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JPH06314240A - キャッシュメモリ - Google Patents

キャッシュメモリ

Info

Publication number
JPH06314240A
JPH06314240A JP5144146A JP14414693A JPH06314240A JP H06314240 A JPH06314240 A JP H06314240A JP 5144146 A JP5144146 A JP 5144146A JP 14414693 A JP14414693 A JP 14414693A JP H06314240 A JPH06314240 A JP H06314240A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
memory
data
valid
bit
dram
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP5144146A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2625348B2 (ja
Inventor
Yoshiyuki Miki
良行 三木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP5144146A priority Critical patent/JP2625348B2/ja
Publication of JPH06314240A publication Critical patent/JPH06314240A/ja
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Publication of JP2625348B2 publication Critical patent/JP2625348B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】DRAMセルをMPU内蔵キャッシュのセルと
して使用し、かつ複雑なリフレッシュ回路を不要化する
ことにより大幅に記憶容量が大で、かつ比較的高速なア
クセスタイムを有するキャッシュメモリを提供する。 【構成】データメモリ107とタグメモリ105とは第
1のダイナミック型メモリセルにより構成され、Vビッ
トメモリ104は第1のダイナミック型メモリセルの何
れよりもディスチャージ時間が短い第2のダイナミック
型メモリセルにより構成され、Vビットメモリ104の
メモリセルがチャージ状態の場合には対応するデータブ
ロックが有効であることを示し、ディスチャージ状態の
場合には対応するデータブロックが無効であることを示
すように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はキャッシュメモリ、特に
マイクロプロセッサ(以下MPUと記す)と同一チップ
に収容されるMPU内臓キャッシュメモリに有効なキャ
ッシュメモリに関する。
【0002】
【従来の技術】現在のMPUは動作速度が50MHzを
超えているが、メインメモリに用いられるダイナミック
型メモリDRAMはアクセスタイムが遅く(70〜10
0nS)、MPUの性能を最大限に引き出すためには不
向きである。
【0003】このため、最近のMPUでは高速アクセス
が可能なキャッシュメモリ(10〜20nS)を内蔵す
るMPUが実用化されつつあるが、そのメモリセルは、
スタテック型メモリSRAMが使用されている。
【0004】SRAMのメモリセルは図6に示すように
4つのトランジスタ601,602,603および60
4と、2つのプルアップ抵抗605および606とから
構成されている。
【0005】一方、DRAMのメモリセルは図3に示す
ように、1つのトランジスタ301と1つのキャパシタ
302とから構成され、DRAMは高集積が可能となる
が、アクセスタイムが遅く上述のように70〜100n
Sとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のキャッ
シュメモリでは、SRAMセル使用のためアクセスタイ
ムは短いが、DRAMセル使用の場合に比較して4倍程
度占有面積が大きいので、記憶容量が少ないという欠点
を有している。この欠点は、MPU内蔵キャッシュメモ
リにおいては特に深刻である。
【0007】本発明の目的は、DRAMセルをキャッシ
ュメモリのセルとして使用し、かつ複雑なリフレッシュ
回路を不要化することにより、従来に比し大幅に記憶容
量が大で、かつ比較的高速なアクセスタイムを有するキ
ャッシュメモリを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のキャッシュメモ
リは、主記憶のデータをブロック単位にコピーして記憶
するDRAM構成のデータメモリと、前記記憶されたブ
ロックに対応する主記憶のアドレスを記憶するDRAM
構成のタグメモリと、前記データメモリに記憶されてい
るデータが有効(チャージ)か無効(ディスチャージ)
かを表示するバリッド表示回路とを有し、プロセッサか
らのアクセス時には、前記データメモリおよび前記タグ
メモリが読み出され、また前記バリッド表示回路は有効
表示状態の極限に設定され、かつ、前記バリッド表示回
路は前記DRAMの何れのメモリセルのディスチャージ
タイムよりも短い時間で無効表示状態になることを特徴
とする。
【0009】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面参照して
説明する。
【0010】図1は本発明のキャッシュメモリの第1の
実施例を示すブロック図である。
【0011】キャッシュメモリはタグメモリ105、V
ビットメモリ104、一致比較器109およびデータメ
モリ107から構成される。
【0012】メインメモリおよびキャッシュメモリはブ
ロックと呼ぶデータ転送単位に分割される(本実施例で
は16バイトを1ブロックとしている)。
【0013】また、キャッシュメモリは1つのブロック
に対し1ビットのVビット、アドレスを記憶するタグエ
ントリ106(本実施例では15ビット)、ブロックの
データを記憶するデータエントリ108(本実施例では
16バイト)とを備えている。
【0014】Vビットは初期状態では全て“0”にリセ
ットされる。“0”はキャッシュメモリの該当ブロック
が有効なデータを持っていないことを示す。Vビットの
値“1”は該当ブロックが有効なデータを保持している
ことを示す。
【0015】キャッシュメモリの構成方式としてダイレ
クトマップ方式、セットアソシアテイブ方式およびフル
アソシアテイブ方式等があるが、本実施例ではダイレク
トマップン方式を用いて説明する。
【0016】ダイレクトマップ方式は、メインメモリお
よびキャッシュメモリのブロックをいくつかのカラム1
13、114に分割(グループ化)し、キャッシュメモ
リはメインメモリの同一カラム内の1ブロックに限定す
る方式である。この方式ではタグメモリ105の保持す
るアドレスを比較する一致比較器109が1つで済み、
構造が簡単というメリットがある。
【0017】Vビットメモリ104、タグメモリ105
およびデータメモリ107の全てにDRAMセルを用
い、Vビットメモリ104の部分には、タグメモリ10
5およびデータメモリ107のメモリセルよりディスチ
ャージ時間が短くなるように設計したDRAMセルを用
いる。
【0018】図5にはVビットメモリ104のセルのデ
ィスチャージ時間分布601と、その他のデータメモリ
107、タグメモリ105のセルのディスチャージ時間
分布602とを示している。時間分布601が時間分布
