JPH088722A - 3-state circuit - Google Patents

3-state circuit

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JPH088722A
JPH088722A JP7173184A JP17318495A JPH088722A JP H088722 A JPH088722 A JP H088722A JP 7173184 A JP7173184 A JP 7173184A JP 17318495 A JP17318495 A JP 17318495A JP H088722 A JPH088722 A JP H088722A
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英雄 前島
Takashi Hotta
多加志 堀田
Ikuro Masuda
郁朗 増田
Masahiro Iwamura
将弘 岩村
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Abstract

(57)【要約】 【目的】負荷の重い回路部を高速化する3ステート回路
の提供。 【構成】MOSトランジスタとバイポーラトランジスタ
の複合回路から3ステート回路を構成する。 【効果】3ステート回路を用いた高速な論理回路,演算
回路が達成される。
(57) [Abstract] [Purpose] Providing a 3-state circuit that speeds up a circuit section with a heavy load. [Structure] A three-state circuit is composed of a composite circuit of a MOS transistor and a bipolar transistor. [Effect] A high-speed logic circuit and arithmetic circuit using a 3-state circuit can be achieved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の利用分野】本発明は演算ユニット及び演算回路
に係り、特に超高速マイコン等に好適な演算ユニット及
び演算回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arithmetic unit and an arithmetic circuit, and more particularly to an arithmetic unit and an arithmetic circuit suitable for an ultra high speed microcomputer.

【0002】[0002]

【発明の背景】マイコンの様に高集積性が要求される論
理(V)LSIでは、電界効果トランジスタ特にMOSト
ランジスタ技術が主流となっている。ところが、MOS
トランジスタは電圧駆動形であるため、電源電位と接地
電位との間で信号がオン/オフする。この様な原理的な
事が超高速の分野では各所にクリティカル・バスを生じ
ることになる。一方、バイポーラトランジスタは電流駆
動形であるため小振幅の電圧動作で信号のオン/オフが
可能である。ところが、バイポーラトランジスタはベー
ス電流を供給しなければならないので消費電力の点で高
集積な論理LSIは困難である。
2. Description of the Related Art In a logic (V) LSI requiring a high degree of integration, such as a microcomputer, a field effect transistor, particularly a MOS transistor technology, has become mainstream. However, MOS
Since the transistor is a voltage drive type, a signal is turned on / off between the power supply potential and the ground potential. Such a principle causes a critical bus at various places in the field of ultra-high speed. On the other hand, since the bipolar transistor is of a current drive type, it is possible to turn on / off a signal by a voltage operation with a small amplitude. However, since a bipolar transistor must supply a base current, a highly integrated logic LSI is difficult in terms of power consumption.

【0003】[0003]

【発明の目的】本発明の第1の目的は、上記欠点を除去
し、高速,高集積,低消費電力なキャリー伝播回路及び
それを用いた演算ユニットを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to provide a carry propagation circuit of high speed, high integration and low power consumption, and an arithmetic unit using the same, by eliminating the above drawbacks.

【0004】本発明の第2の目的は、高速かつ低消費電
力な3ステート回路を提供することにある。
A second object of the present invention is to provide a high speed and low power consumption 3-state circuit.

【0005】[0005]

【発明の概要】本発明演算ユニットの第1の特徴とする
ところは、キャリー伝搬回路を有するk・Nビットの演
算回路に於いて、キャリー伝搬回路はバイポーラトラン
ジスタと電界効果トランジスタとが混在して構成される
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION A first feature of the arithmetic unit of the present invention is that in a kN bit arithmetic circuit having a carry propagation circuit, the carry propagation circuit is composed of bipolar transistors and field effect transistors. To be composed.

【0006】本発明演算回路の好ましい実施態様では、
キャリー伝搬回路は、バイポーラトランジスタと電界効
果トランジスタとが混在するk個のNビット間キャリー
伝搬回路を有する。
In a preferred embodiment of the arithmetic circuit of the present invention,
The carry propagation circuit has k N-bit carry propagation circuits in which bipolar transistors and field effect transistors are mixed.

【0007】さらに、本発明演算回路の好ましい実施態
様では、k個のNビット間キャリー伝搬回路は、接続部
にバイポーラトランジスタが設けられる。
Furthermore, in a preferred embodiment of the arithmetic circuit of the present invention, the k N-bit carry propagation circuits are provided with bipolar transistors at their connecting portions.

【0008】さらに、本発明演算回路の好ましい実施態
様では、キャリー伝搬回路は、(N−1)ビット内のキ
ャリー伝搬を行う電界効果トランジスタによって構成さ
れるNビット内キャリー伝搬回路を有する。
Further, in a preferred embodiment of the arithmetic circuit of the present invention, the carry propagation circuit has an N-bit carry propagation circuit constituted by a field effect transistor for carrying carry in (N-1) bits.

【0009】さらに、本発明演算回路の好ましい実施態
様では、電界効果トランジスタはMOSトランジスタで
ある。
Further, in a preferred embodiment of the arithmetic circuit of the present invention, the field effect transistor is a MOS transistor.

【0010】本発明3ステート回路の特徴とするところ
は、(1)入力端子及び出力端子、(2)相補入力の第
1及び第2の制御端子、(3)第1及び第2の電位端
子、(4)一方導電型のコレクタが上記第1の電位端子
に、一方導電型のエミッタが上記出力端子に接続される
第1のバイポーラトランジスタ、(5)一方導電型のコ
レクタが上記出力端子に、一方導電型のエミッタが上記
第2の電位端子に接続される第2のバイポーラトランジ
スタ、(6)一方のゲートが上記入力端子に、他方のゲ
ートが上記第1の制御端子にそれぞれ接続され、かつ、
ソース及びドレインが上記第1の電位端子と上記第1の
バイポーラトランジスタの他方導電型のベースとに直列
に接続される第1及び第2の他方導電型の電界効果トラ
ンジスタ、(7)一方のゲートが上記入力端子に、他方
のゲートが上記第2の制御端子にそれぞれ接続され、か
つ、ドレイン及びソースが上記出力端子と上記第2のバ
イポーラトランジスタの他方導電型のベースとに直列に
接続される第1及び第2の一方導電型の電界効果トラン
ジスタ、(8)ソース及びドレインが上記第1のバイポ
ーラトランジスタのベースと上記出力端子とに、ゲート
が上記第1の制御端子又は上記第2の制御端子に接続さ
れる第3の電界効果トランジスタ、(9)ソース及びド
レインが上記第2のバイポーラトランジスタのベースと
上記第2の電位端子とに、ゲートが上記第1の制御端子
又は上記第2の制御端子に接続される第4の電界効果ト
ランジスタ、(10)上記第1のバイポーラトランジス
タのベースと上記出力端子との間に設けられる第1の抵
抗性素子、(11)上記第2のバイポーラトランジスタ
のベースと上記第2の電位端子との間に設けられる第2
の抵抗性素子、とを具備することにある。
The features of the three-state circuit of the present invention are (1) an input terminal and an output terminal, (2) first and second control terminals for complementary inputs, and (3) first and second potential terminals. (4) A first bipolar transistor in which one conductivity type collector is connected to the first potential terminal and one conductivity type emitter is connected to the output terminal, and (5) one conductivity type collector is connected to the output terminal. A second bipolar transistor whose one conductivity type emitter is connected to the second potential terminal, (6) one gate is connected to the input terminal, and the other gate is connected to the first control terminal, And,
First and second other conductivity type field effect transistors whose sources and drains are connected in series to the first potential terminal and the other conductivity type base of the first bipolar transistor, and (7) one gate Is connected to the input terminal, the other gate is connected to the second control terminal, and the drain and source are connected in series to the output terminal and the other conductivity type base of the second bipolar transistor. (1) a first and second one conductivity type field effect transistor, a source and a drain for the base and the output terminal of the first bipolar transistor, and a gate for the first control terminal or the second control. A third field effect transistor connected to the terminal, (9) the source and drain being the base of the second bipolar transistor and the second potential end. And a fourth field effect transistor whose gate is connected to the first control terminal or the second control terminal, and (10) is provided between the base of the first bipolar transistor and the output terminal. A first resistive element, (11) a second provided between the base of the second bipolar transistor and the second potential terminal
And a resistive element.

【0011】本発明3ステート回路の好ましい実施態様
では、電界効果トランジスタはMOSトランジスタであ
る。
In the preferred embodiment of the tri-state circuit of the present invention, the field effect transistor is a MOS transistor.

【0012】さらに、本発明3ステート回路の好ましい
実施態様では、抵抗性素子は抵抗である。
Further, in a preferred embodiment of the tri-state circuit of the present invention, the resistive element is a resistor.

【0013】[0013]

【発明の実施例】以下に本発明の一実施例を図面に従っ
て説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は本発明の一実施例を示す一つの半導
体基板に集積された高集積プロセッサ100の構成図
で、マイクロプログラムROM(Read Only Memory)を
主要素とするマイクロプログラム制御ユニット101,
マイクロ命令デコーダユニット102,演算ユニット1
03,データの入出力バッファ104,アドレスの出力
バッファ105,クロック供給バッファ106から成
る。図1により、命令フェッチから実行までを例として
その動作を説明する。
FIG. 1 is a block diagram of a highly integrated processor 100 integrated on one semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. The microprogram control unit 101 has a microprogram ROM (Read Only Memory) as a main element.
Micro instruction decoder unit 102, arithmetic unit 1
03, a data input / output buffer 104, an address output buffer 105, and a clock supply buffer 106. The operation from instruction fetch to execution will be described with reference to FIG.

【0015】(1)命令フェッチ 演算ユニット103内のプログラムカウンタの内容がバ
ス115によりアドレスの出力バッファ105に出力さ
れ、プロセッサ100外へバス107へ供給される。こ
のアドレスに対応した命令語がバス108,データの入
出力バッファ104,内部バス109を経由してマイク
ロプログラム制御ユニット101に供給される。
(1) Instruction fetch The contents of the program counter in the arithmetic unit 103 are output to the address output buffer 105 by the bus 115 and supplied to the bus 107 outside the processor 100. An instruction word corresponding to this address is supplied to the micro program control unit 101 via the bus 108, the data input / output buffer 104, and the internal bus 109.

【0016】(2)マイクロ命令読出し マイクロプログラム制御ユニット101に印加した命令
語は解読され、マイクロ命令列としてバス110に出力
される。
(2) Micro instruction reading The instruction word applied to the micro program control unit 101 is decoded and output to the bus 110 as a micro instruction sequence.

【0017】(3)マイクロ命令解読及び実行 マイクロプログラム制御ユニット101からバス110
を経由してマイクロ命令がマイクロ命令デコーダユニッ
ト102に印加され、解読され、演算ユニット103を
直接制御する信号群111,112,113が出力され
る。
(3) Decoding and execution of micro-instruction
The microinstruction is applied to the microinstruction decoder unit 102 via the. And decoded, and a signal group 111, 112, 113 for directly controlling the arithmetic unit 103 is output.

【0018】一方、クロック供給バッファ106に入力
する元のクロック114は各ユニット101,102,1
03へそれぞれクロック信号線114a,114b,11
4cを介して供給される。
On the other hand, the original clock 114 input to the clock supply buffer 106 is the units 101, 102, 1
03 to the clock signal lines 114a, 114b, 11 respectively
4c.

【0019】図2は図1のマイクロプログラム制御ユニ
ット101の構成図であり、命令レジスタ200,命令
デコーダ201,マイクロアドレスセレクタ202,R
OMのアドレスデコーダ203,ROMのメモリ部20
4,マイクロ命令レジスタ205,レジスタ番号用レジ
スタ206,マイクロプログラム制御ユニット101内の
制御回路207から成る。バス109を介してマイクロ
プログラムユニット101に入力する命令語は制御回路
207の制御信号219により命令レジスタ200に置
数制御される。命令レジスタ200の内容はバス210
を介して命令デコーダ201に印加され、解読され、対
応するマイクロプログラムの先頭アドレス信号211と
レジスタ番号信号212とを出力する。前者は制御回路
207の出力信号218によりマイクロアドレスセレク
タ202を先頭アドレス信号211側の選択とし、マイ
クロアドレスセレクタ202の出力信号213をROMの
アドレスデコーダ203に印加する。一方、後者はレジ
スタ番号用レジスタ206に制御回路207の出力信号
220により置数される。
FIG. 2 is a block diagram of the microprogram control unit 101 shown in FIG. 1, and includes an instruction register 200, an instruction decoder 201, a micro address selector 202,
OM address decoder 203, ROM memory unit 20
4, a microinstruction register 205, a register number register 206, and a control circuit 207 in the microprogram control unit 101. The instruction word input to the micro program unit 101 via the bus 109 is controlled by the control signal 219 of the control circuit 207 in the instruction register 200. The contents of the instruction register 200 is the bus 210
It is applied to the instruction decoder 201 via the, and decoded, and outputs the head address signal 211 and the register number signal 212 of the corresponding microprogram. The former selects the micro address selector 202 on the side of the head address signal 211 by the output signal 218 of the control circuit 207, and applies the output signal 213 of the micro address selector 202 to the address decoder 203 of the ROM. On the other hand, the latter is set in the register 206 for the register number by the output signal 220 of the control circuit 207.

