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JP2694938B2 - Semiconductor memory device - Google Patents
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JP2694938B2 - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JP2694938B2
JP2694938B2 JP25369594A JP25369594A JP2694938B2 JP 2694938 B2 JP2694938 B2 JP 2694938B2 JP 25369594 A JP25369594 A JP 25369594A JP 25369594 A JP25369594 A JP 25369594A JP 2694938 B2 JP2694938 B2 JP 2694938B2
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一康 藤島
吉雄 松田
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  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Memory System Of A Hierarchy Structure (AREA)
  • Dram (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明はキャッシュメモリを内
部に有する半導体記憶装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、コンピュータシステムのコストパ
フォーマンスを向上させるため、低速だが低コストで大
容量なダイナミックRAM(DRAM)をメインメモリ
に使用し、このメインメモリとCPU間に高速なバッフ
ァとして、小容量の高速メモリを設けることが、よく行
われていた。上記した高速バッファはキャッシュメモリ
と呼ばれ、CPUが必要としそうなデータのブロックを
メインメモリからコピーし、保持している。CPUがア
クセスするアドレスのデータがキャッシュメモリ内に存
在する時(キャッシュヒット)、CPUは必要とするデ
ータをキュッシュメモリより取り込む。一方、CPUが
アクセスするアドレスのデータがキャッシュメモリ内に
存在しない時(キャッシュミス)、CPUは低速なメイ
ンメモリ(DRAM)より、必要とするデータを取込
む。 【0003】上記したキャッシュメモリシステムをメモ
リシステムに組み込むには、高価な高速メモリを必要と
するのでコストを重視する小型のコンピュータシステム
では使用することができなかった。そこで、DRAMの
有しているページモード,スタティックコラムモード等
の高速アクセス機能を利用し、簡易なキャッシュシステ
ムを構成していた。 【0004】以下、図8の波形図を参照して、ページモ
ード,スタティックコラムモードの説明を行う。同図に
おいて(a) は通常のDRAMのサイクル、(b)はページ
モードサイクル、(c) はスタティックコラムモードサイ
クルである。 【0005】同図(a) に示すように、通常サイクルで
は、信号バーRAS(Row Address Strobe)の降下エッジ
でマルチプレクスアドレス信号MAより行アドレス(Row
Address) RAをDRAM内に取込み、信号バーCAS
(Columm Address Strobe)の降下エッジでマルチプレク
スアドレス信号MAより列アドレス(Columm Address)C
AをDRAM内に取り込む。そして、行アドレスRA,
列アドレスCAにより選択されたメモリセルのデータを
データ出力Dout として得る。通常サイクルは上記した
サイクルでデータを読み出すため、アクセス時間として
は信号バーRASの降下エッジ時からデータ出力Dout
が有効になるまでの時間tRAC (RASアクセスタイ
ム)を要する。このアクセス時間tRAC は、通常100
ns程度である。なお、tRPは信号バーRASのプリチ
ャージ時間、tC はサイクル時間であり、通常tC =2
00ns程度である。 【0006】同図(b) に示すように、ページモードサイ
クルでは同一行アドレスRA上で複数の列アドレスCA
でデータの読出しが行える。従って、アクセス時間は信
号バーCASの降下エッジ時からデータ出力Dout が有
効になるまでの時間tCAC (CASクセスタイム)とな
り、通常サイクルでのアクセス時間tRAC の半分程度の
時間となり、通常50ns程度である。なお、tCPは信
号バーCASのプリチャージ時間、tPCはサイクル時間
である。 【0007】同図(c) に示すように、スタティックコラ
ムモードではページモードの信号バーCASの立下りエ
ッジを不要にし、列アドレスCAをあたかもスタティッ
クRAMのように動作させている。従ってアクセス時間
はマルチプレクスアドレスMA変化時からデータ出力D
out が有効になるまでの時間tAA(アドレスアクセスタ
イム)となり、tCAC 同様通常サイクルでのアクセス時
間tRAC の半分程度となり、通常50ns程度である。 【0008】図9は、ページモードあるいはスタティッ
クコラムモードが可能な従来のDRAM素子の基本構成
を示す構成ブロック図である。 【0009】同図に示すように、行アドレスバッファ
1,列アドレスバッファ2がマルチプレクスアドレス信
号MAより各々行アドレスRA,列アドレスCAを取込
んでいる。そして信号バーRASの降下エッジが行アド
レスバッファ1に入力されると、行アドレスRAが行デ
コーダ3へ送られ、次段のワードドライバ4を駆動する
ことで、行アドレスRAにより選択されたメモリセルア
レイ5内の1本のワード線(図示せず)を活性化する。 【0010】そして、活性化されたワード線に接続され
た全メモリセルのデータが、メモリセルアレイ5内の全
ビット線(図示せず)を介してセンスアンプ6へ送られ
る。センスアンプ6は得られたデータを検知し、増幅す
る。したがって、この時点で指定された行アドレスRA
一行分のデータがセンスアンプ6にラッチされている。
以降、同一の行アドレスRA内のデータをアクセスする
場合は、前述したページモード,スタティックコラムモ
ードが利用できる。 【0011】つまり、ページモードでは、信号バーCA
Sの降下エッジが列アドレスバッファ2に入力される
と、列アドレスCAが列デコーダ7に送られ、センスア
ンプ6に格納されているデータ群のいずれかを有効にす
ることで、出力バッファ8を介してデータ出力Dout
得る。スタティックコラムモードの場合も起動をマルチ
プレクスアドレスMAの変化による点を除き同様の動作
を行う。なお、9はデータの入出力を制御するI/Oス
イッチ、10は入力バッファ、Dinはデータ入力であ
る。 【0012】図10はページモード(あるいはスタティ
ックコラムモード)を利用した簡易キャッシュシステム
を有する従来のメモリシステムのブロック構成図であ
る。同図に示すように、このメモリシステムは8個の1
Mビット×1構成のDRAM素子11〜18を使用し構
成した1Mバイトのメモリシステムである。従ってアド
レス線は20本(220=1048576=1M)必要と
するが、実際上はアドレスマルチプレクサ21より行ア
ドレスRA(10ビット),列アドレスCA(10ビッ
ト)に分けたマルチプレクスアドレス信号MAが送られ
る10本のアドレス線が各々のDRAM素子11〜18
に接続されている。 【0013】図11は、図10で示したメモリシステム
のキャッシュ動作を示した波形図である。以下、図11
