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JPH073660B2 - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

Info

Publication number
JPH073660B2
JPH073660B2 JP18156786A JP18156786A JPH073660B2 JP H073660 B2 JPH073660 B2 JP H073660B2 JP 18156786 A JP18156786 A JP 18156786A JP 18156786 A JP18156786 A JP 18156786A JP H073660 B2 JPH073660 B2 JP H073660B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
memory
bit
address
cache
Prior art date
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Expired - Fee Related
Application number
JP18156786A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6337442A (ja
Inventor
敦詞 鈴木
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP18156786A priority Critical patent/JPH073660B2/ja
Priority to EP87306792A priority patent/EP0259967B1/en
Priority to KR1019870008484A priority patent/KR910004052B1/ko
Publication of JPS6337442A publication Critical patent/JPS6337442A/ja
Priority to US07/569,597 priority patent/US5014240A/en
Publication of JPH073660B2 publication Critical patent/JPH073660B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 タグメモリの各データにVビットを付し、これを電源投
入で一斉にイニシャライズし、以後データを書込むごと
にそのVビットも書込んで、データの有効/無効を明確
にした。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体記憶装置、特にコンピュータのキャッシ
ュメモリのタグメモリに関する。
〔従来の技術〕 コンピュータのメモリ(主記憶)は、プロセッサとはバ
スを通して接続されるものでまたDRAM(ダイナミックRA
M)を使用して大容量化されているので、アクセスタイ
ムが大であるという問題があり、これを改善すべく高速
SRAMで構成されたキャッシュメモリを用い、主記憶から
読出したデータをキャッシュメモリに保管し、同じデー
タはキャッシュメモリから供給して高速化を図ることが
行なわれている。
キャッシュはSRAM(スタティックRAM)使用などの理由
で大容量化が困難であり、主記憶の一部に相当する容量
しかないのが普通である。キャッシュの構成法は色々あ
るが、主記憶を複数枚からなる冊(ブロック)の複数個
として、その1冊、2冊又は4冊分とするのが一般的で
ある。第3図はキャッシュのデータメモリが1冊分の容
量であるダイレクトマップ式のキャッシュを、また第4
図は2冊分の容量であるアソシエイティブ型のキャッシ
ュを示す。数値例を挙げると1枚は16バイト、1冊は51
2枚、主記憶全体では524,288冊である。アドレスのビッ
トで言えばA0〜A3で1枚16バイト中の1バイト(1行)
を選び、A4〜A12で1冊512枚中の1枚を選び、A13〜A31
で524,288冊中の1冊を選ぶ。
キャッシュへは主記憶の1枚分16バイトを単位にデータ
ストアする。ストアするアドレスは、主記憶中の下位ア
ドレスA4〜A12と同じデータメモリアドレスである。し
かしこれだけでは該1枚が主記憶の524,288冊中のどれ
にあったのかが分らないので、これを示す上位アドレス
A13〜A31を別のメモリ(タグメモリ)に格納しておく。
下位アドレスでタグメモリをアクセスして上位アドレス
を読出し、メモリ(主記憶)をアクセスするアドレスの
上位アドレスを比較器COMPでタグから読出した上位アド
レスと比較し、一致すればキャッシュに所要データがあ
る訳であるからキャッシュのデータメモリを下位アドレ
スで読出し、出力とする。
第5図に主記憶とキャッシュとの関係を図解的に示す。
主記憶データは1枚16バイトを単位にデータメモリの、
主記憶上の当該1枚の下位アドレスA4〜A12と同じデー
タメモリ上アドレスに格納され、同時にタグメモリへは
当該1枚の上位アドレスA13〜A31が書込まれる。本例で
はデータメモリは主記憶の4冊分の容量を持つ。
従って本例では同じ下位アドレスA4〜A12の枚でも4枚
まではキャッシュに格納可能である。
キャッシュは複数冊分の容量を持つが、あるアドレスA4
〜A12については全て格納済みであり、そして更に主記
憶の或る冊から同じアドレスA4〜A12の1枚を読出しこ
れをキャッシュに格納するには既に格納されているもの
