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JPH034935B2 - - Google Patents
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JPH034935B2 - - Google Patents

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JPH034935B2
JPH034935B2 JP57213076A JP21307682A JPH034935B2 JP H034935 B2 JPH034935 B2 JP H034935B2 JP 57213076 A JP57213076 A JP 57213076A JP 21307682 A JP21307682 A JP 21307682A JP H034935 B2 JPH034935 B2 JP H034935B2
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register
control
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timing
bus
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Teiji Nishizawa
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高集積化に適したマイクロプロセツサ
の制御回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a control circuit for a microprocessor suitable for high integration.

従来例の構成とその問題点 近年の半導体集積回路技術の向上に伴つて高性
能なマイクロプロセツサが非常に低廉化してき
た。まずマイクロプロセツサの基本動作を最も一
般的な構造(第1図)を用いて説明する。第1図
aにおいて、1はマイクロプロセツサ全体の動作
を制御する制御回路、2はレジスタフアイル、3
は算術論理演算処理を行なうALU、4,5は
ALU3の入力となるデータをデータバスから取
込み一時記憶するラツチ、6はALU3の演算結
果の状態フラグ(たとえばキヤリー、オーバフロ
ー、サインなど)を記憶するフラグレジスタであ
る。
Conventional Structures and Problems With the recent improvements in semiconductor integrated circuit technology, high-performance microprocessors have become extremely inexpensive. First, the basic operation of a microprocessor will be explained using the most common structure (FIG. 1). In FIG. 1a, 1 is a control circuit that controls the entire operation of the microprocessor, 2 is a register file, and 3 is a control circuit that controls the entire operation of the microprocessor.
is an ALU that performs arithmetic and logical operations, 4 and 5 are
A latch 6 takes in data input to the ALU 3 from the data bus and temporarily stores it, and a flag register 6 stores a status flag (for example, carry, overflow, sign, etc.) of the operation result of the ALU 3.

ここでは最も基本的なレジスタ間演算を例にと
つて説明する。たとえば ADD R0,R1 に相当する機械語コードが制御回路1に印加され
ると、制御回路1はレジスタフアイル2に対して
R0,R1に相当するレジスタアドレス情報を
REGA信号線を通じて出力する。また制御回路
1はALU3に対してADDに相当するALUフアン
クシヨン情報をALUF信号線を通して出力する。
レジスタアドレス情報により選択されたレジスタ
フアイル2に格納されていたデータはデータバス
に出力され、ALU3の入力データ用ラツチ4,
5に一時記憶される。ALU3はラツチ4,5の
データをALUフアンクシヨンコードに従がつて
演算し、演算結果を一方のバスのABusに出力
し、レジスタフアイル2の一方を書換える。また
ALU3は演算結果を出力すると同時にキヤリー、
オーバークロー、サインなどの演算状態フラグ信
号ALUSを作成しフラグレジスタ6に登録する。
このフラグは後に条件分岐などの命令によつて参
照される。
Here, we will explain the most basic inter-register operation as an example. For example, when the machine code corresponding to ADD R0, R1 is applied to the control circuit 1, the control circuit 1 sends it to the register file 2.
Register address information corresponding to R0 and R1
Output through the REGA signal line. Further, the control circuit 1 outputs ALU function information corresponding to ADD to the ALU 3 through the ALUF signal line.
The data stored in the register file 2 selected by the register address information is output to the data bus, and is input to the input data latch 4 of the ALU 3.
5 is temporarily stored. The ALU 3 operates on the data in the latches 4 and 5 according to the ALU function code, outputs the operation result to one bus ABus, and rewrites one of the register files 2. Also
ALU3 outputs the calculation result and at the same time carries
An arithmetic state flag signal ALUS such as overcrow or sine is created and registered in the flag register 6.
This flag is later referenced by instructions such as conditional branching.

以上の動作をタイミング図に表わしたのが第1
図bである。レジスタフアイル2の読出しはタイ
ミングT1,ALU入力データ用ラツチ4,5への
データ転送はタイミングT2、ALUの演算はタイ
ミングT2〜T3、演算結果のレジスタフアイル2
への転送、書込みをタイミングT4で行つている。
The first diagram shows the above operation in a timing diagram.
Figure b. Reading of register file 2 is at timing T 1 , data transfer to ALU input data latches 4 and 5 is at timing T 2 , ALU operation is at timings T 2 to T 3 , and register file 2 of the operation result is read.
Transfer and writing to is performed at timing T4 .