および図9を参照しつつ図10のメモリシステムの動作
を説明する。なお、ラッチ22には、既に直前にアクセ
スされた行アドレスRA1がラッチされており、センス
アンプ6内には行アドレスRA1の全データが既にラッ
チされているとする。 【0014】このような状態で、図示しないCPUが必
要とするデータの20ビットのアドレス信号Ad をアド
レスジェネレータ23より発生する。このアドレス信号
dから行アドレスRA2がコンパレータ24に入力さ
れ、コンパレータ24はこの行アドレスRA2とラッチ
22に格納されている行アドレスRA1との比較を行
い、RA1=RA2であれば、センスアンプ6に保持し
ているデータ群にアクセスされた(キャッシュヒット)
ことになり、コンパレータ24は活性化した(“H”レ
ベル)キャッシュヒット信号CH(Cache Hit) をステー
トマシン25に送る。活性化した信号CHを受けたステ
ートマシン25は信号バーRASを“L”レベルに保っ
たまま、信号バーCASをトグルする(立ち上げた後に
立ち下げる)ページモード制御を行い、アドレスマルチ
プレクサ21はDRAM素子11〜18にマルチプレク
スアドレスMAとして、列アドレスCAを供給し、各D
RAM素子11〜18のセンスアンプ6に格納されたデ
ータ群より、列デコーダ7により選択されたデータを取
り出す。このようにキャッシュヒットした場合、DRA
M素子11〜18から高速なアクセス時間tCAC で、出
力データDout が得られる。 【0015】一方、コンパレータ24において、RA1
≠RA2が判定されると、センスアンプ6に保持してい
るデータ群以外にアクセスされた(キャッシュミス)こ
とになり、コンパレータ24はステートマシン25に非
活性(“L”レベル)の信号CHを発生する。この時、
ステートマシン25は信号バーRAS,バーCASの順
にトグルする通常サイクルのDRAM素子11〜18の
制御を行い、アドレスマルチプレクサ21は行アドレス
RA2,列アドレスCAの順にマルチプレクスアドレス
MAをDRAM素子11〜18に供給する。このように
キャッシュミスした場合、信号バーRASを図11に示
すようにプリチャージし、さらにDRAM素子11〜1
8から低速なアクセス時間tRAC で出力データDout
得られることになる。このため、ステートマシン25は
ウェイト信号Wait を発生し、CPUに待機をかける。
また、ラッチ22はコンパレータ24より活性化されな
いキャッシュヒット信号CHを受けると新しい行アドレ
スRA2を保持する。 【0016】 【発明が解決しようとする課題】従来の簡易キャッシュ
システムは以上のようにセンスアンプ6によりラッチす
る形式で構成されているのでエントリー数は1である。
従って、センスアンプ6の内容を一括して出力するしか
方法がなく、利用効率が低いという問題点があった。 【0017】この発明は、上記した問題点を解決するた
めになされたもので、利用効率を向上させた簡易キャッ
シュシステムを有する半導体記憶装置を得ることを目的
とする。 【0018】 【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
記憶装置は、複数行および複数列に配置され、それぞれ
が情報を記憶する複数のメモリセルと、複数行に配置さ
れ、それぞれが対応した行に配置される複数のメモリセ
ルに接続される複数のワード線と、複数列に配置され、
それぞれが対応した列に配置される複数のメモリセルに
接続される複数のビット線対と、上記複数のビット線対
に対応して接続される複数のセンスアンプとを有するメ
インメモリと、上記メインメモリのビット線対に現れる
情報を格納する複数のレジスタ手段を有するキャッシュ
メモリと、第1のアドレス部分と第2のアドレス部分と
を有するアドレス信号を受け、レジスタ手段に格納され
た情報に対応したアドレス信号の第1のアドレス部分を
第2のアドレス部分によって指定されたアドレス記憶手
段に記憶し、新たに入力されたアドレス信号がキャッシ
ュヒットした時、この新たに入力されたアドレス信号の
第2のアドレス部分によって指定されたアドレス記憶手
段に記憶された上記レジスタ手段に格納された情報に対
応したアドレス信号の第1のアドレス部分に基づいて上
記複数のレジスタ手段のいずれかを選択して選択したレ
ジスタ手段から情報を出力させるレジスタ選択手段とを
備えて構成される。 【0019】 【作用】この発明における半導体記憶装置のレジスタ選
択手段は、新たに入力されたアドレス信号がキャッシュ
ヒットした時、この新たに入力されたアドレス信号の第
2のアドレス部分によって指定されたアドレス記憶手段
に記憶されたレジスタ手段に格納された情報に対応した
アドレス信号の第1のアドレス部分に基づいて複数のレ
ジスタ手段のいずれかを選択して選択したレジスタ手段
から情報を出力させるするため、複数のレジスタ手段に
格納された情報を分割して利用することができる。 【0020】 【実施例】図1は理想的なキャッシュ機能を有するメモ
リシステムのDRAM素子の基本構成を示すブロック構
成図である。同図において1〜4,8〜10及びバーC
AS,バーRAS,MA,RA,CA,CHは従来と同
じであるので説明は省略し、以下従来と異なる点につい
て述べる。 【0021】同図に示すようにメモリセルアレイ5をブ
ロックB1〜B4と4分割して使用するため、センスア
ンプ6,I/Oスイッチ9間にブロックB1〜B4に対
応してトランスファゲート31(31a〜31d),キ
ャッシュメモリであるデータレジスタ32(32a〜3
2d)を挿入している。トランスファゲート31は、図
2の詳細ブロック構成図に示すようにブロックデコーダ
34により各々が制御されるため、その導通・非導通に
より、メモリセルアレイ5のデータをブロック(B1〜
B4)単位で、センスアンプ6を介して対応のデータレ
ジスタ32a〜32dへ転送が可能となる。 【0022】ブロックデコーダ34a〜34dは、各々
列アドレスCAの上位2ビットと信号CHの反転信号を
入力信号とするアンドゲートG1によりその活性化が制
御される。つまり、信号CHが“L”レベルで、列アド
レスCAの上位2ビットで選択されたブロックデコーダ
34a〜34dのいずれかが活性化し、信号CHが
“H”レベルでは、どのブロックデコーダ34a〜34
dも活性化しない。またブロックデコーダ34a〜34
dのいずれかが活性化すると対応するトランスファゲー
ト31a〜31dが導通する。一方、列デコーダ7は列
アドレスCAを入力信号とし、I/Oスイッチ9のいず
れか1つを有効にする。 【0023】図3は図1,図2で示したキャッシュ機能
を有するメモリシステムを示したブロック構成図であ
る。同図に示すように、従来と異なり、4つのラッチ2
2a〜22dを設けている。また、これらのラッチ22
a〜22dの選択手段としてセレクタ36が設けられて
おり、セレクタ36はアドレス信号Ad より行アドレス
RAの全ビットと列アドレスCAの上位2ビットを入力
信号とし、列アドレスCAの上位2ビットに基づきコン
パレータ24と比較すべきラッチ22a〜22dのいず
れかを選択し、コンパレータ24の出力であるキャッシ
ュヒット信号CHが非活性であるキャッシュミス時に
は、行アドレスRAの値を選択されたラッチ22a〜2
2dのいずれかに保持させる働きを有している。 【0024】以下、図1〜図3で示したメモリシステム
の動作を説明する。なお、ラッチ22a〜22dには、
既に各ブロックB1〜B4において直前にアクセスされ
た行アドレスRA1a〜RA1dが各々ラッチされてお
り、データレジスタ32a〜32dにはその時のブロッ
クB1〜B4ごとの全データが既にラッチされていると
する。 【0025】このような状態で、図示しないCPUが必