をパージする必要がある。このリプレースメントアルゴ
リズムとしては、LRUがよく使用される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
タグメモリには上位アドレスが格納され、主記憶をアク
セスするアドレスの上位アドレスとタグメモリから読出
した上位アドレスとが一致すると当該データはキャッシ
ュにあることになるが、電源投入時はメモリデータはラ
ンダムである。従ってそのまゝでは、偶然に主記憶アク
セス上位アドレスとタグメモリ読出しデータが一致し、
当該データはキャッシュにあることになって、これもラ
ンダムなデータメモリの当該データが読出されてしまう
恐れがある。本発明はかゝる点を簡単な手段により改善
しようとするものである。
この目的で本発明ではタグメモリのデータ(上位アドレ
ス)にV(Validity)ビットを付し、これによりタグメ
モリデータの有効/無効を明示するが、電源投入時はこ
のVビットもランダムである。そこで電源投入時にVビ
ットを一斉にイニシャライズ例えば0にし、以後キャッ
シュにデータが書込まれる毎にVビットを1にしてデー
タの有効/無効を明示する。このイニシャライズを、個
々のVビットに逐次0を書込む方法で行なうと時間がか
ゝる。本発明はまたこの一斉イニシャライズを高速に行
なおうとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、各冊複数からなる冊をN冊備える主記憶のn
冊分(n<N)のデータを記憶するキャッシュメモリ
の、該冊を指定する上位アドレス(Au)を冊何の枚を指
定する下位アドレス(Ad)に格納する半導体記憶装置に
おいて、 該記憶装置(12)は、複数のワード線、複数のビット
線、前記ワード線と前記ビット線に接続されるメモリセ
ル(MC)を備え、 該記憶装置(12)の各アドレス毎に前記複数のビット線
中の所定の一部のビット線に接続されているメモリセル
(MC)に当該アドレスのデータ(Au)が有効であるか無
効であるかを示すVビットを格納し、 また該Vビットを電源投入時に一斉に無効(0)にする
イニシャライズ回路を設け、該イニシャライズ回路は、
記憶装置の全ワード線を選択する回路(PG2,NG0,NG1
…)と、データ(Au)部の全ビット線を電源から切離
し、Vビット部のビット線に無効(0)データを加える
回路(PG1,Q1〜Q5)とを有することを特徴とするもので
ある。
〔作用〕
この記憶装置(タグメモリ)によれば、タグメモリのデ
ータの有効/無効を明示し、誤ったヒット出力を出す不
都合を除くことができる。また有効/無効を示すVビッ
トは一斉クリヤし、データ(Au)を書込む度に当該アド
レスのVビットを有効“1"にするので、Vビットのクリ
ヤに時間を要すことがなく、かつこの時電源より過大電
流が流出することもない等の利点が得られる。
〔実施例〕
第1図に示すように本発明ではタグメモリ12の各データ
(Au)にVビットを付し、これが例えば1ならデータ有
効、0ならデータ無効とする。14は比較器で、タグメモ
リ読出データRDと、主記憶をアクセスするアドレスの上
位アドレスAu(比較データCD)とを比較し、一致すれば
信号S1を生じる(S1をHレベルにする)。16は書込みバ
ッファで、書込み信号WSが入るとき、主記憶をアクセス
するアドレスの上位アドレスAuを書込みデータWDとして
これをタグメモリ12の同下位アドレスAdの位置に書込
む。このとき同時にデータ1を、同じ下位アドレスAdの
Vビット部に書込む。
タグメモリ12の読出しは、主記憶をアクセスするアドレ
スの下位アドレスAdにより行なわれ、読出しデータRDは
比較器14の一方の入力になる。主記憶をアクセスするア
ドレスの上位アドレスAuは比較データCDとなって比較器
14の他方の入力になる。これらのRDとCDが一致すると比
較器14は一致出力S1を生じ、これはナンドゲートGの一
方の入力になる。上記Adでタグメモリを読出したときV
ビット部12aのVビットも読出され、これ(S2で示す)
はナンドゲートGの他方の入力になる。S1がHレベル
(一致出力)、S2もHレベル(Vビット=1、データ有
効)ならナンドゲートGの出力S3はLレベルになり、こ
の反転出力が一致(ヒット)信号となり、キャッシュの
データメモリ読出しOKを指示する。比較器14が一致出力
S1を生じてもVビットが0、従ってS2=Lならヒット出
力S3は生じない。こうしてランダムデータによるエラー
が防止される。
書込みは上位アドレスAuを書込みデータWDとして書込み
バッファ16に入力し、また書込み信号Wを該バッファ及
びタグメモリ12に与え、下位アドレスAdでタグメモリ12
をアクセスして該Adで定まるダクデータ部12bのアドレ
スにAuをまたVビット部12aのアドレスに1を書込む。
第2図(a)は、タグメモリ12のVビット部12aの各V
ビットを電源投入時に一斉にイニシャライズする回路を
示す。第1図には示さなかったが、この第2の回路はタ
グメモリ12に組込まれ、従って同じ半導体基板(チッ
プ)10上に設けられる。BL,▲▼はVビット部12aの
ビット線対、BLi,▲▼iはタグデータ部12bのビッ
ト線対(多数即ちAuのビット数だけあるが1対のみ示
す)である。ビット線対BL,▲▼はpチャネルMOSト
ランジスタQ1,Q4,及びnチャネルMOSトランジスタQ2,Q5
を通して電源Vccへプルアップされ、ビット線対BLi,▲
▼iもpチャネルMOSトランジスタQi及びnチャネ
ルMOSトランジスタQ6,Q7を通して電源Vccへプルアップ
される。また、ビット線BLはnチャネルMOSトランジス
