專利名稱：Cam電路及其輸出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CAM(內(nèi)容可尋址的存儲器)電路。所述CAM用于獲取與指定數(shù)據(jù)值相等的存儲數(shù)據(jù)保持在其上的地址。所述CAM用作網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、高速緩沖(cash)存儲器等。
背景技術(shù)：
通常，CAM的操作包括用于寫入存儲數(shù)據(jù)的寫操作、用于讀取存儲數(shù)據(jù)的讀操作，以及用于檢測檢索數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)之間的一致性的檢索操作。在檢索操作中，同時在所有位上檢測檢索數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)之間的一致性，并輸出每一地址上的檢索操作結(jié)果。
圖10所示常規(guī)的CAM存儲單位100包括存儲單元101和數(shù)據(jù)比較單元102，其中存儲單元101用于存儲數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)比較單元102用于檢測存儲在存儲單元101中的數(shù)據(jù)和從CAM外部輸入的檢索數(shù)據(jù)之間的一致性。用于輸入檢索數(shù)據(jù)的比較線CP和反比較線/CP連接到數(shù)據(jù)比較單元102。
在寫操作中，使寫地址上的字線WL為“H”，以便導通晶體管103和104。然后，在反相器105和反相器106中存儲位線BL上的寫數(shù)據(jù)和反位線/BL上的反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。
在檢索操作中，導通晶體管110以便為匹配線MT預(yù)充電，并在數(shù)據(jù)比較單元102中比較比較線CP的值和反比較線/CP的值，其中反比較線/CP的值作為比較線CP的值的反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。當比較值互相一致時，匹配線MT保持“H”電平，而當比較值不一致時，“H”電平變成“L”電平。
例如，當存儲數(shù)據(jù)表示“1”時，反相器106的輸出位于“H”電平且反相器105的輸出位于“L”電平，并且對應(yīng)于各個反相器的晶體管107和晶體管108分別被導通和截止。在上述條件下，當“1”被提供給比較線CP且“0”被提供給反比較線/CP時，晶體管109保持截止狀態(tài)，并且預(yù)充電的匹配線MT保持“H”電平。換句話說，由于存儲數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)都表示值“1”并且因此而互相一致，所以匹配線位于“H”電平。
與上述說明相反，當“0”被提供給比較線CP且“1”被提供給反比較線/CP時，晶體管109位于導通狀態(tài)，并且匹配線MT位于“L”電平。換句話說，由于存儲數(shù)據(jù)表示“1”而檢索數(shù)據(jù)表示“0”并且因此而互相不一致，所以匹配線MT變?yōu)椤癓”電平。
此外，某些CAM具有屏蔽功能。圖11示出了具有屏蔽功能的常規(guī)的CAM的存儲單位的圖。在存儲單元201和屏蔽存儲單位202之間置入數(shù)據(jù)比較單元203。數(shù)據(jù)比較單元203中的晶體管204對應(yīng)于圖10所示的晶體管109。數(shù)據(jù)比較單元203中連接到屏蔽存儲單位202的晶體管205的源極，連接到晶體管204的漏極。
這里，當在屏蔽存儲單位202中存儲“0”時，晶體管205導通，并且數(shù)據(jù)比較單元203以與圖10所示相同的方法進行操作。當在屏蔽存儲單位202中存儲“1”時，晶體管205被截止，致使晶體管204無效。由此，匹配線MT變成“H”電平，與存儲單元201的狀態(tài)無關(guān)。
圖12是CAM的寫操作的時序圖，且圖13是CAM的檢索操作的時序圖。
假設(shè)寫操作和檢索操作都基于如圖14所示的電路常規(guī)結(jié)構(gòu)中的同一時鐘周期執(zhí)行，由于將當前寫入并無法最終在存儲單元中決定的不確定數(shù)據(jù)與檢索數(shù)據(jù)進行比較，所以存在匹配線的輸出變得不確定的麻煩。為避免該麻煩，必須禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫操作和檢索操作，但是，這降低了檢索操作的效率。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供以下裝置。
(1-a)作為第一實施例，根據(jù)本發(fā)明的CAM電路包括存儲單元，其連接到字線和位線；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線并在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)；一致性取消電路，其提供在各個字線和各個匹配線中并在字線和寫指令信號都被激活時強制地使匹配線為無效。
假設(shè)在上述結(jié)構(gòu)中，寫操作和檢索操作都被指令基于同一時鐘周期，到存儲單元的寫指令信號、寫地址上的字線和匹配線全部被激活，則一致性取消電路被操作以便激活態(tài)中的匹配線被強制為無效。更具體地說，將寫操作過程中的任意不穩(wěn)定數(shù)據(jù)與檢索數(shù)據(jù)相比較的結(jié)果強制地判斷為在寫地址上不一致。以此方式，無需禁止檢索數(shù)據(jù)與存儲數(shù)據(jù)的比較。另一方面，在除該寫地址之外的任意地址，不操作一致性取消電路，并進行將檢索數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)相互比較的操作。結(jié)果，無需禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫和檢索操作，并由此允許同時執(zhí)行這兩個操作。