要とする20ビットのアドレス信号Ad をアドレスジェ
ネレータ23より発生する。このアドレス信号Ad から
行アドレスRA2がコンパレータ24に入力される。一
方、アドレス信号Ad の列アドレスCAの上位2ビット
がセレクタ36に入力されると、セレクタ36は選択さ
れたブロックB1〜B4に該当するラッチ22a〜22
dのいずれかのみを有効にする。ここで、説明の都合上
ブロックB2、つまりラッチ22bが選択されたとする
と、コンパレータ24は入力された行アドレスRA2と
ラッチ22bに格納されている行アドレスRA1bとの
比較を行い、RA1b=RA2であれば、キャッシュヒ
ットとみなし、活性化した(“H”レベルの)キャッシ
ュヒット信号CHをステートマシン25及び各DRAM
素子11〜18に送る。 【0026】この時、信号CHは“H”レベルとなるた
め、全てのブロックデコーダ34は活性化せず、全トラ
ンスファゲート31は導通せず、全データレジスタ32
とセンスアンプ6間は電気的に遮断されている。 【0027】一方、ステートマシン25は信号バーCA
Sをトグルするページモード制御を行ない、アドレスマ
ルチプレクサ21はDRAM素子11〜18にマルチプ
レクスアドレスMAとして列アドレスCAを供給し、各
DRAM素子11〜18のデータレジスタ32bに格納
されたデータ群より列デコーダ7により選択されたデー
タをI/Oスイッチ9を介して取り出す。このようにし
てキャッシュヒットした場合、DRAM素子11〜18
から高速なアクセス時間tCAC で出力データDout が得
られる。 【0028】また、コンパレータ24においてRA1≠
RA2が判定されると、キャッシュミスとみなし、非活
性(“L”レベル)のキャッシュヒット信号CHをステ
ートマシン25,セレクタ36及び各DRAM素子11
〜18に送る。 【0029】この時、信号CHは“L”レベルとなるた
め、ブロックデコーダ34bのみ活性化され、トランス
ファゲート31bは導通し、データレジスタ32bとセ
ンスアンプ6間は電気的に接続される。なお、他のデー
タレジスタ32a,32c,32dとセンスアンプ6間
は電気的に遮断されたままである。 【0030】一方、ステートマシン25は、信号バーR
ASを立ち下げ、次に信号バーCASを立下げるサイク
ルでDRAM素子11〜18の制御を行い、アドレスマ
ルチプレクサ21は行アドレスRA2,列アドレスCA
の順にマルチプレクスアドレスMAをDRAM素子11
〜18に供給する。そして、メモリセルアレイ5よりセ
ンスアンプ6,トランスファゲート31b及びデータレ
ジスタ32b,I/Oスイッチ9及び出力バッファ8を
介して、列デコーダ7により選択されたデータを出力デ
ータDout として読み出す。このようにキャッシュミス
時には、DRAM素子11〜18から低速なアクセス時
間tRAC で出力データDout が得られることになる。こ
のため、ステートマシン25はウェイト信号Wait を発
生し、CPUに待機をかける。また、セレクタ36によ
り選択されたラッチ22bには、新しい行アドレスRA
2が保持される(他のラッチ22a,22c,22d内
の値は変化しない。)。 【0031】このように、キャッシュヒット,キャッシ
ュミス時におけるDRAM素子11〜18のメモリ管理
をブロックB1〜B4単位で行えるようにしたため、各
ブロックB1〜B4各々が独立して行アドレスに対する
データ群をデータレジスタ32に格納することができる
ので、エントリー数は4である。その結果、連続する2
つの行アドレスにまたがったプログラムルーチンが繰り
返し実行される場合などにも対応することができ、キャ
ッシュヒット率は向上する。 【0032】ところで、周知のようにDRAMは読出し
時において、メモリセルに蓄積された電荷をビット線対
(ビット線と反転ビット線)を介してセンスアンプに取
り込み、この電荷を検知増幅することにより行ってい
る。この時センスアンプに取り込まれる電圧値は、正確
に検知増幅するため所定値以上に保つ必要がある。ま
た、この電圧値はビット線(反転ビット線)の浮遊容量
が大きい程小さい値となる。 【0033】このため、ビット線の浮遊容量を決定する
ビット線長は所定長以内に抑える必要があり、1本のビ
ット線(反転ビット線)には128個のメモリセルを接
続する程度の長さが限界となる。従って、1個(1ビッ
ト)のセンスアンプには1組のビット線対が接続される
ことから、1つのセンスアンプに256個のメモリセル
の接続が限界となる。 【0034】上記した理由から、1M(メガ)ビットの
DRAMでは、図1で示した1024行(1本のビット
線対に接続されるメモリセルの個数)×1024列(ビ
ット線対の本数)のマトリクス構成のメモリセルアレイ
1個で実現するのは理想的であるが実現は困難である。 【0035】そこで、実用上最大の256個のメモリセ
ルが接続されるビット線対を用いて、同一メモリセルア
レイ内で隣接する4本のビット線対あるいは異なるメモ
リセルアレイにおける4本のビット線対で1つのデータ
レジスタを共用することが考えられるが、共用されるデ
ータレジスタの配置及び複数のビット線対との配線等に
より回路が複雑化し、製造プロセスも複雑化してしま
う。また、複数のビット線対とデータレジスタ間の信号
制御も複雑化してしまいこれらの方法も実現は困難であ
る。 【0036】従って、実際にはメモリセルアレイを行単
位に4分割し256行×1024列のマトリクス構成の
メモリセルアレイを4個設け、各メモリセルアレイにセ
ンスアンプ6,トランスファゲート31,データレジス
タ32,I/Oスイッチ9,ブロックデコーダ34,列
デコーダ7を設けることにより実現しなければならな
い。 【0037】このため、行アドレスRAが直接DRAM
素子11〜18に入力されないキャッシュヒット時に
は、どのメモリセルアレイに設けられたデータレジスタ
にアクセスするのかを識別するため、例えば行アドレス
RAの上位2ビットを入力する必要が生じる。その結
果、通常のマルチプレクスアドレスMA入力端子の他
に、アドレス入力端子を別途に2個(2ビット)設けな
ければならず、DRAMのパッケージサイズの増大をま
ねくという問題が生じる。 【0038】図4は、上記した問題点を克服したこの発
明の一実施例であるキャッシュ機能を有するメモリシス
テムにおけるDRAM素子の構成説明図である。同図に
示すようにメモリセルアレイを5,5′と分割しデータ
レジスタ選択回路37を新たに設けている。これらのメ
モリセルアレイ5,5′は各々行デコーダ3,3′,ワ
ードドライバ4,4′,センスアンプ6,6′,トラン
スファゲート32,32′,I/Oスイッチ9,9′,
ブロックデコーダ34,34′,列デコーダ7,7′が
図1で示したメモリセルアレイ5と同様に設けられてい
る。行デコーダ3(3′)は行アドレス上位9ビットR
1 〜RA9 入力となり、アンドゲートG1,G1′に
はキャッシュヒット信号CHの反転信号の代りにデータ
トランスファ信号DTが入力されている。なお、同図で
は説明の都合上ブロック数16,メモリセルアレイ数2
で示しており、これらの数は必要に応じて適当に増減さ
せることができる。 【0039】データレジスタ選択回路37は列アドレス
の上位4ビットCA6 〜CA9 、行アドレスの下位1ビ
ットRA0 及び後述するデータトランスファ信号DTを
入力信号とし、テーブルアドレス信号TA0 ,バーTA
0 を発生する。この信号TA0 ,バーTA0 は、各々I
/Oスイッチ9,9′と入出力バッファ8,出力バッフ
ァ10との間に設けられたトランジスタQ,Q′のゲー
トに印加される。 【0040】図5は、データレジスタ選択回路37の詳
細を示す回路構成図である。同図に示すようにデータト
