三元內(nèi)容可尋址存儲器和用于訪問該存儲器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 各實(shí)施例一般地涉及內(nèi)容可尋址存儲器，更具體地說，涉及將數(shù)據(jù)存儲在三元內(nèi) 容可尋址存儲器中。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)容可尋址存儲器（CAM)是通常用于存儲數(shù)據(jù)字的存儲器件。CAM通常存儲大量 數(shù)據(jù)字，例如32K字。此外，CAM數(shù)據(jù)字通常包括相對大量的位，例如36到144位。存儲在 CAM數(shù)據(jù)字中的位可以以兩種方式尋址。首先，CAM中的每個(gè)位可以根據(jù)可唯一標(biāo)識的存儲 元件尋址。例如，每個(gè)CAM數(shù)據(jù)字可以具有行地址，并且字中的每個(gè)位可以具有列地址。其 次，CAM數(shù)據(jù)字可以通過數(shù)據(jù)字的內(nèi)容尋址。這后一種尋址方法使得CAM在某些應(yīng)用中很 有用。
[0003] 按照內(nèi)容對CAM數(shù)據(jù)字尋址涉及將搜索字與存儲在CAM中的所有CAM數(shù)據(jù)字相比 較?？梢詫⑺阉髯峙c所有CAM數(shù)據(jù)字并行比較。例如，CAM可以用于存儲網(wǎng)絡(luò)地址。用于 存儲網(wǎng)絡(luò)地址的CAM可以存儲32K數(shù)據(jù)字，每個(gè)字是144位地址。CAM可能用于網(wǎng)絡(luò)路由器 中，并且CAM能夠?qū)⒙酚善鹘邮盏臄?shù)據(jù)分組的地址與存儲在CAM中的所有地址相比較。通 常，可以在單個(gè)循環(huán)將搜索字與所有存儲的CAM數(shù)據(jù)字相比較。如果搜索字與一個(gè)或多個(gè) 存儲的CAM數(shù)據(jù)字完全匹配，則斷言與CAM數(shù)據(jù)字對應(yīng)的匹配線?？梢詫⑵ヅ渚€饋給其輸 出端與編碼器耦合的匹配線讀出放大器。編碼器生成與匹配CAM數(shù)據(jù)字的匹配線對應(yīng)的匹 配位置。繼續(xù)CAM數(shù)據(jù)字是網(wǎng)絡(luò)地址的實(shí)例，匹配位置可以標(biāo)識其中應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的 目的地。
[0004] 三元CAM(TCAM)是CAM的變型。盡管CAM需要搜索字與存儲的CAM數(shù)據(jù)字完全匹 配，但TCAM不需要搜索字與存儲的TCAM數(shù)據(jù)字完全匹配。這是因?yàn)門CAM針對搜索字的每 個(gè)位提供兩個(gè)位，而CAM提供單個(gè)位。每個(gè)搜索字位兩個(gè)位允許TCAM存儲代碼，該代碼可 以表示邏輯1、邏輯〇,或者邏輯1和邏輯〇兩者。當(dāng)TCAM字的存儲位表示邏輯1和邏輯0 兩者時(shí)，該存儲位可以由"X"表示并且稱為"隨意（don't care)"值。因此，如果與搜索字 數(shù)據(jù)位對應(yīng)的TCAM代碼是X，則搜索字位將始終與TCAM代碼匹配，而無論搜索字位是邏輯 1還是邏輯0。除了這種存儲"隨意"值的能力之外，TCAM的功能可以類似于CAM。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 各實(shí)施例涉及TCAM。所述TCAM可以具有多行單元。每個(gè)行可以具有匹配線。每 個(gè)單元可以具有用于存儲第一和第二位的元件。每個(gè)單元可以具有與所述單元關(guān)聯(lián)的比較 電路，以便確定搜索字的位與存儲在該單元中的數(shù)據(jù)之間的匹配。對于所述行中的至少一 個(gè)第一行，所述TCAM包括有效行單元。所述有效行單元可以具有用于存儲部分更新指示的 至少一個(gè)元件。當(dāng)啟用與所述第一行關(guān)聯(lián)的所述部分更新指示時(shí)，所述有效行單元可以導(dǎo) 致與所述第一行關(guān)聯(lián)的所述匹配線用信號通知所述第一行與搜索字不匹配。此外，當(dāng)禁用 與所述第一行關(guān)聯(lián)的所述部分更新指示時(shí)，單獨(dú)通過所述比較電路執(zhí)行確定搜索字的位與 存儲在所述第一行的單元中的數(shù)據(jù)之間的匹配，而不受所述有效行單元的影響。
