JP3560166B2 - Semiconductor storage device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するメモリマトリックスを構成する各メモリセル毎に設けた照合回路によるディスチャージが、プリチャージされていたマッチ線になされたか否かを検出することで、ビット線に入力されるビットパターンの検索ワードデータと、メモリマトリックスのワード行に記憶されるビットパターンの記憶ワードデータとの照合結果を得るようにした半導体記憶装置に係り、特に、検索動作時の消費電力を低減し、又、電源線に流れるピーク最大電流をより小さくすることで、大電流による電源線への負担を軽減したり、電源ノイズの強度を減少することができる半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、その集積度の向上や組み込む論理回路の設計等、様々な設計技術の進歩等によって、様々な分野でデジタル回路技術が用いられるようになっている。このようなデジタル回路技術では、CPU(central processing unit )等の演算やデータ処理等を行うものだけでなく、RAM(random access memory)等の半導体記憶装置やハードディスク装置等の外部記憶装置についても、例えば集積度等の面で飛躍的な進歩が見られ、又様々な分野で用いられるようになっている。
【0003】
例えば、データベースにおけるデータ処理、又様々な信号処理や画像処理では、その処理中に多量のデータを取り扱うことが多く、又、処理中のデータに対するアクセス回数も多くなる傾向がある。例えば、データベースにおけるデータ処理では、半導体記憶装置に記憶されているデータに対して、頻繁にデータ検索が行われるものである。従って、このような処理を行うデジタル処理装置では、用いる記憶装置自体の構成や性能、該記憶装置の利用方法は、当該デジタル処理装置全体の性能に大きな影響を与えるものとなっている。
【0004】
このため、半導体記憶装置自体に、データベースにおけるデータ処理において頻繁に行われる、データ検索機能を備えるようにしたものが、近年多く用いられるようになっている。この半導体記憶装置は、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するメモリマトリックスを構成する各メモリセル毎に設けた照合回路によるディスチャージが、プリチャージされたマッチ線になされたか否かを検出することで、ビット線に入力されるビットパターンの検索ワードデータと、メモリマトリックスのワード行に記憶されるビットパターンの記憶ワードデータとの照合結果を得るようにしたものである。以降、このような半導体記憶装置を、検索機能付半導体記憶装置と称する。
【0005】
図12は、従来から用いられている前記検索機能付半導体記憶装置のメモリマトリックスの回路図である。
【0006】
この図12に示される検索機能付半導体記憶装置のメモリマトリックスは、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するものである。従って、1ビットのビットデータを記憶するメモリセルM11〜MMNは、合計(M×N)個用いられている。又、これらメモリセルM11〜MMNそれぞれは、ビット線対Bn 及び(Bn バー)と、ワード線Wm と、検索イネーブル線ENm と、マッチ線MCHm を入力あるいは出力する。
【0007】
又、このようなメモリセルM11〜MMNは、図示される如く、マトリックス状に配列され、合計N個の同一ワード行のものは、前記ワード線Wm 及び前記検索イネーブル線ENm 及び前記マッチ線MCHm が共通となっている。又、合計M個の同一ビット列のものについては、前記ビット線対Bn 及び(Bn バー)が共通となっている。
【0008】
図13は、前記従来の検索機能付半導体記憶装置に用いられるメモリセルの回路図である。
【0009】
この図13に示されるメモリセルは、前記図12に示した検索機能付半導体記憶装置に用いられる前記メモリセルM11〜MMNの1つ(以降、メモリセルMと称する)である。該メモリセルMは、合計2個のインバータゲートI1及びI2と、合計6個のNチャネルMOSトランジスタT1〜T6によって構成されている。
【0010】
まず、前記インバータゲートI1及びI2は、互いに、一方の出力が他方の出力へと接続され、ビットデータが保持されるようになっている。又、前記NチャネルMOSトランジスタT1及びT2のそれぞれのゲートは、前記ワード線Wm に接続されている。前記NチャネルMOSトランジスタT4及びT6のそれぞれのゲートは、前記検索イネーブル線ENm に接続されている。前記NチャネルMOSトランジスタT3のゲートは、前記インバータゲートI1の入力側に接続されている。前記NチャネルMOSトランジスタT5のゲートは、前記インバータゲートI1の出力に接続されている。
【0011】
このような前記メモリセルMにおいて、まず、ビットデータ書込みに際しては、前記ワード線Wm をH状態とする。これによって、前記NチャネルMOSトランジスタT1及びT2はいずれもオンとなる。これと共に、前記ビット線対Bn 及び(Bn バー)から書き込むビットデータを入力することで、これを前記インバータゲートI1及びI2にて保持することができる。
【0012】
又、前記メモリセルMにおいて、これに保持されているビットデータの読出しに際しては、前記ワード線Wm をH状態とする。これによって、前記NチャネルMOSトランジスタT1及びT2がいずれもオン状態となり、保持されているビットデータは前記ビット線対Bn 及び(Bn バー)から読み出すことができる。
【0013】
なお、この図13に示されるようなメモリセルの前記インバータゲートI1及びI2に関して、前記ビット線Bn側、即ち前記インバータゲートI1の入力がH状態に保持され、又、前記ビット線(Bnバー)側、即ち前記インバータゲートI1の出力がL状態に保持されている場合、このような状態を、以降、「メモリセルMにH状態(“1”)が保持されている」と称する。一方、これらインバータゲートI1及びI2について、前記ビット線Bn側がL状態に保持され、且つ前記ビット線(Bnバー)側がH状態に保持されている場合、このような状態を、以降、「メモリセルMにL状態(“0”)が保持されている」と称する。
【0014】
又、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)に関しては、前記ビット線BnがH状態で、且つ、前記ビット線(Bnバー)がL状態となる状態を、以降、「前記ビット線対Bn及び(Bnバー)がH状態」と称する。一方、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)に関して、前記ビット線BnがL状態で且つ前記ビット線(Bnバー)がH状態の場合、このような状態を、以降、「前記ビット線対Bn及び(Bnバー)がL状態」と称する。
【0015】
この図13において、このようなメモリセルMにおけるビットデータの検索、即ち、メモリセルMによって保持されているビットデータと、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)から入力されるビットデータとの照合は、次のように行われる。
【0016】
即ち、該照合にあたって、まず、前記ワード線Wm 及び前記検索イネーブル線ENm はL状態のままとしておき、前記マッチ線MCHm をH状態にプリチャージする。このプリチャージは、前記マッチ線MCHm を電源線へと接続した後、フローティング状態とするというものである。このようなプリチャージによって、該マッチ線MCHm の論理状態は、該マッチ線MCHm に蓄積された電荷によって、H状態に保持される。
【0017】
このようなプリチャージに対して、一方、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)に対しては、照合されるビットデータが入力される。このようなビットデータ入力に際して、前記ワード線WmはL状態のままであり、前記検索イネーブル線ENmもL状態のままであるため、入力されたビットデータは、メモリセルMに保持されるビットデータや、プリチャージされている前記マッチ線MCHmに対して影響を与えない。
【0018】
前記プリチャージが完了し、且つ、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)へとビットデータを入力した後に、前記検索イネーブル線ENmをH状態とする。該検索イネーブル線ENmをH状態とすることで、前記NチャネルMOSトランジスタT4及びT6がいずれもオン状態となる。又、前記NチャネルMOSトランジスタT3あるいはT5のいずれか一方は、メモリセルMに保持されているビットデータに従ってオン状態となる。即ち、メモリセルMにH状態(“1”)のビットデータが保持されている場合、前記NチャネルMOSトランジスタT3がオン状態となる。一方、メモリセルMにL状態(“0”)のビットデータが保持されている場合、前記NチャネルMOSトランジスタT5がオン状態となる。
【0019】
従って、このように前記検索イネーブル線ENmがH状態となると、メモリセルMに保持されるビットデータと、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)にて入力されるビットデータとが一致する場合、前記マッチ線MCHmはH状態のままとなる。
【0020】
例えば、メモリセルMにH状態(“1”)が保持されており、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)からH状態が入力された場合、前記NチャネルMOSトランジスタT3及びT4がいずれもオンとなり、前記マッチ線MCHmはH状態の前記ビット線Bnへと接続されるので、該マッチ線MCHmはH状態のままとなる。一方、メモリセルMにL状態(“0”)が保持されており、且つ、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)からL状態が入力された場合には、前記NチャネルMOSトランジスタT5及びT6がいずれもオン状態となり、前記マッチ線MCHmはH状態となっている前記ビット線(Bnバー)へと接続され、該マッチ線MCHmはH状態のままとなる。
【0021】
一方、メモリセルMに保持されているビットデータと、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)から入力されるビットデータとが不一致の場合、前記マッチ線MCHmはディスチャージされ、L状態となる。
【0022】
例えば、メモリセルMにL状態が保持されており、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)からH状態が入力された場合には、前記NチャネルMOSトランジスタT5及びT6がいずれもオン状態となり、前記マッチ線MCHmはL状態の前記ビット線(Bnバー)へと接続され、該マッチ線MCHmはL状態にディスチャージされる。又、メモリセルMにH状態が保持されており、前記ビット線対Bn及び(Bnバー)にL状態が入力された場合には、前記NチャネルMOSトランジスタT3及びT4がいずれもオン状態となり、前記マッチ線MCHmはL状態の前記ビット線Bnに接続され、該マッチ線MCHmはL状態にディスチャージされる。
【0023】
以上説明したような検索機能付半導体記憶装置によれば、ビット線に入力されるビットパターンの検索ワードデータと、メモリマトリックスのワード行に記憶されるビットパターンの記憶ワードデータとの照合を、多数のワードについて並行照合することができる。
【0024】
例えば、前記図12に示した検索機能付半導体記憶装置では、ビット線対(B1−(B1バー))〜(Bn−(Bnバー))へと検索ワードデータを入力し、全ての前記検索イネーブル線EN1〜ENMを同時にH状態とすることで、合計M個の全てのワードそれぞれに記憶されているワードデータを、入力される前記検索ワードデータと一斉に照合することができる。又、この照合結果は、前記マッチ線MCH1〜MCHmから得ることができる。
【0025】
【発明が達成しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の検索機能付半導体記憶装置においては、入力される検索ワードデータとの照合が不一致となったワード行の、マッチ線のディスチャージが一斉に行われるため、このようなディスチャージに要する電流が、一時期に集中して電源線に流れてしまっていた。このため、電源線には、ほぼ瞬間的に、大きな電流が流れることとなってしまっていた。
【0026】
このように電源線に流れる電流が一時期に集中してしまうと、大電流によって電源線に負担がかかってしまう。例えば、電源線がその大電流によるジュール熱によって発熱し、断線等の損傷を受けてしまう恐れがある。又、このような損傷を防ぐために、従来は電源線の断面積を大きくするようにしていたが、このように電源線を太くしてしまうと、その半導体記憶装置の集積度を低下させてしまうという問題がある。更に、このように電流が電源線に一時期に集中して流れると、電源ノイズの強度が増大してしまうという問題もある。
【0027】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、検索機能付半導体記憶装置における検索動作時の消費電力を低減し、又、電源線に流れるピーク最大電流をより小さくすることで、大電流による電源線への負担を軽減したり、電源ノイズの強度を減少することができる半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を達成するための手段】