従来よりこのようなマイクロプロセツサを設計
する場合、主に消費電力を少なくするという観点
から能動素子(トランジスタ)数の最小化に注意
が払われてきたため、配線に関して軽視される嫌
いがあつた。しかし高集積化が飛躍的に向上する
に従がい、内蔵トランジスタ数の増大が可能にな
つた反面、配線面積が全チツプ面積に占める割合
が増大してきたこと、さらに配線部に存在する寄
生容量によるドライブトランジスタでの消費電力
が無視できなくなるなど配線に関する多くの問題
が顕著になつてきた。上述の第1図に関する説明
においても制御回路1から出力される制御線
REGA,ALUFをチツプ内の離れた場所に存在
するレジスタフアイル2、ALU3に供給しなけ
ればならないため、配線面積を大きくしてしまう
原因となる。
Conventionally, when designing such microprocessors, attention has been paid to minimizing the number of active elements (transistors), primarily from the perspective of reducing power consumption, so wiring has tended to be neglected. However, as high integration has dramatically improved, it has become possible to increase the number of built-in transistors, but on the other hand, the proportion of the wiring area in the total chip area has also increased, and the parasitic capacitance that exists in the wiring has increased. Many problems related to wiring have become prominent, such as the power consumption of drive transistors that cannot be ignored. Also in the explanation regarding FIG. 1 above, the control line output from the control circuit 1
Since REGA and ALUF must be supplied to the register file 2 and ALU 3 located at separate locations within the chip, this causes an increase in the wiring area.

最近になつて以上の欠点を除くために制御信号
を時分割で伝送する方式が提起された、第2図
a,bをもとにこの方式について説明する。第3
図において、7はレジスタアドレス情報を一時記
憶するためのラツチ、8はALUフアンクシヨン
情報を一時記憶するためのラツチである。制御回
路1はタイミングT4,T1ではレジスタアドレス
情報、タイミングT2,T3ではALUフアンクシヨ
ン情報を時分割で制御バスに出力する。レジスタ
フアイル2付近で制御バスをレジスタアドレスラ
ツチイネーブル信号RALEでラツチ7に取込み、
レジスタアドレス信号REGAとする。またALU
3付近では制御バスをALUフアンクシヨンラツ
チイネーブル信号AFLEでラツチ8に取込み、
ALUフアンクシヨン信号ALUFとする。後の動
作は第1図と同様とする。
Recently, in order to eliminate the above-mentioned drawbacks, a method of transmitting control signals in a time-division manner has been proposed. This method will be explained based on FIGS. 2a and 2b. Third
In the figure, 7 is a latch for temporarily storing register address information, and 8 is a latch for temporarily storing ALU function information. The control circuit 1 outputs register address information at timings T 4 and T 1 and ALU function information at timings T 2 and T 3 to the control bus in a time-division manner. The control bus is taken into latch 7 by register address latch enable signal RALE near register file 2,
Set as register address signal REGA. Also ALU
At around 3, the control bus is taken into latch 8 by ALU function latch enable signal AFLE,
Let the ALU function signal be ALUF. The subsequent operations are the same as those shown in FIG.

しかし本方式においても、ALUの演算状態フ
ラグ信号ALUSをラツチするフラグレジスタ6の
情報を制御回路1が参照するための状態フラグ信
号線FLGは個別に必要となり、配線面積を減少
させる障害となつている。
However, even in this method, a separate status flag signal line FLG is required for the control circuit 1 to refer to the information in the flag register 6 that latches the arithmetic status flag signal ALUS of the ALU, which becomes an obstacle to reducing the wiring area. There is.

発明の目的 本発明は以上に説明したような配線を減少させ
る上での障害を取り除き、配線数をさらに減少さ
せ高集積化に適応したマイクロプロセツサのアー
キテクチヤを提供するものである。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention provides a microprocessor architecture that eliminates the obstacles to reducing the number of wiring lines as described above, further reduces the number of wiring lines, and is adapted to high integration.