タQ3によりグランドへプルダウンされる。W0,W1,……は
ワード線で、WDは下位アドレスAdによりこれらのワード
線の1つを選択するワードデコーダの出力である。NG0,
NG1,……はノアゲート、I0,I1,……はインバータ、NGは
ナンドゲート、CGはコラムゲート、そしてMCはメモリセ
ルである。SRAMであるので、メモリセルはフリップフロ
ップで構成される。ビット線対BL,▲▼、BLi,▲
▼iの他端はコラムゲートCGを通して図示しないデー
タバスへ接続される。
このタグメモリで電源投入時に各アドレス(Ad)のVビ
ットを0にするには、外部よりパージ信号▲▼
を入力する、即ち第2図(b)に示すようにこれをLレ
ベルにする。信号▲▼がLレベルになると内部
の信号発生回路(図示しない)により信号PG1がHレベ
ル、信号▲▼がLレベルになる。そこでQ1はオ
フ、Q3オン、Qiオフとなる。従ってBLはL、▲▼は
Hとなり、またBLi及び▲▼iは電源Vccより切離さ
れる。またナンドゲートNGの出力はH、インバータIの
出力はL、従ってコラムゲートCGはオフとなる。上記の
信号発生回路は続いて信号PG2を発生し(Hレベルに
し)、これによりノアゲートNG0,NG1,……の出力はL、
インバータI0,I1,……の出力はHとなり、全ワード線
W0,W1,……が選択される。この結果全メモリセルMCのト
ランスファゲートが開いて該MCは各々のビット線に接続
されるが、データ部12bのビット線対BLi,▲▼iは
オープン状態なので該データ部のメモリセルには書込み
はなされないが、Vビット部12aのビット線対はBL=L,
▲▼=Hなので(これはデータ0を表わす)該Vビ
ット部のメモリセルは一斉に0が書込まれる。書込み後
は▲▼をHにし、これにより逐次PG2=L,PG1
L,▲▼=Hになる。
このVビット一斉クリア方式によれば、1〜数サイクル
で全Vビットの一斉イニシャライズが可能であり、しか
もこのとき全ビット線は電源Vccより切離されているの
で電源より電流が流出することがない(ビット線を電源
に接続したまゝワード線全選択をすると過大な電流が電
源よりビット線へ流れる)。
Vビットは1ビットでよいが複数ビットとして、その全
てが1のときデータは有効とすると、確実さを増大する
ことができる。
第2図の一斉クリヤ方式はLRU部のウエイの新旧情報を
格納するメモリのクリヤなどにも利用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、タグメモリのデー
タの有効/無効を開示し、誤ったヒット出力を出す不都
合を除くことができる。また有効/無効を示すVビット
は一斉クリヤし、データ(Au)を書込む度に当該アドレ
スのVビットを有効“1"にするので、Vビットのクリヤ
に時間を要すことがなく、かつこの時電源より過大電流
が流出することもない等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示すブロック図、 第2図はそのイニシャライズ回路部の回路図と波形図、 第3図〜第5図はキャッシュメモリの説明図である。 第1図および第2図で、12はタグメモリ、12aはそのV
ビット部、12bはデータ(Au)部、PG2はワード線全選択
信号、NG0,NG1,……はそのゲート、Q1,Q2,Q4,Q5,Q6はビ
ット線を電源へ接続するトランジスタ、Q3はグランドへ
接続するトランジスタである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各冊複数からなる冊をN冊備える主記憶の
    n冊分(n<N)のデータを記憶するキャッシュメモリ
    の、該冊を指定する上位アドレス(Au)を冊何の枚を指
    定する下位アドレス(Ad)に格納する半導体記憶装置に
    おいて、 該記憶装置(12)は、複数のワード線、複数のビット
    線、前記ワード線と前記ビット線に接続されるメモリセ
    ル(MC)を備え、 該記憶装置(12)の各アドレス毎に前記複数のビット線
    中の所定の一部のビット線に接続されているメモリセル
    (MC)に当該アドレスのデータ(Au)が有効であるか無
    効であるかを示すVビットを格納し、 また該Vビットを電源投入時に一斉に無効(0)にする
    イニシャライズ回路を設け、該イニシャライズ回路は、
    記憶装置の全ワード線を選択する回路(PG2,NG0,NG1
    …)と、データ(Au)部の全ビット線を電源から切離
    し、Vビット部のビット線に無効(0)データを加える
    回路(PG1,Q1〜Q5,Qi)とを有することを特徴とする半
    導体記憶装置。
JP18156786A 1986-08-01 1986-08-01 半導体記憶装置 Expired - Fee Related JPH073660B2 (ja)

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EP87306792A EP0259967B1 (en) 1986-08-01 1987-07-31 Directory memory
KR1019870008484A KR910004052B1 (ko) 1986-08-01 1987-08-01 유효비트를 초기화하는 수단을 구비한 태그메모리장치
US07/569,597 US5014240A (en) 1986-08-01 1990-08-14 Semiconductor memory device

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