本発明は、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するメモリマトリックスを構成する各メモリセル毎に設けた照合回路によるディスチャージが、プリチャージされていたマッチ線になされたか否かを検出することで、ビット線に入力されるビットパターンの検索ワードデータと、メモリマトリックスのワード行に記憶されるビットパターンの記憶ワードデータとの照合結果を得るようにした半導体記憶装置において、各ビット列毎にビット線が設けられた、それぞれ照合回路を有するメモリセルで成る合計Pブロックの複数の分割メモリマトリックスブロックを、ビット列方向に並べることで、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するようにしたメモリマトリックスと、検索イネーブル信号を入力する、前記分割メモリマトリックスブロック毎に独立し、又前記メモリマトリックスのワード行毎に独立した、少なくとも合計(M×(P−1)+1)本の複数の検索イネーブル線と、検索実行前にプリチャージしておき、検索中の照合結果が不一致となるワードについては、不一致となっているメモリセルの前記照合回路にてディスチャージされる、前記分割メモリマトリックスブロック毎に独立し、又前記メモリマトリックスのワード行毎に独立した、プリチャージ状態に対応する照合一致補助信号を伝達する、少なくとも合計(M×P)本の複数のマッチ線と、第p 番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第m ワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号と、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号との、これら2つの信号の論理積にて得られた信号を遅延させた照合一致信号を、第(p +1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検出イネーブル線にて入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第m ワード目へと、該検索イネーブル信号として入力する検索イネーブルタイミング回路とを備えたことにより、前記課題を達成したものである。
【0029】
又、前記半導体記憶装置において、前記検索イネーブルタイミング回路が、カスケード接続され、その接続点及び最終段出力から、順次、第2番目〜第P番目に生成される前記検索イネーブル信号のそれぞれの生成時のタイミング制御に用いられる第2イネーブルタイミング信号〜第Pイネーブルタイミング信号が引き出される、合計(P−1)個のブロック毎遅延回路と、第p番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号と、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号と、カスケード接続された前記ブロック毎遅延回路の第p番目の接続点乃至は最終段出力から引き出される第p+1イネーブルタイミング信号との、これら3つの信号の論理積から、第(p+1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検索イネーブル線にて入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目へと該検索イネーブル信号として入力する、照合一致信号を生成する検索イネーブル信号生成回路とを備えたことにより、前記課題を達成したものである。
【0030】
又、前記半導体記憶装置において、第1番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードについては、前記検索イネーブル信号生成回路が、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号と、カスケード接続された前記ブロック毎遅延回路の第1番目の接続点から引き出される第2イネーブルタイミング信号との、これら2つの信号の論理積から前記照合一致信号を生成するものであることにより、前記課題を達成すると共に、用いる素子数を低減したものである。
【0031】
又、前記半導体記憶装置において、前記検索イネーブルタイミング回路が、第p 番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第m ワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号を入力し、該検索イネーブル信号を遅延させたイネーブル遅延信号を出力するワード毎遅延回路と、該ワード毎遅延回路が出力する前記イネーブル遅延信号と、該イネーブル遅延信号に対応するワードへと対応する前記照合一致補助信号との、これら2つの信号の論理積から、第(p +1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検索イネーブル線にて入力される前記第m ワード目へと該検索イネーブル信号として入力する、照合一致信号を生成する検索イネーブル信号生成回路とを備えたことにより、前記課題を達成したものである。
【0032】
【作用】
本発明の検索機能付半導体記憶装置に用いられているメモリマトリックスは、各ビット列毎にビット線が設けられた、それぞれ照合回路を有するメモリセルでなる合計Pブロックの複数の分割メモリマトリックスブロックを、ビット列方向に並べることで、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するようにしたものである。従って、本発明の該メモリマトリックスは、例えばビット列方向にPブロックに分割されたものであるとも言うこともできる。
【0033】
例えば、ビット長が64ビットでワード数が128ワードのメモリマトリックスの場合、例えば後述する実施例の如く、合計4ブロック設けた、ビット長が16ビットでワード数が128ワードの前記分割メモリマトリックスブロックを、ビット列方向に並べて用いるようにしてもよい。あるいは、更に分割して、合計8ブロック設けた、ビット長が8ビットでワード数が128ワードの前記分割メモリマトリックスブロックをビット列方向に並べて、前記メモリマトリックスに用いるようにしてもよい。
【0034】
本発明においては、前記メモリマトリックスを前述のように合計Pブロックに分割すると共に、それぞれで行われる前記検索ワードデータと前記記憶ワードデータとの照合を、このような分割メモリマトリックスブロック間で相互にずらすようにしている。
【0035】
これは、分割された前記分割メモリマトリックスブロック毎に備えた独立した検索イネーブル線へと、相互にタイミングがずらされた検索イネーブル信号を入力することによって行われる。このように相互にタイミングがずらされた前記検索イネーブル信号は、例えば後述する実施例の如く遅延回路等を用いながら、検索イネーブルタイミング回路にて生成することができる。
【0036】
このように本発明においては、用いるメモリマトリックスを複数の前記分割メモリマトリックスブロックに分割し、これら分割メモリマトリックスブロック毎に順次検索することで、検索中の照合の不一致によるディスチャージによる電流が分散され、検索動作時の電源線に流れるピーク最大電流が低減される。例えば、前記メモリマトリックスを合計2個の前記分割メモリマトリックスブロックへと分割した場合には、そのピーク最大電流をほぼ半減することも可能である。このようにピーク最大電流が低減されることで、例えば電源線から輻射される電源ノイズについても低減される。又、例えばピーク最大電流が半減する場合、用いる電源線の太さを例えば半分にすることも可能であり、半導体記憶装置の集積度の向上を図ることも可能である。
【0037】
更に、本発明においては、前述のように前記メモリマトリックスが分割された前記分割メモリマトリックスブロック毎に順次検索する際、前段の前記分割メモリマトリックスブロックでの照合で不一致となったワード行については、これ以降に検索される前記分割メモリマトリックスブロックの対応するワード行での照合を行わないようにしている。
【0038】
これは、既に前段の前記分割メモリマトリックスブロックでの照合で不一致となったワード行につていは、それ以降に照合される前記分割メモリマトリックスブロックで照合が一致したとしても、結局、そのワード行の照合は不一致とされるためである。
【0039】
又、このように前段に検索される前記分割メモリマトリックスブロックでの照合で不一致となったワード行については、これ以降の前記分割メモリマトリックスブロックでの照合を行わないことで、不必要な照合による不一致でのディスチャージによる電源電流が流れてしまうことを防止することができる。これによって、本発明においては、前記分割メモリマトリックスブロック毎に順次検索することで検索動作時の電源電流に流れるピーク電流を分散できるだけでなく、後段の前記分割メモリマトリックスブロックでの照合時には既に照合不一致となったワード行に関する照合は行われないため、より消費電流を低減することが可能である。
【0040】
このように、前段の前記分割メモリマトリックスブロックでの照合結果に基づいて、次段での前記分割メモリマトリックスブロックでの各ワード行での照合を行うか否かは、前段でのワード行毎の照合結果、即ち、前段の各ワード行毎の前記照合一致補助信号を、前記検索イネーブルタイミング回路へと入力すると共に、入力された前段の前記照合一致補助信号に従って次段の前記検索イネーブル信号を生成することによって行っている。
【0041】
なお、該検索イネーブルタイミング回路においては、前記分割メモリマトリックスブロック毎に順次検索する必要上、何等かの信号遅延回路を備えるものである。しかしながら、本発明はこのような信号遅延回路等、該検索イネーブルタイミング回路について具体的に限定するものではない。
【0042】
例えば、該イネーブルタイミング回路に用いられる遅延回路は、後述する第1実施例の如く、前記分割メモリマトリックスブロック毎に設けられたブロック毎遅延回路であってもよい。あるいは、後述する第2実施例の如く、前記分割メモリマトリックスブロック毎、又それぞれの該分割メモリマトリックスブロックの各ワード上毎に設けられた、ワード毎遅延回路であってもよい。
【0043】
【実施例】
以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【0044】
図1は、本発明が適用された検索機能付半導体記憶装置の実施例の主要部の回路図である。
【0045】
この図1に示される前記半導体記憶装置は、ビット長が64ビットで、ワード数が128ワードとなっており、これに対応する合計(64×128=8192)個のメモリセルを備えたメモリマトリックスを備える。又、該メモリマトリックスは、合計4ブロックの前記分割メモリマトリックスブロックにて構成される。即ち、第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマリトックスブロックにて構成される。
【0046】
これら合計4ブロックの前記分割メモリマトリックスブロックは、それぞれ、ビット長が16ビットであり、又、ワード数が128ワードとなっている。又、前記メモリマトリックスは、合計512個のワードメモリMW1a 〜MW128a 、MW1b 〜MW128b 、MW1c 〜MW128c 及びMW1d 〜MW128d によって構成されている。即ち、前記第1分割メモリマトリックスブロックは、前記ワードメモリMW1a 〜MW128a によって構成されている。前記第2分割メモリマリトックスブロックは、前記ワードメモリMW1b 〜MW128b によって構成されている。前記第3分割メモリマトリックスブロックは、前記ワードメモリMW1c 〜MW128c によって構成されている。前記第4分割メモリマリトックスブロックは、前記ワードメモリMW1d 〜MW128d によって構成されている。
【0047】
これらワードメモリMW1a 〜MW128a 、MW1b 〜MW128b 、MW1c 〜MW128c 及びMW1d 〜MW128d は、それぞれ、前記図13に示した、前述のような照合回路を備えたメモリセルMを、それぞれ合計16個用いて構成されている。従って、これら第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックは、それぞれ、前記図12に示されるメモリマトリックスのような構成であり、該図12のビット長Nを16ビットとし、ワード数Mを128ワードとしたものである。
【0048】
又、このような前記第1分割メモリマトリックスブロック〜前記第4分割メモリマリトックスブロックにあって、それぞれのワード線W1〜W128は、互いに接続され、共通となっている。前記第1分割メモリマトリックスブロックの全ての前記検索イネーブル線EN1〜EN128は、互いに接続され、検索イネーブル信号ENa が入力されている。なお、該検索イネーブル信号ENa は、イネーブルタイミング信号SEa と同一となっている。
【0049】
又、該第1分割メモリマトリックスブロックの各ワードメモリMW1a 〜MW128a それぞれの前記マッチ線MCH1〜MCH128が出力する前記照合一致補助信号MCH1a 〜MCH128a は、AND論理ゲートG1a 〜G128a のそれぞれの一方の入力へと入力されている。又、これらAND論理ゲートそれぞれの他方の入力には、イネーブルタイミング信号SEb が入力されている。
【0050】
これらAND論理ゲートG1a〜G128aの出力は、それぞれ、前記第2分割メモリマトリックスブロックの各ワードメモリMW1b〜MW128bの、それぞれの検索イネーブル線EN1〜EN128へと、検索イネーブル信号EN1b〜EN128bとして入力されている。又、これら検索イネーブル信号EN1b〜EN128bそれぞれは、AND論理ゲートG1b〜G128bのそれぞれの1つの入力にもそれぞれ入力されている。
【0051】
前記第2分割メモリマトリックスブロックにおいて、それぞれの前記ワードメモリMW1b 〜MW128b のそれぞれのマッチ線MCH1〜MCH128から出力される前記照合一致補助信号MCH1b 〜MCH128b は、それぞれ、前記AND論理ゲートG1b 〜G128b のそれぞれの1つの入力へと入力されている。又、これらAND論理ゲートG1b 〜G128b のそれぞれの1つの入力には、イネーブルタイミング信号SEc が入力されている。
【0052】
又、これらAND論理ゲートG1b 〜G128b が出力する検索イネーブル信号EN1c 〜EN128c は、前記第3分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMW1c 〜MW128c それぞれの前記検索イネーブル線EN1〜EN128へと入力されている。又、これら検索イネーブル信号EN1c 〜EN128c は、それぞれ、AND論理ゲートG1c 〜G128c の1つの入力へも入力されている。