【0020】ROMのアドレスデコーダ203では入力
するアドレス信号213に対応したワードを決定しRO
Mのメモリ部204に格納される1ワードをワード信号
群214の少なくとも一つ駆動することによって読出
す。読出されたワードはバス215を介してマイクロ命
令レジスタ205に置数される。マイクロ命令レジスタ
205の内容の一部は信号線110aによリマイクロ命
令デコーダユニット102へ接続される。また、他の部
分の信号線216は制御回路207に接続され、前記し
た命令レジスタ200,マイクロアドレスセレクタ20
2,レジスタ番号用レジスタ206の制御に当てられ
る。更に、他の部分の信号線217は現在実行している
マイクロ命令の次に読出すマイクロ命令のアドレスを示
しており、信号線218により、マイクロアドレスセレ
クタ202を制御しアドレス信号217を信号線213
に載せる。
In the ROM address decoder 203, the word corresponding to the input address signal 213 is determined and RO
One word stored in the M memory unit 204 is read out by driving at least one of the word signal groups 214. The read word is set in the micro instruction register 205 via the bus 215. Part of the contents of the microinstruction register 205 is connected to the microinstruction decoder unit 102 by a signal line 110a. Further, the signal line 216 of the other part is connected to the control circuit 207, and the instruction register 200 and the micro address selector 20 described above are connected.
2, applied to control of the register number register 206. Further, the signal line 217 in the other part indicates the address of the microinstruction to be read next to the currently executed microinstruction, and the signal line 218 controls the microaddress selector 202 to send the address signal 217 to the signal line 213.
Put on.

【0021】また、レジスタ番号用レジスタ206の出
力信号110bは前記した信号線110aと同様に次段
のマイクロ命令デコーダユニット102に接続される。
The output signal 110b of the register number register 206 is connected to the micro instruction decoder unit 102 at the next stage, similarly to the signal line 110a.

【0022】図3はマイクロ命令デコーダユニット10
2の構成を示したもので、レジスタ番号のソースを選択
するマルチプレクサ300,301,302,演算すべ
きレジスタの一方を選択するレジスタデコーダ305,
他の一方を選択するレジスタデコーダ306,演算結果
を格納するレジスタを選択するレジスタデコーダ307,該
レジスタデコーダ307の動作タイミングを前記レジス
タデコーダ305,306と1クロックサイクル遅らせ
るためのサブマイクロ命令レジスタ303,演算回路
(後述)の制御を前記レジスタデコーダ305,306と
半クロックサイクル遅らせるためのサブマイクロ命令レ
ジスタ304から成る。マイクロプログラム制御ユニッ
ト101のマイクロ命令レジスタ205の一部の信号線
110aは、読出し用レジスタ番号を示す信号110a
−1,110a−2,書込み用レジスタ番号を示す信号
110a−3,マルチプレクサ300,301,302
を制御する制御信号110a−a,110a−b,11
0a−c及び後述する演算回路等を制御する信号110
a−4に分けられる。マルチプレクサ300,301,30
2はレジスタ番号のソースとしてマイクロ命令レジスタ
205に格納されたものと前記した命令デコーダ201
から得られ、レジスタ番号用レジスタ206に記憶され
たものとのいずれか一方を制御信号110a−a,11
0a−b,110a−cにより選択する。読出すレジス
タの選択はマルチプレクサ300,301の出力信号3
11,312をそれぞれレジスタデコーダ305,30
6に入力し、そのデコード結果の出力信号314,31
5として行われる。また、書込むレジスタの選択はマル
チプレクサ302の出力信号310を一旦サブマイクロ
命令レジスタ303に記憶し、レジスタ読出しより1ク
ロックサイクル遅らして、信号313をレジスタデコー
ダ307に入力し、そのデコード結果の出力信号316
として行われる。ここで、読出しレジスタは必ずしも二
つのレジスタが選択されるとは限らない。1オペランド
動作(例えば、インクリメント/デイクリメント等)や
0オペランド動作(クリヤ等)の場合はそれぞれ一つの
レジスタ読出し指定あるいはレジスタ読出し指定なしと
いった状況もあり得る。また、書込みレジスタの場合は
一つとは限らない。演算結果を複数のレジスタへ書込み
事もあり得る。
FIG. 3 shows a micro instruction decoder unit 10.
2 shows a configuration of the multiplexers 300, 301 and 302 for selecting the source of the register number, a register decoder 305 for selecting one of the registers to be operated,
A register decoder 306 for selecting the other one, a register decoder 307 for selecting a register for storing the operation result, a sub-microinstruction register 303 for delaying the operation timing of the register decoder 307 with the register decoders 305, 306 by one clock cycle, Arithmetic circuit
It comprises the register decoders 305 and 306 and a sub-micro instruction register 304 for delaying half a clock cycle. A part of the signal line 110a of the micro instruction register 205 of the micro program control unit 101 is a signal 110a indicating a register number for reading.
-1, 110a-2, a signal 110a-3 indicating a write register number, multiplexers 300, 301, 302
Control signals 110a-a, 110a-b, 11 for controlling
0a-c and a signal 110 for controlling an arithmetic circuit and the like to be described later
a-4. Multiplexers 300, 301, 30
2 is the instruction stored in the micro instruction register 205 as the source of the register number and the instruction decoder 201 described above.
, And stored in the register number register 206 as control signals 110a-a, 11a.
0a-b, 110a-c. The selection of the register to be read is based on the output signal 3 of the multiplexers 300 and 301.
Register decoders 305 and 30 respectively
6 and output signals 314 and 31 of the decoded result.
It is performed as 5. The register to be written is selected by temporarily storing the output signal 310 of the multiplexer 302 in the sub-micro instruction register 303, delaying it by one clock cycle from the register reading, inputting the signal 313 to the register decoder 307, and outputting the decoding result. Signal 316
Done as. Here, two registers are not always selected as the read registers. In the case of a one-operand operation (for example, increment / decrement, etc.) or a zero-operand operation (clear, etc.), there may be situations in which one register is read or no register is read. Further, the number of write registers is not limited to one. The operation result may be written to a plurality of registers.

【0023】演算回路の制御は前記したレジスタの読出
しと書込みのタイミングの間に行われる。この動作タイ
ミングのずれを行うのがサブマイクロ命令レジスタ30
4である。半クロック遅れた制御信号317が演算回路
に印加される。
The control of the arithmetic circuit is performed between the read and write timings of the register. This operation timing shift is caused by the sub-micro instruction register 30.
It is 4. The control signal 317 delayed by half a clock is applied to the arithmetic circuit.

【0024】図4は本実施例の中心をなす演算ユニット
103の構成図であり、レジスタ群400,レジスタ読
出しバス410,411のプリチャージ&センス回路4
01,402,演算回路403,内部バス109に載っ
たデータを読込むデータ・リード・レジスタ404,内
部バス109にデータを出力するデータ・ライト・レジ
スタ405,アドレスを内部バス115に出力するため
のアドレス・レジスタ406,書込みバス412より入
力したデータをマルチビットでシフトするパレルシフタ
407から成る。
FIG. 4 is a block diagram of the arithmetic unit 103, which is the center of this embodiment.
01, 402, an arithmetic circuit 403, a data read register 404 for reading data on the internal bus 109, a data write register 405 for outputting data to the internal bus 109, and an address for outputting an address to the internal bus 115. The address register 406 comprises a parallel shifter 407 for shifting data input from the write bus 412 by multi-bit.

【0025】演算ユニット103の基本動作を4通りに
分けて詳細に説明する。
The basic operation of the arithmetic unit 103 will be described in detail in four types.

【0026】(1)レジスタ間演算 〔レジスタ群400内の二つのレジスタを読んで演算回
路403により演算し、その結果を再びレジスタ群40
0内の一つのレジスタに書込む場合。〕レジスタ群40
0内の二つのレジスタを前記レジスタデコーダ305,
306の出力314a,315により選択し、二つのポ
ート413及び414を介してそれぞれレジスタ読出し
バス411及び410に、選択されたレジスタの内容を
載せる。これらのデータは後述するプリチャージ&セン
ス回路402,401により高速に検知され、それらの
出力信号415,416が演算回路403に入力され
る。演算回路403の演算結果出力信号417は書込み
バス412に載せられ、レジスタデコーダ307の出力
信号316aの指定するレジスタ群400のレジスタに
ポート421を介して書込まれる。
(1) Register-to-register operation [Read two registers in the register group 400 and perform an operation by the operation circuit 403, and the result is again registered in the register group 40.
When writing to one register in 0. ] Register group 40
Two registers in 0 are assigned to the register decoder 305,
The contents of the selected register are selected by the outputs 314a and 315 of 306, and loaded on the register read buses 411 and 410 via the two ports 413 and 414, respectively. These data are detected at high speed by precharge and sense circuits 402 and 401 described later, and their output signals 415 and 416 are input to the arithmetic circuit 403. The operation result output signal 417 of the operation circuit 403 is loaded on the write bus 412 and written via the port 421 to the register of the register group 400 specified by the output signal 316a of the register decoder 307.

【0027】(2)プログラムカウンタ更新 〔レジスタ群400内のプログラムカウンタの更新(イ
ンクリメント)及びアドレスレジスタ406への置
数。〕レジスタ群400内のプログラムカウンタをレジ
スタデコーダ315の出力信号である制御信号315に
より選択し、ポート414を介してレジスタ読出しバス
410にその内容を載せる。レジスタ読出しバス410
上のデータはプリチャージ&センス回路401により検
知され、出力信号416として演算回路403に入力さ
れる。レジスタ読出しバス411側にはデータを載せ
ず、制御信号317をインクリメント・モードとしておく
ことにより、演算回路403の演算結果の出力信号41
7は〔(プログラムカウンタ)+1〕となる。この値を
書込みバス412を介して、制御信号316aにより、
ポート421からプログラムカウンタへ更新された値を
書込む。
(2) Program counter update [Update (increment) of the program counter in the register group 400 and register number in the address register 406. The program counter in the register group 400 is selected by the control signal 315 which is the output signal of the register decoder 315, and the contents are loaded on the register read bus 410 via the port 414. Register read bus 410
The above data is detected by the precharge & sense circuit 401, and is input to the arithmetic circuit 403 as an output signal 416. No data is loaded on the register read bus 411 side, and the control signal 317 is set to the increment mode, whereby the output signal 41 of the operation result of the operation circuit 403 is output.
7 is [(program counter) +1]. This value is written via the write bus 412 by the control signal 316a.
The updated value is written from the port 421 to the program counter.

【0028】一方、ポート414を介して、レジスタ読
出しバス410に載ったプログラムカウンタの内容は制
御信号316dによりアドレスレジスタ406に置数さ
れ、バス422を介して内部バス115に送り出され
る。
On the other hand, the contents of the program counter loaded on the register read bus 410 via the port 414 are stored in the address register 406 by the control signal 316d and sent to the internal bus 115 via the bus 422.

【0029】(3)入力データの演算及びデータ出力 内部バス109からデータ・リード・レジスタ404に
入力されたデータはポート418を介してレジスタ読出
しバス411に載せられる。一方、レジスタ群400内
の一つのレジスタの内容が制御信号315によりポート
414を介して読出しバス410に載せられる。演算回
路403の演算結果の出力信号417は書込みバス41
2を介して、レジスタ群400内の一つのレジスタまた
はデータ・ライト・レジスタ405に書込まれる。演算
回路の出力信号417がデータ・ライト・レジスタ40
5に書込まれた場合、制御信号112によりポート41
9を介して内部バス109にその内容が送出される。こ
の例は、レジスタ群400の一つのレジスタとメモリ・
データの演算結果を再びメモリ上に格納する場合であ
る。
(3) Calculation of input data and data output The data input from the internal bus 109 to the data read register 404 is loaded on the register read bus 411 via the port 418. On the other hand, the content of one register in the register group 400 is loaded on the read bus 410 via the port 414 by the control signal 315. The output signal 417 of the calculation result of the calculation circuit 403 is the write bus 41.
2, the data is written to one register or the data write register 405 in the register group 400. The output signal 417 of the arithmetic circuit is output from the data write register 40
When written to 5, the control signal 112 causes port 41
9 to the internal bus 109. In this example, one register and memory
This is a case where the calculation result of data is stored again in the memory.

【0030】(4)パレルシフト 演算回路403の演算結果出力信号417が書込みバス
412を介して、パレルシフタ407に制御信号316
eにより置数される。次のサイクルでは、制御信号31
4cにより指定されるシフト量に従ってシフトした結果
をポート420を介してレジスタ読出しバス411に載
せる。この状況はレジスタ群400内のレジスタを読出
す場合と全く同様でありここでは省略する。
(4) Parel shift The arithmetic result output signal 417 of the arithmetic circuit 403 is sent to the parrel shifter 407 via the write bus 412 to the control signal 316.
It is set by e. In the next cycle, the control signal 31
The result shifted according to the shift amount designated by 4c is loaded on the register read bus 411 via the port 420. This situation is exactly the same as when reading the registers in the register group 400, and is omitted here.

【0031】以下、演算ユニット103内の各構成要素
の詳細回路とその動作を図面に従って説明する。
The detailed circuit of each component in the arithmetic unit 103 and its operation will be described below with reference to the drawings.

【0032】図5はレジスタ群400と読出しバスのプ
リチャージをセンス回路401,402の詳検回路図を
示したものである。それぞれの構成と動作原理につき説
明する。
FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the sense circuits 401 and 402 for precharging the register group 400 and the read bus. Each configuration and operation principle will be described.

【0033】(1)レジスタ群400の1ビット構成 レジスタ群400は前記した如く、二つの読出しバスと
一つの書込みバスに接続される「マルチポートRAM
(Random Access Memory)」である。その1ビットの構
成は、最下位ビットで示すと、書込みバス412−0に
接続されるポート421−0を形成するNMOSトラン
ジスタ500,1ビットのメモリを形成するCMOSイ
ンバータ501,502,読出しバス410−0,41
1−0にデータを載せるためのNMOSトランジスタ5
03〜506から成る。該RAM1ビットへの書込み動
作は制御信号316a−0を“High”とすることによ
り、書込みバス412−0の内容をNMOSトランジス
タ500を通過してメモリを形成するCMOSインバー
タ501,502に印加し行われる。また、読出し動作
は制御信号315−0,314a−0を“High”とする
ことにより、CMOSインバータ501の出力が“Hig
h”の時のみそれぞれ読出しバス410−0,411−0の
電荷を放電(ディスチャージ)する。もし、CMOSイ
ンバータ501の出力が“Low ”の時はそれぞれの読出
しバスではディスチャージは起らない。尚、レジスタ群
400の読出し動作は読出しバス410,411のプリ
チャージ後に行われる。
(1) 1-bit configuration of the register group 400 The register group 400 is, as described above, connected to the two read buses and one write bus in the "multiport RAM".
(Random Access Memory) ”. The 1-bit configuration is, in terms of the least significant bit, an NMOS transistor 500 forming a port 421-0 connected to a write bus 412-0, CMOS inverters 501 and 502 forming a 1-bit memory, and a read bus 410. -0,41
NMOS transistor 5 for loading data on 1-0
03-506. The write operation to the RAM 1 bit is performed by setting the control signal 316a-0 to "High" to apply the contents of the write bus 412-0 to the CMOS inverters 501 and 502 which form the memory through the NMOS transistor 500. Be seen. In the read operation, the output of the CMOS inverter 501 is set to “Hig” by setting the control signals 315-0 and 314a-0 to “High”.
Only when "h", the charges on the read buses 410-0 and 411-0 are discharged (discharged). If the output of the CMOS inverter 501 is "Low", no discharge occurs on each read bus. The read operation of the register group 400 is performed after precharging the read buses 410 and 411.