(1-b)一種根據(jù)本發(fā)明涉及第一方案的CAM電路的輸出方法包括存儲單元，其連接到字線和位線；和數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線并在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)，其中當寫操作和檢索操作被指令基于同一時鐘周期時，在檢測到字線和寫指令信號都位于使能狀態(tài)的情況下，強制地判斷相應(yīng)的匹配線的狀態(tài)為不一致。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由此允許用和先前說明相同的方法同時執(zhí)行基于相同時鐘周期的寫操作和檢索操作。
(2-a)作為第二方案，根據(jù)本發(fā)明的CAM電路除包括作為第一方案的CAM電路之外，還包括列選擇電路，用于根據(jù)列選擇信號選擇位線；以及一致性取消控制電路，用于根據(jù)寫指令信號和列選擇信號的組合產(chǎn)生并輸出與一致性取消電路相關(guān)的一致性取消/選擇信號。
上述結(jié)構(gòu)涉及通過列地址可以在每個存儲單位處進行訪問的情況。在每個存儲單位中提供一致性取消電路。假設(shè)在指定列地址之后，指令寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期，在該寫地址上到存儲單元的寫指令信號、字線和匹配線全部被激活，并且一致性取消控制電路提供一致性取消/選擇信號到對應(yīng)于該寫地址的一致性取消電路，同時在除寫地址之外的任意地址上，對于相應(yīng)的一致性取消電路的一致性取消/選擇信號是無效的。通過上述方式，僅將基于字線和列選擇信號選擇的地址上的檢索結(jié)果判斷為不一致，而不是將字線位于使能狀態(tài)的所有地址的檢索結(jié)果都判斷為不一致。結(jié)果，在提供列地址的情況下，可以同時執(zhí)行寫和檢索操作，同時任意未選擇的列地址上不會被強制地判斷為不一致。然后，可以在每個存儲單位有效地執(zhí)行檢索操作。
(2-b)與第二方案有關(guān)的根據(jù)本發(fā)明CAM電路的輸出方法是一種CAM電路的輸出方法，該CAM電路進一步包括用于根據(jù)作為第一方案的CAM電路中的列選擇信號選擇位線的列選擇電路，其中當對存儲器的寫操作和檢索操作都被指令基于同一時鐘周期時，在檢測到寫指令信號、字線和列選擇信號都位于使能狀態(tài)的情況下，使相應(yīng)的匹配線不一致。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在提供如上所述的列地址的情況下，以同樣方式在未選地址的任意地址上不會強制地進行不一致，由此可以有效地進行檢索操作。
(3-a)作為第三方案，根據(jù)本發(fā)明的CAM電路除包括作為第一方案的CAM電路之外還包括寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較在寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑(即從CAM電路的數(shù)據(jù)輸入單元直到位線的路徑)的信號和檢索數(shù)據(jù)；以及復(fù)位調(diào)整電路，用于在來自寫數(shù)據(jù)比較電路的比較結(jié)果顯示一致性時，否定來自寫地址上的一致性取消電路的強制不一致的輸出。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當寫操作和檢索操作都被指令基于同一時鐘周期時，也可在寫地址上執(zhí)行檢索操作。但是，在該寫地址上存儲了寫數(shù)據(jù)之后，該檢索操作不被執(zhí)行，而是基于通過寫數(shù)據(jù)比較電路將寫數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)互相比較，在存儲器中寫入寫數(shù)據(jù)之前的路徑中執(zhí)行。通過一致性取消電路強制地使數(shù)據(jù)比較單元中獲取的比較結(jié)果為不一致，盡管在寫數(shù)據(jù)比較電路中執(zhí)行該檢索操作。當相對于寫數(shù)據(jù)比較電路中的寫數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)的比較結(jié)果示出不一致時，復(fù)位調(diào)整電路接受在一致性取消電路中強制不一致的處理，但是，當寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果示出一致性時，否定來自一致性取消電路的強制不一致的處理。由此，檢索操作的結(jié)果被判斷為一致。
結(jié)果，寫操作和檢索操作的同時執(zhí)行被允許，以及當在寫數(shù)據(jù)比較電路中的寫數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)之間的比較結(jié)果示出一致性，數(shù)據(jù)比較單元中的比較結(jié)果不被強制地變?yōu)椴灰恢?，而是被有效地利用?br> 由此，該檢索操作可以有效地進行。
(3-b)與第三方案相關(guān)的根據(jù)本發(fā)明的CAM電路的輸出方法，其特點在于在存儲單元外部進行直至在存儲單元寫入寫數(shù)據(jù)的路徑信號和檢索數(shù)據(jù)的比較，當對存儲器的寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期被執(zhí)行時，并根據(jù)作為第一方案的CAM電路的輸出方法中的比較結(jié)果，寫地址上的一致性檢測結(jié)果從不一致變?yōu)橐恢滦浴?br> 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果示出一致使，用和先前說明的相同方法，有效地接受寫數(shù)據(jù)比較單元中的比較結(jié)果，以便檢索操作可以被有效地進行。