【0053】
前記第3分割メモリマトリックスブロックにおいて、そのそれぞれの前記ワードメモリMW1c 〜MW128c の前記マッチ線MCH1〜MCH128から出力される照合一致補助信号MCH1c 〜MCH128c は、前記AND論理ゲートG1c 〜G128c のそれぞれの1つの入力へと入力されている。これらAND論理ゲートG1c 〜G128c の1つの入力には、イネーブルタイミング信号SEd も入力されている。
【0054】
又、これらAND論理ゲートG1c〜G128cそれぞれが出力する検索イネーブル信号EN1d〜EN128dは、前記第4分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMW1d〜MW128dそれぞれの前記検索イネーブル線EN1〜EN128へと、入力されている。又、これら検索イネーブル信号EN1 d〜EN128dは、それぞれ、AND論理ゲートG1d〜G128dのそれぞれの1つの入力へも入力されている。
【0055】
前記第4分割メモリマトリックスブロックにおいて、それぞれの前記ワードメモリMW1d 〜MW128d それぞれの前記マッチ線MCH1〜MCH128から出力される照合一致補助信号MCH1d 〜MCH128d は、それぞれ、前記AND論理ゲートG1d 〜G128d の1つの入力へと入力されている。
【0056】
なお、これらAND論理ゲートG1d〜G128dそれぞれは、本第1実施例の検索機能付半導体記憶装置の最終的な照合結果、即ち照合一致信号MC1〜MC128を出力する。
【0057】
又、本実施例においては、入力されるイネーブルタイミング信号SEaに従って、その検索が開始される。又、該イネーブルタイミング信号SEaは、ブロック毎遅延回路Daに入力される。
【0058】
該ブロック毎遅延回路Daは、前記イネーブルタイミング信号SEaを所定時間遅延させ、イネーブルタイミング信号SEbとして出力する。該イネーブルタイミング信号SEbは、前記AND論理ゲートG1a〜G128aのそれぞれの1つの入力へと入力されていると共に、ブロック毎遅延回路Dbにも入力されている。
【0059】
該ブロック毎遅延回路Db は、入力された前記イネーブルタイミング信号SEb を所定時間だけ遅延させ、前記イネーブルタイミング信号SEc として出力する。該イネーブルタイミング信号SEc は、前記AND論理ゲートG1b 〜G128b のそれぞれの1つの入力へと入力されていると共に、ブロック毎遅延回路Dc へも入力されている。
【0060】
該ブロック毎遅延回路Dc は、入力された前記イネーブルタイミング信号SEc を所定時間だけ遅延させ、前記イネーブルタイミング信号SEd として出力する。
【0061】
なお、前記ブロック毎遅延回路Da〜Dc(以降、ブロック毎遅延回路Dxと称する)は、図2に示す如く、合計6個のバッファゲートBによって構成されている。即ち、該ブロック毎遅延回路Dxは、カスケード接続されたこれらバッファゲートBを信号が伝達する際の信号遅延によって、所定の遅延時間を得ている。該ブロック毎遅延回路Dxが出力するイネーブルタイミング信号SE(x+1)は、このような所定遅延時間だけ、入力されるイネーブルタイミング信号SExを遅延させたものとなっている。
【0062】
なお、本第1実施例において、本発明の検索イネーブルタイミング回路は、主として、前記ブロック毎遅延回路Da〜Dcと、前記AND論理ゲートG1a〜G128a、G1b〜G128b、G1c〜G128c、G1d〜G128d、及び、これらを接続する配線にて構成されている。
【0063】
図3は、本第1実施例の動作を示すタイムチャートである。
【0064】
この図3のタイムチャートにおいては、前記イネーブルタイミング信号SEa 〜SEb と、前記検索イネーブル信号ENma〜ENmdと、前記照合一致補助信号MCHma〜MCHmdと、前記照合一致信号MCm とが示されている。なお、これらの信号の符号名称において、「m 」は、第m 行のワード行の信号であることを示す。
【0065】
このタイムチャートにおいて、該第m 行のワード行では、該ワード行に記憶されるビットパターンの前記記憶ワードデータと、ビット線に入力されるビットパターンの検索ワードデータとが一致した場合が示されている。以下、このタイムチャートに基づいて、又経過時間に従って、本実施例の動作を説明する。
【0066】
まず、前記イネーブルタイミング信号SEa が立上がると、前記第1分割メモリマトリックスブロックの全ての前記ワードメモリMW1a 〜MW128a での検索が行われる。即ち、該イネーブルタイミング信号SEa と同一の、このタイムチャートに示される前記検索イネーブル信号ENmaを入力する前記ワードメモリMWmaでも検索が行われる。
【0067】
一方、前記イネーブルタイミング信号SEa の立上がりは、前記ブロック毎遅延回路Da にて遅延され、前記イネーブルタイミング信号SEb が、所定時間後に立上がる。該イネーブルタイミング信号SEb の立上がりの時期には、前記ワードメモリMWmaでの照合が完了し、これに従った前記照合一致補助信号MCHmaが確定している。
【0068】
前記AND論理ゲートGmaは、該照合一致補助信号MCHmaと前記イネーブルタイミング信号SEb とを入力し、これら信号の論理積を前記検索イネーブル信号ENmbとして出力する。前記照合一致補助信号MCHmaがH状態であって、即ち、前記ワードメモリMWmaでの照合結果が照合一致であると、前記イネーブルタイミング信号SEb の立上がり時に、該AND論理ゲートGmaが出力する前記検索イネーブル信号ENmbが立上がる。
【0069】
該検索イネーブル信号ENmbが立上がると、前記第2分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMWmbでの検索が行われる。該第2分割メモリマトリックスブロックの各ワードメモリMW1b 〜MW128b での検索は、それぞれの、前記第1分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMW1a 〜MW128a の照合結果が照合一致の場合のワードについてのみ行われる。
【0070】
該第2分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMWmbにおいて、前記検索イネーブル信号ENmbが立上がって検索がなされると、所定時間後であって、前記イネーブルタイミング信号SEcの立上がる以前に、前記照合一致補助信号MCHmbが確定する。照合一致であって、前記照合一致補助信号MCHmbがH状態のとき、前記イネーブルタイミング信号SEcが立上がると、前記AND論理ゲートGmbが出力する前記検索イネーブル信号ENmcも立上がる。
【0071】
該検索イネーブル信号ENmcが立上がると、前記第3分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMWmcでの検索も行われ、該検索の検索結果が照合一致の場合には、前記イネーブルタイミング信号ENmdの立上がりに従って、前記第4分割メモリマトリックスブロックの前記ワードメモリMWmdでの検索も行われる。又、最終的なワード行m の検索結果は、照合一致信号MCm として、前記AND論理ゲートGmdから出力される。
【0072】
図4は、本実施例での照合不一致時の動作を示すタイムチャートである。
【0073】
この図4においては、ある分割メモリマトリックスブロックx (x は、a 〜d のいずれか)のあるワード行m にて、そのワードメモリMWmx(m はそのワードのワード行)での照合結果が照合不一致のときのタイムチャートが示されている。
【0074】
このタイムチャートにおいて、前記ワードメモリMWmxに入力される前記検索イネーブル信号ENmxが立上がると、該ワードメモリMW mxでの検索が行われる。この検索結果が照合不一致の場合、所定時間後に該ワードメモリMWmxが出力する前記照合一致補助信号MCHmxはディスチャージされ、L状態となる。
【0075】
該照合一致補助信号MCHmxがL状態となると、該照合一致補助信号MCHmxと、前記検索イネーブル信号EMmxと、前記イネーブルタイミング信号SE(x +1)とを入力する前記AND論理ゲートGmxが出力する前記検索イネーブル信号ENm(x +1)もL状態のままとなる。従って、該ワードメモリMWmxの次段のワードメモリMWm (x +1)が出力する前記照合一致補助信号MCHm(x +1)は、ディスチャージされない。
【0076】
図5は、本第1実施例の最終段ブロックの前記第4分割メモリマトリックスブロックのあるワード行にて照合不一致となったときのタイムチャートである。
【0077】
この図5のタイムチャートにおいては、前記第4分割メモリマトリックスブロックの第m 行のワード行のワードメモリMWmdにて、検索が行われ、且つ、該検索結果が照合不一致となったときのものである。
【0078】
該ワードメモリMWmdにおいて、入力される検索イネーブル信号ENmdがH状態となり検索が開始され、その検索が照合不一致であると、所定時間後に、該ワードメモリMWmdが出力する前記照合一致補助信号MCHmdはディスチャージされ、L状態となる。該照合一致補助信号MCHmdがL状態となると、前記AND論理ゲートGmdが出力する照合一致信号MCm もL状態となる。従って、前記検索イネーブル信号ENmdの立上がりから所定時間後のタイミングで、前記照合一致信号MCm の論理状態を判定することで、このような照合不一致を確認することができる。
【0079】
なお、本実施例において、前記AND論理ゲートG1b 〜G128b 及びG1c 〜G128c が、3入力AND論理ゲートであるのは、対応するワードメモリにて検索動作が行われ(即ち、該ワードメモリでの前段での照合結果が照合一致)、且つ、該ワードメモリの検索結果が照合一致であり、且つ、対応する前記イネーブルタイミング信号SEx が立上がることを検出するためである。
【0080】
これと比較して、前記AND論理ゲートG1a〜G128aについては、2入力AND論理ゲートとなっている。これは、前記第1分割メモリマトリックスブロックの全てのワードメモリMW1a〜MW128aについては、該第1分割メモリマトリックスブロックが初段であるため、必ず検索動作が行われるためである。即ち、前記MW1a〜MW128aについては、前記AND論理ゲートG1a〜G128aでの、例えば前記第1メモリマトリックスブロックでの検索イネーブル信号として用いられている前記イネーブルタイミング信号との論理積によって、検索動作が行われたか判定するまでもないためである。このように、本実施例においては、3入力AND論理ゲートとしてもよい前記AND論理ゲートG1a〜G128aを2入力AND論理ゲートとすることで、必要とする素子数を減少することができている。
【0081】
一方、前記AND論理ゲートG1d〜G128dについても、2入力AND論理ゲートとなっている。これは、前記検索イネーブル信号EN1 c 〜EN128 c と、前記照合一致補助信号MCH1 d 〜MCH128 d との、それぞれの論理積の演算のみでよいためである。
【0082】
以上説明した通り、本第1実施例によれば、前記第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックでの検索動作のタイミングをずらすことで、検索動作時の電源線に流れるピーク電流を分散することができている。特に、本実施例においては、照合不一致となったワードメモリにおいては、これ以降のワードメモリでの照合を行なわないようにしている。これによって、ワードメモリでの検索時の照合不一致時になされる前記マッチ線のディスチャージによる電源電流が流れることを減らすことができ、消費電力低減が図られている。
【0083】
図6は、本発明が適用された検索機能付半導体記憶装置の第2実施例の主要部の回路図である。
【0084】
この図6において、前記半導体記憶装置は、前記第1実施例と同様に、ビット長が64ビットで、ワード数が128ワードとなっており、これに対応する合計(64×128=8192)個のメモリセルでなるメモリマトリックスを備える。又、該メモリマトリックスは、合計4ブロックの第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックにて構成されている。
【0085】
本第2実施例においても、これら4つの前記分割メモリマトリックスブロックは、それぞれ、ビット長が16ビットでワード数が128ワードとなっている。本第2実施例のこれら第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックの構成は、前記第1実施例と同様の構成になっている。又、これら分割メモリマトリックスブロックは、それぞれ図12に示されるメモリマトリックスのような構成であり、図13に示されるメモリセルMを用いて構成されている。又、これら第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックそれぞれのワード線W1〜W128は、互いに接続され、共通となっている。
【0086】
本第2実施例においては、前記第1分割メモリマトリックスブロックの前記検索イネーブル線EN1〜EN128は互いに接続され、検索イネーブル信号ENが入力されている。又、該検索イネーブル信号ENは、AND論理ゲートH1a 〜H128a のそれぞれの1つの入力へと、それぞれワード毎遅延回路D1a 〜D128a を経由して入力されている。
【0087】
又、前記ワードメモリMW1a 〜MW128a それぞれの前記マッチ線MCH1〜MCH128それぞれから出力される照合一致補助信号MCH1a 〜MCH128a は、それぞれ、前記AND論理ゲートH1a 〜H128a の1つの入力へと入力されている。これらAND論理ゲートH1a 〜H128a は、前記ワード毎遅延回路D1a 〜D128a それぞれが出力するイネーブル遅延信号END1a 〜END128a と、前記照合一致補助信号MCH1a 〜MCH128a それぞれとの論理積を求め、これを検索イネーブル信号EN1b 〜EN128b として、それぞれ、前記ワードメモリMW1b 〜MW128b へと出力する。
【0088】