ランスファ信号DTは信号バーRAS,信号バーCA
S,信号CH各々を反転入力としたアンドゲートG2の
出力信号である。また、列アドレスの最下位ビットRA
0 はマチルプレクスアドレスMA0 より行アドレスバッ
ファ1を介して入力される。 【0041】データレジスタ選択回路37は、トランス
ファ回路37a,テーブルデコーダ37b,テーブルラ
ッチL1〜L16より構成され、トランスファ回路37
aは信号RA0 と信号DTを入力し、信号DTが“H”
レベルの時、データレジスタ選択回路37は活性化され
信号RA0 が信号TA0 として、信号RA0 の反転信号
が信号バーTA0 として出力される。 【0042】例えば、信号DTが“H”レベルで、信号
RA0 が“H”レベル(“1”)の時トランスファ回路
37a中のトランジスタQ1,Q3,Q4,Q5,Q
6,Q8が導通し、トランジスタQ2,Q7が非導通と
なることで、信号TA0 は“L”レベル、信号バーTA
0 は“H”レベルとして出力される。 【0043】テーブルデコーダ37bは列アドレス上位
4ビットCA6 〜CA9 を入力信号とし、これらの信号
CA6 〜CA9 をデコードし、出力線N1 〜N16のうち
1本を“H”レベルに立ち上げる。また各テーブルラッ
チL1〜L16はトランジスタT1を介して信号バーT
0 に、トランジスタT2を介して信号TA0 に接続さ
れる。また、これらのトランジスタT1,T2のゲート
には、各々出力線N1〜N16が接続される。 【0044】図4,図5で示したメモリシステムにおけ
る動作をデータレジスタ選択回路37を中心とし、キャ
ッシュミス時、キャッシュヒット時に分けて説明する。 【0045】キャッシュミス時(信号CH=“L”)で
は、ステートマシン25より信号バーRAS,信号バー
CASを順次立下げるとアンドゲートG2の出力である
信号DTが立上る。その結果、トランスファ回路37a
が活性化し、信号RA0 が信号TA0 として信号RA0
の反転信号が信号バーTA0 として出力される。 【0046】一方、テーブルデコーダ37bは入力列ア
ドレスCA6 〜CA9 をデコードすることで選択された
ブロックBi (i=1〜16のいずれか)に該当する出力線N
i を選択的に立上げる。その結果、出力線Ni にゲート
が接続されたテーブルラッチLi に接続されたトラン
ジスタT1,T2が導通し、信号TA0 (バーTA0
がテーブルラッチLi に保持される。これにより、次
回キャッシュヒット時において、ブロックBi における
有効データレジスタ5,5′(つまり、書換えられるデ
ータレジスタ)の情報を保持できる。 【0047】そして、信号TA0 ,バーTA0 によりト
ランジスタQ,Q′の一方が導通、他方が非導通とな
り、いずれかのメモリセルアレイ5(5′)の情報がセ
ンスアンプ6(6′),トランスファゲート31(3
1′),データレジスタ32(32′),I/Oスイッ
チ9(9′),トランジスタQ(Q′)を介して出力バ
ッファ8に与えられ、データ出力Dout を得る。 【0048】キャッシュヒット時には、信号CHが
“H”レベルであるため、信号DTが立上ることはなく
“L”レベルを維持するため、トランスファ回路37a
は活性化しない。 【0049】一方、テーブルデコーダ37bはキャッシ
ュミス時同様に、入力列アドレスCA6 〜CA9 をデコ
ードすることでブロックBj (j=1〜16のいずれか) に該
当する出力線Nj を選択的に立上る。その結果、出力線
Nj にゲートが接続されたテーブルラッチLj に接続さ
れたトランジスタT1,T2が導通し、ラッチLj に格
納されたブロックBj における有効データレジスタ(つ
まり、読出しデータレジスタ)を示す情報が信号T
0 ,バーTA0 として出力される。 【0050】そして、信号TA0 ,バーTA0 によりト
ランジスタQ,Q′の一方が導通、他方が非導通とな
り、いずれかのデータレジスタ32(32′)の情報が
I/Oスイッチ9(9′),トランジスタQ(Q′)を
介して出力バッファ8に与えられ、高速にデータ出力D
out を得る。 【0051】このように、第1のアドレス部分である行
アドレスの一部RA0 に応じた情報、すなわち、各ブロ
ックB1〜B16における有効データレジスタ32,3
2′の情報を予めキャッシュミス時等でラッチデータL
1〜L16に格納し、第2のアドレス部分である列アド
レスの一部CA6 〜CA9 をテーブルデコーダ37bに
デコードすることで行アドレスの一部RA0 に応じた情
報を取出すことができるため、マルチプレクスアドレス
MAより列アドレスCAしか供給されない高速アクセス
動作を行うキャッシュヒット時において、行アドレスの
一部RA0 を別途に外部端子に入力する必要はない。 【0052】つまり、図6(a) に示すように各メモリセ
ルアレイ5,5′の各ブロックB1〜B4(説明の都合
上4ブロック)に対し、選択された行アドレスの情報が
データレジスタ32,32′に格納されるが、各ブロッ
クにおいては1つのデータレジスタのみ有効(図中〇
印)とし、他は無効(図中×印)とすることで、同図
(b) に示すように1つのデータレジスタ32を2つのメ
モリセルアレイ5,5′が共有することと等価になる。 【0053】なお、図4,図5で示した実施例では、メ
モリセルアレイ2分割で述べたがデータレジスタ選択回
路37内の各テーブルラッチL1〜L16の格納ビット
数を2,3,4…とすることで、メモリセルアレイ5の
分割数を4,8,16…と増やすことができ、1M×1
ビット構成(分割数4)以上のDRAMにも充分適用す
ることができる。 【0054】また、図5で示した実施例ではメモリの読
出し,書込みに関係なく、信号バーRAS,信号バーC
AS,信号CHに従いキャッシュ制御を行っていたが、
図7に示すように書込み信号WEを新たに入力信号とし
て加えたアンドゲートG2の出力を信号DTに設定する
ことで、書込み時(WE=“L”)は、信号CHの
“H”,“L”にかかわらず、全ブロックデコーダ34
を活性化しない、つまり全トランスファゲート31を非
導通とするような切り換えを実現することもできる。勿
論他の組合せも同様に実現可能である。 【0055】また、これらの実施例ではメモリセルアレ
イ5を4,16ブロックB1〜B4,B1〜B16構成
(エントリー数4,16)としたが、ブロックの分割数
は適当に増減することは勿論可能である。 【0056】 【発明の効果】以上説明したように、この発明における
半導体記憶装置のレジスタ選択手段は、新たに入力され
たアドレス信号がキャッシュヒットした時、この新たに
入力されたアドレス信号の第2のアドレス部分によって
指定されたアドレス記憶手段に記憶されたレジスタ手段
に格納された情報に対応したアドレス信号の第1のアド
レス部分に基づいて複数のレジスタ手段のいずれかを選
択して選択したレジスタ手段から情報を出力させるする
ため、複数のレジスタ手段に格納された情報を分割して
利用することができ、キャッシュメモリの利用効率を高
めることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a semiconductor memory device included in the unit. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, the cost
Slow but low cost to improve performance
Large capacity dynamic RAM (DRAM) for main memory
High-speed buffer between this main memory and CPU.
