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JPH11149366A - Multi-bit comparing circuit and memory - Google Patents

Multi-bit comparing circuit and memory

Info

Publication number
JPH11149366A
JPH11149366A JP31805497A JP31805497A JPH11149366A JP H11149366 A JPH11149366 A JP H11149366A JP 31805497 A JP31805497 A JP 31805497A JP 31805497 A JP31805497 A JP 31805497A JP H11149366 A JPH11149366 A JP H11149366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
data
current
node
comparison circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31805497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Nishiyama
雅彦 西山
Keiichi Higeta
恵一 日下田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP31805497A priority Critical patent/JPH11149366A/en
Publication of JPH11149366A publication Critical patent/JPH11149366A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable high-speed operation by providing an exclusive OR circuit, calculating and inputting the wired-OR logic of its output to a decision circuit and outputting a signal indicating a match or mismatch, and suppressing the potential of a wired-OR node by using a potential suppressing circuit. SOLUTION: When one of 1-bit comparing circuits SG1 to SGn finds that input data Din matches comparison data Dcp, a current flows to a transistors Q1 or Q3 connected to a node Na in each of other 1-bit comparing circuits having found mismatches and a current (i) is drawn from the node Na. When a mismatch is one bit, a current flowing to the base-side diode D1 of a transistor Q11 in a decision device 10 becomes i+ia=ti/4 obtained by adding a current ia(=i/4) flowing to a transistor Q13 to the drawn current (i). The potential at the node Na becomes lower than that at a node Nb by a forward potential difference based upon the difference in current density between the two diodes D1 and D2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、データ比較回路さ
らには多ビットデータの比較回路の高速化に適用して有
効な技術に関し、データ一致検出機能を備えた連想メモ
リやアドレス比較機能を備えたキャッシュメモリ等に利
用して有効な技術に関する。なお、本明細書において、
多ビットデータとは2ビット以上のすべてのデータを意
味し、またデータなる語もその呼び方に制限されず、デ
ータとして扱われるものであればアドレスなど複数のビ
ットからなるすべての情報を含むものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technology which is effective when applied to a data comparison circuit and a multi-bit data comparison circuit at high speed. The present invention relates to an associative memory having a data match detection function and an address comparison function. The present invention relates to a technology effective for use in a cache memory or the like. In this specification,
The multi-bit data means all data of 2 bits or more, and the word data is not limited to its name, but includes all information including a plurality of bits such as an address as long as it is treated as data. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より多ビットデータの比較機能を有
するメモリとして連想メモリやキャッシュメモリが提案
されている。連想メモリは、番地を指定してアクセスす
る代わりに、記憶内容の一部を指定して、その内容が記
憶されている位置あるいは残りの内容を読み出せるよう
に構成されたメモリで、2つのメモリ部から構成され、
第1のメモリ部には外部から入力されるデータ(検索デ
ータ)との比較を行うデータ(被検索データ)が格納さ
れ、第2のメモリ部には検索データと被検索データの比
較において一致したときに取り出すデータが格納され
る。そのため、連想メモリには、メモリ本来の記憶機能
の他に、外部から入力されたデータと内部に保持してい
るデータとの一致を検出する多ビット比較機能を有して
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, associative memories and cache memories have been proposed as memories having a function of comparing multi-bit data. The associative memory is a memory configured to specify a part of the storage content and read the position where the content is stored or the remaining content instead of accessing by specifying the address. Department,
The first memory unit stores data (search target data) to be compared with data (search data) input from the outside, and the second memory unit matches the search data with the search target data in the comparison. Stores the data to be retrieved. For this reason, the associative memory has a multi-bit comparison function of detecting coincidence between data input from the outside and data held inside, in addition to the storage function inherent in the memory.

【0003】また、キャッシュメモリを備えたシステム
では、リードしたいデータがキャッシュメモリ内にある
か否か判定するためキャッシュメモリ内のデータのタグ
アドレスを格納したアドレスタグメモリと、データを格
納したデータメモリとを備え、入力アドレスとタグアド
レスとを比較する多ビット比較回路を備えている。
In a system having a cache memory, an address tag memory for storing a tag address of data in the cache memory for determining whether data to be read is in the cache memory, and a data memory for storing data. And a multi-bit comparison circuit for comparing the input address with the tag address.