以降の前記第2分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックについても、それぞれのワード毎遅延回路D1b 〜D128b 及びD1c 〜D128c や、AND論理ゲートH1b 〜H128b 及びH1c 〜H128c を用いて、前記第1分割メモリマトリックスブロックと同様な動作を行う。前記第4分割メモリマトリックスブロックの出力側については、特に前述のようなワード毎遅延回路は設けられておらず、ワードメモリMW1d 〜MW128d へと入力されている検索イネーブル信号EN1d 〜EN128d それぞれと、これらワードメモリMW1d それぞれから出力される前記照合一致補助信号MCH1d 〜MCH128d それぞれとの論理積が、前記AND論理ゲートH1d 〜H128d にて求められ、全体的な検索結果として、照合一致信号MC1〜MC128が出力されている。
【0089】
図7は、前記第2実施例に用いられる前記ワードメモリの1つに着目した回路図である。
【0090】
この図7に示される如く、前記第2実施例のいずれか1つのワードメモリMWmx(xは、a〜cのいずれか)の前記検索イネーブル線ENmには、検索イネーブル信号ENmxが入力されている。又、該ワードメモリMWmx1つに対してワード毎遅延回路Dmxが1つ設けられ、前記検索イネーブル信号ENmxが入力されている。該ワード毎遅延回路Dmxは、前記検索イネーブル信号ENmxを所定時間だけ遅延された信号として、イネーブル遅延信号ENDmxを出力する。
【0091】
一方、前記ワードメモリMWmxは、そのマッチ線MCHm から、前記照合一致補助信号MCHmxを出力する。
【0092】
又、該ワードメモリMWmx1つに対して1つのAND論理ゲートHmxが設けられている。該AND論理ゲートHmxは、前記イネーブル遅延信号ENDmxと前記照合一致補助信号MCHmxとの論理積を求め、この結果を、検索イネーブル信号ENm(x+1)として出力する。該検索イネーブル信号ENm(x+1)は、次段の同一ワード行のワードメモリMWm(x+1)の検索イネーブル線ENmへと入力される。
【0093】
図8は、前記第2実施例の前記ワード毎遅延回路の回路図である。
【0094】
この図8に示される如く、前記ワード毎遅延回路D1a〜D128a、D1b〜D128b及びD1c〜D128c(以降、Dmxと総称する)は、合計6個のバッファゲートBにて構成されている。即ち、該ワード毎遅延回路Dmxは、カスケード接続されたこれらバッファゲートBにより、該検索イネーブル信号ENmxが所定時間だけ遅延された前記イネーブル遅延信号ENDmxを生成出力するというものである。
【0095】
なお、本第2実施例においては、本発明の前記検索イネーブルタイミング回路は、主として、前記ワード毎遅延回路D1a〜D128a、D1b〜D128b及びD1c〜D128cと、前記AND論理ゲートH1a〜H128a、H1b〜H128b、H1c〜H128c、H1d〜H128d、及び、これらを接続する配線にて構成されている。
【0096】
図9は、前記第2実施例の動作を示すタイムチャートである。
【0097】
この図9のタイムチャートにおいては、前記第2実施例のあるワードメモリMWmx及び該ワードメモリの次段のワードメモリMWm (x +1)に着目して示されている。このタイムチャートにおいては、これらワードメモリMWmx及びMWm (x +1)に係り、前記イネーブル信号ENmxと、前記照合一致補助信号MCHmxと、前記イネーブル遅延信号ENDmxと、前記イネーブル信号ENm (x +1)とが示されている。
【0098】
この図9のタイムチャートにおいて、まず前記イネーブル信号ENmxが立ち上がると、前記ワードメモリMWmx中の合計16個の各メモリセルMm 1〜Mm それぞれが内蔵する照合回路等が動作し、該ワードメモリMWmxに係る検索動作が行われる。該検索結果は、照合一致あるいは照合不一致の、前記照合一致補助信号MCHmxとして出力される。なお、このタイムチャートにおいては、照合一致は1点鎖線で示されており、照合不一致は破線で示されている。
【0099】
一方、前記イネーブル信号ENmxは、前記ワード毎遅延回路Dmxにて所定時間だけ遅延され、イネーブル遅延信号ENDmxとして出力される。該遅延時間は、前記ワードメモリMWmxにてなされる検索動作が完了されるまでの時間に対応しており、該検索動作に要する時間よりやや長い時間となっている。従って、該イネーブル遅延信号ENDmxの立ち上がりにて、前記照合一致補助信号MCHmxが照合一致となっているか、あるいは照合不一致となっているか判定し、これに基づいて前記イネーブル信号ENm (x +1)を前記AND論理ゲートHmxにて生成する。
【0100】
以上説明した通り、本第2実施例においても、前記第1実施例と同様に、前記第1分割メモリマトリックスブロック〜第4分割メモリマトリックスブロックそれぞれで行われる検索動作の時期をずらすことで、検索動作時の電源線に流れるピーク電流を分散することができる。又、本第2実施例においても、前記第2分割メモリマトリックスブロック以降でなされる各ワード行での検索の実行の有無は、その前段の検索結果に基づいてなされるものとなっている。従って、前段のワードメモリにおいて照合不一致となった場合、次段の対応するワード行のワードメモリでの検索は行われないため、全体的な消費電力の低減をも図ることが可能である。
【0101】
なお、前記第1実施例と前記第2実施例とを比較した場合、遅延回路の部分、即ち前記第1実施例では前記ブロック毎遅延回路Dx の部分、又前記第2実施例では前記ワード毎遅延回路Dmxの部分、又、前記第1実施例や前記第2実施例の論理ゲートGmxの部分やその付近の回路は一部異なっている。例えば、前記第1実施例では前記ブロック毎遅延回路Dx として、少数のブロック毎の遅延回路が集中して設けられており、この点で優れている。一方、前記第2実施例においては、各ワードメモリMWmx付近へと前記ワード毎遅延回路Dmxが配置されているため、該ワード毎遅延回路Dmxに係る配線が短くされ、この点で優れている。これら第1実施例あるいは第2実施例は、設ける回路状態に応じて選択的に決定すればよい。
【0102】
なお、図10は、従来の検索機能付半導体記憶装置における検索動作時の電源電流のグラフである。一方、図11は、前記第1実施例又前記第2実施例における検索動作時の電源電流を示すグラフである。
【0103】
まず、従来においては、前記図10に示す如く、検索動作時の電源電流は時刻t1 に集中している。これに比べて、前記第1実施例又前記第2実施例においては、前記図11に示される如く、検索動作時のピーク電流が分散されている。即ち、前記図11の時刻 t2 〜 t5 に示される如く分散され、そのピーク最大電流が従来よりより小さくされている。
【0104】
特に、前記時刻 t2 は前記第1分割メモリマトリックスブロックでの検索動作に対応するものであり、前記時刻 t3 は前記第2分割メモリマトリックスブロックでの検索動作に対応するものであり、前記時刻 t4 は前記第3分割メモリマトリックスブロックでの検索動作に対応するものであり、前記時刻 t5 は、前記第4分割メモリマトリックスブロックでの検索動作に対応するものである。
【0105】
前述の如く、それぞれのワードメモリの対応する前段での検索動作が照合不一致の場合、該ワードメモリの後段での検索は行われないようにされており、その消費電力の低減が図られている。この点は、この図11において、前記時刻 t2 〜 t5 と、経過時間に従ってそのピーク電流が、破線に対して順次減少している様子で示されている。
【0106】
このように、これら図10及び図11を比較して明らかなように、前記第1実施例あるいは前記第2実施例によれば、従来に比べ、検索動作時の電源線に流れるピーク最大電流をほぼ1/4近くまで減少することができている。更に、これら第1実施例及び第2実施例では、従来に比べ、検索動作時の全体的な消費電力については、従来に比べ1/4以下まで減少することができている。
【0107】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、検索機能付半導体記憶装置における検索動作時の消費電力を低減し、又、電源線に流れるピーク最大電流をより小さくすることで、大電流による電源線への負担を軽減したり、電源ノイズの強度を減少することができるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された検索機能付半導体記憶装置の第1実施例の主要部の回路図
【図2】前記第1実施例に用いられるブロック毎遅延回路の回路図
【図3】前記第1実施例の照合一致時の動作を示すタイムチャート
【図4】前記第1実施例の照合不一致時の動作を示すタイムチャート
【図5】前記第1実施例の照合不一致時の最終段の第4分割メモリマトリックスブロックの動作を示すタイムチャート
【図6】本発明が適用された検索機能付半導体記憶装置の第2実施例の主要部の回路図
【図7】前記第2実施例の1つのワードメモリに着目した回路図
【図8】前記第2実施例に用いられるワード毎遅延回路の回路図
【図9】前記第2実施例の動作を示すタイムチャート
【図10】従来の検索機能付半導体記憶装置における検索動作時の電源電流のグラフ
【図11】前記第1実施例あるいは前記第2実施例における検索動作時の電源電流を示すグラフ
【図12】従来の検索機能付半導体記憶装置のメモリマトリックスの回路図
【図13】前記従来の検索機能付半導体記憶装置の前記メモリマトリックスに用いられるメモリセルの回路図
【符号の説明】
MWmx、MW1a 〜MW128a 、MW1b 〜MW128b 、MW1c 〜MW128c 、MW1d 〜MW128d … ワードメモリ
G1a 〜G128a 、G1b 〜G128b 、G1c 〜G128c 、G1d 〜G128d 、H1a 〜H128a 、H1b 〜H128b 、H1c 〜H128c 、H1d 〜H128d …AND論理ゲート
Da 〜Dc …ブロック毎遅延回路
D1a 〜D128a 、D1b 〜D128b 、D1c 〜D128c …ワード毎遅延回路
M11〜MMN…メモリセル
T1〜T6…NチャネルMOSトランジスタ
I1、I2…インバータゲート
B…バッファゲート
Bn (Bn バー)、B1〜Bn 、(B1バー)〜(Bn バー)…ビット線
Wm 、W1〜W128〜Wm (あるいはW1〜WN〜W128)…ワード線
ENn 、EN1〜ENN…検索イネーブル線(又は検索イネーブル信号)
ENmx…検索イネーブル信号
ENDmx、END1a 〜END128a 、END1b 〜END128b 、END1c 〜END128c 、END1d 〜END128d …イネーブル遅延信号
SEa 〜SEd …イネーブルタイミング信号
MCHm 、MCH1〜MCHM…マッチ線(又は照合一致保持信号)
MCHma…照合一致補助信号
MC1〜MC128…照合一致出力(又は照合一致信号)
t1 〜 t5 …時刻[0001]
[Industrial applications]
It is an object of the present invention to detect whether or not discharge by a matching circuit provided for each memory cell constituting a memory matrix for storing data having a bit length N and the number of words M is performed on a precharged match line. The present invention relates to a semiconductor memory device which obtains a collation result between search word data of a bit pattern input to a bit line and storage word data of a bit pattern stored in a word row of a memory matrix. Semiconductor memory device that can reduce the load on the power supply line due to the large current and reduce the power supply noise intensity by reducing power consumption at the time of operation and reducing the peak maximum current flowing through the power supply line. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, digital circuit technology has been used in various fields due to advances in various design techniques such as improvement in the degree of integration and design of a logic circuit to be incorporated. In such digital circuit technology, not only those that perform calculations and data processing of a CPU (central processing unit) and the like, but also semiconductor storage devices such as a RAM (random access memory) and external storage devices such as a hard disk device, For example, dramatic progress has been made in terms of the degree of integration and the like, and it has come to be used in various fields.