60より時間的に短い方に分布していることがわかる。
すなわち、同時にチャージされた場合にはVビットメモ
リ104に使用されるDRAMセルは、データメモリ1
07やタグメモリ105に使用されるDRAMセルのど
れか1つがディスチャージされる以前に全てディスチャ
ージされるように設計されている。
【0019】通常のDRAMセルは、例えば4mS以上
データを保持することが保証されているため、Vビット
メモリ104に使用されるDRAMセルは4mS以内に
全部のセルがディスチャージされるように設計する。
【0020】そしてVビットセルのディスチャージ状態
を“0”(無効状態)に対応させ、チャージ状態を
“1”(有効状態)に対応させる。
【0021】次に本実施例の動作を説明する。
【0022】MPUの命令アクセス、データリード開始
時にはMPUアドレス101のブロック番号部分103
をデコーダ115および116に入力しブロック番号に
該当するVビット、タグエントリ106およびデータエ
ントリ108を読み出す。
【0023】Vビットおよびタグエントイ106は一致
比較器109に送られ、Vビットは“1”(有効状態)
と比較され、タグエントリ106はMPUアドレス10
1のタグアドレス部分102と比較される。
【0024】初期状態では、全Vビット=“0”とする
ため、一致比較器109での比較は不一致となり、一致
比較器109からのヒット信号110は不一致を示す
“0”を発生する。すなわち、キャッシュミスが発生す
る。
【0025】キャッシュミス時にはMPUは該当するア
ドレスが属する1ブロックをメインメモリから読み込
み、該当するブロック番号のデータテントリ108に読
み込んだデータを書き込む。またMPUにも同時にデー
タを送りMPUは命令の実行を開始する。
【0026】一方、Vビットが有効状態“1”でかつタ
グエントリ106とアグアドレス部分102とが一致し
ていればヒット信号110が一致を示す“1”になる。
この場合読み出したデータエントリ108は有効なデー
タを保持しているのでゲート111を通過してデータバ
ス112に送られ、さらにMPUに送られる。そしてM
PUは命令の実行を開始する。
【0027】この間にVビットメモリ104から読み出
されたVビット、タグメモリ105から読み出されたタ
グエントリ106、データメモリ107から読み出され
たデータエントリ108は元の位置に書き戻しが行なわ
れ、リフレッシュが実行される。
【0028】このリード/ライト時のリフレッシュはD
RAMの動作として破壊型読み出しという特徴のため必
要となる機能であり、全てのDRAMに一般的な動作で
ある。
【0029】このようにキャッシュメモリの中で頻繁に
アクセスされるブロックは、アクセス時に自動的にリフ
レッシュされ、あまりアクセスされないブロックはリフ
レッシュされないが、図4からもわかるように、4mS
経過するとVビット“1”有効状態から“0”無効状態
に変化する。従ってアクセス頻度の高いキャッシュ内の
ブロックは有効状態を保持し、かつ、アクセス頻度の低
いキャッゥ内のブロックは自動的に無効化されることに
なる。
【0030】この結果、従来DRAMセルをメインメモ
リ等のメモリセルとして使用した場合に必要となってい
たリフレッシュカウンタや、リフレッシュコントローラ
等を本実施例では必要としないのである。
【0031】さらにデータライトを行なう場合の動作を
説明する。
【0032】MPUアドレス101のブロック番号部分
103をデコード115および116に入力しブロック
番号に該当するVビット、タグエントリ106およびデ
ータエントリ108を読み出す。Vビットおよびタグエ
ントリ106は一致比較器109に送られVビットは
“1”と比較し、タグエントリ106はMPUアドレス
101のタグアドレス部分102と比較する。Vビット
が有効状態“1”でかつタグエントリ106とダグアド
レス102とが一致していればヒット信号110が一致
を示す“1”になる。
【0033】この場合データエントリ108は有効なデ
ータを保持しているのでMPUの書き込みデータはデー
タエントリ108に書き込まれ、かつ同時にメインメモ
リにも書き込まれる。
【0034】Vビットが無効状態“0”またはタグエン
トリ106とタグアドレス部分102とが不一致の場合
はヒット信号110が不一致を示す“0”になる。この
場合はデータエントリ108は有効なデータを保持して
いないので、MPUの書き込みデータはメインメモリに
のみ書き込まれる。
【0035】ところで、市販のパッケージに封止される
DRAMではアドレス入力がロウアドレスとカラムアド
レスに分割されるためアクセス速度が遅くなるが、本実
施例ではMPUアドレス101のブロックアドレス部分
103のみをロウアドレスに用いてカラムアドレスを省
いているため比較的高速のアクセスが可能になる。
【0036】次に本発明の第2の実施例について説明す
る。
【0037】図2は本発明のキャッシュメモリの第2の
実施例の構成を示すブロック図であり、図1に示した第
1の実施例におけるVビットメモリ104の変りにVビ
ットカウンタ117を用いている。
【0038】Vビットカウンタ117は、図5にその詳
細を示すように、カラム対応に設けられ各出力がオール
“0”の場合を「無効」状態とし、“1”以上を「有
効」状態とする。
【0039】また、本Vビットは4mSでカウントダウ
ンを終了し出力が“0”になる様に設計する。即ち通常
のDRAMセルは、第1の実施例におけるのと同様に4
mS以上データを保持することが保証されているため、
Vビットは4mS以内にall“0”にカウントダウン
され、「無効」状態となる。all“1”からall
“0”に至るまでの間においては、Vビットは“1”以
上を出力するので「有効」状態を表示することになる。
【0040】本実施例の動作は、第1の実施例において
Vビットメモリ104がリフレッシュされて徐々にディ
スチャージされていくのに対し、Vビットカウンタ11
7がオール“1”からオール“0”にカウントダウンさ
れていくことの他は異なるところがない。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のキャッシ
ュメモリは、リフレッシュカウンタ、リフレッシュコン
トローラ等、本来はリフレッシュに必要な回路を不要化
したため、DRAM、SRAMセル構成のキャッシュメ
モリに比較して約4倍の大容量化が可能になるという効
果を有している。この効果は、MPUとキャッシュメモ
リとが同一チップに収容されるMPU内蔵キャッシュメ
モリにおいて特に顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のキャッシュメモリの第1の実施例を示
すブロック図である。
【図2】本発明のキャッシュメモリの第2の実施例を示
すブロック図である。
【図3】図1および図2に示した実施例におけるDRA
Mセルの構造を示す構造図である。
【図4】図1に示した実施例におけるVビットメモリ用
セルとそれ以外のセルのディスチャージ時間の分布を示
す時間分布図である。
【図5】図2に示した第2の実施例におけるVビットカ
ウンタの構成を示す図である。
【図6】従来例におけるSRAMセルの構造を示す構造
図である。
【符号の説明】
101 SRAMアドレス 104 Vビットメモリ 105 タグメモリ 106 タグエントリ 107 データメモリ 108 データエントリ 109 一致比較器 117 Vビットカウンタ 301,601〜604 トランジスタ 302 キャパシタ 401 Vビットメモリのセルのディスチャージ時間
分布 402 データメモリ、タグメモリのセルのディスチ
ャージ時間分布 605,606 プルアップ抵抗