(4-a)作為第四方案，根據(jù)本發(fā)明的CAM電路包括CAM存儲單位，其包括連接到字線和位線的CAM存儲單元；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線以便在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在CAM存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)；屏蔽存儲單位，其包括屏蔽位線、屏蔽存儲單元和與CAM存儲單元共享的字線，其中該屏蔽存儲單位在激活狀態(tài)下停止數(shù)據(jù)比較單元的操作；一致性取消電路，用于根據(jù)寫指令信號的值和字線的值改變匹配線的值；
寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號和檢索數(shù)據(jù)；以及復(fù)位調(diào)整電路，用于在來自寫數(shù)據(jù)比較電路的比較結(jié)果顯示一致性時，否定來自寫地址上的一致性取消電路的強制不一致的輸出。
第四方案是第三方案應(yīng)用于具有屏蔽功能的CAM電路的一種方案。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，用和第三方案相同的方法，當寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果示出一致性時，通過在具有屏蔽功能的CAM電路中有效地接受該比較結(jié)果，可以有效地進行檢索操作。此外，當屏蔽存儲單位被激活時，屏蔽功能可在預(yù)期的電平下作用。
(4-b)與第四方案有關(guān)的根據(jù)本發(fā)明的CAM電路的輸出方法是一種CAM電路的輸出方法，該CAM電路包括CAM存儲單位，包括連接到字線和位線的CAM存儲單元；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線以便在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在CAM存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)；屏蔽存儲單位，其包括屏蔽位線、屏蔽存儲單元和與CAM存儲單元共享的字線，其中該屏蔽存儲單位在激活狀態(tài)下停止數(shù)據(jù)比較單元的操作；一致性取消電路，用于根據(jù)寫指令信號的值和字線的值改變匹配線的值；寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較在寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號和檢索數(shù)據(jù)，其中當寫操作和檢索操作都被指令基于同一時鐘周期時，在檢測出字線和寫指令信號都位于使能狀態(tài)的情況下，強制地使相應(yīng)的匹配線的狀態(tài)為不一致，在CAM存儲單元和屏蔽存儲單元外部比較檢索數(shù)據(jù)和在寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號，并根據(jù)該比較的結(jié)果將寫地址上的一致性檢測結(jié)果從不一致改變?yōu)橐恢隆?br> 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在具有屏蔽功能的CAM電路中，用和第三方案相同的方法，當寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果示出一致性時，通過有效地接受該比較結(jié)果使檢索操作被有效地進行。此外，當屏蔽存儲單元被激活時，屏蔽功能可在預(yù)期的電平下作用。結(jié)果，產(chǎn)生以下優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，無需禁止基于同一時鐘周期的寫操作和檢索操作，并允許這兩個操作同時進行。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。
圖2示出了根據(jù)第一優(yōu)選實施例的CAM電路的圖。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的CAM電路的圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。
圖5示出了根據(jù)第三優(yōu)選實施例的CAM電路的圖。
圖6示出了根據(jù)第三優(yōu)選實施例的另一CAM電路的圖。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第四優(yōu)選實施例的CAM電路的圖。
圖8示出了根據(jù)第四優(yōu)選實施例的另一CAM電路的圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。
圖10示出了常規(guī)的CAM的存儲單位的圖。
圖11示出了具有屏蔽功能的常規(guī)的CAM的存儲單位的圖。
圖12是CAM的寫操作的時序圖。
圖13是CAM的檢索操作的時序圖。
圖14是寫操作和檢索操作基于同一時鐘周期執(zhí)行時的時序圖。
下面，利用附圖詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的CAM電路的優(yōu)選實施例。
具體實施例方式