[0003]
For example, in data processing in a database, various signal processing and image processing, a large amount of data is often handled during the processing, and the number of accesses to the data being processed tends to increase. For example, in data processing in a database, data search is frequently performed on data stored in a semiconductor storage device. Therefore, in a digital processing device that performs such processing, the configuration and performance of the storage device used and the method of using the storage device greatly affect the performance of the entire digital processing device.
[0004]
For this reason, a semiconductor memory device itself provided with a data search function, which is frequently performed in data processing in a database, has been widely used in recent years. This semiconductor memory device detects whether or not discharge by a matching circuit provided for each memory cell constituting a memory matrix for storing data of a bit length N and the number of words M is performed on a precharged match line. Thus, a collation result between the search word data of the bit pattern input to the bit line and the storage word data of the bit pattern stored in the word row of the memory matrix is obtained. Hereinafter, such a semiconductor memory device is referred to as a semiconductor memory device with a search function.
[0005]
FIG. 12 is a circuit diagram of a memory matrix of the conventional semiconductor memory device with a search function.
[0006]
The memory matrix of the semiconductor memory device with a search function shown in FIG. 12 stores data of bit length N and word number M. Therefore, a total of (M × N) memory cells M11 to MMN that store 1-bit bit data are used. Each of the memory cells M11 to MMN inputs or outputs a bit line pair Bn and (Bn bar), a word line Wm, a search enable line ENm, and a match line MCHm.
[0007]
As shown, the memory cells M11 to MMN are arranged in a matrix as shown in the figure, and a total of N identical word rows have the word line Wm, the search enable line ENm, and the match line MCHm. It is common. The bit line pairs Bn and (Bn bar) are common to those having a total of M identical bit strings.
[0008]
FIG. 13 is a circuit diagram of a memory cell used in the conventional semiconductor memory device having a search function.
[0009]
The memory cell shown in FIG. 13 is one of the memory cells M11 to MMN used in the semiconductor memory device with a search function shown in FIG. 12 (hereinafter, referred to as memory cell M). The memory cell M includes a total of two inverter gates I1 and I2 and a total of six N-channel MOS transistors T1 to T6.
[0010]
First, one output of the inverter gates I1 and I2 is connected to the other output, and bit data is held. The gates of the N-channel MOS transistors T1 and T2 are connected to the word line Wm. Each gate of the N-channel MOS transistors T4 and T6 is connected to the search enable line ENm. The gate of the N-channel MOS transistor T3 is connected to the input side of the inverter gate I1. The gate of the N-channel MOS transistor T5 is connected to the output of the inverter gate I1.
[0011]
In such a memory cell M, first, when writing bit data, the word line Wm is set to the H state. Thus, the N-channel MOS transistors T1 and T2 are both turned on. At the same time, by inputting bit data to be written from the bit line pair Bn and (Bn bar), the bit data can be held by the inverter gates I1 and I2.
[0012]
In reading out the bit data held in the memory cell M, the word line Wm is set to the H state. As a result, the N-channel MOS transistors T1 and T2 are both turned on, and the retained bit data can be read from the bit line pair Bn and (Bn bar).
[0013]
Note that, with respect to the inverter gates I1 and I2 of the memory cell as shown in FIG. 13, the bit line Bn side, that is, the input of the inverter gate I1 is held in the H state, and the bit line (Bn bar) Side, that is, when the output of the inverter gate I1 is held in the L state, such a state is hereinafter referred to as "Memory cell MHold the H state ("1"). "on the other handFor these inverter gates I1 and I2, when the bit line Bn side is held in the L state and the bit line (Bn bar) side is held in the H state, such a state is referred to as "Memory cell ML state (“0”) is held ”.
[0014]
Regarding the bit line pair Bn and (Bn bar), the state in which the bit line Bn is in the H state and the bit line (Bn bar) is in the L state is hereinafter referred to as “the bit line pair Bn and (Bn bar)”. (Bn bar) is in the H state. "on the other handWhen the bit line Bn is in the L state and the bit line (Bn bar) is in the H state with respect to the bit line pair Bn and (Bn bar), such a state is hereinafter referred to as “the bit line pair Bn and (Bn bar)”. (Bn bar) is in the L state ”.
[0015]
In FIG. 13, search of bit data in such a memory cell M, that is,Memory cell MThe bit data held by the bit line pair Bn and the bit data input from the bit line pair (Bn bar) are collated as follows.
[0016]
That is, in the collation, first, the word line Wm and the search enable line ENm are kept in the L state, and the match line MCHm is precharged to the H state. In this precharge, after the match line MCHm is connected to a power supply line, the match line MCHm is brought into a floating state. By such precharge, the logic state of the match line MCHm is maintained at the H state by the electric charge accumulated in the match line MCHm.
[0017]
In contrast to the precharge, bit data to be collated is input to the bit line pair Bn and (Bn bar). When such bit data is input, the word line Wm remains in the L state and the search enable line ENm also remains in the L state.Memory cell M, Or the precharged match line MCHm.
[0018]
After completing the precharge and inputting bit data to the bit line pair Bn and (Bn bar), the search enable line ENm is set to the H state. By setting the search enable line ENm to the H state, both the N-channel MOS transistors T4 and T6 are turned on. One of the N-channel MOS transistors T3 and T5 isMemory cell MIs turned on in accordance with the bit data held in. That is,In memory cell MWhen the bit data in the H state (“1”) is held, the N-channel MOS transistor T3 is turned on. on the other hand,In memory cell MWhen the bit data in the L state (“0”) is held, the N-channel MOS transistor T5 is turned on.
[0019]
Therefore, when the search enable line ENm is brought to the H state in this manner,In memory cell MWhen the held bit data matches the bit data input at the bit line pair Bn and (Bn bar), the match line MCHmIsIt remains in the H state.
[0020]
For example,Memory cell MAnd the H state (“1”) is held in the bit line pair Bn and (Bn bar), when the H state is input, the N-channel MOS transistors T3 and T4 are both turned on, and the match line Since MCHm is connected to the bit line Bn in the H state, the match line MCHm remains in the H state. on the other hand,Memory cell M, The L-state ("0") is held in the bit line pair, and when the L-state is input from the bit line pair Bn and (Bn bar), both the N-channel MOS transistors T5 and T6 are turned on. And the match line MCHm is connected to the bit line (Bn bar) in the H state, and the match line MCHm remains in the H state.
[0021]
on the other hand,In memory cell MWhen the held bit data and the bit data input from the bit line pair Bn and (Bn bar) do not match, the match line MCHm is discharged to be in the L state.
[0022]
For example,Memory cell MWhen the H state is input from the bit line pair Bn and (Bn bar), the N-channel MOS transistors T5 and T6 are both turned on, and the match line MCHm is Connected to the bit line (Bn bar) in the L state, the match line MCHm is discharged to the L state. or,Memory cell MWhen the L state is input to the bit line pair Bn and (Bn bar), both the N-channel MOS transistors T3 and T4 are turned on, and the match line MCHm is Connected to the bit line Bn in the L state, the match line MCHm is discharged to the L state.
[0023]
According to the semiconductor memory device with a search function as described above, a large number of checks between the search word data of the bit pattern input to the bit line and the storage word data of the bit pattern stored in the word row of the memory matrix are performed. Can be matched in parallel.
[0024]
For example, in the semiconductor memory device with a search function shown in FIG. 12, search word data is input to bit line pairs (B1- (B1 bar)) to (Bn- (Bn bar)).AndBy setting all the search enable lines EN1 to ENM to the H state at the same time, the word data stored in all of the M total words can be collated simultaneously with the input search word data. . The result of this comparison can be obtained from the match lines MCH1 to MCHm.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional semiconductor memory device with a search function, since the match lines of the word rows whose matching with the input search word data do not match are discharged at the same time, such a discharge is required. The current was concentrated on the power line at one time. For this reason, a large current flows almost instantaneously through the power supply line.
[0026]
If the current flowing through the power supply line is concentrated at one time in this way, a large current will burden the power supply line. For example, the power supply line may generate heat due to Joule heat due to the large current and may be damaged such as disconnection. Further, in order to prevent such damage, conventionally, the cross-sectional area of the power supply line has been increased. However, if the power supply line is made thicker, the integration degree of the semiconductor memory device is reduced. There is a problem. Further, when the current is concentrated on the power supply line at one time as described above, there is a problem that the intensity of power supply noise increases.
[0027]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is intended to reduce power consumption during a search operation in a semiconductor memory device having a search function and to further reduce a peak maximum current flowing through a power supply line. It is another object of the present invention to provide a semiconductor memory device capable of reducing a load on a power supply line due to a large current and reducing the intensity of power supply noise.
[0028]
[Means for achieving the object]
It is an object of the present invention to detect whether or not discharge by a matching circuit provided for each memory cell constituting a memory matrix for storing data having a bit length N and the number of words M is performed on a precharged match line. In a semiconductor memory device configured to obtain a comparison result between search word data of a bit pattern input to a bit line and storage word data of a bit pattern stored in a word row of a memory matrix, a bit is set for each bit string. A memory in which a plurality of divided memory matrix blocks each of which is provided with a line and includes a total of P memory cells each having a matching circuit are arranged in the bit string direction so that data having a bit length N and the number of words M is stored. A divided memory matrix block for inputting a matrix and a search enable signal; At least a total of (M × (P−1) +1) search enable lines independent of each memory block and independent of each word row of the memory matrix; Words for which the matching result during the search does not match are independent for each of the divided memory matrix blocks and are independent for each of the word rows of the memory matrix, which are discharged by the matching circuit of the mismatching memory cells. And at least a total of (M × P) match lines transmitting a matching match auxiliary signal corresponding to a precharge state, and a p-th divided memory matrix block to which the search enable signal is input. the search enable signal transmitted on the search enable line corresponding to the m-th word; A matching match signal obtained by delaying a signal obtained by ANDing the two signals with the matching matching auxiliary signal output from the match line is referred to as a (p + 1) th search enable signal. This object has been achieved by providing a search enable timing circuit for inputting the search enable signal to the m-th word of the divided memory matrix block input by the detection enable line.
