[发明专利]一种内容可寻址存储器

说明书

技术领域

本发明涉及存储器，尤其涉及一种内容可寻址存储器。

背景技术

内容可寻址存储器(Content-Addressable Memory，CAM)是一种用于特定高速搜索应用的采用内容寻址的存储器。在普通的存储器例如RAM(random accessmemory，随机访问存储器)应用中，用户提供一个存储器地址，存储器根据该地址返回一个存储于该地址的数据。而在内容可寻址存储器的应用中，用户提供一个数据，内容可寻址存储器会遍历整个存储空间，搜索该数据是否存在于存储器中，如果是，即命中，内容可寻址存储器会返回一个或多个命中数据的地址。

内容可寻址存储器作为一种特殊存储器，可在单次运算中搜索整个存储器，所以在搜索应用中，内容可寻址存储器比普通存储器快很多。内容可寻址存储器的快速搜索特性使得内容可寻址存储器特别适用于如网络设备、CPU(center processingunit，中央处理单元)和DSP(digital signal processor，数字信号处理器)的Cache(缓冲存储器)和视频硬编解码等应用。

内容可寻址存储器包括若干组成阵列的内核单元，每一内核单元用于存储一位数据并完成相应位的匹配比较。现有技术中，主要根据匹配类型的异同，内容可寻址存储器内核单元可分为与非型和或非型的内核单元。

图1A是现有技术的与非型内容可寻址存储器内核单元的电路原理图。如图1A所示，与非型内容可寻址存储器内核单元包括存储有一位数据的存储单元111和比较电路单元112。存储单元111包括两个交叉耦合的反相器121和122，节点D存储一位数据，节点存储该位数据的互补值。反相器121的输入耦合到反相器122的输出和晶体管131，反相器121的输出耦合到反相器122的输入和晶体管132，晶体管131和132的栅极均耦合到字线141(WL)，晶体管131和132还分别耦合到位线(BL)142和互补位线143。比较电路单元112中的晶体管133和134串联，并分别耦合到搜索信号线(SL)144和互补搜索信号线145，晶体管133和134的栅极分别耦合到节点D和比较电路单元112用于比较搜索信号线144、互补搜索信号线145上的数据和节点D、的数据，并通过输出匹配线(MLout)147输出匹配或者不要匹配的比较结果。需要说明的是，在某些内容可寻址存储器应用中，搜索信号线144和位线142是同一信号线，互补搜索信号线145和互补位线143是同一信号线。其中，搜索信号线的缩写为SL(Search Line)、匹配信号线的缩写为ML(Match Line)、位线的缩写为BL(Bit Line)、字线的缩写为WL(Word Line)。

图1B是现有技术的或非型内容可寻址存储器内核单元的电路原理图。如图1B所示，或非型内容可寻址存储器内核单元包括存储有一位数据的存储单元111和比较电路单元113。与图1A相同，存储单元111包括两个交叉耦合的反相器121和122，节点D存储一位数据，节点存储该位数据的互补值。比较电路单元113中的晶体管138和139的漏极接地，栅极分别耦合到搜索信号线145和互补搜索信号线144(SL)，与晶体管138串联的晶体管136的栅极耦合到节点D，与晶体管139串联的晶体管137的栅极耦合到节点比较电路单元113用于比较互补搜索信号线、145搜索信号线144上的数据和节点D、的数据。通过连接每一个或非型内容可寻址存储器内核单元中晶体管136和137的开路的源级或漏极形成存储阵列的匹配线148(ML)。

图1A所示的与非型内容可寻址存储器内核单元以级联方式构成内容可寻址存储器存储阵列时，每一个内容可寻址存储器内核单元的输入匹配线146(MLin)和输出匹配线147(MLout)分别通过与临近的前一个内容可寻址存储器内核单元的输出匹配线和临近的后一个内容可寻址存储器内核单元的输入匹配线连接，从而相互顺次连接形成整个内容可寻址存储器的匹配线。

通过这种连接方式，内容可寻址存储器的匹配线使晶体管串联，串联的与非型内容可寻址存储器内核单元的比较过程分为3步：

1、关闭匹配信号线的对地连接。

2、对匹配信号线充电。由于之前关闭了匹配信号线的对地连接，所以不论搜索信号线与存储数据的匹配与否，都不会造成充电单元直接对地放电。

3、打开匹配信号线的对地连接，如果搜索数据中的所有数据与存储数据匹配，匹配线将对地放电。

在比较的过程中，搜索线的数据应在第一步完成之后，第三步完成之前准备完毕。