【0004】多ビット比較回路は2つのデータを比較し
て1ビットでも一致していないとハイレベル(ロウレベ
ルでも可)の信号を出力するもので、従来、バイポーラ
・トランジスタからなる多ビット比較回路としては、シ
リーズゲートからなる排他的論理和回路で1ビットの比
較回路を構成し、データのビット数に応じた数のシリー
ズゲートを用意し、それらの出力を2〜3入力のECL
(エミッタ・カップルド・ロジック)回路からなる論理
和回路(ORゲート)で受け、さらにその出力をECL
回路で受けて最終的な出力を得るように構成されたもの
がある。
A multi-bit comparison circuit compares two data and outputs a high-level (or low-level) signal if even one bit does not match. Conventionally, a multi-bit comparison circuit composed of bipolar transistors is used. Constitutes a 1-bit comparison circuit with an exclusive-OR circuit composed of series gates, prepares a number of series gates corresponding to the number of data bits, and outputs their outputs to an ECL of two to three inputs.
(OR gate) consisting of (emitter-coupled logic) circuit
Some are configured to receive a final output from a circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】シリーズゲートおよび
ECL回路を用いた従来の多ビット比較回路にあって
は、データのビット数が多くなるほど縦続接続されるゲ
ート段数が多くなるため、ゲート遅延時間が増大し高速
化が図れないという問題点があった。また、従来の多ビ
ット比較回路は、抵抗で電流を電圧に変換して信号の振
幅を得る方式であったため比較的振幅が大きいととも
に、不一致のビットの数に応じて電流値が変化して振幅
も変化するという問題点があった。
In a conventional multi-bit comparison circuit using a series gate and an ECL circuit, as the number of data bits increases, the number of cascade-connected gate stages increases. There is a problem that the speed cannot be increased due to an increase. In addition, the conventional multi-bit comparison circuit uses a method in which a current is converted to a voltage by a resistor to obtain a signal amplitude, so that the amplitude is relatively large, and the current value changes in accordance with the number of mismatched bits to change the amplitude. Also changed.

【0006】本発明の目的は、高速動作可能な多ビット
比較回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a multi-bit comparison circuit that can operate at high speed.

【0007】この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述および添附図面
から明らかになるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application is as follows.

【0009】すなわち、比較するデータのビット数だけ
シリーズゲートなどからなる排他的論理和回路を設け、
それらの出力のワイヤードオア論理をとってECL回路
などからなる判定回路に入力して一致/不一致を示す信
号を出力するとともに、上記ワイヤードオア・ノードの
電位をダイオードなどの電位抑制回路を用いて抑制する
ようにしたものである。
That is, an exclusive OR circuit composed of series gates and the like is provided for the number of bits of data to be compared,
The outputs of these outputs are wired-ORed and input to a decision circuit such as an ECL circuit to output a signal indicating match / mismatch, and the potential of the wired-OR node is suppressed using a potential suppression circuit such as a diode. It is something to do.

【0010】上記した手段によれば、複数のシリーズゲ
ートの出力のワイヤードオア論理をとって判定回路に入
力するため、判定回路を構成するゲート段数が少なくな
って遅延時間が短縮されるとともに、ワイヤードオア・
ノードの電位が抑制されるため不一致のビットの数にか
かわらず信号の振幅を小さく抑えることができ、これに
よって高速比較動作が達成される。
According to the above-mentioned means, since the outputs of the plurality of series gates are input to the decision circuit by taking the wired-OR logic, the number of gate stages constituting the decision circuit is reduced, the delay time is shortened, and the wired time is reduced. Or
Since the potential of the node is suppressed, the amplitude of the signal can be suppressed irrespective of the number of mismatched bits, thereby achieving a high-speed comparison operation.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1に本発明に係る多ビット比較回路の一
実施例を示す。図1において、SG0,SG1,‥‥S
Gnはシリーズゲートからなる1ビットの1ビット比較
回路、10は上記各1ビット比較回路SG0,SG1,
‥‥SGnの出力が共通に入力された判定回路である。
FIG. 1 shows an embodiment of a multi-bit comparison circuit according to the present invention. In FIG. 1, SG0, SG1, ‥‥ S
Gn is a 1-bit 1-bit comparison circuit composed of a series gate, and 10 is the 1-bit comparison circuits SG0, SG1,
This is a determination circuit to which the output of SGn is commonly input.

【0013】1ビット比較回路SGはそれぞれ互いにエ
ミッタ共通接続され上段第1カレントスイッチを構成す
るトランジスタ対Q1,Q2および上段第2カレントス
イッチを構成するトランジスタ対Q3,Q4と、これら
のトランジスタ対の共通エミッタに各々コレクタが接続
されエミッタが共通接続されたトランジスタ対Q5,Q
6と、このトランジスタ対Q5,Q6の共通エミッタに
接続された定電流源CI1とによって構成されている。
そして、上記トランジスタQ1とQ4のベースに入力デ
ータDinが入力され、Q1,Q4と対をなすトランジ
スタQ2,Q3のベースには参照電圧Vref1が印加され
ている。
The 1-bit comparison circuit SG has a pair of transistors Q1 and Q2 which are commonly connected to each other to form an upper-stage first current switch, and a pair of transistors Q3 and Q4 which form an upper-stage second current switch. Transistor pairs Q5, Q each having a collector connected to the emitter and a common connection to the emitter
6 and a constant current source CI1 connected to a common emitter of the transistor pairs Q5 and Q6.
The input data Din is input to the bases of the transistors Q1 and Q4, and the reference voltage Vref1 is applied to the bases of the transistors Q2 and Q3 forming a pair with the transistors Q1 and Q4.

【0014】また、下段のカレントスイッチを構成する
トランジスタQ6のベースには比較データDcpが、ま
たQ5のベースには参照電圧Vref2が印加されている。
さらに、上記トランジスタQ2とQ4のコレクタは接地
電位のような電源電圧Vccに接続され、トランジスタ
Q1とQ3のコレクタはすべての1ビット比較回路SG
0,SG1,‥‥SGnの出力のワイヤードオア論理を
とるノードNaに接続されている。
The comparison data Dcp is applied to the base of a transistor Q6 constituting the lower stage current switch, and the reference voltage Vref2 is applied to the base of Q5.
Further, the collectors of the transistors Q2 and Q4 are connected to a power supply voltage Vcc such as a ground potential, and the collectors of the transistors Q1 and Q3 are connected to all the one-bit comparison circuits SG.
0, SG1,... SGn are connected to a node Na which takes a wired-OR logic.