第一優(yōu)選實施例圖1是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。如圖所示，寫地址上的存儲數(shù)據(jù)在寫操作過程中變得不確定。因此，當指令寫操作和檢索操作基于同一時鐘周期執(zhí)行時，與檢索數(shù)據(jù)和寫地址上的存儲數(shù)據(jù)相關(guān)的檢索結(jié)果被判斷為不一致。隨后，僅將除寫地址之外的任意地址上的存儲數(shù)據(jù)與比較線和反比較線的值進行比較。
因此，無需禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫操作和檢索操作，并允許同時執(zhí)行這兩個操作。
圖2示出了根據(jù)第一優(yōu)選實施例的CAM電路的圖，其中每個存儲單位的尺寸是2×2。附圖標記20表示包括存儲單元20a和數(shù)據(jù)比較單元20b的CAM存儲單位，存儲單元20a和數(shù)據(jù)比較單元20與圖10所述的常規(guī)技術(shù)中的相同。WL1和WL2表示字線，BL1和BL2表示位線，/BL1和/BL2表示反位線，CP1和CP2表示比較線，/CP1和/CP2表示反比較線，MT1和MT2表示匹配線，Sw表示寫指令信號，211和212表示一致性取消電路，221和222表示與(AND)電路，并且231和232表示N溝道型晶體管。匹配線MT1和MT2分別連接到晶體管的漏極，以檢測CAM存儲單位20的數(shù)據(jù)比較單元20b中的一致性。附圖標記m1和m2表示為匹配線MT1和MT2預(yù)充電的晶體管。
一致性取消電路211和212分別依次地對應(yīng)于一個字。一致性取消電路211包括與電路221和晶體管231，其中字線WL1和寫指令信號Sw輸入與電路221，與電路221的輸出輸入到晶體管231的柵極，晶體管231的漏極連接到匹配線MT1且其源極接地。一致性取消電路212以同樣方式構(gòu)成。
接下來，說明根據(jù)如上構(gòu)造的本實施例的CAM電路的操作。
假設(shè)指令檢索操作和與第一字相關(guān)的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么寫指令信號Sw被激活，并且預(yù)充電晶體管m1和m2被導通以便匹配線MT1和MT2被預(yù)充電。進一步，對應(yīng)于所選的第一字的字線WL1也被激活。由于字線WL1位于“H”電平，并且寫指令信號Sw也位于“H”電平，所以一致性取消電路211的與電路221導電，且晶體管231被導通并接地。結(jié)果，在預(yù)充電步驟中位于“H”電平的匹配線MT1被強制地變?yōu)椤癓”電平，換言之，強迫為不一致。更具體地說，匹配線MT被強制地切換到“L”電平，并由此判斷為不一致，而與數(shù)據(jù)比較單元20b的比較結(jié)果中的一致/不一致無關(guān)。
由于作出了不一致的判斷，所以無需禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫操作和檢索操作。因此，可基于同一時鐘周期在CAM存儲單位20中除寫地址以外的任意地址上執(zhí)行寫操作和檢索操作。更具體地說，對于連接到除第一字以外的字線WL2等的CAM存儲單位20來說，存儲數(shù)據(jù)可與比較線CP和反比較線/CP的值進行相互比較。
此外，由于在一致性取消電路中一個字僅需要一個電路，所以可以順利地將面積增加控制到小于1位(bit)的存儲單位。
本發(fā)明的范圍包括信號分別具有不同極性的情況。
如所述，根據(jù)本實施例，無需禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫操作和檢索操作，且這兩個操作可以同時執(zhí)行。
第二優(yōu)選實施例本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例涉及具有列選擇功能的CAM電路。圖3示出了根據(jù)第二優(yōu)選實施例的CAM電路的圖，其中CAM存儲單位的尺寸是4×1。附圖標記30和31表示CAM存儲單位，32和33表示一致性取消電路，34和36表示與電路，35表示反相器，并且37表示列選擇電路。
相對于第二優(yōu)選實施例，由于具有列選擇功能，所以增加了包括列選擇電路37、與電路34和36以及反相器35的一致性取消控制電路38。此外，設(shè)置一致性取消電路32和33，這是由于對照于圖2所示CAM存儲單位尺寸為2×2的結(jié)構(gòu)，該實施例中存儲單位的尺寸是4×1。此外，提供匹配線MT1、MT2、MT3和MT4，并且附圖標記m1、m2、m3和m4表示為匹配線MT1、MT2、MT3和MT4預(yù)充電的晶體管。
一致性取消控制電路38中的與電路34對寫指令信號Sw和列選擇信號Sc執(zhí)行與邏輯，并通過一致性取消/選擇信號CS和字線WL的信號控制一致性取消電路32的操作。與電路36對寫指令信號Sw和通過反相器35得到的列選擇信號Sc的反相信號執(zhí)行與邏輯，并利用所得到的一致性取消/選擇信號CS′和字線WL的信號控制一致性取消電路33的操作。
在本實施例中，當列選擇信號Sc位于“H”電平時，通過列選擇電路37選擇位線BL1和反位線/BL1，而當列選擇信號Sc位于“L”電平時，通過列選擇電路37選擇位線BL′和反位線/BL1′。
假設(shè)在上述結(jié)構(gòu)中，指令檢索操作和與下側(cè)上的CAM存儲單位30相關(guān)的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么從與電路34輸出的一致性取消/選擇信號CS位于“H”電平且字線WL1位于“H”電平，與CAM存儲單位30相關(guān)的檢索操作的結(jié)果被強制地判斷為不一致。另一方面，此時從與電路36輸出的一致性取消/選擇信號CS位于“L”電平，即便字線WL1位于“H”電平，與CAM存儲單位31相關(guān)的檢索結(jié)果也不會被強制地判斷為不一致。結(jié)果，可以同樣方式在具有列選擇功能的CAM中實現(xiàn)檢索操作。
