JP2615113B2 - Cache memory - Google Patents
Cache memoryInfo
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- JP2615113B2 JP2615113B2 JP63010652A JP1065288A JP2615113B2 JP 2615113 B2 JP2615113 B2 JP 2615113B2 JP 63010652 A JP63010652 A JP 63010652A JP 1065288 A JP1065288 A JP 1065288A JP 2615113 B2 JP2615113 B2 JP 2615113B2
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- mosfet
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- Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はキャッシュメモリに関し、例えば、そのヒ
ット信号を形成するディレクトリメモリに利用して有効
な技術に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cache memory and, for example, to a technique effective for use in a directory memory for forming a hit signal.
1チップの半導体集積回路により構成されるキャッシ
ュメモリとして、例えば日経マグロウヒル社1987年発行
『日経マイクロデバイス』4月号、頁76〜頁90がある。As a cache memory constituted by a one-chip semiconductor integrated circuit, there is, for example, “Nikkei Microdevice”, April 1987, pages 76 to 90, published by Nikkei McGraw-Hill 1987.
上記キャッシュメモリにあっては、タグメモリ(ディ
レクトリイメモリ)はデュアルポートのスタティック型
メモリセルを用い、データメモリはスタティック型メモ
リセルを用いている。In the cache memory, a dual-port static memory cell is used as a tag memory (directory memory), and a static memory cell is used as a data memory.
上記のキャッシュメモリにあっては、そのメモリ部に
一対の情報記憶用MOSFET、アドレス選択用MOSFETと、抵
抗素子からなる合計6個の素子から構成されるスタティ
ック型メモリセルを用い、又はそれを基本構成とするも
のであるため素子数が大きくなり、高集積化ができない
という問題を有する。In the above-described cache memory, a static memory cell including a pair of information storage MOSFETs, an address selection MOSFET, and a total of six resistive elements is used for the memory part, or a basic type thereof is used. The structure has a problem that the number of elements is large and high integration cannot be achieved.
この発明の目的は、高集積化を実現したキャッシュメ
モリを提供することにある。An object of the present invention is to provide a cache memory that achieves high integration.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴
は、本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。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
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、
キャッシュメモリにおける各情報をアドレス選択用MOSF
ETと、情報記憶用キャパシタとからなるダイナミック型
メモリセルを用いてそれぞれ記憶させる。The outline of a typical invention disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is,
MOSF for address selection of each information in cache memory
Each data is stored using a dynamic memory cell including an ET and an information storage capacitor.
上記した手段によれば、単位の記憶情報のために必要
な素子が2つと少なくすることができるから高集積化が
可能となる。According to the above-described means, the number of elements required for storage information of a unit can be reduced to two, so that high integration is possible.
第1図には、この発明をキャッシュメモリにおけるタ
グ(ディレクトリイ)メモリ及び高速比較回路の一実施
例の回路図が示されている。同図の各回路素子は、キャ
ッシュメモリを構成する他の回路素子とともに、公知の
半導体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。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a tag (directory) memory and a high-speed comparison circuit in a cache memory according to the present invention. Each circuit element in the figure is formed along with other circuit elements constituting the cache memory on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon, although not particularly limited by a known semiconductor integrated circuit manufacturing technique. .
集積回路のより具体的な構造は、大まかに説明すると
次のようになる。A more specific structure of the integrated circuit is roughly described as follows.