【0034】(2)読出しバス410−0,411−0
のプリチャージ&センス回路401,402 読出しバス410−0に対応するプリチャージ&センス
回路401の1ビットは、読出しバス410−0をプリ
チャージするためのNPNバイポーラトランジスタ(以
下単にNPNトランジスタと称す)512、これを制御
するCMOSインバータ507,508,509,NM
OSトランジスタ510,PMOSトランジスタ511
から構成される。本回路の動作はプリチャージ期間とデ
ィスチャージ期間とに分けて考えることができる。
(2) Read buses 410-0, 411-0
1 bit of the precharge & sense circuit 401 corresponding to the read bus 410-0 is an NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as an NPN transistor) for precharging the read bus 410-0. 512, CMOS inverters 507, 508, 509, NM for controlling the same
OS transistor 510, PMOS transistor 511
Consists of The operation of this circuit can be considered separately for the precharge period and the discharge period.

【0035】(i)プリチャージ期間 プリチャージ期間はクロック信号520が“Low ”とな
っており、NMOSトランジスタ510は“オフ”して
おく。今、読出しバス410−1が“Low"レベルにあっ
たとすると、CMOSインバータ507の出力は“Hig
h”レベルにある。また、CMOSインバータ508に
直列に接続されるCMOSインバータ509の出力は
“Low ”レベルにある。従って、CMOSインバータ50
9の出力がPMOSトランジスタ511のゲートに接続
されるので該PMOSトランジスタ511は“オン”状
態となる。以上のような状況において、NPNバイポー
ラトランジスタ512のベース521にはCMOSイン
バータ507及びPMOSトランジスタ511により十
分なベース電流が供給され、該NPNトランジスタ512
のコレクタ電流がエミッタから読出しバス410−0に
注入され、該読出しバス410−0をプリチャージし始
める。“Low ”レベルにあった読出しバス410−0が
“High”レベルに近づくに従い、先ずCMOSインバー
タ507が“Low ”レベルに向い、該インバータ507
からのNPNトランジスタ512のベースへの電流供給
は抑えられる。次に、直列に接続されたCMOSインバ
ータ508,509の最終出力416−0は“High”レ
ベルに近づき、PMOSトランジスタ511もまた“オ
フ”され、NPNトランジスタ512のベース電流を遮
断する。以上の動作により、プリチャージ期間(クロッ
ク信号520が“Low”の期間)に読出しバス410−0
はある一定電圧にプリチャージされる。このプリチャー
ジ電圧はCMOSインバータ507,508,509を
構成するNMOS,PMOSトランジスタのしきい値電
圧(VTH)によって決定されるので、MOSプロセスのV
THのばらつきがあっても、そのばらつきに応じたプリチ
ャージ電圧が決まり、安定なプリチャージ動作が行え
る。プリチャージ&センス回路402についても読出し
バス411−0を同様にプリチャージする。二つのプリ
チャージ&センス回路401,402の出力416−
0,415−0はプリチャージ後は確実に“High”レベ
ルとなる。
(I) Precharge Period During the precharge period, the clock signal 520 is "Low" and the NMOS transistor 510 is "OFF". Now, assuming that the read bus 410-1 is at "Low" level, the output of the CMOS inverter 507 is "Hig."
The output of the CMOS inverter 509 connected in series with the CMOS inverter 508 is at the "Low" level.
Since the output of 9 is connected to the gate of the PMOS transistor 511, the PMOS transistor 511 is turned on. In the above situation, a sufficient base current is supplied to the base 521 of the NPN bipolar transistor 512 by the CMOS inverter 507 and the PMOS transistor 511, and the NPN transistor 512 is supplied.
Collector current is injected from the emitter into the read bus 410-0 and begins precharging the read bus 410-0. As the read bus 410-0, which was at the "Low" level, approaches the "High" level, the CMOS inverter 507 first goes to the "Low" level, and the inverter 507
Current supply to the base of the NPN transistor 512 is suppressed. Next, the final outputs 416-0 of the CMOS inverters 508 and 509 connected in series approach "High" level, the PMOS transistor 511 is also turned "OFF", and the base current of the NPN transistor 512 is cut off. By the above operation, the read bus 410-0 in the precharge period (the period when the clock signal 520 is "Low")
Is precharged to a certain voltage. Since this precharge voltage is determined by the threshold voltages (V TH ) of the NMOS and PMOS transistors constituting the CMOS inverters 507, 508, 509, the V
Even if there is a variation in TH, the precharge voltage is determined according to that variation, and stable precharge operation can be performed. Similarly, the precharge & sense circuit 402 also precharges the read bus 411-0. Outputs 416- of the two precharge & sense circuits 401 and 402-
0, 415-0 surely goes to the "High" level after the precharge.

【0036】尚、プリチャージ&センス回路401,4
02はクロック信号線520の中心点を中心とする点対
称に配置されているので、クロック信号線520が共通
化でき、更に、読出しバス410,411をプリチャー
ジ&センス回路401,402の両側に並設することが
可能となる。
The precharge & sense circuits 401, 4
02 are arranged symmetrically with respect to the center point of the clock signal line 520, so that the clock signal line 520 can be shared, and the read buses 410 and 411 are provided on both sides of the precharge & sense circuits 401 and 402. It is possible to install them side by side.

【0037】(ii)ディスチャージ期間 レジスタ群400からのレジスタ読出し(ディスチャー
ジ)サイクルは、クロック信号520を“High”レベル
にして行われる。クロック信号520を“High”レベル
とすることにより、NPNトランジスタ512のベース
に接続されたNMOSトランジスタ510が“オン”状
態となり、NPNトランジスタ512のベース電位を
“Low ”に保ち、読出しバス410−0の電位変動に伴
うCMOSインバータ507及びPMOSトランジスタ
511からの電流供給の影響を防止できる。今、RAM
1ビットを構成するCMOSインバータ501の出力が
“High”レベルであって、制御信号315−0が“Hig
h”レベルの時、NMOSトランジスタ503,505
は“オン”状態となるので、読出しバス410−0は直
列に接続された上記二つのNMOSトランジスタ503,5
05によりディスチャージされる。ディスチャージによ
り読出しバス410−0の僅かな変動は直列に接続され
たCMOSインバータ508,509のゲイン分だけ増
幅され、読出し信号416−0に反映される。従って、
読出しバス410−0に相当大きな容量性負荷があった
としても、0.1V 程度のディスチャージが起れば読出
し信号416−0は“High”レベルから“Low ”レベル
へと変化する。
(Ii) Discharge Period A register read (discharge) cycle from the register group 400 is performed by setting the clock signal 520 to "High" level. When the clock signal 520 is set to the “High” level, the NMOS transistor 510 connected to the base of the NPN transistor 512 is turned on, the base potential of the NPN transistor 512 is maintained at “Low”, and the read bus 410-0. Can be prevented from being affected by the current supply from the CMOS inverter 507 and the PMOS transistor 511 due to the fluctuation in the potential. Now, RAM
The output of the CMOS inverter 501 forming one bit is at "High" level, and the control signal 315-0 is "Hig".
At the time of the “h” level, the NMOS transistors 503 and 505
Is turned on, the read bus 410-0 is connected to the two NMOS transistors 503 and 5 connected in series.
05 is discharged. Due to the discharge, a slight change in the read bus 410-0 is amplified by the gain of the CMOS inverters 508 and 509 connected in series and reflected on the read signal 416-0. Therefore,
Even if the read bus 410-0 has a considerably large capacitive load, the read signal 416-0 changes from the "High" level to the "Low" level when the discharge of about 0.1 V occurs.

【0038】図6は以上の動作におけるクロック信号5
20,NPNトランジスタ512のベース電位521,
読出しバス410−0,読出し信号416−0の動作波
形を示したものである。本図からわかるようにNPNト
ランジスタ512を制御するCMOSインバータ50
7,PMOSトランジスタ511により読出しバス410
−0は2段階でプリチャージされ、一定のプリチャージ
電圧に達する。一方、ディスチャージ期間では極く僅か
の読出しバス410−0の電荷放電で読出し信号416
−0が出力を確定する。これは、プリチャージ電圧が読
出し信号416−0のレベルを“Low ”とするより僅か
に高い電圧に設定される効果である。先に述べたよう
に、プリチャージ電圧はNMOSトランジスタ,PMO
Sトランジスタのしきい値電圧(VTH)により決定され
るのでMOSプロセスのばらつきにより影響は受けな
い。
FIG. 6 shows the clock signal 5 in the above operation.
20, base potential 521 of NPN transistor 512,
It shows operation waveforms of the read bus 410-0 and the read signal 416-0. As can be seen from this figure, a CMOS inverter 50 that controls the NPN transistor 512.
7. Read bus 410 by PMOS transistor 511
−0 is precharged in two stages and reaches a certain precharge voltage. On the other hand, in the discharge period, the read signal 416 is generated due to the very slight discharge of electric charge from the read bus 410-0.
-0 determines the output. This is an effect that the precharge voltage is set to a voltage slightly higher than that of setting the level of the read signal 416-0 to "Low". As described above, the precharge voltage is the NMOS transistor, PMO
Since it is determined by the threshold voltage (V TH ) of the S transistor, it is not affected by variations in the MOS process.

【0039】図25はレジスタと演算回路との間の読出
しバスにおけるセンス回路の必要性を示すための説明図
である。n+1ワードのレジスタ1ビットの記憶部を構
成するフリップ・フロップ2500−0〜2500−
n,読出しバス522,該読出しバス522にデータを
送出するための論理積を構成する2組のNMOSトラン
ジスタ2501−0〜2501−n,プリチャージ&セ
ンス回路401から成る。この様な構成では、読出し制
御信号群315のいずれか1本が“High”となればその
信号に接続された2組のNMOSトランジスタの一方が
“オン”し、他方はフリップ・フロップの内容に従って
“オン”状態あるいは“オフ”状態となる。結果とし
て、“High”となった読出し信号に対応するレジスタ
(フリップ・フロップ)の内容が読出しバス522に反
映されることになる。この時、次の問題が生じる。即
ち、読出しバス522には多くのレジスタ(フリップ・
フロップ)が2組のNMOSトランジスタを介して接続
されているため、該バス自身の配線容量,NMOSトラ
ンジスタのドレイン容量が付加している。従って、一つ
一つのフリップ・フロップの内容を読出しバス522に
反映するために、高駆動能力のバッファをそれぞれのフ
リップ・フロップに付加したのでは、レジスタ部のサイ
ズが極端に増大し、高集積プロセッサでは現実には不可
能である。そこで本実施例の読出しバス522のプリチ
ャージ&センス回路401は、予め読出しバス522を
プリチャージしておき、読出しバス522の電荷が引抜
かれた場合に限って、極く僅かな電位変動をセンス回路
によって検出することによって、高速化,高集積化が図
れる。
FIG. 25 is an explanatory diagram showing the necessity of the sense circuit in the read bus between the register and the arithmetic circuit. Flip-flops 2500-0 to 2500- constituting a 1-bit storage section of an (n + 1) word register
n, a read bus 522, two sets of NMOS transistors 2501-0 to 2501-n forming a logical product for sending data to the read bus 522, and a precharge & sense circuit 401. In such a configuration, if any one of the read control signal groups 315 becomes "High", one of the two sets of NMOS transistors connected to the signal turns "on" and the other according to the contents of the flip-flop. It will be in the "on" state or the "off" state. As a result, the contents of the register (flip-flop) corresponding to the read signal that has become “High” are reflected on the read bus 522. At this time, the following problem occurs. That is, the read bus 522 has many registers (flip
Since the flop) is connected via two sets of NMOS transistors, the wiring capacitance of the bus itself and the drain capacitance of the NMOS transistor are added. Therefore, if a buffer having a high driving capability is added to each flip-flop in order to reflect the contents of each flip-flop on the read bus 522, the size of the register section is extremely increased, and high integration is achieved. This is not possible with processors. Therefore, the precharge & sense circuit 401 of the read bus 522 according to the present embodiment precharges the read bus 522 in advance and senses a very slight potential change only when the charge of the read bus 522 is extracted. By detecting with a circuit, high speed and high integration can be achieved.

【0040】これに対し、書込みバスは丁度その反対の
意味がある。図26は書込みバス524における高駆動
能力バッファの必要性を示すものである。
The write bus, on the other hand, has exactly the opposite meaning. FIG. 26 illustrates the need for high drive capability buffers on write bus 524.

【0041】n+1ワードのレジスタの1ビットに書込
みバス524を介してデータを書込む。この場合、1ビ
ットのデータを、上記した読出しバス522と同様の理
由で容量性負荷の大きい書込みバス524に送出しなけ
ればならない。即ち、書き込みバス524を通じて不特
定多数のレジスタ(フリップ・フロップ)の一つ(ある
いは複数)にデータを書込む。従って、高駆動能力のバ
ッファ960が不可欠となる。
Data is written to one bit of the n + 1 word register via the write bus 524. In this case, 1-bit data must be sent to the write bus 524 having a large capacitive load for the same reason as the read bus 522 described above. That is, data is written to one (or a plurality) of an unspecified number of registers (flip-flops) via the write bus 524. Therefore, the buffer 960 having high driving capability is indispensable.