[0006] 其它實(shí)施例涉及用于訪問TCAM的方法。所述TCAM可以具有多行單元。每個(gè)行可 以具有匹配線。每個(gè)單元可以具有用于存儲第一和第二位的元件。每個(gè)單元可以包括用于 確定搜索字的位與存儲在所述單元中的數(shù)據(jù)之間的匹配的比較電路。所述比較電路用信號 通知關(guān)聯(lián)行的匹配線上的匹配。各種方法可以包括將第一位存儲在所述TCAM的第一行中 的單元的第一存儲元件中。有效行單元可以與所述第一行關(guān)聯(lián)。所述有效行單元可以具有 用于存儲部分更新指示的至少一個(gè)元件。響應(yīng)于將所述第一位存儲在所述第一存儲元件 中，可以啟用與所述TCAM的所述第一行關(guān)聯(lián)的部分更新指示。當(dāng)啟用與所述TCAM的所述 第一行關(guān)聯(lián)的所述指示時(shí)，響應(yīng)于用于確定搜索字的位與存儲在所述單元中的數(shù)據(jù)之間的 匹配的信號，所述有效行單元可以提供指示所述TCAM的所述第一行與所述搜索字不匹配 的信號。此外，所述方法可以包括將第二位存儲在所述第一存儲元件中。響應(yīng)于將所述第 二位存儲在所述第一存儲元件中，可以禁用與所述TCAM的所述第一行關(guān)聯(lián)的所述部分更 新指示。當(dāng)禁用與所述第一行關(guān)聯(lián)的所述部分更新指示時(shí)，響應(yīng)于用于確定搜索字的位與 存儲在所述單元中的數(shù)據(jù)之間的匹配的所述信號，單獨(dú)通過所述比較電路執(zhí)行確定搜索字 的位與存儲在所述第一行的單元中的數(shù)據(jù)之間的匹配，而不受所述有效行單元的影響。
[0007] 其它實(shí)施例涉及TCAM的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0008] 圖1是根據(jù)各種實(shí)施例的示例性TCAM的框圖；
[0009] 圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的TCAM的一部分的框圖；
[0010] 圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的TCAM的一部分的框圖；
[0011] 圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的TCAM的一部分的框圖；
[0012] 圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的TCAM的一部分的框圖；
[0013] 圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的TCAM的一部分的框圖；
[0014] 圖7是根據(jù)各種實(shí)施例的用于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)、制造或測試的設(shè)計(jì)過程的流程圖。
[0015] 在附圖和【具體實(shí)施方式】中，相同標(biāo)號通常指相同組件、部件、步驟和過程。
【具體實(shí)施方式】