【0015】これによって上記1ビット比較回路SG
0,SG1,‥‥SGnはそれぞれ、入力データDin
が比較データDcpと同じときは定電流源CI1に流れ
る電流iがトランジスタQ2−Q5またはQ4−Q6を
通して流れるように電流経路が形成され、入力データD
inが比較データDcpと異なるときは定電流源CI1
に流れる電流iがトランジスタQ1−Q5またはQ3−
Q6を通して流れるように電流経路が形成される。つま
り、1ビット比較回路SG0,SG1,‥‥SGnのう
ち一つでも入力データDinと比較データDcpとが不
一致の回路があると、ノードNaから電流を引き抜くよ
うに動作する。
Thus, the one-bit comparison circuit SG
0, SG1, and SGn are input data Din, respectively.
Is the same as the comparison data Dcp, a current path is formed such that the current i flowing through the constant current source CI1 flows through the transistor Q2-Q5 or Q4-Q6.
When in is different from the comparison data Dcp, the constant current source CI1
Current i flowing through the transistor Q1-Q5 or Q3-
A current path is formed to flow through Q6. That is, if at least one of the one-bit comparison circuits SG0, SG1,... SGn has a mismatch between the input data Din and the comparison data Dcp, the circuit operates so as to draw current from the node Na.

【0016】上記判定回路10は、上記ノードNaと電
源電圧Vccとの間に接続されたダイオードD1と、上
記1ビット比較回路SG0,SG1,‥‥SGnは上記
ノードNaから電流を引かない状態においても上記ダイ
オードD1に所定のバイアス電流を流すためノードNa
と電源電圧Veeとの間に直列に接続された抵抗R1お
よびトランジスタQ13からなるバイアス回路11と、
エミッタ共通接続され一方のベースに上記ノードNaの
電位が印加されたトランジスタ対Q11,Q12とその
コレクタ抵抗Rc1,Rc2と共通エミッタに接続され
た定電流源CI2とからなるECL回路12と、電源電
圧Vcc−Vee間に直列形態に接続されたダイオード
D2およびトランジスタQ14とからなり上記トランジ
スタQ12のベースにノードNaに生じる電位の中間の
電位の参照電圧Vref3を発生するための定電圧回路13
と、上記ECL回路12の出力ノードに接続されたエミ
ッタフォロワ回路14とによって構成されている。
The determination circuit 10 includes a diode D1 connected between the node Na and the power supply voltage Vcc and the one-bit comparison circuits SG0, SG1,... SGn in a state where no current is drawn from the node Na. The node Na is also used to supply a predetermined bias current to the diode D1.
A bias circuit 11 including a resistor R1 and a transistor Q13 connected in series between the power supply voltage Vee and a resistor R1;
An ECL circuit 12 composed of a pair of transistors Q11 and Q12 commonly connected to an emitter and having the potential of the node Na applied to one base, their collector resistors Rc1 and Rc2, and a constant current source CI2 connected to a common emitter; A constant voltage circuit 13 comprising a diode D2 and a transistor Q14 connected in series between Vcc and Vee for generating a reference voltage Vref3 at the base of the transistor Q12 at a potential intermediate between the potentials at the node Na.
And an emitter follower circuit 14 connected to the output node of the ECL circuit 12.

【0017】上記トランジスタQ13と抵抗R1はこれ
に流れる電流iaが上記1ビット比較回路SG0,SG
1,‥‥SGnのそれぞれに流れる電流iの1/4の電
流が流れるように素子定数が設定されているとともに、
トランジスタQ13とQ14は、互いのベースがトラン
ジスタQ13のコレクタに接続されてカレントミラー回
路を構成するとともに、Q13とQ14のエミッタサイ
ズが1:2となるように設計されることで、Q14に流
れるコレクタ電流ibはQ13に流れる電流iaの2倍
すなわち1ビット比較回路SGの電流iの1/2となる
ように設定されている。上記ダイオードD1とD2は同
一特性を有するように設計されている。
The transistor Q13 and the resistor R1 are connected to the current ia flowing through the transistor Q13 and the resistor R1.
The element constants are set so that 1/4 of the current i flowing in each of 1, SGSGn flows.
The transistors Q13 and Q14 have their bases connected to the collector of the transistor Q13 to form a current mirror circuit, and are designed such that the emitter sizes of Q13 and Q14 are 1: 2, so that the collector flowing to Q14 is The current ib is set to be twice the current ia flowing through Q13, that is, 1/2 of the current i of the 1-bit comparison circuit SG. The diodes D1 and D2 are designed to have the same characteristics.