[0029]
Further, in the semiconductor memory device, the search enable timing circuit is cascaded, and the second to Pth search enable signals are sequentially generated from the connection point and the final stage output. (P-1) total block-by-block delay circuits from which the second enable timing signal to the P-th enable timing signal used for the timing control are derived, and the p-th divided memory to which the search enable signal is input The search enable signal transmitted on the search enable line corresponding to the m-th word of the matrix block, the collation match auxiliary signal output from the match line corresponding to the word, and a cascade connection The p-th connection point of the block-by-block delay circuit or the p-th connection point derived from the output of the last stage+1From the logical product of these three signals with the enable timing signal, the (p + 1) th search enable signal is searched for to the mth word of the divided memory matrix block to which the search enable line is input. The above object is achieved by providing a search enable signal generation circuit that generates a collation match signal that is input as an enable signal.
[0030]
Further, in the semiconductor memory device, for the m-th word of the divided memory matrix block to which the search enable signal is input first, the search enable signal generation circuit generates the match corresponding to the word. The matching match auxiliary signal output from the line and a first connection point of the cascaded block-by-block delay circuits.SecondBy generating the collation coincidence signal from the logical product of these two signals with an enable timing signal, the above-described object is achieved and the number of elements used is reduced.
[0031]
Further, in the semiconductor memory device, the search enable timing circuit is transmitted by the search enable line corresponding to the m-th word of the divided memory matrix block to which the p-th search enable signal is input. The word-by-word delay circuit inputs the search enable signal, and outputs an enable delay signal obtained by delaying the search enable signal, the enable delay signal output by the word-by-word delay circuit, and the enable delay signal. From the logical product of these two signals with the matching match auxiliary signal corresponding to the word, the (p + 1) th search enable signal is sent to the m-th word to which the search enable line is input. And a search enable signal generator for inputting the search enable signal and generating a collation match signal. By providing a circuit, in which to achieve the above objects.
[0032]
[Action]
The memory matrix used in the semiconductor memory device with a search function according to the present invention includes a plurality of divided memory matrix blocks each having a bit line provided for each bit string and a total of P blocks each including a memory cell having a matching circuit. By arranging in the bit string direction, data having a bit length N and the number of words M is stored. Therefore, it can be said that the memory matrix of the present invention is divided into P blocks in the bit string direction, for example.
[0033]
For example, in the case of a memory matrix having a bit length of 64 bits and a word number of 128 words, for example, as in the embodiment described later,4The divided memory matrix blocks having a block length of 16 bits and a word count of 128 words may be arranged in the bit string direction and used. Alternatively, further subdivide and add8The divided memory matrix blocks each having a block length of 8 bits and a word count of 128 words may be arranged in the bit string direction and used for the memory matrix.
[0034]
In the present invention, the memory matrix is divided into a total of P blocks as described above, and the comparison between the search word data and the storage word data performed in each of the divided memory matrix blocks is performed between the divided memory matrix blocks. I'm staggering.
[0035]
This is performed by inputting search enable signals whose timings are shifted from each other to independent search enable lines provided for each of the divided memory matrix blocks. The search enable signals whose timings are mutually shifted in this way can be generated by a search enable timing circuit, for example, using a delay circuit or the like as in an embodiment described later.
[0036]
As described above, in the present invention, the memory matrix to be used is divided into the plurality of divided memory matrix blocks, and the divided memory matrix blocks are sequentially searched, so that the current due to the discharge due to the mismatch of the collation during the search is dispersed, The peak maximum current flowing through the power supply line during the search operation is reduced. For example, when the memory matrix is divided into a total of two divided memory matrix blocks, the peak maximum current can be almost halved. By reducing the peak maximum current in this way, for example, power supply noise radiated from the power supply line is also reduced. Further, for example, when the peak maximum current is halved, the thickness of the power supply line to be used can be halved, for example, and the degree of integration of the semiconductor memory device can be improved.
[0037]
Furthermore, in the present invention, when sequentially searching for each of the divided memory matrix blocks into which the memory matrix is divided as described above, for a word row that does not match in the collation in the preceding divided memory matrix block, The matching is not performed on the corresponding word row of the divided memory matrix block searched thereafter.
[0038]
This is because, for a word row that has already failed to match in the preceding divided memory matrix block, even if the collation matches in the divided memory matrix block that is subsequently collated, the word row does not match. This is because it is determined that there is no match.
[0039]
In addition, for the word row that does not match in the matching in the divided memory matrix block searched in the preceding stage, the matching in the subsequent divided memory matrix blocks is not performed, so that unnecessary matching is performed. It is possible to prevent the power supply current from flowing due to the discharge due to mismatch. Accordingly, in the present invention, not only the peak current flowing in the power supply current at the time of the search operation can be dispersed by sequentially searching for each of the divided memory matrix blocks, but also at the time of matching in the subsequent divided memory matrix block, Since the collation is not performed on the word line that has become, it is possible to further reduce the current consumption.
[0040]
As described above, based on the comparison result in the divided memory matrix block in the preceding stage, whether or not to perform the comparison in each word row in the divided memory matrix block in the next stage is determined for each word row in the preceding stage. The collation result, that is, the collation matching auxiliary signal for each word row of the preceding stage is input to the search enable timing circuit, and the search enable signal of the next stage is generated in accordance with the input collation matching auxiliary signal of the preceding stage. By doing so.
[0041]
Note that the search enable timing circuit includes some signal delay circuit because it is necessary to sequentially search each divided memory matrix block. However, the present invention does not specifically limit the search enable timing circuit such as the signal delay circuit.
[0042]
For example, the delay circuit used in the enable timing circuit may be a block-by-block delay circuit provided for each of the divided memory matrix blocks as in a first embodiment described later. Alternatively, as in a second embodiment described later, a word-by-word delay circuit may be provided for each divided memory matrix block or for each word of each divided memory matrix block.
[0043]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0044]
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of an embodiment of a semiconductor memory device with a search function to which the present invention is applied.
[0045]
The semiconductor memory device shown in FIG. 1 has a bit length of 64 bits, a word number of 128 words, and a memory matrix including a total of (64 × 128 = 8192) memory cells corresponding to the word length. Is provided. The memory matrix is composed of a total of four blocks of the divided memory matrix block. That is, it is composed of the first to fourth divided memory matrix blocks.
[0046]
Each of the four divided memory matrix blocks has a bit length of 16 bits and a word count of 128 words. The memory matrix is composed of a total of 512 word memories MW1a to MW128a, MW1b to MW128b, MW1c to MW128c, and MW1d to MW128d. That is, the first divided memory matrix block includes the word memories MW1a to MW128a. The second divided memory multi-tox block includes the word memories MW1b to MW128b. The third divided memory matrix block includes the word memories MW1c to MW128c. The fourth divided memory multi-tox block includes the word memories MW1d to MW128d.
[0047]
Each of the word memories MW1a to MW128a, MW1b to MW128b, MW1c to MW128c, and MW1d to MW128d is configured by using a total of 16 memory cells M each having the above-described matching circuit shown in FIG. Have been. Therefore, each of the first to fourth divided memory matrix blocks has a configuration like the memory matrix shown in FIG. 12, and the bit length N in FIG. Is 128 words.
[0048]
In the first to fourth divided memory matrix blocks, the word lines W1 to W128 are connected to each other and are common. All of the search enable lines EN1 to EN128 of the first divided memory matrix block are connected to each other, and receive a search enable signal ENa. The search enable signal ENa is the same as the enable timing signal SEa.
[0049]
The matching match auxiliary signals MCH1a to MCH128a output from the match lines MCH1 to MCH128 of each of the word memories MW1a to MW128a of the first divided memory matrix block are supplied to one input of each of AND logic gates G1a to G128a. Is entered. An enable timing signal SEb is input to the other input of each of the AND logic gates.
[0050]
The outputs of these AND logic gates G1a to G128a are, ThatThe search enable signals EN1b to EN128b are input to the search enable lines EN1 to EN128 of the word memories MW1b to MW128b of the second divided memory matrix block, respectively. Each of the search enable signals EN1b to EN128b is also input to one input of each of the AND logic gates G1b to G128b.
[0051]
In the second divided memory matrix block, the matching match auxiliary signals MCH1b to MCH128b output from the respective match lines MCH1 to MCH128 of the respective word memories MW1b to MW128b respectively correspond to the AND logic gates G1b to G128b, respectively. To one input. An enable timing signal SEc is input to one input of each of the AND logic gates G1b to G128b.
[0052]
The search enable signals EN1c to EN128c output from the AND logic gates G1b to G128b are input to the search enable lines EN1 to EN128 of the word memories MW1c to MW128c of the third divided memory matrix block. These search enable signals EN1c to EN128c are also input to one input of AND logic gates G1c to G128c, respectively.
[0053]
In the third divided memory matrix block, the matching match auxiliary signals MCH1c to MCH128c output from the match lines MCH1 to MCH128 of the respective word memories MW1c to MW128c are connected to one of the AND logic gates G1c to G128c. Input has been entered. One input of these AND logic gates G1c to G128c also receives the enable timing signal SEd.
[0054]
The search enable signals EN1d to EN128d output from the AND logic gates G1c to G128c are respectively sent to the search enable lines EN1 to EN128 of the word memories MW1d to MW128d of the fourth divided memory matrix block., EnterIt is empowered. Also, these search enable signals EN1 dTo EN128d are also input to respective one inputs of the AND logic gates G1d to G128d.
[0055]
In the fourth divided memory matrix block, the matching match auxiliary signals MCH1d to MCH128d output from the respective match lines MCH1 to MCH128 of the respective word memories MW1d to MW128d are each one of the AND logic gates G1d to G128d. Input has been entered.
[0056]
Each of these AND logic gates G1d to G128d is a final collation result of the semiconductor memory device with a search function of the first embodiment, that is, a collation match signal.No. MC1 to MC128 are output.
[0057]
In this embodiment, the search is started in accordance with the input enable timing signal SEa. The enable timing signal SEa is supplied to a delay circuit for each block.DEntered in a.
[0058]
The block-by-block delay circuitDa delays the enable timing signal SEa by a predetermined time and outputs it as an enable timing signal SEb. The enable timing signal SEb is input to one input of each of the AND logic gates G1a to G128a, and is also input to the block-by-block delay circuit Db.
[0059]
The block-by-block delay circuit Db delays the input enable timing signal SEb by a predetermined time and outputs the result as the enable timing signal SEc. The enable timing signal SEc is input to one input of each of the AND logic gates G1b to G128b, and is also input to the block-by-block delay circuit Dc.
[0060]
The block-by-block delay circuit Dc delays the input enable timing signal SEc by a predetermined time and outputs it as the enable timing signal SEd.
[0061]
In addition, the block-by-block delay circuitDa ~Dc (Hereafter, block-by-block delay circuitDx), as shown in FIG.bufferIt is constituted by a gate B. That is, the block-by-block delay circuitDx obtains a predetermined delay time by a signal delay when a signal is transmitted through these cascade-connected buffer gates B. The block-by-block delay circuitDThe enable timing signal SE (x + 1) output by x is obtained by delaying the input enable timing signal SEx by such a predetermined delay time.