すなわち、単結晶P型シリコンからなり、かつN型ウ
エル領域が形成された半導体基板の表面部分のうち、活
性領域とされた表面部分以外、言いかえると半導体配線
領域、キャパシタ形成領域、及びNチャンネル及びPチ
ャンネルMOSFETのソース、ドレイン及びチャンネル形成
領域(ゲート形成領域)とされた表面部分以外には、公
知の選択酸化法によって形成された比較厚い厚さのフィ
ールド絶縁膜が形成されている。キャパシタ形成領域
は、特に制限されないが、キャパシタ形成領域上には、
比較的薄い厚さの絶縁膜(酸化膜)を介して1層目ポリ
シリコン層が形成されている。1層目ポリシリコン層
は、フィールド絶縁膜上まで延長されている。1層目ポ
リシリコン層の表面には、それ自体の熱酸化によって形
成された薄い酸化膜が形成されている。キャパシタ形成
領域における半導体基板表面には、イオン打ち込み法に
よるN型領域が形成されること、又は所定の電圧が供給
されることによってチャンネルが形成される。これによ
って、1層目ポリシリコン層、薄い絶縁膜及びチャンネ
ル領域からなるキャパシタが形成される。フィールド酸
化膜上の1層目ポリシリコン層は、1種の配線とみなさ
れる。That is, of the surface portion of the semiconductor substrate made of single-crystal P-type silicon and having the N-type well region formed thereon, except for the surface portion which is made the active region, in other words, the semiconductor wiring region, the capacitor formation region, and the N-channel region. A field insulating film having a comparatively thick thickness formed by a known selective oxidation method is formed on portions other than the source, drain, and surface portions of the P-channel MOSFET which are formed as channel forming regions (gate forming regions). The capacitor formation region is not particularly limited, but on the capacitor formation region,
A first polysilicon layer is formed via an insulating film (oxide film) having a relatively small thickness. The first polysilicon layer extends to above the field insulating film. On the surface of the first polysilicon layer, a thin oxide film formed by thermal oxidation of itself is formed. A channel is formed on the surface of the semiconductor substrate in the capacitor formation region by forming an N-type region by ion implantation or by supplying a predetermined voltage. As a result, a capacitor including the first polysilicon layer, the thin insulating film, and the channel region is formed. The first polysilicon layer on the field oxide film is regarded as one type of wiring.
チャンネル形成領域上には、薄いゲート酸化膜を介し
てゲート電極とするための2層目ポリシリコン層が形成
されている。この2層目ポリシリコン層は、フィールド
絶縁膜上及び1層目ポリシリコン層上に延長される。特
に制限されないが、後で説明するメモリアレイにおける
ワード線及びダミーワード線は、2層目ポリシリコン層
から構成される。On the channel formation region, a second polysilicon layer for forming a gate electrode via a thin gate oxide film is formed. The second polysilicon layer extends on the field insulating film and the first polysilicon layer. Although not particularly limited, word lines and dummy word lines in a memory array described later are formed of a second polysilicon layer.
フィールド絶縁膜、1層目及び2層目ポリシリコン層
によって覆われていない活性領域表面には、それらを不
純物導入マスクとして使用する公知の不純物導入技術に
よってソース、ドレイン及び半導体配線領域が形成され
てる。Source, drain and semiconductor wiring regions are formed on the surface of the active region which is not covered by the field insulating film, the first and second polysilicon layers by a known impurity introduction technique using them as an impurity introduction mask. .
1層目及び2層目ポリシリコン層上を含む半導体基板
表面に比較的厚い厚さの層間絶縁膜が形成され、この層
間絶縁膜上には、アルミニュウムからなるような導体層
が形成されている。導体層は、その下の絶縁膜に設けら
れたコンタクト孔を介してポリシリコン層、半導体領域
に電気的に結合される。後で説明するメモリ部における
ビット線は、特に制限されないが、この層間絶縁膜上に
延長された導体層から構成される。A relatively thick interlayer insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate including the first and second polysilicon layers, and a conductive layer made of aluminum is formed on the interlayer insulating film. . The conductor layer is electrically coupled to the polysilicon layer and the semiconductor region via a contact hole provided in an insulating film thereunder. A bit line in a memory unit described later is formed of a conductor layer extended on the interlayer insulating film, although not particularly limited.
層間絶縁膜上及び導体層上を含む半導体基板表面は、
窒化シリコン膜とフオスフオシリケートガラス膜とから
なるようなファイナルパッシベーション膜によって覆わ
れている。The surface of the semiconductor substrate including on the interlayer insulating film and the conductor layer,
It is covered with a final passivation film such as a silicon nitride film and a phosphor silicate glass film.
キャッシュメモリでは、図示しないマイクロプロセッ
サから入力されるアドレスタグと、メモリ内のアドレス
比較を行い、ヒット,ミスヒットの信号を高速にマイク
ロプロセッサに出力する。The cache memory compares an address tag input from a microprocessor (not shown) with an address in the memory, and outputs a hit or mishit signal to the microprocessor at high speed.
上記メモリ内のアドレス信号は、横方向に延長される
ワード線W0ないしWjのそれぞれに結合されるメモリセル
に記憶される。上記メモリセルは、同図に示しようなア
ドレス選択用MOSFETQmと情報記憶用キャパシタCsからな
るダイナミック型メモリセルが用いられる。The address signal in the memory is stored in a memory cell coupled to each of the word lines W0 to Wj extending in the horizontal direction. As the memory cell, a dynamic memory cell including an address selection MOSFET Qm and an information storage capacitor Cs as shown in FIG.