【0018】なお、上記トランジスタQ13はこれをダ
イオードに置き換え、同様にiの1/4でibの1/2
の電流が流れるようにしてもよい。要するに、ia<i
bでi+ia>ibなる条件を満たすようにi,ia,
ibを決定してやればよい。上記出力エミッタフォロワ
回路14は、コレクタが電源電圧Vccに接続されベー
スが上記ECL回路11のトランジスタQ12のコレク
タに接続されたトランジスタQ20と、該トランジスタ
Q20のエミッタに接続された定電流源CI3とから構
成されている。
The transistor Q13 is replaced with a diode, and similarly, the transistor Q13 is 1 / of i and の of ib.
May flow. In short, ia <i
b, i, ia, so that the condition of i + ia> ib is satisfied.
ib may be determined. The output emitter follower circuit 14 includes a transistor Q20 having a collector connected to the power supply voltage Vcc and a base connected to the collector of the transistor Q12 of the ECL circuit 11, and a constant current source CI3 connected to the emitter of the transistor Q20. It is configured.

【0019】次に、上記多ビット比較回路の動作を説明
する。
Next, the operation of the multi-bit comparison circuit will be described.

【0020】すべての1ビット比較回路SG0,SG
1,‥‥SGnにおいて入力データDinと比較データ
Dcpとが一致していると、各1ビット比較回路はすべ
てコレクタが電源電圧Vccに接続されたトランジスタ
Q2またはQ4に電流が流れ、ノードNaから電流を引
くことはない。そのため、判定回路10内のトランジス
タQ11のベース側のダイオードD1に流れる電流はト
ランジスタQ13に流れる電流ia(=i/4)に等し
い。一方、トランジスタQ12のベース側のダイオード
D2に流れる電流ibは常に一定(i/2)である。つ
まりia<ibである。
All 1-bit comparison circuits SG0, SG
When the input data Din and the comparison data Dcp match in 1, .SIGMA.SGn, a current flows through the transistor Q2 or Q4 whose collector is connected to the power supply voltage Vcc, and a current flows from the node Na. Do not pull. Therefore, the current flowing through the diode D1 on the base side of the transistor Q11 in the determination circuit 10 is equal to the current ia (= i / 4) flowing through the transistor Q13. On the other hand, the current ib flowing through the diode D2 on the base side of the transistor Q12 is always constant (i / 2). That is, ia <ib.

【0021】ところで、ダイオードの順方向電圧降下量
はダイオードに流れる電流密度に依存し、図4に実線イ
で示すように、抵抗による電圧降下特性(破線ロ)に比
べてはるかに小さいものの電流密度が高くなるほど電圧
降下量が大きくなる特性を有する。従って、ノードNa
の電位は、2つのダイオードD1,D2の電流密度の差
に基づく順方向電位差分だけノードNbの電位よりも高
くなる。これによって、カレントスイッチを構成するト
ランジスタQ11,Q12はQ11がオンとなり、Q1
2がオフすることで、Q12のコレクタ電圧が高くなっ
て出力エミッタフォロワ回路のトランジスタQ20がオ
ンしてハイレベル(Vcc)の信号が出力される。
Incidentally, the amount of forward voltage drop of the diode depends on the current density flowing through the diode, and as shown by the solid line A in FIG. 4, the current density is much smaller than the voltage drop characteristic due to the resistance (broken line B). Has a characteristic that the voltage drop amount increases as the value increases. Therefore, node Na
Is higher than the potential of the node Nb by a forward potential difference based on the difference between the current densities of the two diodes D1 and D2. As a result, the transistors Q11 and Q12 forming the current switch have Q11 turned on, and Q1
By turning off the transistor 2, the collector voltage of the transistor Q12 becomes high, the transistor Q20 of the output emitter follower circuit is turned on, and a high-level (Vcc) signal is output.

【0022】一方、1ビット比較回路SG0,SG1,
‥‥SGnのいずれかにおいて入力データDinと比較
データDcpが不一致になると、不一致の1ビット比較
回路ではノードNaに接続されたトランジスタQ1また
はQ3に電流が流れ、ノードNaから電流iを引くこと
となる。そのため、不一致が1ビットであれば、判定回
路10内のトランジスタQ11のベース側のダイオード
D1に流れる電流は、引き抜き電流iにトランジスタQ
13に流れる電流ia(=i/4)を加算したi+ia
=5i/4となる。
On the other hand, 1-bit comparison circuits SG0, SG1,
When the input data Din does not match the comparison data Dcp in any of SGn, a current flows through the transistor Q1 or Q3 connected to the node Na in the mismatched 1-bit comparison circuit, and the current i is subtracted from the node Na. Become. Therefore, if the mismatch is 1 bit, the current flowing through the diode D1 on the base side of the transistor Q11 in the determination circuit 10 is equal to the extraction current i of the transistor Q1.
I + ia obtained by adding the current ia (= i / 4) flowing through
= 5i / 4.

【0023】このとき、トランジスタQ12のベース側
のダイオード2に流れる電流ibは常に一定(i/2)
であるので、ダイオードD1に流れる電流5i/4はダ
イオードD2に流れる電流ib(=i/2)よりも大き
くなり、ノードNaの電位は、2つのダイオードD1,
D2の電流密度の差に基づく順方向電位差分だけノード
Nbの電位よりも低くなる。これによって、カレントス
イッチを構成するトランジスタQ11,Q12はQ11
がオフとなり、Q12がオンすることで、Q12のコレ
クタ電圧が低くなって出力エミッタフォロワ回路のトラ
ンジスタQ20がオフしてロウレベル(Vee)の信号
が出力される。
At this time, the current ib flowing through the diode 2 on the base side of the transistor Q12 is always constant (i / 2).
Therefore, the current 5i / 4 flowing through the diode D1 becomes larger than the current ib (= i / 2) flowing through the diode D2, and the potential of the node Na becomes two diodes D1,
The potential of the node Nb becomes lower than the potential of the node Nb by a forward potential difference based on the difference in the current density of D2. As a result, transistors Q11 and Q12 forming the current switch are connected to Q11
Are turned off and Q12 is turned on, the collector voltage of Q12 is lowered, and the transistor Q20 of the output emitter follower circuit is turned off, and a low level (Vee) signal is output.