[0062]
In the first embodiment, the search enable timing circuit of the present invention mainly includes the block-by-block delay circuits Da to Dc and the AND logic gates G1a to G128a, G1b to G128b, and G1c to G128c.,G1d to G128d,as well as,theseConnectIt is composed of wiring.
[0063]
FIG. 3 is a time chart showing the operation of the first embodiment.
[0064]
The time chart of FIG. 3 shows the enable timing signals SEa to SEb, the search enable signals ENma to ENmd, the collation match auxiliary signals MCHma to MCHmd, and the collation match signal MCm. Note that, in the code names of these signals, "m" indicates that the signal is of the m-th word row.
[0065]
In this time chart, the m-th word row shows a case where the storage word data of the bit pattern stored in the word row matches the search word data of the bit pattern input to the bit line. ing. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described based on this time chart and according to the elapsed time.
[0066]
First, when the enable timing signal SEa rises, all the word memories MW1a to MW128a of the first divided memory matrix block are searched. That is, a search is also performed in the word memory MWma to which the search enable signal ENma shown in this time chart, which is the same as the enable timing signal SEa, is input.
[0067]
On the other hand, the rise of the enable timing signal SEa is delayed by the block-by-block delay circuit Da, and the enable timing signal SEb rises after a predetermined time. When the enable timing signal SEb rises, the collation in the word memory MWma is completed, and the collation matching auxiliary signal MCHma according to the collation is determined.
[0068]
The AND logic gate Gma receives the collation matching auxiliary signal MCHma and the enable timing signal SEb, and outputs a logical product of these signals as the search enable signal ENmb. If the collation matching auxiliary signal MCHma is in the H state, that is, if the collation result in the word memory MWma is a collation match, the search enable signal output by the AND logic gate Gma when the enable timing signal SEb rises. Signal ENmb rises.
[0069]
When the search enable signal ENmb rises, a search in the word memory MWmb of the second divided memory matrix block is performed. The search in each of the word memories MW1b to MW128b of the second divided memory matrix block is performed only for the word whose collation result in the word memories MW1a to MW128a of the first divided memory matrix block matches. .
[0070]
In the word memory MWmb of the second divided memory matrix block, when the search enable signal ENmb rises and the search is performed, after a predetermined time,AndBefore the rise of the enable timing signal SEc, the matching match auxiliary signal MCHmbIs determined. When the matching timing signal SEc rises while the matching match auxiliary signal MCHmb is in the H state in the case of the matching match, the search enable signal ENmc output by the AND logic gate Gmb also rises.
[0071]
When the search enable signal ENmc rises, a search in the word memory MWmc of the third divided memory matrix block is also performed. If the search result is a collation match, the search is performed according to the rise of the enable timing signal ENmd. The search of the fourth divided memory matrix block in the word memory MWmd is also performed. The final search result of the
[0072]
FIG. 4 is a time chart showing the operation at the time of non-matching in this embodiment.
[0073]
In FIG. 4, in a certain
[0074]
In this time chart, when the search enable signal ENmx input to the word memory MWmx rises, the word memoryMW mxIs searched for. If the search result is a mismatch, the matching match auxiliary signal MCHmx output from the word memory MWmx after a predetermined time is discharged and goes to the L state.
[0075]
When the matching match auxiliary signal MCHmx goes to the L state, the search output from the AND logic gate Gmx which receives the matching match auxiliary signal MCHmx, the search enable signal EMmx, and the enable timing signal SE (x + 1) is output. The enable signal ENm (x + 1) also remains in the L state. Therefore, the collation matching auxiliary signal MCHm (x + 1) output from the word memory MWm (x + 1) at the next stage of the word memory MWmx is not discharged.
[0076]
FIG. 5 is a time chart when a collation mismatch occurs in a certain word row of the fourth divided memory matrix block in the last block of the first embodiment.
[0077]
In the time chart of FIG. 5, a search is performed in the word memory MWmd of the m-th word row of the fourth divided memory matrix block, and the search result indicates that the collation does not match. is there.
[0078]
In the word memory MWmd, the input search enable signal ENmd becomes the H state and the search is started. If the search does not match, the matching match auxiliary signal MCHmd output from the word memory MWmd is discharged after a predetermined time. To be in the L state. When the matching match auxiliary signal MCHmd goes to the L state, the matching match signal MCm output from the AND logic gate Gmd also goes to the L state. Therefore, by determining the logic state of the collation match signal MCm at a timing after a predetermined time from the rise of the search enable signal ENmd, such collation mismatch can be confirmed.
[0079]
In this embodiment, the AND logic gates G1b to G128b and G1c to G128c are three-input AND logic gates because the search operation is performed in the corresponding word memory (that is, the preceding stage in the word memory). This is to detect that the search result of the word memory is a match and that the corresponding enable timing signal SEx rises.
[0080]
In comparison, the AND logic gates G1a to G128a are two-input AND logic gates. This is because the search operation is always performed for all the word memories MW1a to MW128a of the first divided memory matrix block because the first divided memory matrix block is the first stage.That is, MW1a to MW128a are searched by the AND logic gates G1a to G128a, for example, by the logical product with the enable timing signal used as a search enable signal in the first memory matrix block. This is because it is not necessary to determine whether As described above, in the present embodiment, the number of required elements can be reduced by using the AND logic gates G1a to G128a, which may be three-input AND logic gates, as two-input AND logic gates.
[0081]
On the other hand, the AND logic gates G1d to G128d are also two-input AND logic gates. this is,The search enable signal EN1 c ~ EN128 c And the collation matching auxiliary signal MCH1 d ~ MCH128 d And only the logical AND operation ofFor good.
[0082]
As described above, according to the first embodiment, the peak current flowing through the power supply line during the search operation can be reduced by shifting the timing of the search operation in the first to fourth divided memory matrix blocks. Can be dispersed. In particular, in the present embodiment, in the word memory in which the collation does not match, the collation in the subsequent word memory is not performed. As a result, it is possible to reduce the flow of the power supply current due to the discharge of the match line performed when the matching is not performed during the search in the word memory, and the power consumption is reduced.
[0083]
FIG. 6 is a circuit diagram of a main part of a second embodiment of the semiconductor memory device with a search function to which the present invention is applied.
[0084]
In FIG. 6, the semiconductor memory device has a bit length of 64 bits and a word number of 128 words, as in the first embodiment, and a total (64 × 128 = 8192) corresponding to this. Of memory cells. The memory matrix is composed of a first divided memory matrix block to a fourth divided memory matrix block of a total of four blocks.
[0085]
BookAlso in the second embodiment, each of the four divided memory matrix blocks has a bit length of 16 bits and a word count of 128 words. The configuration of the first divided memory matrix block to the fourth divided memory matrix block of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Also, these divided memory matrix blocksIs,RespectivelyFIG.It is a configuration like a memory matrix shown inFIG.Is configured using a memory cell M shown in FIG. The word lines W1 to W128 of the first to fourth divided memory matrix blocks are connected to each other and are common.
[0086]
In the second embodiment, the search enable lines EN1 to EN128 of the first divided memory matrix block are connected to each other, and a search enable signal EN is input. The search enable signal EN is input to one input of each of the AND logic gates H1a to H128a via the word-by-word delay circuits D1a to D128a, respectively.
[0087]
The matching match auxiliary signals MCH1a to MCH128a output from the match lines MCH1 to MCH128 of the word memories MW1a to MW128a are input to one input of the AND logic gates H1a to H128a, respectively. The AND logic gates H1a to H128a calculate the logical product of the enable delay signals END1a to END128a output from the word-by-word delay circuits D1a to D128a and the collation matching auxiliary signals MCH1a to MCH128a, respectively. EN1b to EN128b are output to the word memories MW1b to MW128b, respectively.
[0088]
The following second divided memory matrix block to fourth divided memory matrix block also use the respective word-by-word delay circuits D1b to D128b and D1c to D128c, and AND logic gates H1b to H128b and H1c to H128c. An operation similar to that of the one-divided memory matrix block is performed. On the output side of the fourth divided memory matrix block, the word-by-word delay circuit as described above is not particularly provided, and the search enable signals EN1d to EN128d input to the word memories MW1d to MW128d, respectively, The logical product of each of the collation matching auxiliary signals MCH1d to MCH128d output from each of the word memories MW1d is obtained by the AND logic gates H1d to H128d, and the collation matching signals MC1 to MC128 are output as the overall search result Have been.
[0089]
FIG. 7 is a circuit diagram focusing on one of the word memories used in the second embodiment.
[0090]
As shown in FIG. 7, the search enable line ENm of any one of the word memories MWmx (x is any of a to c) of the second embodiment.ToIs input with the search enable signal ENmx. Further, one delay circuit Dmx for each word is provided for one word memory MWmx, and the search enable signal ENmx is inputted. The word-by-word delay circuit Dmx receives the search enable signal EN.mxAs a signal delayed by a predetermined time, the enable delay signal ENDmxIs output.
[0091]
On the other hand, the word memory MWmx outputs the collation matching auxiliary signal MCHmx from the match line MCHm.
[0092]
Also, one AND logic gate H is provided for one word memory MWmx.mxIs provided. The AND logic gate Hmx finds the logical product of the enable delay signal ENDmx and the matching match auxiliary signal MCHmx, and outputs the result as a search enable signal ENm (x + 1). The search enable signal ENm (x + 1) is input to the search enable line ENm of the next-stage word memory MWm (x + 1) of the same word row.
[0093]
FIG. 8 is a circuit diagram of the word-by-word delay circuit of the second embodiment.
[0094]
As shown in FIG. 8, the word-by-word delay circuits D1a to D128a, D1b to D128b and D1c to D128c (hereinafter collectively referred to as Dmx) are composed of a total of six buffer gates B. That is, the word-by-word delay circuit Dmx is connected to these cascade-connected buffer gates B.By, And generates and outputs the enable delay signal ENDmx obtained by delaying the search enable signal ENmx by a predetermined time.
[0095]
In the second embodiment, the search enable timing circuit of the present invention mainly includes the word-by-word delay circuits D1a to D128a, D1b to D128b and D1c to D128c, and the AND logic gates H1a to H128a, H1b to D1c. H128b, H1c to H128c,H1d to H128d,as well as,theseConnectIt is composed of wiring.
[0096]
FIG. 9 is a time chart showing the operation of the second embodiment.
[0097]
In the time chart of FIG. 9, the word memory MWmx of the second embodiment and the word memory MWm (x + 1) at the next stage of the word memory are shown. In this time chart, regarding the word memories MWmx and MWm (x + 1), the enable signal ENmx, the collation matching auxiliary signal MCHmx, the enable delay signal ENDmx, and the enable signal ENm (x + 1) It is shown.
[0098]
In the time chart of FIG. 9, when the enable signal ENmx rises first, a collation circuit or the like included in each of the 16 memory cells Mm1 to Mm in the word memory MWmx operates, and the word memory MWmx Such a search operation is performed. The search result is output as the collation match auxiliary signal MCHmx indicating collation match or collation mismatch. In this time chart, the matching match is indicated by a one-dot chain line, and the mismatching is indicated by a broken line.
[0099]
On the other hand, the enable signal ENmx is delayed by a predetermined time in the word-by-word delay circuit Dmx, and is output as an enable delay signal ENDmx. The delay time corresponds to the time until the search operation performed in the word memory MWmx is completed, and is slightly longer than the time required for the search operation. Therefore, at the rise of the enable delay signal ENDmx, it is determined whether the collation matching auxiliary signal MCHmx is collation coincidence or collation non-coincidence. Based on this, the enable signal ENm (x + 1) is determined. It is generated by an AND logic gate Hmx.