上記メモリセルの入出力ノードは、一対の相補ビット
線(データ線又はディジット線)B0,0〜Bi,iに接
続される。これらの相補ビット線B0,0〜Bi,iに
は、選択されたワード線に結合されたメモリセルからの
記憶情報を増幅するとともに、その読み出し動作に伴っ
て破壊されかかった情報電荷を回復(リフレッシュ)さ
せる単位センスアンプUSAが設けられる。この単位回路U
SAは、その具体的回路構成を図示しないけれども、その
入力と出力とが交差接続された一対のCMOSインバータ回
路から構成される。上記i+1個からなる上記単位回路
におけるCMOSインバータ回路を構成するPチャンネルMO
SFETのソースは、それぞれ共通接続されてパワースイッ
チとして動作するPチャンネルMOSFETQ1を介して動作電
圧が与えられ、同様なCMOSインバータ回路を構成するN
チャンネルMOSFETのソースは、それぞれ共通接続されて
パワースイッチとして動作するNチャンネルMOSFETQ2を
介して回路の接地電位が与えられる。上記MOSFETQ1とQ2
のゲートには、センスアンプタイミング信号▲▼
及びSACが供給され、上記MOSFETQ1とQ2がオン状態にさ
れたとき、センスアンプの活性化が行われて上記のよう
な増幅動作及びリフレッシュ動作を行う。The input / output nodes of the memory cell are connected to a pair of complementary bit lines (data lines or digit lines) B0,0 to Bi, i. These complementary bit lines B0,0-Bi, i amplify the storage information from the memory cells coupled to the selected word line and recover the information charges that are about to be destroyed by the read operation ( A refresh unit is provided. This unit circuit U
Although the specific circuit configuration is not shown, the SA includes a pair of CMOS inverter circuits whose inputs and outputs are cross-connected. A P-channel MO constituting a CMOS inverter circuit in the unit circuit consisting of i + 1 units
The operating voltage is applied to the sources of the SFETs via a P-channel MOSFET Q1 which is connected in common and operates as a power switch.
The sources of the channel MOSFETs are supplied with the ground potential of the circuit via N-channel MOSFETs Q2 which are commonly connected and operate as power switches. MOSFETs Q1 and Q2 above
Gates have sense amplifier timing signals ▲ ▼
When the MOSFETs Q1 and Q2 are turned on, the sense amplifier is activated to perform the amplification operation and the refresh operation as described above.
また、上記メモリセルの読み出し動作のために、次の
ようなプリチャージ回路が各ビット線B0,0〜Bi,i
に設けられる。相補ビット線B0,0を例として説明す
ると、プリチャージ回路は、相補ビット線B0,0を短
絡するスイッチMOSFETQ3及び電源電圧Vccの1/2の電圧
(Vcc/2)を各ビット線B0,0に伝えるスイッチMOSFET
Q4及びQ5から構成される。他の例示的に示されているビ
ット線B1,1とBi,iにも上記同様なスイッチMOSFET
が設けられる。これらの各スイッチMOSFETQ3ないしQ5等
のゲートには、プリチャージ信号PCが共通に供給され
る。Further, for the above-mentioned read operation of the memory cell, the following precharge circuit is used for each bit line B0,0-Bi, i.
Is provided. Taking the complementary bit lines B0,0 as an example, the precharge circuit supplies a switch MOSFET Q3 for short-circuiting the complementary bit lines B0,0 and a voltage (Vcc / 2) that is 1/2 of the power supply voltage Vcc to each bit line B0,0. Switch MOSFET
It consists of Q4 and Q5. The same switch MOSFETs as described above are applied to the other exemplary bit lines B1,1 and Bi, i.
Is provided. A precharge signal PC is commonly supplied to the gates of these switch MOSFETs Q3 to Q5.
