。これによって、各ワード線WLOないし
WL4等は、その信号かそのまま出力される。このよう
な回路は、論理ゲート回路又はマルチプレクサ回路によ
って実現される。
第1図において、特に制限されないが、上記ヒツトセレ
クト回路H3ELを通したCAMの各ワード線の信号は
、書き込み制御回路WCEに供給される。この書き込み
制御信号WCEは、タイミング信号によって、上記各ワ
ード線の信号を記憶するラッチ回路と、このラッチ回路
の出力信号により上記CAMの書き込み信号線WELに
供給する書き込み制御信号と、スタティック型RAMの
ワード線選択信号を形成する。
第4図には、書き込み制御回路WCEを構成する単位回
路の一実施例の回路図が示されている。
上記単位回路は、ラッチ回路を構成するクロックドイン
バータ回路N4.N5と、ノアゲート回路G4と、出力
伝送ゲートMO5FETQ7.Q8から構成される。上
記ヒットセレクト回路H5ELを介してたワード線WL
Oの信号は、タイミング信号φにより動作状態にされる
入力用クロックドインバータ回路N5の入力に供給され
る。このクロックドインバータ回路N5の出力信号は、
ノアデー1回路G5の一方の入力に供給される。
この/’−;’ゲート回路G5の出力信号は、上記クロ
、・り信号φの反転13号ψによって動作状態にされる
帰ぶ用クロックドインバータ回路N4を介して、その一
方の入力に帰還される。上記ノアゲート回路G5の他方
の入力には、タイミング信号c1がイJ(給され、(云
送ゲートMO3FETQ7.Q8のゲートには、タイミ
ング信号C2が供給される。
丑き込み制御回路WCEは、上記タイミング信号CLが
ロウL/ベルの時に動作状態にされる。すなわら、上記
タイミング信号C1のロウレベルによって、ノアゲート
回路G5は、実質的にインバータ回路としての動作を行
う。これにより、クロッ、7 信e、pがハイレベルの
とき、クロックドインバータ回路N5が動作状態に、ク
ロックドインバータ回路N 4が非動作状態にされるこ
とによって、上記ワード線WLOからの信号は、ノアゲ
ート回路G5の入力に取り込まれる。例えば、ワード線
WLOの信号がハイレベルのヒツト状態を指示したなら
、ノアゲー]・回路G5の出力信号は、ハイレベルとさ
れる。この後、クロック信号φがロウレベル(反転信号
φがハイレベル)にされると、クロックド・fンバータ
回路N5が非動作状態に、クロックドインバータ回路N
4が動作状態にされるため、上記ヒット信号の保持が行
われる。
この状態において、タイミング信号C2がハイレベルに
されると、MO5FETQ7.Q8がオン状態にされ、
上記ランチ回路に保持されたハイレベルの信号がi、I
fO3FETQ7を介してスタティック型RAMのワー
ド線の選択信号とし゛ζ出力され、M OS F IF
、 T Q 8を介してCAMの書き込み信号線WEL
、をハイレベルにする。
第1図において、上記MO3FETQ7を介して供給さ
れるiffff呼信号スタティック型RAM(以下、単
にSRAMと称する)のワード線駆動回路に供給される
。SRAMのワード線駆Us回路は、所定のタイミング
信号によって動作状態にされる。SRAMは、ワード線
が選択状態にされると、そのワード線に結合された複数
1固のメモリセルが選択される。読み出し動作なら、1
つのワード線に結合された複数II!のメモリセルの記
憶情報が出力レジスタR3にパラレルに出力される。な
お、苔き込み動作なら、上記図示しない入力レジン、り
(又は上記レジスタR3をW@込み動作と読み出し動作
とに供用するものとてもよい)を介して供給される複数
ビットからなるデータが書き込まれる。例えば、SRA
Mの1つのワードには、前述のようにキー(「赤J)に
対応された(「ワイン」、「リンゴ」)等のデータが書
き込まれるもので島る。
次に、ごの実施例の連想メモリの動作形態を説明する。
例えば、CAM初期設定において、上記しットセレトり
回路H3ELは、制御信号ENがロウレベルにされるこ
とによって上記優先順位回路の機能が無効にされる。