【0042】図7はアドレス・レジスタ406の構成を
示したもので、前記読出しバス410−0に接続されたC
MOSインバータ700,701,書込み用MOSトラ
ンジスタ710,メモリ(フリップ・フロップ)を構成す
るCMOSインバータ720,721、内部バス211
5に接続されるバスドライバ730から成る。読出しバ
ス410−0は前記した如く、クロック信号520が
“Low ”の時プリチャージされ、クロック信号520が
“High”の時ディスチャージされる。直列に接続された
CMOSインバータ700,701は図5のプリチャー
ジ&センス回路401におけるCMOSインバータ50
8,509と同様に読出しバス410−0の極く僅かな
変動を増幅する増幅回路の働きをする。この結果はNM
OSトランジスタ710のゲートに入力する書込み信号
316dによりフリップ・フロップ(CMOSインバー
タ720,721による構成)に記憶される。CMOS
インバータ720の出力はバイポーラトランジスタとC
MOSトランジスタとの複合ゲート回路より構成される
バスドライバ730によりバス422を介して内部バス
115に載せられる。
FIG. 7 shows the structure of the address register 406, which is a C connected to the read bus 410-0.
MOS inverters 700 and 701, write MOS transistor 710, CMOS inverters 720 and 721 forming a memory (flip flop), internal bus 211
5 is connected to the bus driver 730. As described above, the read bus 410-0 is precharged when the clock signal 520 is "Low", and discharged when the clock signal 520 is "High". The CMOS inverters 700 and 701 connected in series are the CMOS inverters 50 in the precharge & sense circuit 401 of FIG.
Like 8, 509, it acts as an amplifier circuit that amplifies a very small fluctuation of the read bus 410-0. This result is NM
The write signal 316d input to the gate of the OS transistor 710 is stored in the flip-flop (configuration of the CMOS inverters 720 and 721). CMOS
The output of the inverter 720 is a bipolar transistor and C
It is mounted on the internal bus 115 via the bus 422 by a bus driver 730 composed of a composite gate circuit with a MOS transistor.

【0043】図8はバイポーラトランジスタとCMOS
トランジスタとの複合ゲート回路より構成されるバスド
ライバ730の内部構成を示したもので、入力段のPM
OSトランジスタ800,NMOSトランジスタ80
1,出力段のNPNトランジスタ804,805,該N
PNトランジスタのベース・エミッタ間に挿入される抵
抗性素子802,803から成る。フリップ・フロップ
を構成するCMOSインバータ720の出力信号810
はPMOSトランジスタ800とNMOSトランジスタ
801のゲートに入力し、出力信号810が“Low ”な
らばPMOSトランジスタ800が、“High”ならばN
MOSトランジスタ801が“オン”する。従って、本
バスドライバ730の入力信号810が“Low ”の時
は、PMOSトランジスタ800によってNPNトラン
ジスタ804にベース電流が供給され、該NPNトラン
ジスタ804にコレクタ電流が流れ、出力422−0が
急速に充電されて“High”レベルとなる。また、入力信
号810が“High”の時は、NMOSトランジスタ80
5により出力422−0の電荷が急速に放電されて出力
422−0は“Low ”レベルとなる。ここで、抵抗性素
子802,803はNPNトランジスタ804,805
のベースにバイアスを与えるための効果を有する。
FIG. 8 shows a bipolar transistor and CMOS
This shows the internal configuration of a bus driver 730 composed of a composite gate circuit with a transistor.
OS transistor 800, NMOS transistor 80
1, output stage NPN transistors 804, 805, the N
Consisting of resistive elements 802 and 803 inserted between the base and emitter of the PN transistor. Output signal 810 of CMOS inverter 720 constituting flip-flop
Is input to the gates of the PMOS transistor 800 and the NMOS transistor 801, and if the output signal 810 is “Low”, the PMOS transistor 800 is N, and if the output signal 810 is “High”,
The MOS transistor 801 turns "ON". Therefore, when the input signal 810 of the bus driver 730 is "Low", the base current is supplied to the NPN transistor 804 by the PMOS transistor 800, the collector current flows through the NPN transistor 804, and the output 422-0 is rapidly charged. And becomes the “High” level. When the input signal 810 is “High”, the NMOS transistor 80
5, the electric charge of the output 422-0 is rapidly discharged, and the output 422-0 becomes the "Low" level. Here, the resistive elements 802 and 803 are NPN transistors 804 and 805
Has the effect of biasing the base of.

【0044】図9は図4における演算回路403の構成
を示したもので、最下位より4ビット分を示している。
本図では演算回路403の最も大きなクリティカルバス
となる加算回路についてのみ示している。減算回路,乗
算回路,除算回路等の算術回路は、加算回路の応用であ
るので、以下加算回路を例にとって説明する。一般に
は、これらの算術回路に加え、論理演算回路も含まれる
がここでは省略する。4ビット加算回路の最下位ビット
は、前記したプリチャージ&センス回路401,402
は読出し信号416−0,415−0の内容を一時記憶
するラッチ910,911、これらのラッチの出力信号
970,971の論理積をとるゲート920,該ゲート
920の出力信号と上記信号970,971とで排他論
理和をとるゲート930、これらのゲート920,93
0の出力信号972−0,973−0により桁上げ〔キ
ャリー(減算ではボローではあるが、以下、これらの桁
上げ情報をキャリーと定義する。)〕伝搬を行う4ビッ
トキャリー伝搬回路900,該回路900の最下位ビッ
ト出力信号974−0と前記ゲート930の出力信号9
73−0との間で排他論理和をとるゲート940,該ゲ
ート出力信号975を一時記憶するラッチ950,該ラ
ッチの出力信号976を書込みバス412−0に載せる
ためのバスドライバ960から構成される。本加算回路
において、ゲート920,930による出力信号973
は加算回路に入力する2ビットのデータ信号970,9
71の加算結果であり、ゲート940の出力信号975
は上記加算回路への入力2ビットの加算結果とキャリー
との加算結果である。また、ゲート920の出力信号9
72−0は加算回路への入力2ビットが論理レベル
“1",“1”の場合に上位ビットへの桁上げが必ず起る
ことをキャリー伝搬回路900に知らせ、ゲート930
の出力信号973−0は加算回路への入力2ビットが論
理レベル“1”,“0”または“0”,“1”の場合に下
位ビットからのキャリーを上位ビットを伝搬すべきこと
をキャリー伝搬回路900に知らせる。尚、図9でのク
ロック信号1044はキャリー伝搬回路900,ラッチ
950,インバータ980に供給されるが、インバータ
980の出力信号990はラッチ910,911に供給
される。ラッチ910,911と950とに印加される
クロック信号が逆相となっているのは1クロックサイク
ル中の前半でラッチ910,911にデータが一時記憶
され、後半で加算結果がラッチ950に一時記憶される
ためである。
FIG. 9 shows the configuration of the arithmetic circuit 403 in FIG. 4, showing the least significant four bits.
In this drawing, only the adder circuit which is the largest critical bus of the arithmetic circuit 403 is shown. Arithmetic circuits such as a subtraction circuit, a multiplication circuit, and a division circuit are applications of an addition circuit, and therefore, an explanation will be given of the addition circuit as an example. Generally, in addition to these arithmetic circuits, a logical operation circuit is also included, but it is omitted here. The least significant bit of the 4-bit addition circuit is the above-mentioned precharge & sense circuit 401, 402.
Is a latch 910, 911 for temporarily storing the contents of the read signal 416-0, 415-0, a gate 920 for taking the logical product of the output signals 970, 971 of these latches, the output signal of the gate 920 and the signals 970, 971. And a gate 930 that takes an exclusive OR with these gates 920 and 93.
A 4-bit carry propagation circuit 900 for carrying a carry [carry (although it is a borrow in subtraction, hereinafter these carry information is defined as a carry)] by an output signal 972-0, 973-0 of 0, The least significant bit output signal 974-0 of the circuit 900 and the output signal 9 of the gate 930
A gate 940 for exclusive-ORing with the gate 73-0, a latch 950 for temporarily storing the gate output signal 975, and a bus driver 960 for placing the output signal 976 of the latch on the write bus 412-0. . In this adder circuit, output signals 973 from the gates 920 and 930
Are 2-bit data signals 970 and 9 input to the adder circuit.
71, and the output signal 975 of the gate 940.
Is the addition result of the 2-bit input to the addition circuit and the carry. Also, the output signal 9 of the gate 920
Reference numeral 72-0 indicates to the carry propagation circuit 900 that carry-up to the higher-order bit necessarily occurs when two bits input to the adder circuit are at logic levels "1" and "1".
Output signal 973-0 indicates that when the two bits input to the adder circuit are at the logical level "1", "0" or "0", "1", the carry from the lower bit should be propagated to the upper bit. Notify the propagation circuit 900. The clock signal 1044 in FIG. 9 is supplied to the carry propagation circuit 900, the latch 950, and the inverter 980. The output signal 990 of the inverter 980 is supplied to the latches 910 and 911. The clock signals applied to the latches 910, 911 and 950 are in the opposite phase because data is temporarily stored in the latches 910 and 911 in the first half of one clock cycle, and the addition result is temporarily stored in the latch 950 in the second half. That is because

【0045】4ビットキャリー伝搬回路900へのクロ
ック信号1044の印加は後述するが、キャリー伝搬に
おけるダイナミック動作を行うためである。また、キャ
リー伝搬回路900への他の入出力信号1040,10
42はそれぞれ下位からのキャリー入力,上位へのキャ
リー出力信号である。キャリー伝搬回路900への更に
他の入力信号は各ビットにおける論理積出力信号972
−0〜972−3,排他論理和出力信号973−0〜9
73−3がある。更に、キャリー伝搬回路900からの他
の出力信号は各ビットにおけるキャリー信号974−0
〜974−3がある。これらの入出力信号の使われ方に
ついては次に詳細に述べる。
The application of the clock signal 1044 to the 4-bit carry propagation circuit 900 is to carry out a dynamic operation in carry propagation, which will be described later. Also, other input / output signals 1040, 1040 to carry propagation circuit 900
Reference numeral 42 denotes a carry input signal from a lower position and a carry output signal to a higher position. Still another input signal to carry propagation circuit 900 is AND output signal 972 at each bit.
−0 to 972-3, Exclusive OR output signal 973-0 to 9
There is 73-3. Further, another output signal from carry propagation circuit 900 is carry signal 974-0 in each bit.
There is ~ 974-3. The usage of these input / output signals will be described in detail below.

【0046】図10はバイポーラトランジスタとMOS
トランジスタとが混在する4ビットのキャリー伝搬回路
900の構成を示したもので、4ビットの間のキャリー
のみを伝搬するk個の4ビット間キャリー伝搬回路90
1と4ビット内キャリーの伝搬を行う4ビット内キャリ
ー伝搬回路902とに分けられる。k個の4ビット間キ
ャリー伝搬回路901は、下位からのキャリー入力信号
1040に対して動作するNMOSトランジスタ100
4,各ビットにおける論理積出力信号972−0〜97
2−3に対応して動作するNMOSトランジスタ100
5〜1008,各ビットにおける排他論理和出力信号9
73−0〜973−3に対応して動作するNMOSトラ
ンジスタ1000〜1003,下位からのキャリー伝搬
を検出し次段へ伝搬するための接続部分に設けられるN
PNトランジスタ1011,該NPNトランジスタ10
11にベース電流を供給するためのPMOSトランジス
タ1009,NPNバイポーラトランジスタ1011の
コレクタ側を電源にプルアップするためのPMOSトラ
ンジスタ1010から成る。本4ビット間キャリー伝搬
回路901の動作を以下に示す。
FIG. 10 shows a bipolar transistor and a MOS.
This shows a configuration of a 4-bit carry propagation circuit 900 in which transistors are mixed, and k carry propagation circuits 90 between 4 bits that propagate only carry between 4 bits.
1 and a 4-bit carry propagation circuit 902 that propagates 4-bit carry. The k 4-bit carry propagation circuit 901 includes an NMOS transistor 100 that operates in response to a carry input signal 1040 from the lower order.
4, AND output signal 972-0 to 97 for each bit
NMOS transistor 100 operating corresponding to 2-3
5 to 1008, exclusive OR output signal 9 for each bit
NMOS transistors 1000 to 1003 operating corresponding to 73-0 to 973-3, N provided at a connection portion for detecting carry propagation from the lower side and propagating to the next stage
PN transistor 1011, NPN transistor 10
11 includes a PMOS transistor 1009 for supplying a base current to 11 and a PMOS transistor 1010 for pulling up the collector side of the NPN bipolar transistor 1011 to the power supply. The operation of the 4-bit carry propagation circuit 901 will be described below.

【0047】各ビットに対応する入力2ビットの論理積
出力信号972−0〜972−3及び排他論理和出力信
号973−0〜973−3は互いに同時に論理レベルが
“0"となることはあっても、同時に論理レベルが“1”
となることはない。次に、本回路901の2組の4ビッ
トの入力データのパターンに対する動作例を3通り示
す。
The logical product level of the logical product output signals 972-0 to 972-3 and the exclusive OR output signals 973-0 to 973-3 of the input 2 bits corresponding to each bit may not be simultaneously "0". However, at the same time, the logic level is "1".
It never becomes. Next, three examples of the operation of the circuit 901 with respect to two sets of 4-bit input data patterns will be described.

【0048】ここでの条件はPMSOトランジスタ10
09,1010のゲート入力信号1043は接地され、
“オン”状態とする。
The condition here is that the PMSO transistor 10
09 and 1010 gate input signals 1043 are grounded,
Set to “ON” state.

