具有单端口存储器单元的多读取端口存储器系统以及操作方法技术方案

一种改进的多端口寄存器堆系统和操作的方法。多端口寄存器堆存储系统包括：n个单存储器位单元各自存储数据值并且具有连接相应的局部位线的单个位单元写入端口和单个读取端口，其中对应并行激活的单个位单元在n个读取端口处输出存储的数据值到n个局部位线的相应局部位线，根据解码的读取地址信号并行访问每个单个位单元。提供了实现对应于n个读取端口的n个选择逻辑设备的接收器设备，每个选择逻辑设备从n个单个位单元接收每个n个局部位线输出值，并且直接根据解码的读取地址信号实现逻辑以选择相应的局部位线输出作为全局输出位。

【技术实现步骤摘要】
具有单端口存储器单元的多读取端口存储器系统以及操作方法
技术介绍
本公开通常涉及微处理器和微处理器存储器系统，并且更具体地涉及用于提供具有单端口存储器单元的多读取端口存储器系统的装置和方法。微处理器使用存储器阵列（例如寄存器堆）以为处理单元临时存储数据。为了能够同时访问存储单元阵列，寄存器堆被用于提供多个读取和/或写入端口。根据应用，这些所谓的多端口寄存器堆可以被配置为多达八个或者甚至更多的读取端口。图2图示了传统（1写入，4读取）1W4R寄存器堆10的框图。尽管描绘了地址读取体系结构，应当理解写入字线配置（未示出）还使用如在本领域中已知的相似体系结构。在读取字线实现中，1W4R寄存器堆10为分别四个读取端口1W4R（1写入、4读取）端口位单元30_0、...、30_3中的每一个分别提供四个读取地址解码器元件DCD0、...、DCD3元件15_0、...、15_3。每个相应的解码器元件15_0、...、15_3在相应的读取地址位输入线12_0、...、12_3处共同接收相应的读取使能位解码器选择器信号和相应的读取地址位（例如，2位）。当被使能时，解码器元件15_0、..、15_3响应于2个读取地址输入在总线上生成相应的并行输出读取地址解码位17。在所示实现中，2:4读取地址解码器元件15_0、...、15_3提供四个读取地址解码位17的输出。如进一步在图2中所示，提供对应时钟控制缓存设备20_0、...、20_3用以接收相应使能的解码器元件15_0、...、15_3的四个读取地址输出位17。图2的插图示出了时钟控制缓存单元20_3处的详细处理，其使用与门或者相似的逻辑门23将接收的解码器并行输出位17与读取控制时钟信号25结合以对四个并行读取地址解码信号提供时钟（在读取操作中被称为的RWL0、...、RWL322）。读取字线（RWL0、...、RWL3）信号的相应组22_0、...、22_3被输入到相应的1W4R端口位单元30_0、...、30_3以选择性地读取存储在其中的数据值。在相应的读取端口传输门电路处接收每个读取字线信号22以在对应的局部位线37处驱动对应的输出位单元值（例如，真值或者其互补）。通过在相应的局部接收器元件40以及全局接收器和输出驱动器元件50处的处理，将局部位线LBL0、...、LBL3上的读取输出数据输出为寄存器堆10的输出RD0-RD3。还使用相似的结构提供用于将数据写入寄存器堆的写入字线实现。就写入操作（未示出）来说，实现了相同结构，即，写入使能位，并且写入地址位（未示出）被输入到相应的写入解码器（未示出）（其选通输出），在那里使用时钟（CLK）控制缓存器和位单元以生成写入位，例如，用于执行1W4R位单元写入操作的写入字线(WWL）位。根据应用，多端口寄存器堆可以被配置为多达八个或者更多的读取端口。图1示出了传统的1W4R端口位单元电路30（代表图2的单个1W4R电路30_0、...、30_3）的详细示意图。每个位单元30包括一个写入端口和四个读取端口并且实现了实现交叉耦合的反相器配置的传统6晶体管存储器位单元设计的单个存储器位单元（单个位单元）75并且包括单个读取端口。如图1所示，为了将数据写入单个位单元75，输入写入字线（WWL）29从写入解码电路（未示出）接收解码的写入信号，以激活在位单元75的相应的位单元节点82和互补位单元节点84处存储数据值以及存储数据值输入WBL0_t（例如，写入位线0真值数据值）和WBL0_c（例如，写入位线0互补数据值）。例如，低或者“0”值WWL信号可以代表位单元保持操作，而高或者逻辑“1”值WWL信号可以代表位单元写入操作。在图1中，在对应于局部位线370、...、373的每个局部位线LBL0、...、LBL3处，连接了包括串行配置的并行操作的下拉NMOSFET器件N0、N1的传输门选择电路90。在耦合至相应的读取字线RWL0、...、RWL3的NMOS设备N0的控制下读出LBL0、...、.LBL3处的数据值，读取字线RWL0、...、RWL3各自接收解码的地址信号以根据写入并且存储在位单元节点82（84）处的数据将相应的读取位线370、...、373驱动至其真（或者互补）值。