上記スイッチMOSFETQ3は、そのゲートに非動作状態に
発生されるプリチャージ信号PCが供給されることによっ
てオン状態にされる。これにより、前の動作サイクルに
おいて形成された、センスアンプSAの増幅動作による相
補ビット線B0,0のハイレベルとロウレベルを短絡し
て、相補ビット線B0,0を約Vcc/2のプリチャージ電圧
とする。なお、特に制限されないが、キャッシュメモリ
が比較的長い時間非動作状態に置かれる場合、上記プリ
チャージレベルは、リーク電流等によって低下する。そ
こで、上記スイッチMOSFETQ4とQ5のオン状態によりハー
フプリチャージ電圧Vcc/2を供給するようにする。この
ハーフプリチャージ電圧Vcc/2を形成する電圧発生回路
は、その具体的回路は図示しないが、上記リーク電流等
を補うよう比較的小さな電流供給能力しか持たないよう
にされる。このような構成を採ることによって、消費電
力が増大するのを抑えている。The switch MOSFET Q3 is turned on when a precharge signal PC generated in a non-operating state is supplied to its gate. Thereby, the high level and the low level of the complementary bit lines B0,0 formed by the amplification operation of the sense amplifier SA formed in the previous operation cycle are short-circuited, and the complementary bit lines B0,0 are set to the precharge voltage of about Vcc / 2. And Although not particularly limited, when the cache memory is in a non-operating state for a relatively long time, the precharge level decreases due to a leak current or the like. Therefore, the half precharge voltage Vcc / 2 is supplied by turning on the switch MOSFETs Q4 and Q5. Although a specific circuit of the voltage generating circuit for forming the half precharge voltage Vcc / 2 is not shown, the voltage generating circuit has a relatively small current supply capability to compensate for the leak current and the like. By adopting such a configuration, an increase in power consumption is suppressed.
タグメモリの非動作状態等により上記プリチャージMO
SFETQ3等がオン状態にされる前に、上記センスアンプSA
は非動作状態にされる。これにより、上記相補ビット線
B0,0はハイインピーダンス状態でハイレベルとロウ
レベルを保持するものとなっている。また、タグメモリ
が動作状態にされると、センスアンプSAが動作状態にさ
れる前に上記プリチャージMOSFETQ3ないしQ5等は全てオ
フ状態にされる。これにより、相補ビット線B0,0〜B
i,iは、ハイインピーダンス状態で上記ハーフプリチ
ャージレベルを保持するものである。Depending on the non-operating state of the tag memory, etc.
Before the SFET Q3 etc. are turned on, the sense amplifier SA
Is deactivated. Thereby, the complementary bit line
B0,0 holds a high level and a low level in a high impedance state. When the tag memory is activated, all of the precharge MOSFETs Q3 to Q5 are turned off before the sense amplifier SA is activated. Thereby, the complementary bit lines B0,0 to B
i and i hold the half precharge level in the high impedance state.
このようなハーフプリチャージ方式にあっては、相補
ビット線B0,0のハイレベルとロウレベルを単に短絡
して形成するものであるので、低消費電力化が図られ
る。また、センスアンプSAの増幅動作において、上記プ
リチャージレベルを中心として相補ビット線B0,0が
ハイレベルとロウレベルのようにコモンモードで変化す
るので、容量カップリングにより発生するノイズレベル
を低減できるものとなる。In such a half precharge method, since the high level and the low level of the complementary bit lines B0,0 are simply short-circuited, the power consumption is reduced. Also, in the amplification operation of the sense amplifier SA, the complementary bit lines B0,0 change in a common mode such as a high level and a low level around the precharge level, so that the noise level generated by capacitive coupling can be reduced. Becomes
センスアンプにおいて、それを活性化させるパワース
イッチMOSFETQ1とQ2は、それぞれ2つのスイッチMOSFET
から構成する。例えば、動作サイクルにおいてセンスア
ンプを活性化させる相補タイミングパルス▲▼1,
SAC1が一方のスイッチMOSFETのゲートに供給され、上記
タイミングパルス▲▼1,SAC1より遅れて発生され
る相補タイミングパルス▲▼2,SAC2を他方のスイ
ッチMOSFETのゲートに供給する。このようにすることに
よって、センスアンプの動作は2段階に分けられる。タ
イミングパルス▲▼1,SAC1が発生されたとき、す
なわち第1段階においては、比較的小さいコンダクタン
スを持つスイッチMOSFETによる電流制限作用によってメ
モリセルからの一対のビット線間に与えられた微小読み
出し電圧は、不所望なレベル変動を受けることなく増幅
される。上記センスアンプでの増幅動作によって相補ビ
ット線電位の差が大きくされた後、タイミングパルス▲
▼2,SAC2が発生されると、すなわち第2段階に入
ると、比較的大きなコンダクタンスを持つスイッチMOSF
ETがオン状態にされる。センスアンプの増加動作は、こ
れらのMOSFETがオン状態にされることによって速くされ
る。このように2段階に分けて、センスアンプの増幅動
作を行わせることによって、相補ビット線の不所望なレ
ベル変化を防止しつつ微小な電荷の形態の記憶情報の高
速読み出しを行うことができる。In the sense amplifier, the power switch MOSFETs Q1 and Q2 that activate it are two switch MOSFETs each.