【0024】さらに、上記1ビット比較回路SG0,S
G1,‥‥SGnのうち2以上の回路において入力デー
タDinと比較データDcpが不一致になると、不一致
の1ビット比較回路ではノードNaに接続されたトラン
ジスタQ1またはQ3に電流が流れ、ノードNaから不
一致の回路数分の電流を引くこととなる。そのため、不
一致の数がkビットであれば、判定回路10内のトラン
ジスタQ11のベース側のダイオードD1に流れる電流
は、引き抜き電流(i×k)にトランジスタQ13に流
れる電流ia(=i/4)を加算した値となる。しか
し、ダイオードは抵抗と異なり、図4の実線イに示すよ
うに、電流が増加しても電圧はそれほど大きく変化しな
いため、ノードNaの電位変化すなわち信号振幅も小さ
くなり、比較動作の高速化が可能となる。
Further, the one-bit comparison circuits SG0, S
When the input data Din and the comparison data Dcp do not match in two or more of the circuits G1, .SIGMA.SGn, a current flows through the transistor Q1 or Q3 connected to the node Na in the mismatching 1-bit comparison circuit, and the mismatch does not occur from the node Na. The current for the number of circuits is drawn. Therefore, if the number of mismatches is k bits, the current flowing through the diode D1 on the base side of the transistor Q11 in the determination circuit 10 is the current ia (= i / 4) flowing through the transistor Q13 as the extraction current (i × k). Is added. However, unlike a resistor, as shown by a solid line A in FIG. 4, the voltage does not change so much even if the current increases, so that the potential change of the node Na, that is, the signal amplitude also decreases, and the speed of the comparison operation increases. It becomes possible.

【0025】図2に、本発明に係る多ビット比較回路の
他の実施例を示す。
FIG. 2 shows another embodiment of the multi-bit comparison circuit according to the present invention.

【0026】この実施例は、第1の実施例におけるクラ
ンプ用ダイオードD1の代わりに、ECL回路15を設
け、ECL回路を構成するエミッタ結合トランジスタ対
Q15,Q16の共通エミッタを1ビット比較回路SG
0〜SGnの共通電流引き抜きノードNaに接続して、
ノードNaの電位を抑制するようにしたものである。上
記クランプ用ECL回路15は、一方のトランジスタQ
15のベースに、電源電圧VccとノードNaとの間に
接続された直列抵抗R11,R12の接続ノードNcの
電位が印加され、他方のトランジスタQ16のベースに
電源電圧Vccよりも0.1〜0.2V程度低い参照電
圧Vref4が印加され、抵抗R11,R12に引き抜き電
流iが流れたときにノードNcの電位が参照電圧Vref4
よりも低くなるように、R11,R12の抵抗値が設定
されている。参照電圧Vref3は、(Vref4/2)+VBB
だけ電源電圧Vccより低い電圧に設定される。
In this embodiment, an ECL circuit 15 is provided instead of the clamping diode D1 in the first embodiment, and the common emitter of the emitter-coupled transistor pair Q15, Q16 constituting the ECL circuit is connected to a one-bit comparison circuit SG.
0 to SGn connected to a common current extraction node Na,
This is to suppress the potential of the node Na. The clamp ECL circuit 15 includes one transistor Q
The base of the transistor 15 is applied with the potential of the connection node Nc of the series resistors R11 and R12 connected between the power supply voltage Vcc and the node Na, and the base of the other transistor Q16 is 0.1 to 0 lower than the power supply voltage Vcc. When a reference voltage Vref4 lower by about .2 V is applied, and the extraction current i flows through the resistors R11 and R12, the potential of the node Nc changes to the reference voltage Vref4.
The resistance values of R11 and R12 are set so as to be lower. The reference voltage Vref3 is (Vref4 / 2) + VBB
Only the power supply voltage Vcc.