对于每个读取端口，通过将门连接至对应单元节点，对应NMOS晶体管器件N1读出存储在单个位单元节点82或者84处的数据值。在图1的示例电路30中，从1W4R位单元电路的读取位线LBL1_t和LBL3_t读取对应于真值的局部位线数据值，并且在互补读取位线LBL0_c、LBL2c处提供它的互补值。读取位线LBL0、...LBL3通常被预充电至较高值，例如，在预充电阶段中使用local_prch信号42（即，local_prch=0）直到位单元75根据在读取过程（local_prch=1）的评估阶段中的存储的位单元数据值驱动位线至高或者低。需要多少读取端口就可以增加多少选择电路（即，N0、N1传输门）。然而，要求附加的寄存器堆单元电路和写入线占据了更多的芯片面积。图3描绘了用于从图1的1W4R端口寄存器堆30读出数据值的进一步的传统电路125。该读取过程通过局部接收器电路40和全局接收器和输出驱动电路50在两个阶段中进行。当被选择时，从单元节点将每个端口的读取数据驱动至局部位线（LBL0、...、LBL3）并且被馈送至对应的局部接收器40_0、...、40_3，其接着通过全局接收器50在相应线全局位线GBL0、...、GBL3上驱动数据，提供并行的读取数据输出RD0-RD3。如在本领域中巳知的，每个局部接收器400、...、403包括作为放大器的反相器、上拉晶体管器件（预充电和保持器）45和局部接收器处的下拉配置的NMOS晶体管器件46，用于在全局接收器50处进行接收的相应线全局位线GBL30、...、GBL3上驱动读取局部位线数据值。图2的传统的多端口寄存器堆体系结构10的一个缺陷是单元面积和导线间距面积通常线性地增加至读取端口的数量。尽管增大单元高度不是问题，但是由于预定的标准单元间距，增加宽度通常被严格地限制。此外，增加端口的数量对于位单元布图设计非常有挑战。位于非常拥挤的区域，多端口位单元可以呈现发生在相邻位线和字线之间的更多串扰耦合是很可能的。进一步地，随着在存储节点（真/comp）中的每一个上的附加载荷，读取/写入访问次数根据端口的数量增加。此外，由于存在针对每个读取端口的一个解码器，因此解码的地址与时钟控制缓存器中的读取时钟结合以生成读取字线。如图2所指示的，在该特定区域中，随着增加读取端口的数量，布线变得越来越复杂。非常期望提供具有多读取端口的更面积高效的寄存器堆以及用于操作该寄存器堆的方法，避免传统多端口单元体系结构的缺陷。
技术实现思路
在一个方面中，提供了使用单个端口存储器位单元的具有多个读取端口的寄存器堆电路，避免传统多端口寄存器堆实现方式的缺陷。在一个方面中，提供了具有多读取端口的寄存器堆以及操作的方法。具有多个读取端口的寄存器堆包括：n个单个存储器位单元，其中n是等于或者大于2的整数，每个单个存储器位单元存储数据值并且提供单个位单元写入端口和连接相应的局部读取位线的相应的单个读取端口，用于在被访问时传输所述存储数据值，所述n个单个存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多个读取端口的寄存器堆，包括：n个单个存储器位单元，其中n是等于或者大于2的整数，每个单个存储器位单元存储数据值并且提供连接相应的局部读取位线的相应的单个读取端口，用于在被访问时传输所述存储数据值，所述n个单个存储器位单元中的每一个被并行访问，以根据解码的地址位在相应的局部读取位线处并行输出对应的单个读取端口处的对应的存储数据值；以及n个选择器器件，每个选择器器件对应于单个存储器位单元并且其每一个同时从每个所述被访问的单个存储器位单元并行接收在相应的局部读取位线上传输的相应存储的单个位单元数据值，每个选择器器件直接根据所述解码的地址位实现选择逻辑，以选择提供与所述被访问的单个读取端口相对应的存储的单个位数据值的相应的局部位线输出。

【技术特征摘要】
2013.01.16 US 13/742,5781.一种具有多个读取端口的寄存器堆，包括：n个单个存储器位单元，其中n是等于或者大于2的整数，每个单个存储器位单元存储数据值并且提供连接相应的局部读取位线的相应的单个读取端口，用于在被访问时传输存储的单个存储器位单元数据值，所述n个单个存储器位单元中的每一个被并行访问，以根据解码的地址位在相应的局部读取位线处并行输出对应的单个读取端口处的对应的存储的单个存储器位单元数据值；以及n个选择器器件，每个选择器器件对应于单个存储器位单元并且其每一个同时从每个被访问的单个存储器位单元并行接收在相应的局部读取位线上传输的相应存储的单个存储器位单元数据值，每个选择器器件直接根据所述解码的地址位实现选择逻辑，以选择相应的局部读取位线输出，所述相应的局部读取位线输出提供与所述被访问的单个读取端口相对应的存储的单个存储器位单元数据值。2.