It consists of. For example, a complementary timing pulse ▲ ▼ 1, which activates a sense amplifier in an operation cycle,
SAC1 is supplied to the gate of one of the switch MOSFETs, and complementary timing pulses {2} and SAC2 generated after the timing pulse {circle around (1)} and SAC1 are supplied to the gate of the other switch MOSFET. By doing so, the operation of the sense amplifier is divided into two stages. When the timing pulse ▲ ▼ 1, SAC1 is generated, that is, in the first stage, the minute read voltage applied between the pair of bit lines from the memory cell by the current limiting action of the switch MOSFET having a relatively small conductance is , Without any unwanted level fluctuation. After the difference between the complementary bit line potentials is increased by the amplification operation of the sense amplifier, the timing pulse
2. When SAC2 is generated, that is, when the second stage is entered, the switch MOSF having a relatively large conductance
ET is turned on. The increase operation of the sense amplifier is accelerated by turning on these MOSFETs. Thus, by performing the amplification operation of the sense amplifier in two stages, it is possible to perform high-speed reading of the stored information in the form of minute electric charges while preventing an undesired level change of the complementary bit line.
上記相補ビット線B0,0には、例示的に示されてい
るスイッチMOSFETQ6とQ7を介して書き込み信号が伝えら
れる共通ビット線CB,▼▼に結合される。他の例示
的に示されている相補ビット線B1,1及びBi,iにも
同様なスイッチMOSFETが設けられる。The complementary bit line B0,0 is coupled to a common bit line CB, ▼, to which a write signal is transmitted via switch MOSFETs Q6 and Q7 shown as an example. Similar switch MOSFETs are provided for the other illustratively shown complementary bit lines B1,1 and Bi, i.
上記各相補ビット線B0,0〜Bi,iに対応された各
一対のMOSFETQ6,Q7等のゲートには、選択信号Y0〜Yiが
供給される。それ故、共通ビット線CB,CBにシリアルに
伝えられる複数ビットからなるアドレス信号は、上記選
択信号Y0ないしYiに同期して選択されたワード線に対応
した1+i個のメモリセルに書き込まれるものである。The selection signals Y0 to Yi are supplied to the gates of the pair of MOSFETs Q6 and Q7, etc., corresponding to the respective complementary bit lines B0, 0 to Bi, i. Therefore, an address signal composed of a plurality of bits serially transmitted to the common bit lines CB, CB is written in 1 + i memory cells corresponding to the selected word line in synchronization with the selection signals Y0 to Yi. is there.
この構成に代えて、上記各相補ビット線B0,0〜Bi,
iに対応された後述するような比較部に供給されるア
ドレス信号A0ないしAiを伝えるスイッチMOSFETを設け
て、1ワード線分のアドレス信号を同時に書き込むよう
にするものであってもよい。この場合、上記アドレス信
号A0〜Aiは、比較モードと書き込みモードに応じてそれ
ぞれ異なるアドレス信号が供給されるものである。Instead of this configuration, each of the complementary bit lines B0,0 to Bi,
A switch MOSFET for transmitting an address signal A0 to Ai supplied to a comparing unit corresponding to i, which will be described later, may be provided to simultaneously write address signals for one word line. In this case, different address signals are supplied to the address signals A0 to Ai depending on the comparison mode and the write mode.
アドレス比較部は、上記相補ビット線B0,0にゲー
トが結合されたMOSFETQ8,Q9と、上記MOSFETQ8,Q9と交差
的に直列接続されるMOSFETQ10,Q11とにより単位回路が
構成される。上記MOSFETQ10のゲートには、比較すべき
アドレス信号A0が供給され、MOSFETQ11のゲートには、
上記アドレス信号A0がインバータ回路N1により反転され
て供給される。他の例示的に示されて相補ビット線B1,
1及びBi,iにも同様なMOSFETからなる単位回路が
設けられ、それぞれに対応してアドレス信号A1及びAiが
供給される。The address comparing section comprises a unit circuit composed of MOSFETs Q8, Q9 whose gates are coupled to the complementary bit lines B0, B0, and MOSFETs Q10, Q11 connected in series with the MOSFETs Q8, Q9. An address signal A0 to be compared is supplied to a gate of the MOSFET Q10, and a gate of the MOSFET Q11 is
The address signal A0 is supplied after being inverted by the inverter circuit N1. Another illustratively shown complementary bit line B1,
1 and Bi, i are also provided with unit circuits composed of similar MOSFETs, and address signals A1 and Ai are supplied correspondingly.