【0027】この実施例の多ビット比較回路は、すべて
の1ビット比較回路SG0,SG1,‥‥SGnにおい
て入力データDinと比較データDcpとが一致してい
ると、各1ビット比較回路はすべてコレクタが電源電圧
Vccに接続されたトランジスタQ2またはQ4に電流
が流れ、ノードNaから電流を引かないため、クランプ
用ECL回路15のノードNcはVccに近いレベルと
なってトランジスタQ15がオン、Q16がオフされ
る。これによって、電流引き抜きノードNaの電位は、
VccよりもトランジスタQ15のベース・エミッタ電
圧VBE分だけ低い電位にされる。その結果、判定回路1
0内のカレントスイッチを構成するトランジスタQ1
1,Q12はQ11がオンとなり、Q12がオフするこ
とで、Q12のコレクタ電圧が高くなって出力エミッタ
フォロワ回路のトランジスタQ20がオンしてハイレベ
ル(Vcc)の信号が出力される。
In the multi-bit comparison circuit of this embodiment, if the input data Din and the comparison data Dcp match in all the 1-bit comparison circuits SG0, SG1,. Flows through the transistor Q2 or Q4 connected to the power supply voltage Vcc and does not draw current from the node Na, so that the node Nc of the ECL circuit for clamping 15 has a level close to Vcc, turning on the transistor Q15 and turning off the transistor Q16. Is done. As a result, the potential of the current extraction node Na becomes
The potential is set lower than Vcc by the base-emitter voltage VBE of transistor Q15. As a result, the judgment circuit 1
Transistor Q1 which forms the current switch within 0
1 and Q12, when Q11 is turned on and Q12 is turned off, the collector voltage of Q12 is increased and the transistor Q20 of the output emitter follower circuit is turned on to output a high level (Vcc) signal.

【0028】一方、1ビット比較回路SG0,SG1,
‥‥SGnのいずれかにおいて入力データDinと比較
データDcpが不一致になると、不一致の1ビット比較
回路ではノードNaに接続されたトランジスタQ1また
はQ3に電流が流れ、ノードNaから電流iを引くこと
となる。そのため、抵抗R11,R12に電流iが流
れ、クランプ用ECL回路15のノードNcは参照電圧
Vref4よりも低くなってトランジスタQ15がオフ、Q
16がオンされる。これによって、電流引き抜きノード
Naの電位は、Vref4よりもQ16のベース・エミッタ
電圧VBE分だけ低い電位にされる。その結果、判定回路
10内のカレントスイッチを構成するトランジスタQ1
1,Q12はQ11がオフとなり、Q12がオンするこ
とで、Q12のコレクタ電圧が低くなって出力エミッタ
フォロワ回路のトランジスタQ20がオフしてロウレベ
ル(Vee)の信号が出力される。
On the other hand, 1-bit comparison circuits SG0, SG1,
When the input data Din does not match the comparison data Dcp in any of SGn, a current flows through the transistor Q1 or Q3 connected to the node Na in the mismatched 1-bit comparison circuit, and the current i is subtracted from the node Na. Become. Therefore, a current i flows through the resistors R11 and R12, the node Nc of the clamping ECL circuit 15 becomes lower than the reference voltage Vref4, and the transistor Q15 is turned off.
16 is turned on. As a result, the potential of the current extracting node Na is made lower than Vref4 by the base-emitter voltage VBE of Q16. As a result, the transistor Q1 constituting the current switch in the decision circuit 10
1 and Q12, when Q11 is turned off and Q12 is turned on, the collector voltage of Q12 is lowered, the transistor Q20 of the output emitter follower circuit is turned off, and a low level (Vee) signal is output.

【0029】さらに、上記1ビット比較回路SG0,S
G1,‥‥SGnのうち2以上の回路において入力デー
タDinと比較データDcpが不一致になると、不一致
の1ビット比較回路ではノードNaに接続されたトラン
ジスタQ1またはQ3に電流が流れ、ノードNaから不
一致の回路数分の電流を引くこととなる。そのため、不
一致の数がkビットであれば、クランプ用ECL回路1
5内の抵抗R11,R12に流れる電流は、引き抜き電
流の和(i×k)となる。しかし、このときクランプ用
ECL回路16には1ビット不一致のときと同じように
トランジスタQ16からノードNaへ向かう電流が流れ
る。そのため、ノードNaの電位はVref4よりもQ16
のベース・エミッタ電圧VBE分だけ低い電位のままであ
り、引き抜き電流が増加しても、ノードNaの電位はほ
とんど変化しないつまり信号振幅が小さくなり、比較動
作の高速化が可能となる。
Further, the 1-bit comparison circuits SG0, S0
When the input data Din and the comparison data Dcp do not match in two or more of the circuits G1, .SIGMA.SGn, a current flows through the transistor Q1 or Q3 connected to the node Na in the mismatching 1-bit comparison circuit, and the mismatch does not occur from the node Na. The current for the number of circuits is drawn. Therefore, if the number of mismatches is k bits, the clamping ECL circuit 1
The current flowing through the resistors R11 and R12 in 5 is the sum (i × k) of the extraction currents. However, at this time, a current flowing from the transistor Q16 to the node Na flows through the clamp ECL circuit 16 in the same manner as in the case where one bit does not match. Therefore, the potential of the node Na is higher than Vref4 by Q16.
, The potential of the node Na hardly changes even if the extraction current increases, that is, the signal amplitude becomes small, and the comparison operation can be sped up.