【0049】(1)入力データ“0000”及び“00
00” 下位からのキャリー入力信号1040が“0”あるいは
“1”のいずれの場合でも、信号972−0〜972−
3及び973−0〜973−3は全て“0”となりNM
OSトランジスタ1000〜1008は全て“オフ”状
態となるので、PMOSトランジスタ1009はNPN
バイポーラトランジスタ1011のベースに電流を供給
し続けるので、該NPNトランジスタ1011は“オ
ン”状態となる。従って、プリアップ用のPMOSトラ
ンジスタ1010が“オン”状態であっても、NPNト
ランジスタ1011のコレクタ電位は“0”となり、キ
ャリー出力信号1042は“0”となる。この例はキャ
リーの伝搬が全くない場合を示している。
(1) Input data "0000" and "00"
00 "When the carry input signal 1040 from the lower order is either" 0 "or" 1 ", the signals 972-0 to 972-
3 and 973-0 to 973-3 are all "0" and NM
Since the OS transistors 1000 to 1008 are all in the “off” state, the PMOS transistor 1009 is
Since the current is continuously supplied to the base of the bipolar transistor 1011, the NPN transistor 1011 is turned on. Therefore, even if the pre-up PMOS transistor 1010 is in the “on” state, the collector potential of the NPN transistor 1011 is “0”, and the carry output signal 1042 is “0”. This example shows the case where there is no carry propagation.

【0050】(2)入力データ“0000”及び“11
11” 信号973−0〜973−3は全て“1”、信号972
−0−972−3は全て“0”となるので下位からのキ
ャリー入力信号1040が“0”の場合、キャリーの伝
搬はないが、キャリー入力信号1040が“1”の場合
にはキャリーの伝搬がある。今、下位からのキャリー入
力信号1040が“0”の場合、NMOSトランジスタ10
04〜1008は“オフ”状態となる。一方、NMOS
トランジスタ1000〜1003は“オフ”状態となる
がPMOSトランジスタ1009によりNPNバイポー
ラトランジスタ1011のベースに供給される電流はNP
Nバイポーラトランジスタ1011以外には流れない
(過渡的にはNMOSトランジスタ1000〜1003
のソース,ドレインの容量性負荷をチャージする)ので
NPNバイポーラトランジスタ1011は“オン”状態
を続ける。従って、キャリー出力信号1042は“0”
となる。
(2) Input data "0000" and "11"
11 "signals 973-0 to 973-3 are all" 1 ", and signal 972
Since -0-972-3 are all "0", there is no carry propagation when the carry input signal 1040 from the lower order is "0", but carry carry is carried when the carry input signal 1040 is "1". There is. If the carry input signal 1040 from the lower bit is “0”, the NMOS transistor 10
04 to 1008 are in the "off" state. On the other hand, NMOS
Although the transistors 1000 to 1003 are turned off, the current supplied to the base of the NPN bipolar transistor 1011 by the PMOS transistor 1009 is NP.
Only the N bipolar transistor 1011 flows (transitionally, the NMOS transistors 1000 to 1003).
The NPN bipolar transistor 1011 continues to be in the “ON” state. Therefore, carry output signal 1042 is "0".
Becomes

【0051】一方、キャリー入力信号1040が“1”
の場合、NMOSトランジスタ1000〜1004は全て
“オン”状態となるのでPMOSトランジスタ1009
を通じて供給される電流は直列に接続されたNMOSト
ランジスタ1000〜1004を介して接地電位GND
側に引き抜かれるためNPNトランジスタ1011のベ
ースへの電流の注入が抑えられる。従って、NPNトラ
ンジスタ1011は“オフ”状態になり、プルアップ用
のPMOSトランジスタ1010によりキャリー出力信
号1042は“1”にチャージされる。即ち、次段への
キャリーの伝搬が発生する。
On the other hand, carry input signal 1040 is "1".
In the case of, all the NMOS transistors 1000 to 1004 are in the “ON” state, so the PMOS transistors 1009
Is supplied to the ground potential GND via NMOS transistors 1000 to 1004 connected in series.
Since it is pulled out to the side, the injection of current into the base of the NPN transistor 1011 is suppressed. Therefore, the NPN transistor 1011 is turned off, and the carry output signal 1042 is charged to "1" by the pull-up PMOS transistor 1010. That is, carry propagation to the next stage occurs.

【0052】(3)入力データ“0011”及び“11
10” この時には、信号973−0,973−2,973−3
が“1”,信号972−1が“1”となり、他の信号は
“0”となる。従って、NMOSトランジスタ100
0,1006,1002,1003のみが“オン”状態と
なり他は“オフ”状態となる。この様な状態の下で、キ
ャリー入力信号1040が“0”あるいは“1”であっ
ても、接地側に向って直列接続されたと等価なNMOS
トランジスタ1003,1002,1006がPMOS
トランジスタ1009によって供給される電流を引き抜
くことになるのでNPNトランジスタ1011のベース
への電流供給を抑える働きをする。従って、NPNバイ
ポーラトランジスタ1011は“オフ”状態となるの
で、キャリー出力信号1042は“1”となり、次段へ
キャリーを伝搬することになる。
(3) Input data "0011" and "11"
10 "At this time, the signals 973-0, 973-2, 973-3
Is "1", the signal 972-1 is "1", and the other signals are "0". Therefore, the NMOS transistor 100
Only 0, 1006, 1002, and 1003 are in the "on" state, and the others are in the "off" state. Under such a condition, even if the carry input signal 1040 is "0" or "1", an NMOS equivalent to being connected in series toward the ground side is provided.
Transistors 1003, 1002, 1006 are PMOS
Since the current supplied by the transistor 1009 is extracted, it serves to suppress the current supply to the base of the NPN transistor 1011. Therefore, NPN bipolar transistor 1011 is turned off, so that carry output signal 1042 becomes "1" and the carry is propagated to the next stage.

【0053】以上述べた中で、下位からのキャリー入力
信号1040が“1”であって、NMOSトランジスタ
1000〜1003が全て“オン”している状態がキャ
リー伝搬の最もクリティカルな経路1となる。これに続
いて、NMOSトランジスタ1003,1002,10
01,1005の経路2,NMOSトランジスタ100
3,1002,1006の経路3,NMOSトランジス
タ1003,1007の経路4,NMOSトランジスタ10
08の経路5の順でPMOSトランジスタ1009から
供給される電流の引き抜きが容易に行える。
In the above description, the state in which the carry input signal 1040 from the lower order is "1" and all the NMOS transistors 1000 to 1003 are "on" is the most critical path 1 for carry propagation. Subsequently, NMOS transistors 1003, 1002, 10
01, 1005 path 2, NMOS transistor 100
3, 1002, 1006 path 3, NMOS transistors 1003, 1007 path 4, NMOS transistor 10
08, the current supplied from the PMOS transistor 1009 can be easily extracted in the order of the path 5.

【0054】従って、NMOSトランジスタ1000〜
1044をゲート長L,ゲート幅Wで構成した場合、経
路1はW/5のゲート幅の単一NMOSトランジスタに
相当するから、経路2〜5に於ける各NMOSトランジ
スタ1005〜1008のゲート幅を各々、W/2,W
/3,W/4,W/5とすることができ、本4ビット間
キャリー伝搬回路901をコンパクトに構成することが
できる。同様のことは、後述する4ビット内キャリー伝
搬回路902にも適用され得る。
Accordingly, the NMOS transistors 1000 to 1000
When the gate 1044 has a gate length L and a gate width W, the path 1 corresponds to a single NMOS transistor having a gate width of W / 5, so that the gate width of each of the NMOS transistors 1005 to 1008 in the paths 2 to 5 is W / 2, W respectively
/ 3, W / 4, W / 5, and the 4-bit carry propagation circuit 901 can be compactly configured. The same can be applied to the 4-bit carry propagation circuit 902 described later.

【0055】以上に述べた4ビット間キャリー伝搬回路
901におけるPMOSトランジスタ1009,101
0のゲート入力信号1043を接地し、該PMOSトラ
ンジスタ1009,1010を常に“オン”状態とした
例を示したが、低消費電力化のためにキャリー伝搬を必
要とする算術演算の時のみPMOSトランジスタ1009,
1010を“オン”状態となる様に信号1043を設定
しても全く同等のキャリー伝搬速度が得られる。
The PMOS transistors 1009 and 101 in the carry propagation circuit 901 between 4 bits described above.
An example in which the gate input signal 1043 of 0 is grounded and the PMOS transistors 1009 and 1010 are always in the "on" state has been shown. 1009,
Even if the signal 1043 is set so that the signal 1010 is turned on, the same carry propagation speed can be obtained.

【0056】本回路方式によれば、NPNトランジスタ
1011のベースに流し込む電流をNMOSトランジス
タ1000〜1008の前記した5種類の経路で引き抜
くことによってNPNトランジスタ1011の“オン”
状態,“オフ”状態を制御する完全な電流動作となって
いるので、非常に小振幅電圧動作となり高速性が得られ
る。即ち、バイポーラトランジスタの電流増幅性とMO
Sトランジスタのスイッチ特性を巧みに利用した回路方
式である。
According to this circuit system, the current flowing into the base of the NPN transistor 1011 is extracted through the above-mentioned five kinds of paths of the NMOS transistors 1000 to 1008, whereby the NPN transistor 1011 is turned "on".
Since the operation is a complete current operation for controlling the state and the "off" state, a very small amplitude voltage operation is achieved and high speed operation can be obtained. That is, the current amplification of the bipolar transistor and the MO
This is a circuit system that skillfully utilizes the switch characteristics of the S transistor.

【0057】一方、前記した4ビット間キャリー伝搬回
路901は略完全なる電流動作を用いているので、NM
OSトランジスタ1000〜1003のソース,ドレイ
ンにおける電位は振幅が小さい。従って、4ビット内の
各ビットに対応するキャリー信号はMOSレベルで取り
出す事は難しい。そこで、前記した4ビット内キャリー
伝搬回路902を併用することが望ましい。4ビット内
キャリー伝搬回路902の実施例はプリチャージ方式で構
成しており、プリチャージ用のPMOSトランジスタ1
020〜1023,プリチャージ中に論理動作を禁止す
るためのNMOSトランジスタ1031〜1034,キャリ
ー伝搬用NMOSトランジスタ1024〜1026,キ
ャリー入力用NMOSトランジスタ1027,論理積信
号972−0〜972−2を受けるNMOSトランジス
タ1028〜1030から成る。4ビット内キャリー伝
搬回路902の動作は以下の通りである。
On the other hand, since the 4-bit carry propagation circuit 901 uses a substantially complete current operation, NM
The potentials at the sources and drains of the OS transistors 1000 to 1003 have small amplitudes. Therefore, it is difficult to extract the carry signal corresponding to each bit in the 4 bits at the MOS level. Therefore, it is desirable to use the above-described 4-bit carry propagation circuit 902 together. The embodiment of the 4-bit carry propagation circuit 902 is configured by a precharge method, and the PMOS transistor 1 for precharge is used.
020 to 1023, NMOS transistors 1031 to 1034 for inhibiting a logic operation during precharge, carry propagation NMOS transistors 1024 to 1026, carry input NMOS transistor 1027, and NMOSs receiving AND signals 972-0 to 972-2 It comprises transistors 1028 to 1030. The operation of the carry propagation circuit 902 within 4 bits is as follows.

【0058】(1)プリチャージ クロック信号1044が“Low ”期間中にプリチャージ
用PMOSトランジスタ1020〜1023が“オン”
状態となり、電源電圧VccまでNMOSトランジスタ
1024〜1026のソース,ドレインの容量性負荷を
チャージする。この時、論理積信号972−0〜972
−2の状態(“0”または“1”)がどうあってもプリ
チャージを完了するために、NMOSトランジスタ10
31〜1034はクロック信号1044(“Low ”状
態)により電荷の引き抜きを阻止する。
(1) Precharge While the clock signal 1044 is "Low", the precharge PMOS transistors 1020 to 1023 are "ON".
Then, the capacitive loads of the sources and drains of the NMOS transistors 1024 to 1026 are charged up to the power supply voltage Vcc. At this time, the logical product signals 972-0 to 972
-2 in order to complete the precharge regardless of the state ("0" or "1"), the NMOS transistor 10
31 to 1034 prevent the charge from being extracted by the clock signal 1044 ("Low" state).

【0059】(2)ディスチャージ クロック信号1044が“High”期間中にはプリチャー
ジ用PMOSトランジスタ1020〜1023は“オ
フ”状態となり、NMOSトランジスタ1031〜10
34が“オン”状態となる。この状態で、加算回路の入
力データに従い、NMOSトランジスタ1024〜10
30の“オン”状態あるいは“オフ”状態が決まり、N
MOSトランジスタ1024〜1026のソース,ドレ
インの電位が決定する。加算回路への2組の4ビット入
力データの組み合わせは前記した4ビット間キャリー伝
搬回路で用いた3通りを例にして説明する。
(2) Discharge While the clock signal 1044 is "High", the precharge PMOS transistors 1020 to 1023 are in the "off" state, and the NMOS transistors 1031 to 1023.
34 is turned on. In this state, according to the input data of the adder circuit, the NMOS transistors 1024-10
30 "on" state or "off" state, and N
The source and drain potentials of the MOS transistors 1024 to 1026 are determined. The combination of the two sets of 4-bit input data to the adder circuit will be described by taking the three combinations used in the 4-bit carry propagation circuit described above as an example.

【0060】(1)入力データ“0000”及び“00
00” この場合、下位からのキャリー入力信号1040が
“0”あるいは“1”のいずれの場合でも、信号973
−0〜973−2及び973−0〜972−2は全て
“0”となり、キャリー伝搬用NMOSトランジスタ1
024〜1026のソース,ドレインの電位はプリチャ
ージ電圧のままで、いかなる電荷の引き抜きは起らな
い。従って、4ビット内のキャリー信号974−0,9
74−3は全て“1”(負論理)であり、キャリーの伝
搬が無いことを示す。
(1) Input data "0000" and "00"
00 ”In this case, if the carry input signal 1040 from the lower order is either“ 0 ”or“ 1 ”, the signal 973
−0 to 973-2 and 973-0 to 972-2 are all “0”, and the carry propagation NMOS transistor 1
The source and drain potentials of 024 to 1026 remain at the precharge voltage, and no charge is extracted. Therefore, carry signal 974-0,9 within 4 bits
74-3 are all "1" (negative logic), indicating that there is no carry propagation.