Providing a small-capacity high-speed memory as a
Had been The above high-speed buffer is a cache memory
Are called blocks of data that the CPU is likely to need.
Copied from main memory and kept. CPU
The data at the address to be accessed exists in the cache memory.
CPU is present (cache hit),
Load data from cache memory. On the other hand, the CPU
The data at the address to be accessed is stored in the cache memory.
When it does not exist (cache miss), the CPU
Import necessary data from memory (DRAM)
No. [0003] The above-mentioned cache memory system is
Requires expensive high-speed memory to integrate into the system
Small computer system that emphasizes cost
Could not be used. Therefore, DRAM
Available page mode, static column mode, etc.
Simple cache system using the high-speed access function of
System. Below, referring to the waveform diagram of FIG.
The mode and static column mode will be described. In the figure
(A) is a normal DRAM cycle, (b) is a page
Mode cycle, (c) Static column mode cycle
It is Kuru. [0005] As shown in FIG.
Is the falling edge of the signal bar RAS (Row Address Strobe)
The row address (Row
 Address) RA is taken into DRAM, signal bar CAS
 Multiplex at the falling edge of (Columm Address Strobe)
Column address (Columm Address) C from address signal MA
Take A into the DRAM. Then, the row address RA,
Data of the memory cell selected by the column address CA
Data output Dout Get as. The normal cycle is described above
Since the data is read in cycles, the access time
Is the data output D from the falling edge of the signal bar RASout
Time t untilRAC (RAS Access Thailand
) Is required. This access time tRAC Is usually 100
It is about ns. Note that tRPIs the signal bar RAS
Charge time, tCIs the cycle time, usually tC= 2
It is about 00 ns. [0006] As shown in FIG.
In Clu, multiple column addresses CA on the same row address RA
To read data. Therefore, the access time is
Data output D from the falling edge of signal CASout Has
Time t to take effectCAC (CAS access time)
Access time t in the normal cycleRAC About half of
The time is about 50 ns. Note that tCPIs belief
No. bar CAS precharge time, tPCIs the cycle time
It is. [0007] As shown in FIG.
In the program mode, the falling edge of the signal bar CAS in the page mode
Column address CA as if it were static.
It operates like a RAM. Therefore access time
Is the data output D when the multiplex address MA changes.
out Time t untilAA(Address access
Im) and tCAC Similarly when accessing in the normal cycle
Interval tRAC Of about 50 ns, which is usually about 50 ns. FIG. 9 shows the page mode or static mode.
Basic configuration of conventional DRAM device capable of column mode
FIG. 3 is a configuration block diagram illustrating As shown in FIG. 1, a row address buffer
1, column address buffer 2 is multiplexed address signal
Fetch row address RA and column address CA from signal MA
It is. Then, the falling edge of signal RAS is
When input to the response buffer 1, the row address RA
Sent to the coder 3 to drive the next word driver 4
Thus, the memory cell address selected by the row address RA is
One word line (not shown) in the ray 5 is activated. Then, the word line is connected to the activated word line.
Data of all memory cells in the memory cell array 5
Sent to the sense amplifier 6 via a bit line (not shown).
You. The sense amplifier 6 detects and amplifies the obtained data.
You. Therefore, the row address RA specified at this time is
One row of data is latched in the sense amplifier 6.
After that, the data in the same row address RA is accessed
In case of page mode, static column
Available. That is, in the page mode, the signal bar CA
The falling edge of S is input to column address buffer 2.
And the column address CA is sent to the column decoder 7, and the sense address
Enable any one of the data groups stored in the
As a result, the data output Dout To
obtain. Multiple startups in static column mode
Similar operation except for the change in plex address MA
I do. Reference numeral 9 denotes an I / O bus for controlling data input / output.
Switch 10, input buffer, DinIs data entry
You. FIG. 10 shows a page mode (or status).
Cache column mode) simple cache system
FIG. 6 is a block configuration diagram of a conventional memory system having
You. As shown in the figure, this memory system has eight 1
It is possible to use the DRAM elements 11 to 18 of M bit × 1 configuration.
It is a 1 Mbyte memory system created. Therefore add
20 lines (220= 1048576 = 1M)
However, in practice, the address multiplexer 21
Dress RA (10 bits), column address CA (10 bits
Multiplex address signal MA is sent to
10 address lines are provided for each of the DRAM elements 11 to 18
It is connected to the. FIG. 11 shows the memory system shown in FIG.
6 is a waveform diagram showing the cache operation of FIG. Below, FIG.
And operation of the memory system of FIG. 10 with reference to FIG.
Will be explained. The latch 22 has already been accessed immediately before.
The row address RA1 that has been read is latched, and the sensed
All data at the row address RA1 has already been registered in the amplifier 6.
Assume that you have been In such a state, a CPU not shown is required.
20-bit address signal A of required datad Add
It is generated by the res generator 23. This address signal
Ad, The row address RA2 is input to the comparator 24.
The comparator 24 latches the row address RA2 and the latch
22 is compared with the row address RA1 stored in
If RA1 = RA2, hold in sense amplifier 6
Was accessed (cache hit)
That is, the comparator 24 is activated (“H” level).
Bell) Cache hit signal CH (Cache Hit)
To the machine 25. The stage receiving the activated signal CH
The remote machine 25 keeps the signal RAS at the "L" level.
Toggle the CAS signal (while starting up)
(Fall) page mode control and address multi
Plexer 21 is multiplexed with DRAM elements 11-18.
The column address CA is supplied as the address MA and each D
The data stored in the sense amplifiers 6 of the RAM elements 11 to 18
Data selected by the column decoder 7 from the data group.
Start. If a cache hit occurs like this, DRA
Fast access time t from M elements 11-18CAC In, out
Force data Dout Is obtained. On the other hand, in the comparator 24, RA1
≠ If RA2 is determined,
Accessed other than the data group (cache miss)
And the comparator 24 outputs the non-
An active (“L” level) signal CH is generated. This time,
The state machine 25 operates in the order of the signals RAS and CAS.
Normal cycle DRAM elements 11-18
The address multiplexer 21 controls the row address.
Multiplex address in the order of RA2 and column address CA
MA is supplied to DRAM elements 11-18. in this way
In the case of a cache miss, the signal bar RAS is shown in Fig. 11.
Pre-charge so that the DRAM elements 11 to 1
8 to slow access time tRAC And output data Dout But
Will be obtained. Therefore, the state machine 25
A wait signal Wait is generated to put the CPU on standby.
Further, the latch 22 is not activated by the comparator 24.
New cache address signal CH
Holds RA2. [0016] SUMMARY OF THE INVENTION Conventional simple cache
The system is latched by the sense amplifier 6 as described above.
The number of entries is 1.
Therefore, the contents of the sense amplifier 6 must be output all at once.
There was a problem that there was no method and the utilization efficiency was low. The present invention solves the above-mentioned problems.
It was made for the sake of simplicity and has a simple cap that improves usage efficiency.
To obtain a semiconductor memory device having a storage system
And [0018] A semiconductor according to the present invention
Storage devices are arranged in multiple rows and multiple columns, each
Are arranged in multiple rows and multiple memory cells that store information.