上記単位回路を構成するMOSFETQ8,Q9等のドレイン
は、プリチャージ信号線に共通に接続される。このプリ
チャージ信号線には、プリチャージMOSFETQ12が設けら
れる。このMOSFETQ12のゲートには、プリチャージ信号
▼▼が供給される。上記プリチャージ信号線の電位
は、インバータ回路N4,N5を通して信号Hitが形成され
る。すなわち、上記プリチャージ信号線は、上記直列MO
SFETの実質的なワイヤードオア論理を構成する。The drains of the MOSFETs Q8, Q9 and the like constituting the unit circuit are commonly connected to a precharge signal line. The precharge signal line is provided with a precharge MOSFET Q12. The gate of this MOSFET Q12 is supplied with a precharge signal ▼▼. As for the potential of the precharge signal line, a signal Hit is formed through the inverter circuits N4 and N5. That is, the precharge signal line is connected to the serial MO
Constructs the effective wired-OR logic of the SFET.
選択されたワード線に記憶されたアドレス情報と、ア
ドレス信号A0〜Aiが全て一致したなら、上記のようにMO
SFETQ8,Q9とQ10,Q11が交差的に接続されているため、デ
ィスチャージ経路が形成されない。もしも、1つの相補
ビット線において、不一致のものがあれば、上記直列形
態のMOSFETが共にオン状態になってディスチャージ経路
を形成するので、プリチャージ信号線をロウレベルに引
き抜く。それ故、信号Hitは、それがハイレベルなら全
アドレス信号が一致したというヒットを意味し、ロウレ
ベルならばアドレス信号が不一致であるというミスヒッ
トを意味する。If the address information stored in the selected word line and the address signals A0 to Ai all match, the MO
Since the SFETs Q8, Q9 and Q10, Q11 are cross-connected, no discharge path is formed. If there is a mismatch in one complementary bit line, both the MOSFETs in the series form are turned on to form a discharge path, so that the precharge signal line is pulled to a low level. Therefore, if the signal Hit is at a high level, it means a hit that all address signals match, and if it is at a low level, it means a miss hit that the address signals do not match.
この実施例では、上記のようなアドレス選択用MOSFET
Qmと情報記憶用キャパシタCsからなるダイナミック型メ
モリセルを用いるものであるため、スタティック型メモ
リセルを用いる場合に比べて大幅に高集積化が可能とな
る。また、アドレス比較回路は、相補ビット線をMOSFET
のゲートで受けているため、センスアンプが動作を開始
し始めてすぐに比較可能となり高速動作となる。In this embodiment, the address selecting MOSFET as described above is used.
Since the dynamic memory cell including the Qm and the information storage capacitor Cs is used, much higher integration can be achieved as compared with the case where a static memory cell is used. The address comparison circuit uses complementary bit lines as MOSFETs.
, The comparison can be made immediately after the sense amplifier starts to operate, and high-speed operation is achieved.
第2図には、キャッシュメモリにおけるデータの流れ
を説明するための概略ブロック図が示されている。FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining the flow of data in the cache memory.
上記第1図における比較回路において形成される信号
Hitは、バリディティビットとともにアンド(AND)ゲー
ト回路に供給されて、ヒット信号としてマイクロプロセ
ッサ等に出力される。また、上記ヒット信号は、データ
メモリの出力バッファを構成するMOSFETQ15のゲートに
供給され、出力バッファを実質的に動作状態にする。す
なわち、データメモリから読み出された出力信号Dout
は、出力バッファを構成するMOSFETQ14のゲートに供給
されているので、それと直列形態にされるMOSFETQ15が
上記ヒット信号によってオン状態にされる場合に限り有
効なデータとして出力インバータ回路N6を通して出力さ
れる。Signals formed in the comparison circuit in FIG.
Hit is supplied to an AND gate circuit together with a validity bit, and is output as a hit signal to a microprocessor or the like. Further, the hit signal is supplied to the gate of the MOSFET Q15 constituting the output buffer of the data memory, and makes the output buffer substantially in the operating state. That is, the output signal Dout read from the data memory
Is supplied to the gate of the MOSFET Q14 constituting the output buffer, so that the data is output through the output inverter circuit N6 as valid data only when the MOSFET Q15 in series with it is turned on by the hit signal.