この状態において、マスクレジスタR2に対して全ビッ
トマスクをかけると、CA ivlの全ワード線は前述
のようにヒット状態のハイレベルとされる。そして、制
御信号CIをハイ1ノベルにして書き込み制御回路WC
Eを動作状態にさせる。署き込み制御回1iWCEは、
クロック信号φにより上記ヒット信号の取り込みと保持
を行う、この後、タイミング信号C2をハイレベルにす
ると、CAMの全署き込み制御線WELがハイレベルに
される。久に、上記マスクレジスタR2のマクス設定を
解除して、レジスタR1から初期データを供給すると、
同じ初期データがCAMの全ワードに書き込みが行われ
ることにより、その初期設定(クリア)動作が行われる
なお、上記マスクレジスタR2のマスクの設定により、
1ないし複数ビ/トをCAMに供給すれば、共通のビン
ドパリーンを持つキーのみを上述のように同時クリアさ
せるごとができる。例えば、複数のプログラムにより上
記CAMを供用する場合、そのプログラムに割り当てら
れたフラグを指示すれば、そのプログラムに割り当てら
れた部分のみを同時クリアさせることができる。
上記動作と韮行して、SRAM側も選択させると、SR
AMの全ワード線ないし?!敗ワード線が選択状態にさ
れるので、上記のように同時クリアを行うことができる
上記書き込み制御回路WCEの他の動作形態は、キーの
変更に利用される。例えば、キーを入力して、それのヒ
ット信号に対応してCAMの暑き込み制御線WELが選
択されるので、異なるし・・[パターンの信号を入力レ
ジスタR1を介して供給すれば、そのピッIパターンの
信号が新たなキーとして書き込まれる。
書き込み制御回路V/ CEとヒツトセレクト回路HS
 E Lとの両機能を用いた1つのW)作形態は、複数
のキーの自動設定に利用されを1゜−上記のようなりリ
ア動作を行った後、制御信号nNをハイレベルにして、
ヒフ[セレクト回i、H3ELの優先順位回路を動作状
態にさせる。この状態において、入力レジスタR1から
クリア信号をキーとして供給すると、第1位の優先順位
のワード線からのみヒット信号が得られる。これにより
、それに対応されたCAMの暑き込み制御線WELがハ
イレベルにされるため、上記レジスタR1に設定すべき
キーを供給すると、それが第1位の優先順位のワードに
書き込まれる。次いで、上記同様に入力レジスタR1か
らクリア信号をキーとして供給すると、第2位の優先順
位のワード線からのみヒツト信号が得られる。これによ
り、それに対応されたCAMの書き込み制御線WELが
ハイレベルにされるため、上記レジスタR1に設定すべ
きキーを供給すると、それが第2位の優先順位のワード
に書き込まれる。以下同様にして、複数のキーを上記ヒ
ットセレクト回路の優先χ的位に従って自)jJ段設定
ることができる。このとき、SRAMに4ン?き込み動
作を行われると、上記キーに対応されたデータの同時書
き込みを行うことができる。
上記ヒツトセレクト回路1−I S IE Lによるり
1作形態としては、マスクレジスタR2にマクスをかけ
て、連想データの読み出しである。この場合には、マス
クがかけられることによって、複数個のヒット信号が出
力される場合がある。しかしながら、上記のようにヒツ
トセレクト回路HS E 1.の優先順位回路を動作状
!ぶにしておけば、そのようノフごとを嵩慮することな
く、常に1つのヒツト(8号しか出力されない。これに
より、入力すべきキーに対して任意にマスクをかけても
、SRAMのワード線の多重選択が行われるとこなく、
その優先順位に従った1つのデータが読み出される。
〔効 果〕
(11予め設定された擾先、順位に従って1つのヒツト
信号を出力させるヒットセレクト回路を設けることによ
って、入力されたキーに対して常に1つのヒット信号し
か出力させなくできる。これにより、連想メモリにあっ
ては、キーに対応されたデータが書き込まれるRAMの
多重選択によるデータの破壊を防出できるという効果が
得られる。
(2)上記ヒットセレクト回路の優先順位回路の動作を