Multiple memory cells, each of which is placed in the corresponding row.
Are arranged in multiple columns and multiple word lines connected to
Multiple memory cells, each located in the corresponding column
A plurality of bit line pairs to be connected and the above plurality of bit line pairs
With a plurality of sense amplifiers connected to
Appears in the in-memory and the bit line pair of the above main memory
A cache having a plurality of register means for storing information
A memory, a first address portion and a second address portion
Is received and stored in the register means
The first address part of the address signal corresponding to the information
Address storage specified by the second address part
The address signal newly input is cached.
When the address is hit, this newly input address signal
Address storage specified by the second address part
To the information stored in the register means stored in the column.
Based on the first address part of the corresponding address signal
Select one of the multiple register means and
Register selection means for outputting information from the register means
It is equipped with. [0019] According to the present invention, the register selection of the semiconductor memory device is performed.
The selection means is that the newly input address signal is cached.
When hit, the first of the newly input address signals
Address storage means specified by the address part 2
Corresponding to the information stored in the register means stored in
Based on the first address portion of the address signal, a plurality of records
Register means selected by selecting any of the register means
To output information from multiple register means
The stored information can be divided and used. [0020] DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 is a memo having an ideal cache function.
Block structure showing the basic structure of the DRAM device of the re-system
It is a diagram. In the figure, 1-4, 8-10 and bar C
AS, bar RAS, MA, RA, CA, CH are the same as before
Since it is the same, the explanation is omitted and the following points are different from the conventional one.
State. As shown in FIG.
Locks B1 to B4 are used by dividing them into four parts.
The blocks B1 to B4 between the pump 6 and the I / O switch 9.
Accordingly, the transfer gate 31 (31a to 31d), key
Data register 32 (32a to 3) which is a flash memory.
2d) is inserted. The transfer gate 31 is
2 is a block decoder as shown in the detailed block diagram of FIG.
Since each is controlled by 34, it becomes conductive / non-conductive.
The data of the memory cell array 5 into blocks (B1 to
In B4) unit, the corresponding data record is sent via the sense amplifier 6.
It becomes possible to transfer to the registers 32a to 32d. The block decoders 34a to 34d are respectively
The upper 2 bits of the column address CA and the inverted signal of the signal CH
The activation is controlled by the AND gate G1 used as an input signal.
Is controlled. That is, when the signal CH is at "L" level, the column add
Block decoder selected by the upper 2 bits of less CA
Any of 34a to 34d is activated, and the signal CH is
At the "H" level, which block decoder 34a-34
d is not activated either. Further, the block decoders 34a to 34
When any of d is activated, the corresponding transfer
The contacts 31a to 31d become conductive. On the other hand, the column decoder 7
The address CA is used as an input signal, and the I / O switch 9
Enable one of them. FIG. 3 shows the cache function shown in FIGS.
3 is a block configuration diagram showing a memory system having
You. As shown in the figure, unlike the conventional case, four latches 2
2a to 22d are provided. Also, these latches 22
The selector 36 is provided as a selecting means for selecting a to 22d.
And the selector 36 uses the address signal Ad More row address
Input all bits of RA and upper 2 bits of column address CA
As a signal, based on the upper 2 bits of the column address CA,
Which of the latches 22a-22d to be compared with the palator 24
Select one of them, and the cache that is the output of the comparator 24
When a cache miss occurs when the hit signal CH is inactive
Is the latch 22a-2 having the value of the row address RA selected.
It has a function of holding it in any of 2d. The memory system shown in FIGS. 1 to 3 will be described below.
Will be described. The latches 22a to 22d have
Already accessed immediately before in each block B1 to B4
The row addresses RA1a to RA1d are not latched.
The data registers 32a to 32d are stored in the block at that time.
If all the data for each of B1 to B4 is already latched
I do. In such a state, a CPU (not shown) is required.
Required 20-bit address signal Ad The addressee
It is generated by the neerator 23. This address signal Ad From
The row address RA2 is input to the comparator 24. one
Address signal Ad Upper 2 bits of column address CA
Is input to the selector 36, the selector 36
Latches 22a to 22 corresponding to the selected blocks B1 to B4.
Enable only one of d. Here, for convenience of explanation
It is assumed that the block B2, that is, the latch 22b is selected.
And the comparator 24 receives the input row address RA2 and
Of the row address RA1b stored in the latch 22b.
A comparison is made, and if RA1b = RA2, the cache
And activated (“H” level) cache
The hit signal CH is sent to the state machine 25 and each DRAM.
Send to elements 11-18. At this time, the signal CH becomes "H" level.
Therefore, all block decoders 34 are not activated and all
The transfer gate 31 does not conduct, and all data registers 32
And the sense amplifier 6 are electrically disconnected from each other. On the other hand, the state machine 25 uses the signal bar CA.
The page mode control that toggles S is performed, and the address
The multiplexor 21 is used to multiply the DRAM devices 11 to 18.
The column address CA is supplied as the lex address MA,
Stored in the data register 32b of the DRAM elements 11-18
Data selected by the column decoder 7 from the selected data group
Data is taken out via the I / O switch 9. Like this
When there is a cache hit, DRAM elements 11 to 18
From fast access time tCAC And output data Dout Get
Can be In the comparator 24, RA1 ≠
When RA2 is determined, it is regarded as a cache miss and inactive.
Of the cache hit signal CH having the property (“L” level).
Automatic machine 25, selector 36 and each DRAM element 11
Send to ~ 18. At this time, the signal CH becomes "L" level.
Therefore, only the block decoder 34b is activated and the transformer
The far gate 31b becomes conductive and is connected to the data register 32b.
The sense amplifiers 6 are electrically connected. In addition, other days
Data register 32a, 32c, 32d and sense amplifier 6
Remains electrically isolated. On the other hand, the state machine 25 uses the signal bar R
Cycle to lower AS and then signal bar CAS
The DRAM elements 11 to 18 are controlled by the address
The multiplexer 21 has a row address RA2 and a column address CA.
The multiplex address MA in the order of
Supply to ~ 18. Then, from the memory cell array 5,
Sense amplifier 6, transfer gate 31b and data relay
Register 32b, I / O switch 9 and output buffer 8
The data selected by the column decoder 7 is output via the
Data Dout Read as Cache miss like this
Sometimes during slow access from DRAM elements 11-18
Interval tRAC And output data Dout Is obtained. This
Therefore, the state machine 25 issues a wait signal Wait.
Live and put the CPU on standby. In addition, the selector 36
A new row address RA is stored in the reselected latch 22b.
2 is held (in the other latches 22a, 22c, 22d)
Does not change. ). In this way, cache hit, cache
Memory management of DRAM elements 11 to 18 during a miss
Since each block B1 to B4 can be performed,
Each of the blocks B1 to B4 independently corresponds to the row address.
Data group can be stored in data register 32
Therefore, the number of entries is 4. As a result, two consecutive
A program routine that spans two row addresses
It is also possible to handle cases such as when it is returned and executed.
The hit rate increases. By the way, as is well known, the DRAM is read
At times, the charge accumulated in the memory cell is
(Bit line and inverted bit line)
This is done by detecting and amplifying this charge.
You. At this time, the voltage value taken into the sense amplifier is accurate
It is necessary to keep the value above a predetermined value in order to detect and amplify. Ma
Also, this voltage value is the stray capacitance of the bit line (inverted bit line).