このような構成に代えて、出力バッファは、3状態出
力機能を持つものであってもよい。すなわち、ミスヒッ
トのとき出力をハイインピーダンス状態にするものとし
てもよい。Instead of such a configuration, the output buffer may have a three-state output function. That is, the output may be set to a high impedance state in the case of a mishit.
なお、データメモリのワード線は、タグメモリのワー
ド線と同番地に一対一対応されており、タグメモリの番
地のデータが出力されることになる。このようなキャッ
シュメモリの他の構成は、前記文献のそれと同様なも
の、或いは同機能を持つ類似の構成とされる。Note that the word lines of the data memory are in one-to-one correspondence with the same addresses as the word lines of the tag memory, and the data at the address of the tag memory is output. The other configuration of such a cache memory is the same as that of the above document or a similar configuration having the same function.
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りで
ある。すなわち、 (1)キャッシュメモリのメモリ部(タグメモリ、デー
タメモリ)にダイナミック型メモリセルを用いることに
より、高集積化が可能になるという効果が得られる。The operational effects obtained from the above embodiment are as follows. That is, (1) By using a dynamic memory cell for the memory section (tag memory, data memory) of the cache memory, an effect of enabling high integration can be obtained.
(2)タグメモリにおけるアドレス比較部として、相補
ビット線にゲートが結合されたMOSFETと、それに対応し
たアドレス信号を受けるMOSFETを交差的に直列接続し、
それを実質的なワイヤードオア論理で結合されることに
より、高速アドレス比較が行えるという効果が得られ
る。(2) As an address comparison unit in the tag memory, a MOSFET having a gate coupled to a complementary bit line and a MOSFET receiving an address signal corresponding thereto are connected in series in a crossing manner,
By combining them with a substantial wired-OR logic, an effect that high-speed address comparison can be performed can be obtained.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づい
て具体的に説明してが、本発明は前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、各メモリ部
のアドレス選択を行うアドレス選択回路やデータ入出力
を行う回路は、公知のバイポーラ型トランジスタとCMOS
回路との組み合わせからなるBi−CMOS回路により構成し
その高速化を図るようにしてもよい。Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say. For example, an address selection circuit for selecting an address of each memory unit and a circuit for inputting / outputting data include a known bipolar transistor and a CMOS.
A Bi-CMOS circuit composed of a combination with a circuit may be used to increase the speed.
センスアンプの単位回路USAは、そのゲートとドレイ
ンが交差接続された一対のMOSFETから構成されてもよ
い。この場合には、その共通ソース線にパワースイッチ
MOSFETが設けられる。また、このようなセンスアンプを
用いた場合には、その増幅出力にしたがいハイレベルに
されるべきビット線の電位を電源電圧Vccのような高い
レベルまで回復させるアクティブリストア回路を設ける
必要がある。このようなセンスアンプの構成或いは、公
知ダイナミック型RAMのものをそのまま用いることがで
きる。The unit circuit USA of the sense amplifier may be composed of a pair of MOSFETs whose gates and drains are cross-connected. In this case, a power switch is connected to the common source line.
A MOSFET is provided. When such a sense amplifier is used, it is necessary to provide an active restore circuit for restoring the potential of a bit line to be set to a high level according to the amplified output to a high level such as the power supply voltage Vcc. The structure of such a sense amplifier or a known dynamic RAM can be used as it is.
この発明は、1チップの半導体集積回路装置からなる
キャッシュメモリの他、例えばマイクロプロセッサに内
蔵させるものであってもよい。The present invention may be built in a microprocessor, for example, in addition to a cache memory formed of a one-chip semiconductor integrated circuit device.
本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。すなわち、キャッシュメモリのメモリ部(タグメモ
リ、データメモリ)にダイナミック型メモリセルを用い
ることにより、高集積化が可能になる。The effect obtained by the representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, by using dynamic memory cells for the memory section (tag memory, data memory) of the cache memory, high integration can be achieved.