【0030】図3に上記多ビット比較回路を使用した応
用システムの一例としてのキャッシュメモリの構成例を
示す。図において、100は図1に示されているような
構成の多ビット比較回路、20はタグアドレスが記憶さ
れるタグアレイ、30はタグアレイに記憶刺されている
タグアドレスに対応したデータが格納されたデータアレ
イであり、入力アドレスのタグ部とタグアレイ20から
読み出されたタグアドレスとを多ビット比較回路100
で比較して全ビットが一致すると、ヒットを示すハイレ
ベルの信号Hが出力されてゲートG0〜Gnが開かれて
そのときデータアレイ30からデータレジスタ40に読
み出されているデータが出力される。一方、上記多ビッ
ト比較回路100で1ビットでも不一致があると、ミス
ヒットを示すロウレベルの信号/Mが出力されるように
構成されている。
FIG. 3 shows a configuration example of a cache memory as an example of an application system using the multi-bit comparison circuit. In the figure, reference numeral 100 denotes a multi-bit comparison circuit having a configuration as shown in FIG. 1, 20 denotes a tag array in which tag addresses are stored, and 30 denotes data in which data corresponding to tag addresses stored in the tag array is stored. The multi-bit comparison circuit 100 compares the tag portion of the input address with the tag address read from the tag array 20.
If all the bits match, a high-level signal H indicating a hit is output, the gates G0 to Gn are opened, and the data read from the data array 30 to the data register 40 at that time is output. . On the other hand, when even one bit does not match in the multi-bit comparison circuit 100, a low-level signal / M indicating a mishit is output.

【0031】ミスヒットを示す信号/Mが出力される
と、それを受信したマイクロプロセッサ等が、データア
レイ30内に所望のデータがないと判断して図示しない
メインメモリをアクセスして所望のデータを読み出した
り、そのデータを含むブロックをキャッシュメモリへ転
送してブロックの置換等を行なうことができる。なお、
図3において、50は上記タグアレイ20およびデータ
アレイ30からデータを読み出すに外部から入力された
アドレス信号をデコードするデコーダ、60はタグアレ
イ20から読み出された信号を増幅するセンスアンプ回
路である。
When a signal / M indicating a mishit is output, a microprocessor or the like that receives the signal determines that there is no desired data in the data array 30 and accesses a main memory (not shown) to access the desired data. , Or transfer a block including the data to the cache memory to replace the block. In addition,
In FIG. 3, reference numeral 50 denotes a decoder for reading data from the tag array 20 and the data array 30 to decode an externally input address signal, and reference numeral 60 denotes a sense amplifier circuit for amplifying a signal read from the tag array 20.

【0032】以上説明したように、上記実施例の多ビッ
ト比較回路は、比較するデータのビット数だけシリーズ
ゲートなどからなる排他的論理和回路を設け、それらの
出力のワイヤードオア論理をとってECL回路などから
なる判定回路に入力して一致/不一致を示す信号を出力
するとともに、上記ワイヤードオア・ノードの電位をダ
イオードなどの電位抑制回路を用いて抑制するようにし
たので、判定回路のゲート段数が少なくなって遅延時間
が短縮されるとともに、ワイヤードオア・ノードの電位
が抑制されるため不一致のビットの数にかかわらず信号
の振幅を小さく抑えることができ、これによって高速比
較動作が達成されるという効果がある。
As described above, the multi-bit comparison circuit of the above embodiment is provided with an exclusive-OR circuit composed of series gates and the like for the number of bits of data to be compared and taking a wired-OR logic of their outputs to perform ECL. Since a signal indicating match / mismatch is output by inputting the signal to a determination circuit including a circuit and the like, and the potential of the wired OR node is suppressed using a potential suppression circuit such as a diode, the number of gate stages of the determination circuit is reduced. And the delay time is shortened, and the potential of the wired-OR node is suppressed, so that the signal amplitude can be suppressed regardless of the number of mismatched bits, thereby achieving a high-speed comparison operation. This has the effect.

【0033】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。例えば実施
例では、1ビット比較回路SG0〜SGnをバイポーラ
・トランジスタからなるシリーズゲートで構成している
が、MOSFETからなる同様な差動型回路を用いて1
ビット比較回路を構成することも可能である。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say. For example, in the embodiment, the 1-bit comparison circuits SG0 to SGn are configured by series gates composed of bipolar transistors.
It is also possible to configure a bit comparison circuit.

【0034】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明を、その背景となった利用分野であるキャ
ッシュメモリや連想メモリに適用した場合について説明
したが、この発明はそれに限定されるものでなく、多ビ
ットデータ同士の一致を判定する回路を有する半導体集
積回路に広く利用することができる。
In the above description, mainly the case where the invention made by the present inventor is applied to a cache memory or an associative memory, which is the background of application, has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be widely used for a semiconductor integrated circuit having a circuit for determining coincidence between multi-bit data.

【0035】[0035]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0036】すなわち、本発明によれば、高速動作可能
な多ビット比較回路を実現することができる。
That is, according to the present invention, a multi-bit comparison circuit capable of operating at high speed can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した多ビット比較回路の第1の実
施例を示す回路図。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a multi-bit comparison circuit to which the present invention is applied.

【図2】本発明に係る多ビット比較回路の第2の実施例
を示す回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a second embodiment of the multi-bit comparison circuit according to the present invention.

【図3】多ビット比較回路を備えた半導体集積回路の一
例としてのキャッシュメモリの構成例を示すブロック
図。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a cache memory as an example of a semiconductor integrated circuit including a multi-bit comparison circuit.