[0100]
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the search is performed by shifting the timing of the search operation performed in each of the first to fourth memory matrix blocks. The peak current flowing through the power supply line during operation can be dispersed. Also in the second embodiment, whether or not a search is performed in each word row after the second divided memory matrix block is performed based on the search result at the preceding stage. Therefore, if the collation does not match in the preceding word memory, the search for the corresponding word row in the next stage is not performed in the word memory, so that the overall power consumption can be reduced.
[0101]
When the first embodiment is compared with the second embodiment, a portion of the delay circuit, that is, a portion of the block-by-block delay circuit Dx in the first embodiment, and a portion of the delay circuit Dx in the second embodiment. The part of the delay circuit Dmx and the part of the logic gate Gmx of the first embodiment and the second embodiment and the circuits in the vicinity thereof are partially different. For example, in the first embodiment, delay circuits for a small number of blocks are concentratedly provided as the block-by-block delay circuits Dx, which is excellent in this point. On the other hand, in the second embodiment, since the word-by-word delay circuit Dmx is arranged near each word memory MWmx, the wiring related to the word-by-word delay circuit Dmx is shortened, which is excellent in this point. These first and second embodiments may be selectively determined according to the state of the circuit to be provided.
[0102]
FIG. 10 is a graph of a power supply current at the time of a search operation in a conventional semiconductor memory device with a search function. On the other hand, FIG. 11 is a graph showing the power supply current at the time of the search operation in the first embodiment and the second embodiment.
[0103]
First, conventionally, as shown in FIG. 10, the power supply current at the time of the search operation is time t.1Is focused on On the other hand, in the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIG. 11, the peak current at the time of the search operation is dispersed. That is, the time t in FIG.2~ T5And the peak maximum current is made smaller than before.
[0104]
In particular, the time t2Corresponds to a search operation in the first divided memory matrix block, and the time t3Corresponds to the search operation in the second divided memory matrix block, and the time t4Corresponds to the search operation in the third divided memory matrix block, and the time t5Corresponds to the search operation in the fourth divided memory matrix block.
[0105]
As described above, when the search operation at the corresponding front stage of each word memory does not match, the search at the subsequent stage of the word memory is not performed, and the power consumption is reduced. . This point is different from the time t in FIG.2~ T5And the peak current is shown to be gradually decreasing with respect to the broken line according to the elapsed time.
[0106]
Thus, as apparent from the comparison between FIGS. 10 and 11, according to the first embodiment or the second embodiment, the peak maximum current flowing through the power supply line at the time of the search operation is smaller than that of the related art. It can be reduced to almost 1/4. Furthermore, in the first and second embodiments, the overall power consumption during the search operation can be reduced to 1/4 or less as compared with the related art.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the power consumption at the time of the search operation in the semiconductor memory device with the search function is reduced, and the peak maximum current flowing through the power supply line is further reduced, so that the power supply line due to the large current can be supplied. , And the strength of power supply noise can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a main part of a first embodiment of a semiconductor memory device with a search function to which the present invention is applied;
FIG. 2 is a circuit diagram of a block-by-block delay circuit used in the first embodiment.
FIG. 3 is a time chart showing the operation of the first embodiment at the time of matching.
FIG. 4 is a time chart showing the operation of the first embodiment at the time of non-matching;
FIG. 5 is a time chart showing the operation of the fourth stage divided memory matrix block at the last stage when there is no match in the first embodiment;
FIG. 6 is a circuit diagram of a main part of a second embodiment of the semiconductor memory device with a search function to which the present invention is applied;
FIG. 7 is a circuit diagram focusing on one word memory of the second embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram of a word-by-word delay circuit used in the second embodiment.
FIG. 9 is a time chart showing the operation of the second embodiment.
FIG. 10 is a graph of a power supply current during a search operation in a conventional semiconductor memory device with a search function.
FIG. 11 is a graph showing a power supply current at the time of a search operation in the first embodiment or the second embodiment.
FIG. 12 is a circuit diagram of a memory matrix of a conventional semiconductor memory device having a search function.
FIG. 13 is a circuit diagram of a memory cell used in the memory matrix of the conventional semiconductor memory device with a search function.
[Explanation of symbols]
MWmx, MW1a to MW128a, MW1b to MW128b, MW1c to MW128c, MW1d to MW128d ... word memory
G1a to G128a, G1b to G128b, G1c to G128c, G1d to G128d, H1a to H128a, H1b to H128b, H1c to H128c, H1d to H128d ... AND logic gate
Da to Dc: delay circuit for each block
D1a to D128a, D1b to D128b, D1c to D128c ... delay circuit for each word
M11 to MMN: Memory cell
T1 to T6: N-channel MOS transistors
I1, I2 ... Inverter gate
B: Buffer gate
Bn (Bn bar), B1 to Bn, (B1 bar) to (Bn bar) ... bit line
Wm, W1 to W128 to Wm (or W1 to WN to W128) ... word line
ENn, EN1 to ENN ... search enable line (or search enable signal)
ENmx: Search enable signal
ENDmx, END1a to END128a, END1b to END128b, END1c to END128c, END1d to END128d ... enable delay signal
SEa to SEd: enable timing signal
MCHm, MCH1 to MCHM ... match line (or collation match holding signal)
MCHma: Matching matching auxiliary signal
MC1 to MC128 ... collation match output (or collation match signal)
t1~ T5…Times of Day
Claims (4)
各ビット列毎にビット線が設けられた、それぞれ照合回路を有するメモリセルで成る合計Pブロックの複数の分割メモリマトリックスブロックを、ビット列方向に並べることで、ビット長Nでワード数Mのデータを記憶するようにしたメモリマトリックスと、
検索イネーブル信号を入力する、前記分割メモリマトリックスブロック毎に独立し、又前記メモリマトリックスのワード行毎に独立した、少なくとも合計(M×(P−1)+1)本の複数の検索イネーブル線と、
検索実行前にプリチャージしておき、検索中の照合結果が不一致となるワードについては、不一致となっているメモリセルの前記照合回路にてディスチャージされる、前記分割メモリマトリックスブロック毎に独立し、又前記メモリマトリックスのワード行毎に独立した、プリチャージ状態に対応する照合一致補助信号を伝達する、少なくとも合計(M×P)本の複数のマッチ線と、
第p番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号と、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号との、これら2つの信号の論理積にて得られた信号を遅延させた照合一致信号を、第(p+1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検出イネーブル線にて入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目へと、該検索イネーブル信号として入力する検索イネーブルタイミング回路とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。By detecting whether or not the discharge by the matching circuit provided for each memory cell constituting the memory matrix for storing the data of the number of words M with the bit length N is performed on the precharged match line, In a semiconductor memory device that obtains a comparison result between search word data of a bit pattern input to a memory cell and word data of a bit pattern stored in a word row of a memory matrix,
By arranging a plurality of divided memory matrix blocks of a total of P blocks each having a matching circuit provided with a bit line for each bit string and having a matching circuit in the bit string direction, data having a bit length N and the number of words M is stored. And a memory matrix
At least a total of (M × (P−1) +1) search enable lines, each of which is independent of the divided memory matrix block and independent of each word row of the memory matrix, for inputting a search enable signal;
It is precharged before executing the search, and for the word in which the matching result during the search does not match, the word is discharged by the matching circuit of the memory cell that does not match, independently for each of the divided memory matrix blocks, At least a total of (M × P) match lines for transmitting a matching match auxiliary signal corresponding to a precharge state, which is independent for each word row of the memory matrix;
The search enable signal transmitted on the search enable line corresponding to the m-th word of the divided memory matrix block to which the search enable signal is input p-th, and the match line corresponding to the word A matching match signal obtained by delaying a signal obtained by ANDing the two signals with the matching matching auxiliary signal output from the comparator, and (p + 1) th search enable signal having the detection enable line A search enable timing circuit for inputting the search enable signal to the m-th word of the divided memory matrix block input at step (i).
カスケード接続され、その接続点及び最終段出力から、順次、第2番目〜第P番目に生成される前記検索イネーブル信号のそれぞれの生成時のタイミング制御に用いられる第2イネーブルタイミング信号〜第Pイネーブルタイミング信号が引き出される、合計(P−1)個のブロック毎遅延回路と、
第p番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号と、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号と、カスケード接続された前記ブロック毎遅延回路の第p番目の接続点乃至は最終段出力から引き出される第p+1イネーブルタイミング信号との、これら3つの信号の論理積から、第(p+1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検索イネーブル線にて入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目へと該検索イネーブル信号として入力する、照合一致信号を生成する検索イネーブル信号生成回路とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。2. The search enable timing circuit according to claim 1, wherein
A second enable timing signal to a P-th enable which are used for timing control at the time of generating the second to P-th search enable signals sequentially from the connection point and the output of the last stage in a cascade connection. A total of (P-1) delay circuits for each block from which a timing signal is derived;
The search enable signal transmitted on the search enable line corresponding to the m-th word of the divided memory matrix block to which the search enable signal is input p-th, and the match line corresponding to the word And the p + 1 enable timing signal derived from the p-th connection point or the output of the last stage of the cascade-connected block-by-block delay circuit. From the product, a (p + 1) th search match signal is generated, which is input as the search enable signal to the m-th word of the divided memory matrix block input through the search enable line, and a matching match signal is generated. And a search enable signal generation circuit.
第1番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードについては、前記検索イネーブル信号生成回路が、該ワードに対応する前記マッチ線から出力される前記照合一致補助信号と、カスケード接続された前記ブロック毎遅延回路の第1番目の接続点から引き出される第2イネーブルタイミング信号との、これら2つの信号の論理積から前記照合一致信号を生成するものであることを特徴とする半導体記憶装置。In claim 2,
For the first word of the m-th word of the divided memory matrix block to which the search enable signal is input, the search enable signal generation circuit outputs the matching match output from the match line corresponding to the word. The collation matching signal is generated from a logical product of an auxiliary signal and a second enable timing signal extracted from a first connection point of the cascade-connected block-by-block delay circuit. A semiconductor memory device characterized by the above-mentioned.
第p番目に前記検索イネーブル信号が入力される前記分割メモリマトリックスブロックの第mワード目のワードに対応する前記検索イネーブル線にて伝達される前記検索イネーブル信号を入力し、該検索イネーブル信号を遅延させたイネーブル遅延信号を出力するワード毎遅延回路と、
該ワード毎遅延回路が出力する前記イネーブル遅延信号と、該イネーブル遅延信号に対応するワードへと対応する前記照合一致補助信号との、これら2つの信号の論理積から、第(p+1)番目に前記検索イネーブル信号がその前記検索イネーブル線にて入力される前記第mワード目へと該検索イネーブル信号として入力する、照合一致信号を生成する検索イネーブル信号生成回路とを備えたことを特徴とする半導体記憶装置。2. The search enable timing circuit according to claim 1, wherein
Inputting the search enable signal transmitted on the search enable line corresponding to the m-th word of the divided memory matrix block to which the p-th search enable signal is input, and delaying the search enable signal A word-by-word delay circuit that outputs the enabled enable delay signal;
From the logical product of these two signals of the enable delay signal output by the word-by-word delay circuit and the collation matching auxiliary signal corresponding to the word corresponding to the enable delay signal, the (p + 1) th is A search enable signal generation circuit for generating a match signal, the search enable signal being input as the search enable signal to the m-th word whose search enable signal is input through the search enable line; Storage device.
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