発明の構成 上記目的を達成するため、本発明は、制御回路
と各波制御回路を結ぶ制御バスを双方向性にし、
制御回路から被制御回路に向けて制御情報を、ま
た被制御回路から制御回路に向けて状態情報を伝
送するようにすることを要旨とするもので、一時
記憶したレジスタアドレス情報を入力とし、これ
より指定された2個のレジスタに記憶されたデー
タを2つのデータバスそれぞれ出力すると同時に
パリテイエラーなどの読出し状態フラグを作成
し、さらに異なつたタイミングでは一方のデータ
バス上の信号をレジスタに取込む2ポートの読出
し/書込み可能レジスタフアイルと、一時記憶し
たALUフアンクシヨン情報を制御入力とし、2
つのデータバス上のデータを一時記憶した2個の
データを前記制御入力に従つて演算し結果を再び
一方のバスに出力すると同時に演算状態フラグを
作成するALUと、前記レジスタフアイルに対し
ては第1のタイミングでレジスタアドレス情報が
送信され、第3のタイミングで前記レジスタ読出
し状態フラグ信号を返送し、また前記ALUに対
しては第2のタイミングでALUフアンクシヨン
情報が送信され、第4のタイミング演算状態フラ
グ情報が返送される制御/状態バスと、前記第
1、第2のタイミングで前記制御/状態バスに前
記レジスタアドレス情報とALUフアンクシヨン
情報をそれぞれ送信し、第3、第4のタイミング
で前記制御/状態バス上の前記レジスタ読出し状
態フラグ情報と演算状態フラグ情報を取込み、そ
れぞれを一時記憶するラツチを内蔵し、その内容
により制御の流れを変更する機能をもつ制御回路
とを具備した構成にしたものである。
Structure of the Invention In order to achieve the above object, the present invention makes the control bus that connects the control circuit and each wave control circuit bidirectional,
The gist of this system is to transmit control information from a control circuit to a controlled circuit, and state information from a controlled circuit to a control circuit, using temporarily stored register address information as input. At the same time, the data stored in the two registers specified by the data bus is outputted to each of the two data buses, and a read status flag such as a parity error is created. Furthermore, at different timings, the signal on one data bus is transferred to the register. A 2-port readable/writable register file and temporarily stored ALU function information are used as control inputs.
an ALU that calculates two pieces of data that temporarily store data on one data bus according to the control input, outputs the results to one bus again, and creates an operation status flag at the same time; Register address information is sent at timing 1, the register read status flag signal is sent back at timing 3, ALU function information is sent to the ALU at timing 2, and calculation is performed at timing 4. The register address information and ALU function information are transmitted to the control/status bus to which the status flag information is returned, and the register address information and ALU function information are transmitted to the control/status bus at the first and second timings, respectively, and at the third and fourth timings. The control circuit has a built-in latch that takes in the register read status flag information and the calculation status flag information on the control/status bus and temporarily stores them, and has a control circuit that has the function of changing the flow of control depending on the contents. This is what I did.

実施例の説明 以上本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第3図は本発明の一実施例を示す構成図、第
4図はこの実施例のタイムチヤートで、これらの
図を用いて本実施例の動作を説明明する。
Description of Embodiments Embodiments of the present invention will be described above based on the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a time chart of this embodiment.The operation of this embodiment will be explained using these figures.

9はレジスタアドレス情報出力バツフア、10
はALUフアンクシヨン出力バツフア、11はレ
ジスタ読出し状態フラグラツチ、12は演算状態
フラグラツチ、13はレジスタ読出し状態フラグ
出力バツフア、14は演算状態フラグ出力バツフ
アである。
9 is a register address information output buffer, 10
11 is a register read state flag latch, 12 is an arithmetic state flag latch, 13 is a register read state flag output buffer, and 14 is an arithmetic state flag output buffer.