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主記憶のデータをブロック単位にコピー
    して記憶するDRAM構成のデータメモリと、前記記憶
    されたブロックに対応する主記憶のアドレスを記憶する
    DRAM構成のタグメモリと、前記データメモリに記憶
    されているデータが有効(チャージ)か無効(ディスチ
    ャージ)かを表示するバリッド表示回路とを有し、 プロセッサからのアクセス時には、前記データメモリお
    よび前記タグメモリが読み出され、また前記バリッド表
    示回路は有効表示状態の極限に設定され、 かつ、前記バリッド表示回路は前記DRAMの何れのメ
    モリセルのディスチャージタイムよりも短い時間で無効
    表示状態になることを特徴とするキャッシュメモリ。
  2. 【請求項2】 前記バリッド表示回路を第2のDRAM
    で構成したことを特徴とする請求項1記載のキャッシュ
    メモリ。
  3. 【請求項3】 前記アクセス時にはオール“1”にセッ
    トされ、以降カウントダウンされて前記時間内に無効表
    示状態であるオール“0”となるまでは有効表示状態を
    示すカウンタで前記バリッド表示回路を構成したことを
    特徴とする請求項1記載のキャッシュメモリ。
  4. 【請求項4】 前記プロセッサから供給されるアドレス
    の一部をローアドレスとし、該ローアドレスのみにより
    前記DRAMの行を指定してデータの読み出し書き込み
    を行うことを特徴とする請求項1記載のキャッシュメモ
    リ。
JP5144146A 1993-02-03 1993-06-16 キャッシュメモリ Expired - Lifetime JP2625348B2 (ja)