【図4】ダイオードの電圧−電流特性を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing voltage-current characteristics of a diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

SG0〜SGn 1ビット比較回路 D1 クランプ用ダイオード 10 判定回路 11 バイアス回路 12 ECL回路 13 定電圧回路 15 クランプ用ECL回路 20 タグアレイ(第1のメモリ部) 30 データアレイ(第2のメモリ部) 40 データレジスタ 100 多ビット比較回路 SG0 to SGn 1-bit comparison circuit D1 Clamping diode 10 Judgment circuit 11 Bias circuit 12 ECL circuit 13 Constant voltage circuit 15 Clamping ECL circuit 20 Tag array (first memory unit) 30 Data array (second memory unit) 40 Data Register 100 Multi-bit comparison circuit

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数ビットからなる2つのデータの対応
するビット同士を比較する複数の排他的論理和回路と、
これらの排他的論理和回路の出力のワイヤード論理結果
に基づいて上記2つのデータの一致または不一致を示す
信号を出力する判定回路と、上記ワイヤード論理ノード
の電位を抑える電位抑制回路とを備えていることを特徴
とする多ビット比較回路。
1. A plurality of exclusive OR circuits for comparing corresponding bits of two data consisting of a plurality of bits,
A determination circuit that outputs a signal indicating a match or mismatch between the two data based on a wired logic result of the output of these exclusive OR circuits; and a potential suppression circuit that suppresses the potential of the wired logic node. A multi-bit comparison circuit, characterized in that:
【請求項2】 上記電位抑制回路は、電源電圧端子と上
記ワイヤード論理ノードとの間に接続されたダイオード
により構成されていることを特徴とする請求項1に記載
の多ビット比較回路。
2. The multi-bit comparison circuit according to claim 1, wherein said potential suppression circuit comprises a diode connected between a power supply voltage terminal and said wired logic node.
【請求項3】 上記判定回路は、上記ワイヤード論理ノ
ードにベースが接続されたバイポーラ・トランジスタと
ベースに参照電圧が印加されたバイポーラ・トランジス
タとそれらのエミッタに共通に接続された定電流源とを
有するエミッタ・カップルド・ロジック回路と、上記ダ
イオードに上記排他的論理和回路のそれぞれの動作電流
よりも小さな定常電流を流すバイアス回路と、上記ダイ
オードに対応した特性のダイオードおよび該ダイオード
と直列に接続され上記バイアス回路の定常電流に対応し
た電流が流されることで上記参照電圧を発生する定電圧
回路とにより構成されていることを特徴とする請求項2
に記載の多ビット比較回路。
3. The determination circuit includes: a bipolar transistor having a base connected to the wired logic node; a bipolar transistor having a base applied with a reference voltage; and a constant current source commonly connected to the emitters thereof. An emitter-coupled logic circuit, a bias circuit for supplying a steady current smaller than the operating current of each of the exclusive OR circuits to the diode, a diode having characteristics corresponding to the diode, and connected in series with the diode. 3. A constant voltage circuit for generating the reference voltage by flowing a current corresponding to a steady current of the bias circuit.
2. The multi-bit comparison circuit according to 1.
【請求項4】 上記排他的論理和回路はバイポーラ・シ
リーズゲートで構成されていることを特徴とする請求項
1、2または3に記載の多ビット比較回路。
4. The multi-bit comparison circuit according to claim 1, wherein said exclusive-OR circuit is constituted by a bipolar series gate.
【請求項5】 指標となるアドレスを格納する第1のメ
モリ部と、前記アドレスと関連したデータを格納する第
2のメモリ部と、入力アドレスと上記第1のメモリ部よ
り読み出されたアドレスとを比較するアドレス比較回路
とを備え、該アドレス比較回路により全ビット一致が検
出された場合に上記第2のメモリ部より読み出されたデ
ータを出力するように構成されたキャッシュメモリであ
って、上記アドレス比較回路が請求項1、2、3または
4に記載の多ビット比較回路により構成されていること
を特徴とするキャッシュメモリ。
5. A first memory unit for storing an index address, a second memory unit for storing data associated with the address, an input address and an address read from the first memory unit. A cache memory configured to output data read from the second memory unit when all bit matches are detected by the address comparison circuit. A cache memory, wherein the address comparison circuit is constituted by the multi-bit comparison circuit according to claim 1, 2, 3, or 4.
【請求項6】 入力された検索データと比較される被検
索データが格納された第1メモリ部と、入力された検索
データと上記第1メモリ部内の被検索データとの比較を
行なうデータ比較回路と、該データ比較回路によって一
致が判定されたときに取り出すデータが格納される第2
メモリ部とを備えた連想メモリであって、上記データ比
較回路が請求項1、2、3または4に記載の多ビット比
較回路により構成されていることを特徴とする連想メモ
リ。
6. A first memory unit storing data to be searched to be compared with input search data, and a data comparing circuit for comparing the input search data with the data to be searched in the first memory unit. And data to be taken out when a match is determined by the data comparison circuit.
An associative memory including a memory unit, wherein the data comparison circuit is configured by the multi-bit comparison circuit according to claim 1, 2, 3, or 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012043533A (en) * 2011-11-29 2012-03-01 Renesas Electronics Corp Content reference memory
US8310852B2 (en) 2006-04-25 2012-11-13 Renesas Electronics Corporation Content addressable memory
RU2621011C1 (en) * 2016-05-25 2017-05-30 Федеральное государственное учреждение "Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук" (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН) Logical comparison element of complimentary metal-oxide-semiconductor structure of associate selector of memory device

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