[发明专利]用于减少内容可寻址存储器中的功率消耗的方法和设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及内容可寻址存储器(Content Addressable Memories，CAMs)，且 明确地说，涉及在不会不利地影响CAM性能的情况下减少CAM功率消耗。

背景技术

与随机存取存储器(RAM)(其中RAM返回存储在供应到所述RAM的地址处的数 据字)不同，内容可寻址存储器(CAM)搜索其整个存储器以获得与输入到所述CAM 的搜索字匹配的数据型式。如果找到所述数据型式，那么CAM返回找到所述字的一个 或一个以上存储地址的列表。在一些CAM中，还返回数据字或其它相关联的数据。因 此，CAM常被用作关联阵列。

CAM包括多个条目，每一条目具有许多经配置以存储数据的CAM单元。所述CAM 单元可为二进制的(存储二进制数据)或三进制的(存储二进制数据或“无关”状态)。 每一CAM单元耦合到一匹配线。在CAM搜索操作期间，可向CAM提供搜索字段。响 应于搜索字段输入，每一匹配线指示其相应的CAM单元是否含有与搜索字段的某一部 分匹配的数据。在搜索操作完成之后，匹配线常规上恢复到预估计状态，以在随后的搜 索期间改进CAM性能。举例来说，在预估计周期期间，常规上将匹配线预充电高达逻 辑“1”值。

在随后的CAM搜索操作期间，对与不含有匹配数据的CAM单元相关联的匹配线 进行放电。只有那些耦合到存储匹配数据的CAM单元的匹配线才保持充电高。由此， 仅一个与一条目相关联的CAM单元需要含有用于将被识别为含有失配数据型式的条目 的失配数据。此被称为未命中。相反，如果条目中的每一单元得出匹配，那么将所述条 目识别为含有匹配型式，其被称为命中。

以下常规CAM含有多个级的分层匹配线，以用于减少匹配线上的电容性负载，其 影响CAM性能和功率消耗。在此些多级分层CAM中，服务一组CAM单元的局部匹配 线耦合到单个全局匹配线。由对应的全局匹配线反映由一个或一个以上局部匹配线指示 的失配。由此，如果全局匹配线的对应局部匹配线中的任何一者指示未命中，那么全局 匹配线指示未命中。相反，如果全局匹配线的所有对应局部匹配线指示命中，那么全局 匹配线指示命中。视CAM的大小而定，一个或一个以上中间级的匹配线可包含在局部 匹配线与对应的全局匹配线之间，以进一步减少电容性负载。

不管特定CAM结构如何，处理CAM搜索结果的一些应用程序可能只需要用于CAM 条目的子集的搜索结果。举例来说，一些应用程序可丢弃或忽略对特定CAM条目的某 些部分的命中/未命中搜索结果，而使用与所述条目中的其它部分相关联的搜索结果。一 种用于忽略对特定CAM单元的命中/未命中搜索结果的常规方法是使不受关注的CAM 单元从其相应的匹配线断开。举例来说，晶体管装置可串联放置在CAM单元的输出节 点与其相应的匹配线之间。当晶体管被关断时，CAM单元从其匹配线去耦。由此，所 述CAM单元的内容不会影响CAM单元的匹配线的状态。即，匹配线保持在其预估计 状态，例如预充电高状态，而不管其对应CAM单元是否含有匹配数据。

然而，即使有将忽略与CAM单元相关联的搜索结果，仍要消耗功率在预估计周期 期间对所述CAM单元的匹配线进行预充电。另外，当选通晶体管被接通时，所述晶体 管将CAM单元的输出节点耦合到匹配线。此配置将额外电容添加到CAM单元的输出 节点，因此使匹配线操作减慢，且消耗额外功率。

用于忽略特定搜索结果的另一常规方法导致多级分层CAM停用与不受关注的局部 匹配线相关联的全局匹配线启用电路。举例来说，控制是否可对经预充电的全局匹配线 进行放电的时钟信号由启用信号选通。如果时钟信号被停用，那么全局匹配线保持在其 经预充电的状态，而不管耦合到其的局部匹配线的状态如何。因此，只有在CAM估计 周期期间启用的全局匹配线才受其对应局部匹配线的状态影响。当全局匹配线启用电路 被停用时，仍消耗功率来对对应的全局和局部匹配线进行预充电。

发明内容

根据本文所教示的方法和设备，多级分层内容可寻址存储器(CAM)电路包含匹配 线耦合电路，其用于在不会不利地影响CAM操作的情况下减少功率消耗。匹配线耦合 电路通过防止不受关注的CAM匹配线恢复到预估计状态(例如通过防止匹配线预充电) 来减少功率消耗。因此，在CAM存取循环的预估计周期期间，只有受关注的那些匹配 线才恢复到其预估计状态。