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JP5144146A JP2625348B2 (ja) 1993-02-03 1993-06-16 キャッシュメモリ

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-16004 1993-02-03
JP1600493 1993-02-03
JP5144146A JP2625348B2 (ja) 1993-02-03 1993-06-16 キャッシュメモリ

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JPH06314240A true JPH06314240A (ja) 1994-11-08
JP2625348B2 JP2625348B2 (ja) 1997-07-02

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ID=26352245

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5983023A (en) * 1997-01-17 1999-11-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Memory-contained processor
KR100323578B1 (ko) * 1998-12-07 2002-02-19 가네꼬 히사시 Mpu 및 2차 캐시메모리로서의 dram이 동일칩에탑재되어 칩사이즈의 제한하에서 고속사이클시간을용이하게 실현하는 반도체장치
JP2012256406A (ja) * 2011-04-08 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 記憶装置、及び当該記憶装置を用いた半導体装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100323578B1 (ko) * 1998-12-07 2002-02-19 가네꼬 히사시 Mpu 및 2차 캐시메모리로서의 dram이 동일칩에탑재되어 칩사이즈의 제한하에서 고속사이클시간을용이하게 실현하는 반도체장치
JP2012256406A (ja) * 2011-04-08 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 記憶装置、及び当該記憶装置を用いた半導体装置
JP2017107633A (ja) * 2011-04-08 2017-06-15 株式会社半導体エネルギー研究所 記憶装置

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JP2625348B2 (ja) 1997-07-02

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Effective date: 19970212