【0061】(2)入力データ“0000”及び“11
11” この場合、論理積信号972−0〜972−2は全て
“0”,排他論理和信号973−0〜973−2は全て
“1”となる。従って、キャリー伝搬用NMOSトラン
ジスタ1024〜1026が“オン”状態となりNMO
Sトランジスタ1028〜1030は“オフ”状態とな
る。ここで、下位からのキャリー入力信号1040が
“0”であれば、キャリーの伝搬は起らず、キャリー伝
搬NMOSトランジスタ1024〜1026のソース,
ドレインの電位はプリチャージ電圧のままである。従っ
て、4ビット内のキャリー信号974−0〜974−3
は“1”(負論理)のままであり、キャリーの伝搬が無
いことを示す。
(2) Input data "0000" and "11"
11 "In this case, the logical product signals 972-0 to 972-2 are all" 0 ", and the exclusive OR signals 973-0 to 973-2 are all" 1 ". Therefore, carry propagation NMOS transistors 1024 to 1026. Turns on and NMO
S transistors 1028 to 1030 are turned off. Here, if the carry input signal 1040 from the lower order is “0”, no carry propagation occurs, and the sources of the carry propagation NMOS transistors 1024 to 1026 are
The drain potential remains the precharge voltage. Therefore, carry signals 974-0 to 974-3 within 4 bits are provided.
Remains "1" (negative logic), indicating that there is no carry propagation.

【0062】一方、下位からのキャリー入力信号104
0が“1”の場合、キャリー伝搬用NMOSトランジス
タ1026,1025,1024とキャリー入力用NM
OSトランジスタ1027、更にNMOSトランジスタ
1031が直列に接続され、かつ“オン”状態であるの
でNMOSトランジスタ1024〜1026のソース,
ドレインの電荷が接地電位GND側に引き抜かれること
になる。従って、各電位は“0”(負論理)となり、4
ビット内キャリー信号974−0〜974−3はキャリ
ー有りを示す。
On the other hand, the lower carry input signal 104
When 0 is “1”, carry propagation NMOS transistors 1026, 1025, 1024 and carry input NM
Since the OS transistor 1027 and the NMOS transistor 1031 are connected in series and are in the “ON” state, the sources of the NMOS transistors 1024 to 1026 are
The charge of the drain is drawn to the ground potential GND. Therefore, each potential becomes “0” (negative logic) and 4
The carry signal in bit 974-0 to 974-3 indicates that there is carry.

【0063】(3)入力データ“0011”及び“11
10” この時には、キャリー伝搬用NMSOトランジスタ10
24,1026,NMOSトランジスタ1029が“オン”
状態となる。この状態で、下位からのキャリー入力信号
1040が“0”の場合、NMOSトランジスタ102
6,1029の経路で電荷の引き抜きが起り、4ビット
内キャリー信号974−2,974−3が“0”(負論
理)となり、キャリー有りを示す。また、他のキャリー
信号974−0,974−1は“1”(負論理)となり、
キャリー無しを示す。
(3) Input data "0011" and "11"
At this time, the carry propagation NMSO transistor 10
24, 1026, NMOS transistor 1029 is "ON"
It becomes a state. In this state, if the carry input signal 1040 from the lower level is “0”, the NMOS transistor 102
The charge is extracted along the path 6,1029, and the carry signals 974-2 and 974-3 within 4 bits become "0" (negative logic), indicating that there is carry. Further, the other carry signals 974-0 and 974-1 become "1" (negative logic),
Indicates no carry.

【0064】一方、下位からのキャリー入力信号104
0が“1”の場合、NMOSトランジスタ1027もま
た“オン”するので、電荷の引き抜きは、NMOSトラ
ンジスタ1024,1027の経路と、NMOSトラン
ジスタ1026,1029のバスの二つが存在する。こ
の場合、NMOSトランジスタ1024〜1026のソ
ース,ドレインは全て電荷の引き抜きが発生するので、
4ビット内キャリー信号974−0〜3は全て“0”
(負論理)となりキャリー有りを示す。
On the other hand, carry input signal 104 from the lower order
When “0” is “1”, the NMOS transistor 1027 is also turned “on”, and therefore, there are two paths for extracting electric charge: a path for the NMOS transistors 1024 and 1027 and a bus for the NMOS transistors 1026 and 1029. In this case, since charges are extracted from the sources and drains of the NMOS transistors 1024 to 1026,
Carry signals 974-0 to 3 within 4 bits are all "0"
(Negative logic), indicating that carry is present.

【0065】尚、本4ビット内キャリー伝搬回路902
で最上位ビットについて不要な理由は、前記した4ビッ
ト間キャリー伝搬回路901がこれを行うからである。
The 4-bit carry propagation circuit 902
The reason why the most significant bit is unnecessary is that the 4-bit carry propagation circuit 901 performs this.

【0066】図11は先に述べた4ビット間キャリー伝
搬回路901の動作波形を示したものである。キャリー
入力信号1040が“Low ”の時に、NPNトランジス
タ1011のベース電極1041にベース電流がPMO
Sトランジスタ1009より供給され、NPNトランジ
スタ1011が“オン”状態となり、コレクタ電位は
“0”となってキャリー出力信号線1042は“Low ”
となる。キャリー入力信号1040が“High”となると
上記したPMOSトランジスタ1009により注入され
るベース電流が抑えられるとNPNトランジスタ101
1は“オフ”状態に動き、キャリー出力信号線1042
は“High”へと移行する。
FIG. 11 shows operation waveforms of the 4-bit carry propagation circuit 901 described above. When the carry input signal 1040 is “Low”, the base current PMO is applied to the base electrode 1041 of the NPN transistor 1011.
It is supplied from the S transistor 1009, the NPN transistor 1011 is turned on, the collector potential is "0", and the carry output signal line 1042 is "Low".
Becomes When the carry input signal 1040 becomes “High”, the base current injected by the PMOS transistor 1009 is suppressed, and
1 moves to the “off” state, and carry output signal line 1042
Shifts to “High”.

【0067】図27は4ビット(N=4)の加算回路1
100−0〜1100−7を8個(k=8)接続し、3
2ビット加算回路を構成した実施例を示したものであ
る。各加算回路1100−0〜1100−7内のキャリ
ー伝搬回路900−0〜900−7はそれぞれ直列に接続
されており、最下位からのキャリー入力1040−0は
キャリー伝搬回路900−0〜900−7へと次々に伝
搬して行く。本実施例では4ビット単位のキャリー伝搬
回路を直列に8組接続して32ビットを構成している
が、任意ビット単位に直列接続して構成してもよい。
FIG. 27 shows a 4-bit (N = 4) adder circuit 1.
8 (k = 8) from 100-0 to 1100-7 are connected, and 3
1 shows an embodiment in which a 2-bit addition circuit is configured. The carry propagation circuits 900-0 to 900-7 in the adder circuits 1100-0 to 1100-7 are connected in series, and the carry input 1040-0 from the lowest order is the carry propagation circuits 900-0 to 900-. Propagate to 7 one after another. In this embodiment, eight sets of 4-bit unit carry propagation circuits are connected in series to form 32 bits, but they may be connected in series in arbitrary bit units.

【0068】図12は図27の構成における各ビットに
おけるキャリー伝搬回路900−0〜900−7のキャ
リー出力信号1042−0〜1042−7の様子を示し
たものである。図示した如く、4ビット毎のキャリー伝
搬を次々に上位へと伝えてゆく。
FIG. 12 shows the state of carry output signals 1042-0 to 1042-7 of carry propagation circuits 900-0 to 900-7 for each bit in the configuration of FIG. As shown in the figure, the carry propagation of every 4 bits is transmitted to the higher order one after another.

【0069】図13は図10に示した4ビット間キャリ
ー伝搬回路901のみを抜き出し図示したものである。
この回路の動作原理は既に述べた通り、あらかじめNP
Nトランジスタ1011のベースに電流を供給し、NP
Nトランジスタ1011を“オン”しておき、上位への
キャリーの伝搬がある時に限って、NMOSトランジス
タ1000〜1008の組み合わせによりPMOSトラ
ンジスタ1009から供給される電流を引き抜き、ベー
ス電流を抑えるようにしたものである。
FIG. 13 is a diagram in which only the 4-bit carry propagation circuit 901 shown in FIG. 10 is extracted and shown.
As described above, the operating principle of this circuit is NP beforehand.
The current is supplied to the base of the N-transistor 1011 and the NP
The N-channel transistor 1011 is turned "ON", and the current supplied from the PMOS transistor 1009 is extracted by the combination of the NMOS transistors 1000 to 1008 to suppress the base current only when the carry is propagated to the higher order. It is.

【0070】図14は図13の回路とは逆の考え方から
4ビット間キャリー伝搬回路901の実施例を示す回路
図であり、NMOSトランジスタ1409によりあらか
じめNPNトランジスタ1411を“オフ”状態にして
おき、PMOSトランジスタ1400〜1408の組み
合わせで、上位へのキャリー伝搬がある時に限って、N
PNバイポーラトランジスタ1411にべース電流を注
入するようにしたものである。図13の回路が正論理に
対し、図14の回路が負論理の関係にある。
FIG. 14 is a circuit diagram showing an embodiment of the 4-bit carry propagation circuit 901 based on a concept opposite to that of the circuit of FIG. 13. The NPN transistor 1411 is turned "OFF" in advance by an NMOS transistor 1409. With the combination of PMOS transistors 1400 to 1408, N
A base current is injected into the PN bipolar transistor 1411. The circuit in FIG. 13 has a relationship with the positive logic and the circuit in FIG. 14 has a relationship with the negative logic.

【0071】上記した図13,図14いずれの回路方式
でも、その原理は同様で、MOSトランジスタによるキ
ャリー伝搬の論理及びスイッチング特性を活かし、バイ
ポーラトランジスタによる電流増幅性を利用したキャリ
ー伝搬方式といえる。即ち、バイポーラトランジスタの
ベース電位の小振幅動作、いいかえればバイポーラトラ
ンジスタのgm を活かした回路方式である。
13 and 14 described above, the principle is the same, and it can be said that the carry propagation method uses the current amplification property of the bipolar transistor by utilizing the carry propagation logic and switching characteristics of the MOS transistor. That is, this is a circuit system that makes use of the small amplitude operation of the base potential of the bipolar transistor, in other words, the g m of the bipolar transistor.

【0072】図15は、図13の4ビット間キャリー伝
搬回路901におけるPMOSトランジスタ1009,
1010の代りに抵抗性素子1509,1510を置き
換えた回路の実施例で、図13の回路と全く同様のキャ
リー伝搬速度を得ることができる。但し、図13の場
合、キャリー伝搬回路901を働かせる必要のない場合
にはPMOSトランジスタ1009,1010を“オ
フ”状態にしておくことができるので、消費電力の点で
図13の回路の方が優れている。
FIG. 15 shows a PMOS transistor 1009 in the carry propagation circuit 901 between 4 bits of FIG.
In the embodiment of the circuit in which the resistive elements 1509 and 1510 are substituted for 1010, it is possible to obtain the same carry propagation speed as the circuit of FIG. However, in the case of FIG. 13, the PMOS transistors 1009 and 1010 can be kept in the “off” state when it is not necessary to operate the carry propagation circuit 901. Therefore, the circuit of FIG. 13 is superior in terms of power consumption. ing.

【0073】図16は図14の4ビット間キャリー伝搬
回路901におけるPMOSトランジスタ1410及び
NMOSトランジスタ1409をそれぞれ抵抗性素子16
10,1609に置き換えた変形回路である。この場合も
図14の回路と同様のキャリー伝搬速度が得られるが、
図15で説明した理由と同一で消費電力の点で劣る。但
し、抵抗性素子1609によりスタティック的な動作が
できる利点がある。即ち、図14ではNMOSトランジ
スタ1409によりNPNトランジスタ1411のベース電
位をダイナミック的に下げておかなければならないが、
図16ではその様なダイナミック的な動作は必要ない。
In FIG. 16, the PMOS transistor 1410 and the NMOS transistor 1409 in the 4-bit carry propagation circuit 901 shown in FIG.
This is a modified circuit replaced with 10, 1609. In this case as well, a carry propagation speed similar to that of the circuit of FIG. 14 is obtained,
For the same reason as described with reference to FIG. 15, power consumption is inferior. However, there is an advantage that the resistive element 1609 allows static operation. That is, in FIG. 14, the base potential of the NPN transistor 1411 must be dynamically lowered by the NMOS transistor 1409.
In FIG. 16, such a dynamic operation is not required.

【0074】図17は図15におけるNPNトランジス
タ1011及びその接続素子の変形例を示したものであ
る。図17(a)は図15のものと同一であり、NPN
トランジスタ1011はショットキ・バリア・ダイオー
ド付のものである。この理由はバイポーラトランジスタ
1011のベース電位がコレクタ電位より上昇すること
によって発生する「飽和現象」を回避するためである。
図17(b),(c),(d)は通常のNPNトランジス
タ1711にダイオード1700〜1702を付加して
上記した「飽和現象」を回避した例である。尚、図17
(d)のダイオード1703はNPNバイポーラトラン
ジスタ1711のコレクタ電位を下げて次段に伝えるた
めに付加したものである。
FIG. 17 shows a modification of the NPN transistor 1011 and its connection elements in FIG. FIG. 17A is the same as that of FIG.
The transistor 1011 has a Schottky barrier diode. The reason for this is to avoid a “saturation phenomenon” that occurs when the base potential of the bipolar transistor 1011 rises above the collector potential.
FIGS. 17B, 17C, and 17D show examples in which diodes 1700 to 1702 are added to a normal NPN transistor 1711 to avoid the above-described “saturation phenomenon”. Note that FIG.
The diode 1703 shown in FIG. 9D is added to lower the collector potential of the NPN bipolar transistor 1711 and transmit it to the next stage.