The larger the value, the smaller the value. Therefore, the stray capacitance of the bit line is determined.
It is necessary to keep the bit line length within the specified length, and
Connect 128 memory cells to the input line (inverted bit line).
The limit is the length of continuation. Therefore, one (1 bit
1) A bit line pair is connected to the sense amplifier
Therefore, one sense amplifier has 256 memory cells
Is the limit. For the above-mentioned reason, 1M (mega) bit
In the DRAM, the 1024 rows (1 bit) shown in FIG.
Number of memory cells connected to line pair) × 1024 columns (Bi
Memory cell array having a matrix configuration of the number of input line pairs)
It is ideal to realize with one, but it is difficult to realize. Therefore, the maximum practically 256 memory cells
The same memory cell array is
4 adjacent bit line pairs in the ray or different notes
One data with four bit line pairs in the re-cell array
It is possible to share the register, but the shared data
For data register layout and wiring with multiple bit line pairs
The circuit becomes more complicated, and the manufacturing process becomes more complicated.
U. In addition, signals between multiple bit line pairs and data registers
Control is also complicated, and it is difficult to realize these methods.
You. Therefore, the memory cell array is actually used as a single row.
It is divided into 4 parts and has a matrix structure of 256 rows x 1024 columns.
Providing four memory cell arrays, each memory cell array
Sense amplifier 6, transfer gate 31, data register
Data 32, I / O switch 9, block decoder 34, column
Must be realized by providing a decoder 7.
No. Therefore, the row address RA directly corresponds to the DRAM.
When there is a cache hit that is not input to elements 11-18
Is a data register provided in which memory cell array
To identify which to access
It becomes necessary to input the upper 2 bits of RA. The result
As a result, other than the normal multiplex address MA input terminal
In addition, do not separately provide two address input terminals (2 bits).
It is necessary to increase the DRAM package size.
The problem of getting up arises. FIG. 4 is a schematic diagram of this embodiment which overcomes the above-mentioned problems.
A memory system having a cache function according to an embodiment of the present invention
FIG. 3 is a configuration explanatory view of a DRAM element in the system. In the figure
Divide the memory cell array into 5 and 5'as shown
A register selecting circuit 37 is newly provided. These
The memory cell arrays 5 and 5'are respectively row decoders 3, 3 ', and word decoders.
Drive driver 4, 4 ', sense amplifier 6, 6', transistor
Sphagate 32, 32 ', I / O switch 9, 9',
The block decoders 34 and 34 'and the column decoders 7 and 7'are
It is provided similarly to the memory cell array 5 shown in FIG.
You. The row decoder 3 (3 ') has a row address upper 9 bits R
A1~ RA9It becomes an input, and to AND gate G1, G1 '
Is data instead of the inverted signal of the cache hit signal CH
The transfer signal DT is input. In addition, in the figure
For convenience of explanation, the number of blocks is 16 and the number of memory cell arrays is 2.
These numbers may be increased or decreased as needed.
Can be made. The data register selection circuit 37 is a column address.
Upper 4 bits of CA6~ CA9, The lower 1 bit of the row address
RA0And a data transfer signal DT, which will be described later,
Table address signal TA as input signal0, Bar TA
0Occurs. This signal TA0, Bar TA0Are each I
/ O switch 9, 9 ', input / output buffer 8, output buffer
Of the transistors Q and Q'provided between the
Applied to the FIG. 5 shows the details of the data register selection circuit 37.
It is a circuit block diagram which shows a detail. As shown in the figure,
The transfer signal DT is a signal bar RAS and a signal bar CA.
Of the AND gate G2 using S and signal CH as inverting inputs
Output signal. Also, the least significant bit RA of the column address
0Is the matilplex address MA0Twisted row address
It is input via the file 1. The data register selection circuit 37 is a transformer.
Circuit 37a, table decoder 37b, tabler
Switches L1 to L16, and the transfer circuit 37
a is the signal RA0And signal DT are input, and signal DT is “H”
At the time of the level, the data register selection circuit 37 is activated.
Signal RA0Is the signal TA0Signal RA0Inversion signal of
Is the signal bar TA0Is output as For example, when the signal DT is at "H" level,
RA0Transfer circuit when is at "H" level ("1")
Transistors Q1, Q3, Q4, Q5, Q in 37a
6 and Q8 are conductive, and transistors Q2 and Q7 are non-conductive.
Signal TA0Is "L" level, signal bar TA
0Is output as "H" level. The table decoder 37b has a higher column address.
4-bit CA6~ CA9As an input signal and these signals
CA6~ CA9Output line N1~ N16Out of
Bring one to "H" level. Also, each table rack
The switches L1 to L16 are connected to the signal bar T via the transistor T1.
A0To the signal TA via the transistor T20Connected to
It is. Also, the gates of these transistors T1 and T2
Output line N1~ N16Is connected. In the memory system shown in FIGS. 4 and 5.
Centering on the data register selection circuit 37,
It will be explained separately for a cache miss and a cache hit. At cache miss (signal CH = “L”)
Is a signal bar RAS, a signal bar from the state machine 25.
The output of the AND gate G2 is output when CAS is sequentially lowered.
The signal DT rises. As a result, the transfer circuit 37a
Is activated and the signal RA0Is the signal TA0Signal RA as0
The inverted signal of the signal bar TA0Is output as On the other hand, the table decoder 37b has an input column array.
Dress CA6~ CA9Selected by decoding
Block BiOutput line N corresponding to (i = 1 to 16)
iSelectively launch. As a result, the output line NiAt the gate
Table latch Li connected to Tran connected to
The transistors T1 and T2 become conductive, and the signal TA0(Bar TA0)
Is a table latch Li Is held. This gives
Block B on the second cache hitiIn
Valid data registers 5, 5 '(that is, the data to be rewritten
Data register). Then, the signal TA0, Bar TA0By
One of the transistors Q and Q'is conductive and the other is non-conductive.
Information in one of the memory cell arrays 5 (5 ')
Sense amplifier 6 (6 '), transfer gate 31 (3
1 '), data register 32 (32'), I / O switch
9 (9 ') and transistor Q (Q')
Data output D given to buffer 8out Get. At the time of a cache hit, the signal CH is
Since it is at "H" level, the signal DT does not rise
In order to maintain the "L" level, the transfer circuit 37a
Does not activate. On the other hand, the table decoder 37b is a cache.
Input column address CA6~ CA9Deco
To block Bj (where j = 1 to 16)
The corresponding output line Nj is selectively raised. As a result, the output line
Connected to a table latch Lj whose gate is connected to Nj
The connected transistors T1 and T2 become conductive, and are connected to the latch Lj.
The valid data register in the stored block Bj (
Information indicating the read data register)
A0, Bar TA0Is output as Then, the signal TA0, Bar TA0By
One of the transistors Q and Q'is conductive and the other is non-conductive.
Information in one of the data registers 32 (32 ')
I / O switch 9 (9 ') and transistor Q (Q')
Is given to the output buffer 8 via the data output D at high speed.
out Get. Thus, the line that is the first address portion is
Part of address RA0According to the information, that is, each block
Valid data registers 32 and 3 in blocks B1 to B16
2'information is latched data L in advance in case of cache miss etc.