本發(fā)明的范圍包括信號分別具有不同極性的情況。如所述，根據(jù)本實施例，僅有被字線和列選擇信號所選擇的地址的檢索結(jié)果被判斷不一致，而非將字線處于使能狀態(tài)的所有地址上的檢索結(jié)果都判斷為不一致。
結(jié)果，在具有列地址的情況下，寫操作和檢索操作可以同時執(zhí)行，并且任意未被選擇的地址上檢索結(jié)果不會被強制地判斷為不一致。由此，在各個存儲單位中可有效地執(zhí)行檢索操作。
第三優(yōu)選實施例本發(fā)明第三優(yōu)選實施例的特征在于，通過在寫數(shù)據(jù)被寫入存儲器之前在路徑中比較寫數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)來進行檢索操作，而非執(zhí)行與已經(jīng)存儲在寫地址上的寫數(shù)據(jù)相關(guān)的檢索操作。圖4是根據(jù)第三優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。假設(shè)指令寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么檢索操作并非在寫地址上于該數(shù)據(jù)存儲在該寫地址之后執(zhí)行，而是在路徑中于寫數(shù)據(jù)寫入存儲器中之前執(zhí)行。更具體地說，以將從CAM的寫數(shù)據(jù)輸入端子直到存儲器的位線BL的路徑的信號與比較線CP和反比較線/CP的值相比較的結(jié)果，作為寫地址上的比較結(jié)果。因此，可獲取已經(jīng)寫入的存儲數(shù)據(jù)與比較線CP和反比較線/CP的值之間的比較結(jié)果。同時，除寫地址之外的任意地址上的存儲數(shù)據(jù)與比較線CP和反比較線/CP的值也可互相比較。由于如此所獲得的協(xié)同性(synergy)，所以寫操作和檢索操作可以同時執(zhí)行。此外，如果數(shù)據(jù)比較單元中的比較結(jié)果顯示一致性，也不會被強制地變?yōu)椴灰恢?，并且可有效地利用該比較結(jié)果以便有效地執(zhí)行檢索操作。
圖5示出了根據(jù)第三優(yōu)選實施例的CAM電路的圖，其中CAM存儲單位的尺寸是2×2。附圖標記40表示CAM存儲單位，411和412表示一致性取消電路，421和422表示寫數(shù)據(jù)比較電路，并且431和432表示異或(exclusiveOR)電路。ME表示在檢索操作中采用與匹配線MT相同的方法預(yù)充電的匹配使能線，并且me表示為匹配使能線ME預(yù)充電的晶體管。寫數(shù)據(jù)比較電路421包括異或電路431和晶體管441，其中異或電路431用于對位線BL1的寫數(shù)據(jù)和比較線CP1執(zhí)行異或邏輯，異或電路431的輸出輸入到晶體管441的柵極，晶體管441的漏極連接到匹配使能線ME且其源極被接地。寫數(shù)據(jù)比較電路422以同樣方式構(gòu)造。
附圖標記49表示復(fù)位調(diào)整電路，用于在寫數(shù)據(jù)比較電路421和422的比較結(jié)果顯示一致性時，通過一致性取消電路41否定寫地址上的強制不一致輸出。復(fù)位調(diào)整電路49包括與電路451和452以及或(OR)電路461和462。匹配使能線ME和字線WL1輸入到與電路451，且與電路451的輸出和匹配線MT1輸入到或電路461。一致性輸出信號Se1從或電路461輸出。匹配使能線ME和字線WL2作為兩個源輸入到與電路452，且與電路452的輸出和匹配線MT2作為兩個源輸入到或電路462。從或電路462輸出一致性輸出信號Se2。
在寫數(shù)據(jù)比較電路421和422處，位線BL的寫數(shù)據(jù)和比較線CP的值互相比較，并且在一個字中的所有位都相等時，匹配使能線ME的“H”信號得以保持，而在一個字中的任意位不同時，“H”被強制地切換為“L”。復(fù)位調(diào)整電路49在與電路451和452處對匹配使能線ME和字線WL執(zhí)行與邏輯，并在或電路461和462處，對該結(jié)果和匹配線MT執(zhí)行或邏輯。隨后，復(fù)位調(diào)整電路49使用從或電路461和462輸出的一致性輸出信號Se作為寫地址上的比較結(jié)果。
一致性取消電路411和412采用與第一優(yōu)選實施例中所述相同的方法構(gòu)造和操作。
接下來，說明根據(jù)如上構(gòu)造的本實施例的CAM電路的操作。
下面舉出在第一字上寫入兩位“11”且檢索數(shù)據(jù)是兩位“11”的示例。假如指令檢索操作和與第一字相關(guān)的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么寫指令信號Sw被激活，且預(yù)充電的晶體管m1和m2被導通，以使匹配線MT1和MT2被預(yù)充電。匹配使能線ME也被預(yù)充電，這是因為預(yù)充電的晶體管me被導通。對應(yīng)于所選的第一字WL1的字線WL1也被激活。
由于字線WL1位于“H”電平且寫指令信號Sw也位于“H”電平，所以一致性取消電路411的晶體管被導通，并且匹配線MT1被強制地切換為“L”電平。但是，由于位線BL1和比較線CP1顯示了相同的值，所以“1”、“1”被輸入到寫數(shù)據(jù)比較電路421。因此，比較結(jié)果顯示出一致性，并且異或電路431的輸出位于“L”電平且晶體管441被截止。由于位線BL2和比較線CP2顯示了相同的值，所以“1”、“1”被輸入到寫數(shù)據(jù)比較電路422。因此，該比較結(jié)果顯示了一致性，并且異或電路432的輸出位于“L”電平且晶體管442被截止。結(jié)果，匹配使能線ME保持在“H”電平。字線WL1位于“H”電平，因此，調(diào)整電路49中的與電路451的輸出位于“H”電平。而后，即便匹配線MT1的值被強制地切換到“L”電平，或電路461的輸出即一致性輸出信號Se1仍位于“H”電平。