【0075】図18は図16におけるNPNトランジス
タ1411の接続素子の変形例を示したものである。図
18(a)は図16のものと同一でありNPNトランジ
スタはショットキ・バリア・ダイオード付きのものであ
り、前記した図17の場合と同様にバイポーラトランジ
スタの「飽和現象」を回避するためである。図18
(b)は同様の理由で通常のNPNトランジスタ181
1にダイオード1800,1801を付加して、NPN
トランジスタ1811が飽和しないようにした回路構成
である。
FIG. 18 shows a modification of the connection element of the NPN transistor 1411 in FIG. FIG. 18A is the same as that of FIG. 16 and the NPN transistor has a Schottky barrier diode, in order to avoid the "saturation phenomenon" of the bipolar transistor as in the case of FIG. . FIG.
(B) shows an ordinary NPN transistor 181 for the same reason.
1 and diodes 1800 and 1801 to add NPN
The circuit configuration is such that the transistor 1811 is not saturated.

【0076】図19は図4に示したデータ・リード・レ
ジスタ404,データ・ライト・レジスタ405の詳細
回路構成を示した回路図である。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a detailed circuit configuration of the data read register 404 and the data write register 405 shown in FIG.

【0077】データ・リード・レジスタ404は内部バ
ス109からのデータ線423−0〜423−3…を介
してNMOSトランジスタ1904を通じCMOSイン
バータ1902,1903によって構成されるメモリ
(フリップ・フロップ)にデータを取り込む。読出しバ
ス411−0へのデータの読出しは前記したレジスタ群
400の場合と同様にプリチャージ&センス回路402
と併用してNMOSトランジスタ1900,1901に
より行う。
The data read register 404 transfers data from the internal bus 109 to the memory (flip-flop) formed by the CMOS inverters 1902 and 1903 through the NMOS transistors 1904 via the data lines 423-0 to 423-3. take in. Data is read from read bus 411-0 to precharge and sense circuit 402 in the same manner as in register group 400 described above.
This is performed by the NMOS transistors 1900 and 1901 in combination.

【0078】また、データ・ライト・レジスタ405
は、書込みバス412−0〜412−3…に載せられた
データNMOSトランジスタ1905を介して、CMO
Sインバータ1906,1907により構成されるメモ
リ(フリップ・フロップ)へ一時記憶し、その内容は3
ステートバッファ1908によりバス419−0を介し
て内部バス109へ送出する。データ・ライト・レジス
タ405の内容を内部バス109へ送出するための3ス
テートバッファ1908は内部バス109からのデータ
・リード・レジスタ404へのデータ入力の際、ハイイ
ンピーダンス状態としなければならない。次に、この3
ステートバッファ1908の構成を図によって説明す
る。
The data write register 405
Through the data NMOS transistors 1905 mounted on the write buses 412-0 to 412-3.
It is temporarily stored in the memory (flip-flop) composed of the S inverters 1906 and 1907, and the content is 3
The state buffer 1908 sends the data to the internal bus 109 via the bus 419-0. The three-state buffer 1908 for transmitting the contents of the data write register 405 to the internal bus 109 must be in a high impedance state when data is input from the internal bus 109 to the data read register 404. Next, this 3
The configuration of the state buffer 1908 will be described with reference to the drawings.

【0079】図20は、3ステート回路の一実施例とな
る3ステートバッファ回路1908を示した回路図であ
る。
FIG. 20 is a circuit diagram showing a three-state buffer circuit 1908 as one embodiment of the three-state circuit.

【0080】2010は入力端子、2011は出力端
子、2020及び2021は互いに相補信号が入力され
る第1及び第2の制御端子、Vccは電源電位端子、G
NDは接地電位端子である。2006は、N型のコレク
タが電源電位端子Vccに、N型のエミッタが出力端子
2011に接続される第1のNPNバイポーラトランジ
スタであり、2008は、N型のコレクタが出力端子2
011に、N型のエミッタが接地電位端子GNDに接続
される第2のNPNバイポーラトランジスタである。2
000及び2001はソース及びドレインが電源電位端
子Vccと第1のバイポーラトランジスタ2006のベ
ースとに直列接続される第1及び第2のPMOSトラン
ジスタである。第1のPMOSトランジスタ2000の
ゲートは第1の制御端子2020に、また、第2のPM
OSトランジスタ2001のゲートは入力端子2010
にそれぞれ接続される。2003及び2004はドレイ
ン及びソースが出力端子2011と第2のNPNバイポ
ーラトランジスタ2008のベースとに直列に接続され
る第1及び第2のNMOSトランジスタである。第1の
NMOSトランジスタ2003のゲートは入力端子20
10に、また、第2のNMOSトランジスタ2004の
ゲートは第2の制御端子2021にそれぞれ接続され
る。
Reference numeral 2010 is an input terminal, 2011 is an output terminal, 2020 and 2021 are first and second control terminals to which complementary signals are input, Vcc is a power supply potential terminal, and G is
ND is a ground potential terminal. Reference numeral 2006 denotes a first NPN bipolar transistor in which the N-type collector is connected to the power supply potential terminal Vcc and the N-type emitter is connected to the output terminal 2011. In 2008, the N-type collector is output terminal 2
Reference numeral 011 is a second NPN bipolar transistor whose N-type emitter is connected to the ground potential terminal GND. Two
Reference numerals 000 and 2001 denote first and second PMOS transistors whose sources and drains are connected in series to the power supply potential terminal Vcc and the base of the first bipolar transistor 2006. The gate of the first PMOS transistor 2000 is connected to the first control terminal 2020, and the second PM is connected to the second PM.
The gate of the OS transistor 2001 is connected to the input terminal 2010
Respectively connected to. Reference numerals 2003 and 2004 denote first and second NMOS transistors whose drain and source are connected in series with the output terminal 2011 and the base of the second NPN bipolar transistor 2008. The gate of the first NMOS transistor 2003 is connected to the input terminal 20.
10 and the gate of the second NMOS transistor 2004 is connected to the second control terminal 2021.

【0081】2007は、ソース及びドレインが第1の
NPNバイポーラトランジスタ2006のソースと出力端子
2011とに、また、ゲートが第1の制御端子2020
に接続される第3のNMOSトランジスタであり、20
09は、ソース及びドレインが第2のNPNバイポーラ
トランジスタ2008のベースと接地電位端子GNDと
に、また、ゲートが第1の制御端子2020に接続され
る第4のNMOSトランジスタである。
In 2007, the source and the drain are connected to the source and the output terminal 2011 of the first NPN bipolar transistor 2006, and the gate is connected to the first control terminal 2020.
A third NMOS transistor connected to
Reference numeral 09 denotes a fourth NMOS transistor whose source and drain are connected to the base of the second NPN bipolar transistor 2008 and the ground potential terminal GND, and whose gate is connected to the first control terminal 2020.

【0082】2002は、第1のNPNバイポーラトラ
ンジスタ2006のベースと出力端子2011との間に
設けられる第1の抵抗性素子となる抵抗、2005は、
第2のNPNバイポーラトランジスタ2008のベース
と接地電位端子GNDとの間に設けられる第2の抵抗性
素子となる抵抗である。
Reference numeral 2002 denotes a resistor serving as a first resistive element provided between the base of the first NPN bipolar transistor 2006 and the output terminal 2011;
This is a resistor that serves as a second resistive element provided between the base of the second NPN bipolar transistor 2008 and the ground potential terminal GND.

【0083】(1)通常バッファとしての動作 制御端子2020及び2021に印加する制御信号をそ
れぞれ“0”,“1”とすることによりPMOSトラン
ジスタ2000,NMOSトランジスタ2004は“オン”
状態となりNMOSトランジスタ2007,2009は
“オフ”状態となる。この場合、本回路は図8のバスド
ライバと等価であり、入力端子2010のレベルを反転
した出力信号が出力端子2011に得られる。該出力信
号はNPNバイポーラトランジスタ2006,2008に
より駆動されるので容量性負荷の重いバスを強力にチャ
ージあるいはディスチャージできる。
(1) Operation as a normal buffer By setting the control signals applied to the control terminals 2020 and 2021 to “0” and “1”, respectively, the PMOS transistor 2000 and the NMOS transistor 2004 are turned “ON”.
Then, the NMOS transistors 2007 and 2009 are turned off. In this case, this circuit is equivalent to the bus driver in FIG. 8, and an output signal obtained by inverting the level of the input terminal 2010 is obtained at the output terminal 2011. Since the output signal is driven by NPN bipolar transistors 2006 and 2008, a bus having a heavy capacitive load can be charged or discharged strongly.

【0084】(2)ハイインピーダンス動作 制御端子2020及び2021に印加する制御信号をそ
れぞれ“1”,“0”とすることによりPMOSトラン
ジスタ2000,NMOSトランジスタ2004は“オフ”
状態となり、NMOSトランジスタ2007,2009
は“オン”状態となる。これによって、NPNバイポー
ラトランジスタ2006,2008のベース・エミッタ
間電位は“0”となるのでこの二つのNPNバイポーラ
トランジスタ2006,2008は“オフ”状態とな
る。従って、第1のNPNバイポーラトランジスタ20
06からのチャージあるいは第2のNPNバイポーラト
ランジスタ2008によるディスチャージは起り得な
く、出力信号2011はハイインピーダンス状態とな
る。
(2) High Impedance Operation By setting the control signals applied to the control terminals 2020 and 2021 to “1” and “0”, respectively, the PMOS transistor 2000 and the NMOS transistor 2004 are “off”.
State and the NMOS transistors 2007 and 2009
Is in the “on” state. As a result, the base-emitter potentials of the NPN bipolar transistors 2006 and 2008 become "0", so that the two NPN bipolar transistors 2006 and 2008 are turned off. Therefore, the first NPN bipolar transistor 20
06 or the discharge by the second NPN bipolar transistor 2008 cannot occur, and the output signal 2011 is in a high impedance state.

【0085】図21は図4の演算ユニット103におけ
るパレルシフタ407の構成図である。本実施例では、
例として3ビットの上位方向へのパレルシフト機能を示
す。1ビット分の構成は、書込み用NMOSトランジス
タ2100,CMOSインバータ2110,2120に
よって構成されるメモリ(フリップ・フロップ),パレル
シフトを行うNMOSトランジスタ2140,215
0,2160,2170、上記フリップ・フロップの内
容を読出しバス411−0に載せるか否かを決定するN
MOSトランジスタ2130から成る。書込みバス41
7−0に載せられたデータは制御信号316eが“1”
の場合NMOSトランジスタ2100を通過し、フリッ
プ・フロップに一時記憶される。該フリップ・フロップ
の出力即ちCMOSインバータ2110の出力信号が
“0”の場合にはNMOSトランジスタ2130は“オ
フ”状態であるから、該NMOSトランジスタ2130
のドレインに、配線2180によって接続されたNMO
Sトランジスタ2140,2151,2162,2173の
いずれのバスが制御信号314c−0〜314c−3に
よって選ばれたとしても、読出しバス411−0〜41
1−3のいずれもその電荷の引き抜きが発生しない。一
方、前記したフリップ・フロップの出力即ちCMOSインバ
ータ2110の出力信号が“1”の場合には、制御信号
314c−0〜314c−3の制御により次の5通りの
動作を行う。
FIG. 21 is a configuration diagram of the barrel shifter 407 in the arithmetic unit 103 of FIG. In this embodiment,
As an example, a 3-bit upper-level parallel shift function is shown. The configuration for one bit is a memory (flip-flop) composed of a write NMOS transistor 2100 and CMOS inverters 2110, 2120, and NMOS transistors 2140, 215 for performing parallel shift.
0, 2160, 2170, N to determine whether to load the contents of the flip-flop on the read bus 411-0
It comprises a MOS transistor 2130. Write bus 41
The control signal 316e of the data loaded on 7-0 is "1".
Is passed through the NMOS transistor 2100 and is temporarily stored in the flip-flop. When the output of the flip-flop, that is, the output signal of the CMOS inverter 2110 is "0", the NMOS transistor 2130 is in the "OFF" state, and thus the NMOS transistor 2130 is in the "OFF" state.
NMO connected by drain 2180 to the drain of
Whichever bus of the S-transistors 2140, 2151, 2162, 2173 is selected by the control signals 314c-0 to 314c-3, the read buses 411-0 to 411-41.
In any of 1-3, the extraction of the charge does not occur. On the other hand, when the output of the above flip-flop, that is, the output signal of the CMOS inverter 2110 is "1", the following five operations are performed under the control of the control signals 314c-0 to 314c-3.

【0086】(1)制御信号314c−0〜314c−
3が全て“0”の場合 各ビットに対応するフリップ・フロップの出力即ちCM
OSインバータ2110〜2113の出力は読出しバス41
1−0〜411−3に載らない。
(1) Control signals 314c-0 to 314c-
When all 3 are "0", the output of the flip-flop corresponding to each bit, that is, CM
The output of OS inverters 2110 to 2113 is read bus 41
Not listed in 1-0 to 411-3.

【0087】(2)制御信号314c−0のみが“1”
の場合 NMOSトランジスタ2140〜2143が“オン”状
態となるので読出しバス411−0〜411−3の電荷
はNMOSトランジスタ2140,2130;214
1,2131;2142,2132;2143,213
3の各バスで引き抜かれる。即ち、パレルシフト無しの
場合を示す。
(2) Only control signal 314c-0 is "1"
In this case, since the NMOS transistors 2140 to 2143 are turned on, the charges on the read buses 411-0 to 411-3 are stored in the NMOS transistors 2140, 2130;
1,2131; 2142, 2132; 2143, 213
It is pulled out by each bus of 3. That is, the case without the barrel shift is shown.