選択的に行わせるようにすることによ、って、多重ヒツ
ト信号の取り出しを行うことができる。これにより、例
えは初期設定のための全クリアやキーのフラグを利用し
てた部分クリアを効率良く行うことができるという効果
が得られる。
(3)ヒット信号に応じてCAMのメモリセルを書き込
み状態にさせる書き込み制御回路を設りることによって
、CAM (SRAM)のクリアやキー(データ)の置
き換えを効率よく行うとこができるという効果が得られ
る。
(4)上記ヒットセレクト回路の優先順位回路と書き込
み制御回路の動作により、CAMへのキー設定(SRA
Mの対応されたデータ)の自動設定を行うことができる
という効果が得られる。
以上本発明Hによってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、CAMを構成
する情報記憶部は、NチャンネルM OS F ETと
PチャンネルMO3FETからなるラッチ形態のCMO
Sインバータ回路の(色、例えば、上記PチャンネルM
O3FETに代えて、高抵抗値を持つポリシリコン層に
置き換える等1tt々の実施形態を探ることができる。
また、この記憶部の盾号と、入力レジスタから供給され
る信号との比較論理を採る回路は、その要求1t、乙論
理機能に応じて覆々の実施形態を採ることができる。ま
た、ヒットセレクト回路番ご含まれる優先順位回路や、
fさ込み制御回路の具体的構成はii、7であり−でも
よい。
な;6、連想メモリを構成しない場合、言い換えるなら
ば、ヒット信号を出力(i号し°ζ用いるシステムでは
、S RA Mは省略されるものである。
〔利用分野〕
この発明は、内容呼び出し一メモリ (CAM)として
広く利用でさるものである。
【図面の簡単な説明】
第】図は、この発明に係るCAMを用いた連想メモリの
一実施例を示すブロック図、 第2図は、CAMを構成するセルの一実施例を示す回路
図、 茅3図は、ヒツトセレクト回路に含まれる優先順位回路
の一実施例を示す回路図、 第4図は、書き込み制御回路の単位回路の一実施例を示
す回路図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、記憶情報と入力データとの比較論理機能を持ち、そ
    の結果に従ってワード線の電位を変化させるメモリセル
    がマトリックス配置された内容呼び出しメモリと、上記
    ワード線の信号を受けて、選択的に動作させられる優先
    順位機能を持つヒットセレクト回路とを含むことを特徴
    とする内容呼び出しメモリ。 2、上記ヒットセレクト回路の出力信号は、上記内容呼
    び出しメモリのデータに関連されたデータが格納された
    RAMの選択信号として用いられるものであることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の内容呼び出しメモ
    リ。 3、記憶情報と入力データとの比較論理機能を持ち、そ
    の結果に従ってワード線の電位を変化させるメモリセル
    がマトリツクス配置された内容呼び出しメモリと、上記
    ワード線のヒット信号を受けてそれに対応するワード線
    に結合された上記メモリセルを書き込み状態にさせる書
    き込み制御回路とを含むことを特徴とする内容呼び出し
    メモリ。 4、上記書き込み制御回路には、上記ワード線の信号を
    受けて、選択的に動作させられる優先順位機能を持つヒ
    ットセレクト回路を介したヒット信号が供給されるもの
    であることを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の内
    容呼び出しメモリ。
JP60206420A 1985-09-20 1985-09-20 内容呼び出しメモリ Expired - Lifetime JPH0743947B2 (ja)

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