根据权利要求1所述的寄存器堆，进一步包括：n个解码器器件，一个解码器器件对应于单个存储器位单元并且被配置用于接收读取端口存储器地址的预定位信号和使能信号，通过所述使能信号选择所述n个解码器器件中的一个解码器器件以生成与所述预定位信号相对应的所述解码的地址位。3.根据权利要求2所述的寄存器堆，进一步包括：n个时钟控制缓存器件，时钟控制缓存器件对应于相应的解码器器件，每个时钟控制缓存器件用于并行接收所述解码的地址位，并实现生成相应的输出读取字线信号的逻辑，每个所述输出读取字线信号被输入到对应的单个存储器位单元，用于访问所述对应的单个存储器位单元。4.根据权利要求3所述的寄存器堆，其中每个时钟控制缓存器件包括：或逻辑门器件，并行接收每个所述解码的地址位并且根据所述解码的地址位生成输出读取字线信号；以及与逻辑门器件，接收读取控制时钟信号以提供所述输出读取字线信号，以激活每个对应的单个存储器位单元的读取端口，由此每个单个存储器位单元被激活以在相应的局部读取位线输出上提供存储的单个存储器位单元数据值。5.根据权利要求3所述的寄存器堆，进一步包括：接收器器件，耦合至每个相应的局部读取位线以接收从每个被访问的单个存储器位单元的读取端口并行传输的单个存储器位单元数据值，所述接收器器件将在每个所述相应的局部读取位线上传输的所述单个存储器位单元数据值作为输入同时提供到所述n个选择器器件中的每一个，每个单独的选择器器件根据所述解码的地址位和所述使能信号被选择以生成对应的寄存器堆读取端口输出位。6.根据权利要求5所述的寄存器堆，其中每个选择器器件包括用于在所述局部读取位线上同时接收所述单个存储器位单元数据值的n：1多路复用器逻辑器件，所述寄存器堆进一步包括：与每个n：1多路复用器逻辑器件相关联的选择器装置，用于根据所述解码的地址位和所述使能信号选择所述局部读取位线上的所述单个存储器位单元数据值中的一个作为对应的多路复用器逻辑器件的对应的寄存器堆读取端口输出位。7.根据权利要求6所述的寄存器堆，进一步在所述接收器器件处包括：用于预充电每个所述局部读取位线的局部位线预充电电路，以及，在每个n：1多路复用器逻辑器件处包括：连接到对应的所述局部读取位线的对应的第一传输门晶体管，被激活用于选择相应的一个局部读取位线数据值作为所述寄存器堆读取端口输出位，以及连接到对应的所述第一传输门晶体管的对应的第二传输门晶体管，用于响应于所述相关联的选择器装置控制所述寄存器堆读取端口输出位值的输出。8.根据权利要求7所述的寄存器堆，其中所述相关联的选择器装置包括：与对应的多路复用器逻辑器件相关联的相应的地址解码器，所述地址解码器提供所述解码的地址位，用于激活所述第二传输门晶体管以控制在所述接收器器件处的所述寄存器堆读取端口输出位值的输出。9.根据权利要求2所述的寄存器堆，其中n＝4并且所述n个解码器器件中每一个是2：4地址解码器，用于接收一个使能信号和读取端口存储器地址的两个所述预定位信号以及用于当使能时生成四个所述解码的地址位。10.根据权利要求9所述的寄存器堆，其中两个所述预定位信号对应于寄存器堆读取端口的最低有效地址位。11.根据权利要求1所述的寄存器堆，其中每个单个存储器位单元提供一个或者多个写入端口。12.一种操作n端口寄存器堆的方法，所述n端口寄存器堆具有各自存储单个存储器位单元数据值的n个单个存储器位单元并且具有连接相应的局部读取位线的单个读取端口，用于在被访问时输出所述单个存储器位单元数据值，其中n是等于或者大于2的整数，所述方法包括：响应于寄存器堆读取请求，并行激活所述n个单个存储器位单元中的每一个以在对应的单个读取端口处输出对应的存储的单个存储器位单元数据值，用于根据解码的地址位在相应的局部读取位线处并行输出；在对应于所述n个单个存储器位单元的n个选择器器件的每一个处，同时接收从每个被访问的单个存储器位单元在相应的局部读取位线上并行传输的相应存储的单个存储器位单元数据值；以及在所述n个选择器器件中的每一个处直接根据所述解码的地址位实现选择逻辑，以选择提供与所述被访问的单个读取端口相对应的存储的单个存储器位单元数据值的相应的局部读取位线输出。13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在n个解码器器件中的每一个处，同时接收读取端口存储器地址的预定位信号以及使能信号，所述n个解码器器件中的一个由所述使能信号选择，以生成与所述预定位信号相对应的所述解码的地址位。14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：在n个时钟控制缓存器件的每一个相应的时钟控制缓存器件处并行接收所述解码的地址位，以及在每个时钟控制缓存器件处实现生成相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·T·李，J·S·埃特瓦尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US