[0016] TCAM可以需要兩個(gè)周期來更新功能單元。在操作期間，TCAM可以具有在搜索之間 出現(xiàn)的單個(gè)空閑周期，但TCAM可能無法使用該周期更新功能單元，因?yàn)樾枰獌蓚€(gè)周期。根 據(jù)各種實(shí)施例，在TCAM的每個(gè)行中提供有效行單元。有效行單元存儲部分更新指示。當(dāng)部 分更新功能單元時(shí)，有效行單元用信號向行的匹配線通知行與搜索字不匹配。當(dāng)更新完成 時(shí)，有效行單元為匹配線提供"隨意"信號。有效行單元使TCAM能夠使用單個(gè)空閑周期。
[0017] 圖1是根據(jù)各種實(shí)施例的示例性TCAM 100的框圖。在各種實(shí)施例中，TCAM 100可 以是XY樣式NOR TCAM。示出的TCAM 100包括九個(gè)功能單元，它們布置在三個(gè)列102和三 個(gè)行104中。每個(gè)行存儲TCAM字。每個(gè)功能單元與搜索字的一個(gè)位對應(yīng)。每個(gè)功能單元 包括兩個(gè)存儲元件，一個(gè)用于"X"位并且一個(gè)用于"Y"位。此外，每個(gè)功能單元包括比較邏 輯CL。盡管TCAM 100是3X3功能單元陣列，但在各種實(shí)施例中，各實(shí)施例可以用于在行和 列方向具有數(shù)百或數(shù)千個(gè)位的TCAM陣列。出于示例性目的示出九個(gè)功能單元。如下所述， TCAM 100的功能單元可以以兩種方式尋址。
[0018] 根據(jù)各種實(shí)施例，TCAM 100的每個(gè)行可以包括有效行邏輯單元110, 即，可以為每 個(gè)TCAM數(shù)據(jù)字提供有效行邏輯單元110( "VRL")。根據(jù)各種實(shí)施例，有效行邏輯110可以 修改在基于內(nèi)容搜索TCAM時(shí)獲得的結(jié)果。
[0019] 尋址方法
[0020] 首先，每個(gè)功能單元可以具有行地址和列地址。單元的X位可以使用行104的字 線X(WLX)尋址。Y位可以使用行104的字線Y(WLY)尋址?？梢酝ㄟ^將位及其補(bǔ)碼分別放 在列102的寫入位線（WBLT)和寫入位線補(bǔ)碼線（WBLC)上，將位存儲在X或Y存儲元件中。 一旦位在WBLT和WBLC上，斷言WLX或WLY?？梢孕枰獌蓚€(gè)周期將TCAM字存儲在TCAM 100 的行104中。在第一周期中，可以存儲X值。在第二周期中，可以存儲Y值。
[0021] 其次，TCAM數(shù)據(jù)字可以通過字的內(nèi)容尋址。每個(gè)行與匹配線（ML)關(guān)聯(lián)。每個(gè)匹 配線可以與預(yù)充電器件（PCH)耦合。在內(nèi)容搜索中，預(yù)充電器件PCH可以將TCAM 100的匹 配線預(yù)充電為邏輯高值。將搜索字的位放在相應(yīng)的X搜索線（SLX)上。將搜索字的位的補(bǔ) 碼放在相應(yīng)的Y搜索線（SLY)上。如果存儲在功能單元中的代碼（1、0或X)與放在搜索線 上的位不匹配，則功能單元的比較邏輯CL將匹配線ML拉到邏輯低值。處于邏輯低狀態(tài)的 匹配線ML指示未命中。另一方面，處于邏輯高狀態(tài)的匹配線ML指示匹配。如果存儲在行 的功能單元中的代碼與搜索字的對應(yīng)位匹配，則比較邏輯CL不會(huì)拉低匹配線。如果匹配線 保持高狀態(tài)，則它用信號通知搜索字與存儲的TCAM字的所有位匹配。每個(gè)匹配線ML可以 與匹配線讀出放大器108耦合。匹配線讀出放大器108讀出每個(gè)匹配線ML的狀態(tài)，并且將 狀態(tài)輸出到編碼器（未示出）。
[0022] 在各種實(shí)施例中，預(yù)充電器件PCH可以從PMOS晶體管形成，該晶體管的源極耦合 到電壓源，漏極與匹配線耦合，并且柵極與預(yù)充電信號耦合。在各種備選實(shí)施例中，預(yù)充電 器件可以從NMOS晶體管形成。
[0023] 在一個(gè)備選實(shí)施例中，在此描述為與列關(guān)聯(lián)或者布置在列中的TCAM 100的元件 可以與行關(guān)聯(lián)或者布置在行中。同樣，在此描述為與行關(guān)聯(lián)或者布置在行中