在上述說明中，檢索操作實際上是在數(shù)據(jù)比較電路421和422中執(zhí)行。當數(shù)據(jù)比較電路421和422中與寫數(shù)據(jù)和檢索數(shù)據(jù)相關(guān)的比較結(jié)果都顯示出一致性時，一致性取消電路411中的強制不一致處理被復(fù)位調(diào)整電路49否定。隨后，檢索操作的結(jié)果最終被判斷為一致。
假設(shè)兩位“11”寫入第一字且檢索數(shù)據(jù)是兩位的“01”，那么異或電路431的輸出位于“H”電平，且晶體管441被導通。隨后，匹配使能線位于“L”電平。結(jié)果，一致性輸出信號Se1位于“L”電平。
當寫數(shù)據(jù)比較電路421和422中的至少一個當寫數(shù)據(jù)比較電路顯示不一致時，選擇一致性取消電路411中的強制不一致處理。
寫數(shù)據(jù)比較電路421和422的每一位分別需要一個電路，并且在存儲單位中它們的面積僅增加一個字占用。
本發(fā)明的范圍包括信號分別具有不同極性的情況。
作為該電路的另一可能的例子，可如圖6所示在寫緩沖器47的前級中提供寫數(shù)據(jù)比較電路42。
如所述，根據(jù)本實施例，寫操作和檢索操作可同時執(zhí)行。當在路徑中于寫數(shù)據(jù)寫入存儲器之前，寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果顯示一致性時，寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果并非被強制地變?yōu)椴灰恢?，而是被加以有效地利用。結(jié)果，可有效地執(zhí)行檢索操作。
第四優(yōu)選實施例本發(fā)明第四優(yōu)選實施例涉及具有屏蔽功能的CAM電路。假如指令檢索操作和與CAM存儲器或屏蔽存儲器相關(guān)的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么使比較線CP和反比較線/CP的值與寫地址上的存儲數(shù)據(jù)之間的比較結(jié)果為不一致。在對CAM存儲器的寫操作情況下，在路徑中于寫數(shù)據(jù)寫入存儲器之前，在寫數(shù)據(jù)比較電路中執(zhí)行檢索操作。換句話說，從寫數(shù)據(jù)輸入端子直到位線BL的路徑的信號與比較線CP和反比較線/CP的值互相比較。另一方面，在對屏蔽存儲器的寫操作情況下，當從寫數(shù)據(jù)輸入端子直到存儲器的位線BL的路徑的信號為“1”時，寫地址上的比較結(jié)果被判斷為一致，而當該信號為“0”時被決定為不一致。同時，通過將除寫地址之外的任意地址上的存儲數(shù)據(jù)與比較線CP和反比較線/CP的值相比較，可以實現(xiàn)基于同一時鐘周期同時執(zhí)行寫操作和檢索操作。此外，屏蔽功能可在預(yù)期的電平下運用。
圖7示出了根據(jù)第四優(yōu)選實施例的CAM電路的圖，其中CAM存儲單位的尺寸和屏蔽存儲單位的尺寸分別為2×2。
附圖標記a表示CAM存儲單位，b表示屏蔽存儲單位，且c表示用于將屏蔽存儲單位b連接到匹配線MT的晶體管。
附圖標記50表示用于對CAM存儲器的寫指令信號Sw和屏蔽存儲器的寫指令信號Sm的進行邏輯和的或電路，并且邏輯和信號從或電路50輸入到一致性取消電路411和412中的與電路。
寫數(shù)據(jù)比較電路511包括同或(exclusive OR)電路521、與非(NAND)電路531和541，以及N溝道型晶體管551和561。位線BL1和比較線CP1連接到同或電路521的兩個輸入端。同或電路521的輸出和CAM存儲器的寫指令信號Sw連接到與非電路531的兩個輸入端。屏蔽位線MB1和屏蔽存儲器的寫指令信號Sm連接到與非電路541的兩個輸入端。與非電路531的輸出連接到晶體管551的柵極，且與非電路541的輸出連接到晶體管561的柵極。晶體管551和561被線性地連接，并且匹配使能線ME通過線性地連接的晶體管551和561接地。寫數(shù)據(jù)比較電路512以同樣方式構(gòu)造。
寫數(shù)據(jù)比較電路511和512每一位分別需要一個電路，并且它們在存儲單位中的面積僅增加一個字的占用。
接下來，說明根據(jù)如上構(gòu)造的本實施例的CAM電路的操作。
1、當檢索數(shù)據(jù)與寫數(shù)據(jù)一致時的操作下面舉出兩位“11”寫入第一字的CAM存儲單位且檢索數(shù)據(jù)是兩位“11”的例子。假如指令檢索操作和對第一字的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么在檢索操作中，匹配使能線ME采用與匹配線MT相同的方法預(yù)充電。CAM存儲器的寫指令信號Sw被激活為位于“H”電平，而屏蔽存儲器的寫指令信號Sm保持無效位于“L”電平。
通過一致性取消電路411，在預(yù)先的預(yù)充電中成為“H”的匹配線MT1被強迫為“L”。此時，位線BL1和比較線CP1示出相同的值，因此，寫數(shù)據(jù)比較電路551中的同或電路521的輸出位于“H”電平，并且CAM存儲器的寫指令信號Sw位于“H”電平。隨后，與非電路531的輸出位于“L”電平，并且晶體管551保持截止。同時，由于位線BL2和比較線CP2也顯示相同的值，所以按照與第一位中相同的操作，寫數(shù)據(jù)比較電路512中的晶體管552也保持截止。隨后，處于預(yù)充電狀態(tài)的匹配使能線ME保持“H”電平。由于字線WL1位于“H”電平，所以復(fù)位調(diào)整電路49中的與電路451的輸出位于“H”電平。因此，由于寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，所以即便匹配線MT1的值被強制地變?yōu)椤癓”，來自或電路461的一致性輸出信號Se1也位于“H”電平。此時，因為屏蔽存儲器的寫指令信號Sm位于“L”電平且與非電路541的輸出位于“H”電平，所以晶體管561位于導通狀態(tài)，但是這并不影響上述的操作結(jié)果。