制御/状態バスには、タイミングT1でレジス
タアドレス出力制御線RAOによりバツフア9が
開きレジスタアドレス情報が、またタイミング
T2でALUフアンクシヨン出力制御線AFOにより
バツフア10が開きALUフアンクシヨン情報が
それぞれ出力される。これらの信号をレジスタア
ドレス情報ラツチ7、ALUフアンクシヨンラツ
チ8に取込む動作は第2図と同様である。レジス
タフアイル2はデータをデータバスに出力すると
同時にパリテイエラーなどの読出し状態フラグ信
号REGSを作成する。このREGSはタイミングT3
でレジスタ読出し状態フラグ出力制御線RSOに
よつて開かれたバツフア13を通して制御/状態
バスに出力される。この情報はレジスタ読出し状
態フラグラツチイネーブル信号RSLEによりレジ
スタ読出し状態フラグラツチ11に一時記憶さ
れ、制御回路1により条件分岐などに利用され
る。ALU3は入力データを演算し、演算結果を
一方のバスのABusに出力すると同時に演算状態
フラグ信号ALUSを作成する。このALUSはタイ
ミングT4で演算状態フラグ出力制御線ASOによ
つて開かれたバツフア14を通して制御/状態バ
スに出力される。この情報は演算状態フラグラツ
チイネーブル信号ASLEにより演算状態フラグラ
ツチ12に一時記憶され、制御回路1により条件
分岐などに利用される。
On the control/status bus, buffer 9 is opened by the register address output control line RAO at timing T1 , and register address information is sent to the control/status bus.
At T2 , the buffer 10 is opened by the ALU function output control line AFO and the ALU function information is output. The operation of taking these signals into the register address information latch 7 and ALU function latch 8 is the same as that shown in FIG. The register file 2 outputs data to the data bus and at the same time creates a read status flag signal REGS such as a parity error. This REGS is timing T 3
The register read status flag is output to the control/status bus through the buffer 13 opened by the output control line RSO. This information is temporarily stored in the register read state flag latch 11 by the register read state flag latch enable signal RSLE, and is used by the control circuit 1 for conditional branching and the like. The ALU 3 calculates the input data, outputs the calculation result to the ABus of one bus, and simultaneously creates the calculation status flag signal ALUS. This ALUS is output to the control/status bus through the buffer 14 opened by the arithmetic status flag output control line ASO at timing T4 . This information is temporarily stored in the arithmetic state flag latch 12 by the arithmetic state flag latch enable signal ASLE, and is used by the control circuit 1 for conditional branching and the like.

以上により、制御回路1と各被制御回路とを結
ぶ制御信号線、状態信号線の本数を大幅に減少す
ることができる。
As described above, the number of control signal lines and status signal lines connecting the control circuit 1 and each controlled circuit can be significantly reduced.

発明の効果 以上本発明によれば、次のような効果がもたら
される。
Effects of the Invention According to the present invention, the following effects are brought about.

(i) 制御回路と被制御回路を双方向性の制御/状
態バスで接続することにより配線数を大幅に減
少させることができ、集積度を大きく向上させ
ることが可能となる。また配線数を少なくする
ことによりドライブトランジスタで消費する電
力も減少させることができる。
(i) By connecting the control circuit and the controlled circuit with a bidirectional control/status bus, the number of wiring lines can be significantly reduced, making it possible to greatly improve the degree of integration. Furthermore, by reducing the number of wiring lines, the power consumed by the drive transistor can also be reduced.

(ii) 制御信号とその結果である状態情報を制御回
路ブロツク内に置くことにより条件分岐などの
動作が高速化される。
(ii) By placing the control signal and the resulting state information within the control circuit block, operations such as conditional branching can be sped up.