第1図は、この発明をキャッシュメモリにおけるタグメ
モリ及び高速比較回路の一実施例を示す回路図、 第2図は、キャッシュメモリにおけるデータの流れを説
明するための概略ブロック図である。 Qm……アドレス選択用MOSFET、Cs……情報記憶用キャパ
シタ、USA……単位回路(センスアンプ)、Q1〜Q15……
MOSFET、N1〜N6……インバータ回路、G……アンドゲー
ト回路FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a tag memory and a high-speed comparison circuit in a cache memory according to the present invention. FIG. 2 is a schematic block diagram for explaining a flow of data in the cache memory. Qm: Address selection MOSFET, Cs: Information storage capacitor, USA: Unit circuit (sense amplifier), Q1 to Q15
MOSFET, N1 to N6: Inverter circuit, G: AND gate circuit
Claims (1)
と、 それぞれアドレス選択用MOSFETと情報記憶用キャパシタ
とから成り、上記複数のワード線と上記相補ビット線と
の所定の交差点に設けられた複数のダイナミック型メモ
リセルと、 上記複数の相補ビット線をプリチャージレベルにせしめ
るためのプリチャージ回路と、 上記ダイナミック型メモリセルに書込まれるべき書込み
用アドレス信号が供給される一対の共通ビット線と、 上記複数の相補ビット線のそれぞれと上記一対の共通ビ
ット線との間に設けられ、それぞれ選択信号によってス
イッチ動作されることによって上記共通ビット線の書込
み用アドレス信号を、対応する相補ビット線に選択的に
与える複数のスイッチMOSFETと、 入力と出力とが交差接続された一対のCMOSインバータ回
路から成り、上記入力と出力とが対応する相補ビット線
に接続され、ワード選択によって選択された複数のダイ
ナミック型メモリセルから読出されたアドレス信号を増
幅するための複数のセンスアンプと、 上記複数のセンスアンプに電源電圧を与える第1パワー
スイッチと、上記複数のセンスアンプに接地電位を与え
る第2パワースイッチとを有し、上記第1パワースイッ
チ及び上記第2パワースイッチはそれぞれ、上記センス
アンプを活性化させるための第1タイミングパルスによ
ってオンされる第1MOSFETと、上記第1タイミングパル
スよりも遅れて発生される第2タイミングパルスによっ
てオンされる第2MOSFETとを含んで成るスイッチ回路
と、 上記複数の相補ビット線にそれぞれ設けられ、それぞれ
ワード線選択によって選択された複数のダイナミック型
メモリセルから読み出され、且つ、上記センスアンプで
増幅された読出しアドレス信号と比較すべきアドレス信
号とを比較する複数の単位回路と、この複数の単位回路
の出力信号のワイヤードオア論理を得るための信号線と
を含む比較部とを具備することを特徴とするキャッシュ
メモリ。1. A directory memory comprising: a plurality of complementary bit lines; a plurality of word lines intersecting the plurality of complementary bit lines; an address selection MOSFET and an information storage capacitor, respectively; A plurality of dynamic memory cells provided at predetermined intersections of lines and the complementary bit lines; a precharge circuit for setting the plurality of complementary bit lines to a precharge level; and writing to the dynamic memory cells A pair of common bit lines to which a write address signal to be supplied is supplied; and a plurality of complementary bit lines provided between each of the plurality of complementary bit lines and the pair of common bit lines. A plurality of switches M for selectively applying a write address signal for a common bit line to a corresponding complementary bit line An OSFET and a pair of CMOS inverter circuits whose inputs and outputs are cross-connected are connected to the corresponding complementary bit lines, and read from a plurality of dynamic memory cells selected by word selection. A plurality of sense amplifiers for amplifying the received address signals, a first power switch for applying a power supply voltage to the plurality of sense amplifiers, and a second power switch for applying a ground potential to the plurality of sense amplifiers. The first power switch and the second power switch are each a first MOSFET that is turned on by a first timing pulse for activating the sense amplifier, and a second timing pulse that is generated later than the first timing pulse. A switch circuit comprising a second MOSFET turned on by the A plurality of unit circuits for comparing read address signals read from a plurality of dynamic memory cells each selected by a word line selection and amplified by the sense amplifier with an address signal to be compared; A signal line for obtaining a wired-OR logic of the output signals of the plurality of unit circuits.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63010652A JP2615113B2 (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Cache memory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63010652A JP2615113B2 (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Cache memory |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01189095A JPH01189095A (en) | 1989-07-28 |
JP2615113B2 true JP2615113B2 (en) | 1997-05-28 |
Family
ID=11756153
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63010652A Expired - Lifetime JP2615113B2 (en) | 1988-01-22 | 1988-01-22 | Cache memory |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2615113B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998003918A1 (en) * | 1996-07-19 | 1998-01-29 | Hitachi, Ltd. | Cache memory device and information processing system |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4509142A (en) * | 1982-12-15 | 1985-04-02 | Texas Instruments Incorporated | Semiconductor memory device with pipeline access |
-
1988
- 1988-01-22 JP JP63010652A patent/JP2615113B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
インタフェース、No.123(1987−8)P.241−257 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01189095A (en) | 1989-07-28 |
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