2、當檢索數(shù)據(jù)與寫數(shù)據(jù)不一致時的操作下面舉出兩位“11”寫入第一字的CAM存儲單位中且檢索數(shù)據(jù)是兩位“01”的例子。寫數(shù)據(jù)比較電路511中的同或電路521的輸出與上述相反地位于“L”電平，且與非電路531的輸出位于“H”電平。由此，晶體管551被導通。因為，如所述，屏蔽存儲器的寫指令信號Sm位于“L”電平，所以晶體管561位于導通狀態(tài)。結(jié)果，匹配使能線ME被反相為位于“L”電平，且一致性輸出信號Se1位于“L”電平。
在包括屏蔽功能、復(fù)位調(diào)整電路和提供在存儲單位的主體的前級中的寫數(shù)據(jù)比較電路的CAM電路中，當指令寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行時，如果在CAM電路中使屏蔽存儲器的寫指令信號Sm為無效，那么按照與第三優(yōu)選實施例相同的方法執(zhí)行該操作。
3、當“11”設(shè)置在屏蔽存儲單位中時下面舉出兩位“11”寫入第一字的屏蔽存儲單位b的例子。假如指令檢索操作和對第一字的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，那么屏蔽存儲器的寫指令信號Sm被激活為位于“H”電平，而CAM存儲器的寫指令信號Sw保持無效位于“L”電平。
在此情況下，通過一致性取消電路411強制地使匹配線MT1為“L”，但是，屏蔽位線MB1位于“H”電平而屏蔽存儲器的寫指令信號Sm位于“H”電平。因此，寫數(shù)據(jù)比較電路511中的與非電路541的輸出位于“L”電平，并且晶體管561被截止。因為屏蔽位線MB2也位于“H”電平，所以寫數(shù)據(jù)比較電路512中的晶體管561也按照與第一位中相同的操作被截止。結(jié)果，處于預(yù)充電狀態(tài)的匹配使能線ME保持“H”電平。因為字線WL 1位于“H”電平，所有復(fù)位調(diào)整電路49中的與電路451的輸出位于“H”電平。因此，由于寫操作和檢索操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行，所以即便匹配線MT1的值位于“L”電平，來自或電路461的一致性輸出信號Se1也位于“H”電平。此時，由于CAM存儲器的寫指令信號Sw位于“L”電平且與非電路531和532的輸出位于“H”電平，所以晶體管551和552位于導通狀態(tài)，但是，晶體管561和562位于截止狀態(tài)。于是，上述操作結(jié)果完全不受影響。
4、當“01”設(shè)置在屏蔽存儲單位中時下面舉出兩位“01”寫入第一字的屏蔽存儲單位b的例子。由于屏蔽位線MB 1位于“L”電平，所以寫數(shù)據(jù)比較電路511中的與非電路541的輸出位于“H”電平，并且晶體管561被反相為導通。此外，由于CAM存儲器的寫指令信號Sw如所述地位于“L”電平，所以晶體管551位于導通狀態(tài)。結(jié)果，匹配使能線ME被反相為位于“L”電平，并且一致性輸出信號Se1位于“L”電平。
在“10”或“00”設(shè)置在屏蔽存儲單位的情況下，一致性輸出信號Se1以同樣方式也位于“L”電平。
本發(fā)明的范圍包括信號分別具有不同極性的情況。
在本實施例中，對輸入到寫緩沖器之前針對CAM存儲單位的寫數(shù)據(jù)，和與比較線CP和屏蔽存儲單位相關(guān)的寫數(shù)據(jù)執(zhí)行比較。應(yīng)該想到該電路另一可能的例子，即如圖8所示將寫數(shù)據(jù)比較電路51提供在寫緩沖器57的前級中。
如上所述，根據(jù)本實施例，允許在具有屏蔽功能的CAM電路中同時執(zhí)行寫操作和檢索操作。此外，當寫數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果顯示一致時，數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果不會被強制地變?yōu)椴灰恢?，而是被有效地利用。結(jié)果，可以有效地執(zhí)行檢索操作。此外，屏蔽功能可在預(yù)期的電平下運用。
第五優(yōu)選實施例圖9是根據(jù)本發(fā)明第五優(yōu)選實施例的CAM電路的時序圖。如圖所示，本實施例的特征在于，將寫操作和檢索操作都基于其執(zhí)行的時鐘周期在時間上分為兩半，以便在時鐘周期的前半段執(zhí)行寫操作，并在時鐘周期的后半段執(zhí)行檢索操作。由于在本實施例中，檢索操作開始之前已經(jīng)重寫了存儲數(shù)據(jù)，所以檢索結(jié)果(匹配線的值)不會是不確定的。可替換地，可以在時鐘周期的前半段執(zhí)行檢索操作并在時鐘周期的后半段執(zhí)行寫操作的方式按照不同的順序執(zhí)行該操作。
如所述，根據(jù)本實施例，在一個時鐘周期中劃分了檢索操和針對存儲器的寫操作的時段，并且這成兩個操作分別在各自的時段中完成。結(jié)果，在檢索操作中不會在存儲器內(nèi)產(chǎn)生任意的不確定值，并且檢索操作和針對存儲器的寫操作都基于同一時鐘周期執(zhí)行。因此，無需禁止基于同一時鐘周期執(zhí)行寫操作和檢索操作，并且可基于同一時鐘周期(前半段和后半段)實現(xiàn)檢索操作和針對存儲器的寫操作，而無需強制地使數(shù)據(jù)比較電路中的比較結(jié)果為不一致。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的CAM電路有效地用作網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、高速緩沖存儲器等。
權(quán)利要求