1 to L16, and the column address that is the second address part
Part of CA6~ CA9To the table decoder 37b
Part of row address RA by decoding0According to
Multiplexed address for retrieving information
High-speed access where only column address CA is supplied from MA
When a cache hit is performed, the row address
Part RA0It is not necessary to separately input to the external terminal. That is, as shown in FIG. 6 (a), each memory cell is
Blocks B1 to B4 of the array 5 and 5 '(for convenience of explanation)
For the upper 4 blocks), the information of the selected row address is
Data is stored in the data registers 32 and 32 ', but
Only one data register is valid (
Mark) and the others are invalid (marked in the figure)
As shown in (b), one data register 32 is
This is equivalent to sharing the memory cell arrays 5 and 5 '. Incidentally, in the embodiment shown in FIGS.
The memory cell array is divided into two, but the data register selection times
Storage bits of each table latch L1 to L16 in the path 37
By setting the numbers to be 2, 3, 4, ...
The number of divisions can be increased to 4, 8, 16 ..., 1M x 1
Sufficiently applicable to DRAM with bit configuration (division number 4) or more
Can be In addition, in the embodiment shown in FIG.
Signal bar RAS, signal bar C
Cache control was performed according to AS and signal CH,
As shown in FIG. 7, the write signal WE is newly used as an input signal.
The added output of the AND gate G2 is set to the signal DT.
Therefore, at the time of writing (WE = “L”), the signal CH
All block decoder 34 regardless of "H" and "L"
Is not activated, that is, all transfer gates 31 are not activated.
It is also possible to realize switching so as to establish continuity. Of course
Of course other combinations are feasible as well. Further, in these embodiments, the memory cell array is
B 5 is composed of 4,16 blocks B1 to B4 and B1 to B16
(The number of entries is 4, 16), but the number of block divisions
Of course, it is possible to increase or decrease appropriately. [0056] As described above, according to the present invention,
The register selection means of the semiconductor memory device is newly input.
When an address signal has a cache hit, this new
By the second address part of the input address signal
Register means stored in designated address storage means
The first addition of the address signal corresponding to the information stored in
Select one of several register means based on
Output information from the selected register means
Therefore, divide the information stored in multiple register means
Can be used, and the cache memory usage efficiency is high.
Can be

【図面の簡単な説明】 【図1】 理想的なキャッシュ機能を有するメモリシス
テムにおけるDRAM素子の構成説明図である。 【図2】 図1のDRAM素子の詳細な構成説明図であ
る。 【図3】 図2で示したキャッシュ機能を有するメモリ
システムのブロック構成図である。 【図4】 この発明の一実施例であるキャッシュ機能を
有するメモリシステムにおけるDRAM素子の構成説明
図である。 【図5】 図4のデータレジスタ選択回路の詳細を示す
回路構成図である。 【図6】 データレジスタの有効,無効の状態を示す詳
細説明図である。 【図7】 データトランスファ信号DTの他の発生方法
を示す回路図である。 【図8】 DRAMにおける高速アクセス機能を示した
波形図である。 【図9】 従来のキャッシュ機能を有するメモリシステ
ムにおけるDRAM素子の構成説明図である。 【図10】 従来のキャッシュ機能を有するメモリシス
テムのブロック構成図である。 【図11】 従来のキャッシュ動作を示す波形図であ
る。 【符号の説明】 5,5′ メモリセルアレイ、6,6′ センスアン
プ、22a〜22d ラッチ、24 コンパレータ、3
1,31′ トランスファゲート、32,32′データ
レジスタ、34,34′ ブロックデコーダ、36 セ
レクタ、37データレジスタ選択回路、37a トラン
スファ回路、37b テーブルデコータ、L1〜L16
テーブルラッチ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a DRAM device in a memory system having an ideal cache function. FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of a DRAM device of FIG. 1; FIG. 3 is a block configuration diagram of a memory system having a cache function shown in FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of a DRAM device in a memory system having a cache function that is an embodiment of the present invention. 5 is a circuit configuration diagram showing details of a data register selection circuit in FIG. FIG. 6 is a detailed explanatory diagram showing a valid / invalid state of a data register. FIG. 7 is a circuit diagram showing another method of generating the data transfer signal DT. FIG. 8 is a waveform diagram showing a high speed access function in a DRAM. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a DRAM device in a conventional memory system having a cache function. FIG. 10 is a block configuration diagram of a conventional memory system having a cache function. FIG. 11 is a waveform diagram showing a conventional cache operation. [Explanation of reference numerals] 5,5 'memory cell array, 6,6' sense amplifier, 22a to 22d latch, 24 comparator, 3
1, 31 'transfer gate, 32, 32' data register, 34, 34 'block decoder, 36 selector, 37 data register selection circuit, 37a transfer circuit, 37b table decoder, L1 to L16
Table latch.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝倉 幹雄 伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機株式 会社 エル・エス・アイ研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−61082(JP,A) 特開 昭56−77968(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Mikio Asakura               4-1-1 Mizuhara, Itami City Mitsubishi Electric Stock               LSI Research Institute                (56) References JP-A-56-61082 (JP, A)                 JP-A-56-77968 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.複数行および複数列に配置され、それぞれが情報を
記憶する複数のメモリセルと、複数行に配置され、それ
ぞれが対応した行に配置される複数のメモリセルに接続
される複数のワード線と、複数列に配置され、それぞれ
が対応した列に配置される複数のメモリセルに接続され
る複数のビット線対と、上記複数のビット線対に対応し
て接続される複数のセンスアンプとを有するメインメモ
リと、 上記メインメモリのビット線対に現れる情報を格納する
複数のレジスタ手段を有するキャッシュメモリと、 第1のアドレス部分と第2のアドレス部分とを有するア
ドレス信号を受け、レジスタ手段に格納された情報に対
応したアドレス信号の第1のアドレス部分を第2のアド
レス部分によって指定されたアドレス記憶手段に記憶
し、新たに入力されたアドレス信号がキャッシュヒット
した時、この新たに入力されたアドレス信号の第2のア
ドレス部分によって指定されたアドレス記憶手段に記憶
された上記レジスタ手段に格納された情報に対応したア
ドレス信号の第1のアドレス部分に基づいて上記複数の
レジスタ手段のいずれかを選択して選択したレジスタ手
段から情報を出力させるレジスタ選択手段とを、備える
半導体記憶装置。
(57) [Claims] A plurality of memory cells arranged in a plurality of rows and a plurality of columns, each storing information, a plurality of word lines arranged in a plurality of rows, each connected to a plurality of memory cells arranged in a corresponding row, It has a plurality of bit line pairs arranged in a plurality of columns and connected to a plurality of memory cells arranged in corresponding columns, respectively, and a plurality of sense amplifiers connected corresponding to the plurality of bit line pairs. A main memory, a cache memory having a plurality of register means for storing information appearing on the bit line pair of the main memory, an address signal having a first address portion and a second address portion, and storing in the register means The first address portion of the address signal corresponding to the stored information is stored in the address storage means designated by the second address portion and newly input. When the address signal hits the cache, the first of the address signals corresponding to the information stored in the register means stored in the address storage means designated by the second address portion of the newly input address signal. A semiconductor memory device comprising: a register selecting unit that selects one of the plurality of register units based on an address portion and outputs information from the selected register unit.
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