(iii) すべての被制御回路に動作後の状態情報を作
成し制御回路に返送することにより各種制御回
路も画一的な思想で設計することができ全体の
アーキテクチヤーが簡素化するという利点をも
つ。
(iii) By creating post-operation status information for all controlled circuits and sending it back to the control circuit, various control circuits can be designed with a uniform concept, which has the advantage of simplifying the overall architecture. Motsu.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a,bはマイクロプロセツサの基本構造
を説明する構成図およびタイミング図、第2図は
少しの改善が行なわれた従来例を説明する構成図
およびそのタイミング図、第3図は本発明のマイ
クロプロセツサ基本構造の一実施例を説明する構
成図、第4図は第3図の実施例の動作を説明する
タイミング図である。 1……制御回路、2……レジスタフアイル、3
……算術論理演算回路(ALU)、4,5……
ALU入力データラツチ、6……フラグレジスタ、
7……レジスタアドレス情報ラツチ、8……
ALUフアンクシヨンラツチ、9……レジスタア
ドレス情報出力バツフア、10……ALUフアン
クシヨン出力バツフア、11……レジスタ読出し
状態フラグラツチ、12……演算状態フラグラツ
チ、13……レジスタ読出し状態フラグ出力バツ
フア、14……演算状態フラグ出力バツフア。
Figures 1a and b are block diagrams and timing diagrams explaining the basic structure of a microprocessor, Figure 2 is a block diagram and timing diagram explaining a conventional example with slight improvements, and Figure 3 is the main FIG. 4 is a block diagram illustrating one embodiment of the basic structure of a microprocessor according to the invention, and FIG. 4 is a timing diagram illustrating the operation of the embodiment shown in FIG. 1...Control circuit, 2...Register file, 3
...Arithmetic logic circuit (ALU), 4, 5...
ALU input data latch, 6...flag register,
7... Register address information latch, 8...
ALU function latch, 9...Register address information output buffer, 10...ALU function output buffer, 11...Register read status flag latch, 12...Arithmetic status flag latch, 13...Register read status flag output buffer, 14... ...Calculation status flag output buffer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 一時記憶したレジスタアドレス情報を入力と
し、これにより指定された2個のレジスタに記憶
されたデータを2つのデータバスにそれぞれ出力
すると同時にパリテイエラーなどの読出し状態フ
ラグを作成し、さらに異なつたタイミングでは一
方のデータバス上の信号をレジスタに取込む2ポ
ートの読出し/書込み可能レジスタフアイルと、
一時記憶したALUフアンクシヨン情報を制御入
力とし、2つのデータバス上のデータを一時記憶
した2個のデータを前記制御入力に従つて演算
し、結果を再び一方のバスに出力すると同時に演
算状態フラグを作成する算術論理演算回路
(ALU)と、前記レジスタフアイルに対しては第
1のタイミングでレジスタアドレス情報が送信さ
れ、第3のタイミングで前記レジスタ読出し状態
フラグ信号を返送し、また前記算術論理演算回路
に対しては第2のタイミングでALUフアンクシ
ヨン情報が送信され、第4のタイミングで演算状
態フラグ情報が返送される制御/状態バスと、前
記第1,第2のタイミングで前記制御/状態バス
に前記レジスタアドレス情報とALUフアンクシ
ヨン情報をそれぞれ送信し、第3,第4のタイミ
ングで前記制御/状態バス上の前記レジスタ読出
し状態フラグ情報と演算状態フラグ情報を取込
み、それぞれ一時記憶するラツチを内蔵し、その
内容より制御の流れを変更する機能をもつ制御回
路とを有することを特徴とするマイクロプロセツ
サ制御回路。
1 Using the temporarily stored register address information as input, the data stored in the two specified registers is output to the two data buses, and at the same time, read status flags such as parity errors are created, and different In terms of timing, there is a 2-port readable/writable register file that takes signals on one data bus into the register,
The temporarily stored ALU function information is used as a control input, and the two temporarily stored data on the two data buses are calculated according to the control input, and the result is output to one bus again, and at the same time the calculation status flag is set. Register address information is transmitted to the arithmetic and logic operation circuit (ALU) to be created and the register file at a first timing, the register read status flag signal is returned at a third timing, and the arithmetic and logic operation is performed. A control/status bus to which ALU function information is sent to the circuit at a second timing and arithmetic status flag information is returned at a fourth timing; and a control/status bus at the first and second timings. A built-in latch is provided to transmit the register address information and ALU function information, respectively, and to take in the register read status flag information and calculation status flag information on the control/status bus at third and fourth timings, and to temporarily store them respectively. and a control circuit having a function of changing the flow of control based on its contents.
JP57213076A 1982-12-03 1982-12-03 Control circuit of microprocessor Granted JPS59103152A (en)

Priority Applications (1)

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