1.一種CAM電路，包括存儲單元，其連接到字線和位線；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線，并在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)；一致性取消電路，其提供在各個字線和各個匹配線中，并在字線和寫指令信號都被激活時強制地使匹配線為無效。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CAM電路，進一步包括列選擇電路，用于根據(jù)列選擇信號選擇位線；以及一致性取消控制電路，用于根據(jù)寫指令信號和列選擇信號的組合產(chǎn)生并輸出一致性取消/選擇信號給一致性取消電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CAM電路，進一步包括寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較檢索數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號；以及復(fù)位調(diào)整電路，用于在來自寫數(shù)據(jù)比較電路的比較結(jié)果顯示一致性時，否定來自寫地址上的一致性取消電路的強制不一致的輸出。
4.一種CAM電路，包括CAM存儲單位，其包括連接到字線和位線的CAM存儲單元；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線，以便在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在CAM存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)；屏蔽存儲單位，其包括屏蔽位線、屏蔽存儲單元和與CAM存儲單元共享的字線，其中該屏蔽存儲單位具有在激活狀態(tài)下停止數(shù)據(jù)比較單元的操作的功能；一致性取消電路，用于根據(jù)寫指令信號的值和字線的值改變匹配線的值；寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較檢索數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號；以及復(fù)位調(diào)整電路，用于在來自寫數(shù)據(jù)比較電路的比較結(jié)果顯示一致性時，否定來自寫地址上的一致性取消電路的強制不一致的輸出。
5.一種CAM電路的輸出方法，該CAM電路包括存儲單元，其連接到字線和位線；和數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線，并具有在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)的功能，其中當寫操作和檢索操作被指令基于同一時鐘周期時，在檢測到字線和寫指令信號都位于使能狀態(tài)的情況下，強制地使相應(yīng)的匹配線的狀態(tài)為不一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CAM電路的輸出方法，其中當檢索操作和與存儲器相關(guān)的寫操作都被指令基于同一時鐘周期時，在檢測到寫指令信號、字線和列選擇信號都位于使能狀態(tài)的情況下，使相應(yīng)的匹配線為不一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的CAM電路的輸出方法，其中當檢索操作和針對存儲器的寫操作都被指令基于同一時鐘周期時，在存儲單元外部相互比較檢索數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號，并根據(jù)比較的結(jié)果將寫地址上的一致性檢測結(jié)果從不一致改變?yōu)橐恢隆?br> 8.一種CAM電路的輸出方法，該CAM電路包括CAM存儲單位，其包括連接到字線和位線的CAM存儲單元；數(shù)據(jù)比較單元，其連接到匹配線和比較線，并具有在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在CAM存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)的功能；屏蔽存儲單位，其包括屏蔽位線、屏蔽存儲單元和與CAM存儲單元共享的字線，其中該屏蔽存儲單位具有在激活狀態(tài)下停止數(shù)據(jù)比較單元的操作的功能；一致性取消電路，用于根據(jù)寫指令信號的值和字線的值改變匹配線的值；以及寫數(shù)據(jù)比較電路，用于在存儲單元外部比較檢索數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號，其中當寫操作和檢索操作都被指令基于同一時鐘周期時，在檢測出字線和寫指令信號都位于使能狀態(tài)的情況下，強制地使相應(yīng)的匹配線的狀態(tài)為不一致，在CAM存儲單元和屏蔽存儲單元外部比較檢索數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)寫入存儲單元之前的路徑的信號，并根據(jù)比較的結(jié)果將寫地址上的一致性檢測結(jié)果從不一致改變?yōu)橐恢隆?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種CAM電路，其用作高速緩沖存儲器等并通過指定數(shù)據(jù)獲取地址。該CAM電路包括數(shù)據(jù)比較單元和一致性取消電路，該數(shù)據(jù)比較單元用于在匹配線被激活的狀態(tài)下比較存儲在存儲單元中的數(shù)據(jù)和比較線的數(shù)據(jù)，該一致性取消電路在字線和寫指令信號都被激活時強制地使匹配線為無效。當寫操作和檢索操作被指令同時進行時，即便在寫地址上的檢索結(jié)果顯示為不一致，也無需強制禁止寫操作和檢索操作同時執(zhí)行。
文檔編號G11C15/04GK1879176SQ20048003317
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者舟橋順正, 岡田康幸 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社