【0088】(3)制御信号314c−1のみが“1”
の場合 NMOSトランジスタ2150〜2153が“オン”状
態となるのでNMOSトランジスタ2151,213
0;2152,2131;2153,2132の各バス
で、読出しバス411−1〜411−3の電荷が引き抜
かれる。即ち、1ビット上位へのシフトの場合を示す。
(3) Only the control signal 314c-1 is "1".
In the case of, since the NMOS transistors 2150 to 2153 are in the “on” state, the NMOS transistors 2151 and 213
0; 2152, 2131; 2153, 2132, the charges on the read buses 411-1 to 411-3 are extracted. That is, the case of shifting to one bit higher is shown.

【0089】(4)制御信号314c−2のみが“1”
の場合 NMOS2160〜2163が“オン”状態となるので
NMOSトランジスタ2162,2130;2163,
2131の各バスで読出しバス411−2〜411−3
の電荷が引き抜かれる。即ち、2ビット上位へのシフト
が行われる。 (5)制御信号314c−3のみが“1”の場合 NMOSトランジスタ2170〜2173が“オン”状
態となるのでNMOSトランジスタ2173,2130
のバスで読出しバス411−3の電荷が引き抜かれる。
即ち、3ビット上位へのシフトが行われる。
(4) Only control signal 314c-2 is "1"
In the case of, the NMOSs 2160 to 2163 are turned on, so that the NMOS transistors 2162, 2130; 2163.
Read buses 411-2 to 411-3 in each bus 2131
Is extracted. That is, the shift to the upper 2 bits is performed. (5) When only the control signal 314c-3 is "1" Since the NMOS transistors 2170 to 2173 are turned on, the NMOS transistors 2173 and 2130 are turned on.
The charge of the read bus 411-3 is extracted by the bus.
That is, the shift to the upper 3 bits is performed.

【0090】以上に示したパレルシフト機能を実現する
回路構成において、例えば、配線2180にはNMOS
トランジスタ2140,2151,2162,2173
が接続されるため、配線2180容量及び各NMOSト
ランジスタのドレイン容量の総和が大きくなるが、NM
OSトランジスタ2130のL/Wを大きくとれば電荷
の引き抜き速度を低下させることはない。また、NMO
Sトランジスタ2130はフリップ・フロップの出力即ちC
MOSインバータ2110の出力によりゲート制御され
るので、これが“1”の場合にはパレルシフトを実行す
る前には配線2180に付く電荷をディスチャージして
ある。一方、読出しバス411−0にはNMOSトラン
ジスタ2140,2150,2160,2170の各ソ
ースが接続されるが、読出しバス411−0全体に付く
容量から考えると極く僅かなものである。
In the above-described circuit configuration for realizing the barrel shift function, for example, an NMOS
Transistors 2140, 2151, 1162, 2173
Is connected, the sum of the capacitance of the wiring 2180 and the drain capacitance of each NMOS transistor becomes large.
If the L / W of the OS transistor 2130 is increased, the charge extraction speed does not decrease. Also, NMO
S-transistor 2130 provides the output of the flip-flop, ie, C
Since it is gate-controlled by the output of the MOS inverter 2110, when it is "1", the electric charge attached to the wiring 2180 is discharged before the parel shift is executed. On the other hand, the respective sources of the NMOS transistors 2140, 2150, 2160, and 2170 are connected to the read bus 411-0, which is extremely small in view of the capacity of the entire read bus 411-0.

【0091】ところで、パレルシフト時における読出し
バス411−0〜411−3の電荷の引き抜きにより、
シフト・データは図5で詳細に説明したプリチャージ&
センス回路402により高速に読出される。この読出し
速度は、前述したレジスタ群400の読出しと同程度と
なる。
By the way, by extracting charges from the read buses 411-0 to 411-3 at the time of the barrel shift,
The shift data is pre-charged & described in detail in FIG.
It is read at high speed by the sense circuit 402. This read speed is almost the same as the read speed of the register group 400 described above.

【0092】図22は図10に示す本実施例になるキャ
リー伝搬回路の他の応用について示したもので、より高
速な演算回路への応用例である。図10により示したキ
ャリー伝搬回路900を8個,2組配置する。即ち、キ
ャリー伝搬回路2200〜2207,2210〜221
7を図22の如く配置する。キャリー伝搬回路2200〜2
207の組は下位から2個ずつのブロックを単位に直列
に接続し、各ブロックへの入力キャリー信号(最下位ブ
ロックでは信号2240)接続し、キャリー伝搬回路2
210〜2217の組も下位から2個ずつのブロックを
単位に直列に接続し、各ブロックへの入力キャリー信号
(最下位ブロックでは信号2250)を電源側のレベル
に固定しておく。以上の意味は、前者が下位からのキャ
リーが無い場合を、後者が下位からのキャリーが有る場
合を示す。即ち、下位からのキャリーが有る場合と無い
場合のキャリー伝搬を並列に処理する。キャリー伝搬回
路2200−2201及び2210−2211の各ブロ
ックで並列処理されたキャリー出力信号2242,22
52はキャリー発生回路2230へ入力される。一方、
下位からのキャリー信号ペア2270,2280もまた
上記キャリー発生回路2230へ入力され、次段へのキ
ャリー信号ペア2271,2281を発生する。また、
4ビット内でのキャリー出力ペア9740,9741と
下位からのキャリー信号ペア2270,2280との加
算は半加算回路2220によって行われる。
FIG. 22 shows another application of the carry propagation circuit according to the present embodiment shown in FIG. 10, which is an application example to a higher speed arithmetic circuit. Two sets of eight carry propagation circuits 900 shown in FIG. 10 are arranged. That is, carry propagation circuits 2200 to 2207, 2210 to 221
7 are arranged as shown in FIG. Carry propagation circuit 2200-2
207 sets are connected in series in units of two blocks from the bottom, input carry signals (signals 2240 in the lowest block) to each block, and carry propagation circuit 2
The set of 210 to 2217 is also connected in series in units of two blocks from the bottom, and the input carry signal (signal 2250 in the lowest block) to each block is fixed to the power supply side level. The meaning described above indicates the case where the former has no carry from the lower order, and the latter indicates the case where there is a carry from the lower order. That is, carry propagation is performed in parallel with and without carry from the lower order. Carry output signals 2242, 22 processed in parallel in each block of carry propagation circuits 2200-2201 and 2210-2211.
52 is input to carry generation circuit 2230. on the other hand,
Carry signal pairs 2270 and 2280 from the lower order are also input to the carry generation circuit 2230 to generate carry signal pairs 2271 and 281 to the next stage. Also,
The addition of the carry output pair 9740, 9741 and the carry signal pair 2270, 2280 from the lower order within 4 bits is performed by the half adder circuit 2220.

【0093】以上のように、図22の応用例では32ビ
ットの加算を実行する際のクリティカルバスは、キャリ
ー伝搬回路2200,2201あるいは2210,22
11の8ビットブロックでのキャリー伝搬時間と、キャ
リー発生回路2230,2231,2232のキャリー伝搬
時間と、半加算回路2226あるいは2227の加算時
間で決まる。本応用例においても、前記した如くキャリ
ー伝搬回路2200〜2207,2210〜2217の
単位は4ビットに固定するものではなく任意ビット長の
直列接続でかまわない。また、キャリー伝搬回路220
0,2201あるいは2210,2211からなるブロ
ックも8ビットに固定する必要はない。更に、本応用例
におけるキャリー伝搬回路2200,2202,220
4,2206及び2210,2212,2214,22
16のそれぞれのキャリー入力は“0”あるいは“1”
に固定であるからこれらの伝搬回路を最適化し、MOSト
ランジスタの一部を省略できるので、サイズの縮小と共
により高速化も達成し得る。
As described above, in the application example of FIG. 22, the critical bus when executing 32-bit addition is the carry propagation circuit 2200, 2201 or 2210, 22.
It is determined by the carry propagation time in the 8-bit block of 11, the carry propagation time of the carry generation circuits 2230, 2231 and 2232, and the addition time of the half adder circuit 2226 or 2227. Also in this application example, the units of the carry propagation circuits 2200 to 2207 and 2210 to 2217 are not fixed to 4 bits as described above, but may be connected in series with an arbitrary bit length. In addition, the carry propagation circuit 220
The block consisting of 0, 2201 or 2210, 2211 does not need to be fixed to 8 bits. Further, carry propagation circuits 2200, 2202, 220 in this application example
4, 2206 and 2210, 2212, 2214, 22
16 carry inputs are either "0" or "1"
Since these propagation circuits are fixed, the MOS transistors can be optimized and a part of the MOS transistors can be omitted, so that the size can be reduced and the speed can be further increased.

【0094】図23(a)は上記応用例におけるキャリ
ー発生回路2230の回路構成を示したものである。該
回路は論理的に次の働きをする。
FIG. 23A shows a circuit configuration of carry generation circuit 2230 in the application example. The circuit logically functions as follows.

【0095】8ビットのキャリー伝搬ブロックA(キャ
リー伝搬回路2200−2201)及びキャリー伝搬ブ
ロックB(キャリー伝搬回路2210−2211)キャ
リー出力信号(2242及び2252)の状態により次
段へのキャリー出力信号ペア(2271,2281)が
生成される。
An 8-bit carry propagation block A (carry propagation circuit 2200-2201) and carry propagation block B (carry propagation circuit 2210-2211) carry output signal pair to the next stage according to the state of carry output signals (2242 and 2252). (2271, 281) are generated.

【0096】(1)キャリー入力信号ペア(2270,
2280)が“0,1”(キャリー有り)かつ、ブロッ
クA,Bのキャリー出力信号(2242,2252)が
“0,0”(キャリー無し)の場合:上位へのキャリー
発生はキャリー無しとして伝えられる必要があり、ゲー
ト2400〜2403によりキャリー出力信号ペア(2
271,2281)は“1,0”となる。
(1) Carry input signal pair (2270,
2280) is "0, 1" (with carry) and the carry output signals (2242, 2252) of blocks A and B are "0, 0" (without carry): The carry occurrence to the higher order is reported as no carry. And the carry output signal pair (2
271 and 281) become “1,0”.

【0097】(2)キャリー入力信号ペア(2270,
2280)が“0,1”(下位からのキャリー有り)、か
つ、ブロックA,Bのキャリー出力信号(2242,22
52)が“0,1”(下位からのキャリーが有れば次段
へキャリー発生)の場合:前記(1)項に同じ。
(2) Carry input signal pair (2270,
2280) is "0, 1" (there is a carry from the lower order) and the carry output signals (2242, 222) of blocks A and B
52) is "0, 1" (carry occurs to the next stage if there is a carry from the lower order): Same as the above item (1).

【0098】(3)キャリー入力信号ペア(2270,
2280)が“0,1”(下位からのキャリー有り)、か
つ、ブロックA,Bのキャリー出力信号(2242,22
52)が“1,0”の場合:この様なケースは論理的に
存在しない。
(3) Carry input signal pair (2270,
2280) is "0, 1" (there is a carry from the lower order) and the carry output signals (2242, 222) of blocks A and B
When 52) is "1,0": Such a case does not logically exist.

【0099】(4)キャリー入力信号ペア(2270,
2280)が“0,1”(下位からのキャリー有り)、か
つ、ブロックA,Bのキャリー出力信号(2242,22
52)が“1,1”(下位からのキャリーに無関係に上
位へキャリー有り)の場合:上位へキャリー発生を行う
必要があり、キャリー出力信号ペア(2271,228
1)は“0,1”となる。
(4) Carry input signal pair (2270,
2280) is "0, 1" (there is a carry from the lower order) and the carry output signals (2242, 222) of blocks A and B
52) is "1,1" (a carry is present in the higher order irrespective of the carry from the lower order): It is necessary to generate a carry in the upper order, and the carry output signal pair (2271, 228)
1) becomes "0, 1".

【0100】以上、キャリー入力信号ペア(2270,
2280)が“0,1”の場合を述べたが“1,0”
(下位からのキャリー無し)の場合には、上記の4種に
対応して説明すると次のようになる。
As described above, the carry input signal pair (2270,
2280) is "0,1", but "1,0"
In the case of (no carry from the lower order), the explanation will be as follows corresponding to the above four types.

【0101】キャリー出力信号ペア(2271,228
1)は、 (1)の場合:“1,0” (2)の場合:“1,0” (3)の場合:論理的に存在しない。
The carry output signal pair (2271, 228)
1) In the case of (1): "1, 0" In the case of (2): "1, 0" In the case of (3): Logically does not exist.

【0102】(4)の場合:“0,1” 図23(b),(c)は上記キャリー発生回路2230に
おけるゲート2240,2401をCMOSトランジス
タで構成した例、図23(d),(e)はキャリー発生回
路におけるゲート2400,2401棒NPNバイポー
ラトランジスタとCMOSトランジスタとの複合回路に
よって構成した例を示す。キャリー発生回路2230の
キャリー出力信号ペア2271,2281は容量性負荷
が大きいので、容量による遅延時間への依存性の小さい
図23(d),(e)の方がより高速化が図れる。
In the case of (4): "0, 1" FIGS. 23 (b) and 23 (c) show an example in which the gates 2240 and 2401 in the carry generation circuit 2230 are constituted by CMOS transistors, and FIGS. ) Shows an example constituted by a composite circuit of gate 2400, 2401 rod NPN bipolar transistors and CMOS transistors in the carry generation circuit. Since the carry output signal pairs 2271 and 2821 of carry generation circuit 2230 have a large capacitive load, higher speed can be achieved in FIGS. 23 (d) and 23 (e) in which the dependency of the capacitance on the delay time is small.

【0103】図24は上記したキャリー伝搬回路900
の応用例の加算回路における半加算回路2220の構成
を示したものである。4ビット分の半加算回路であり、
図9におけるキャリー伝搬回路900より前段の排他論
理和出力に相当する信号2260,ブロックA,Bからのキ
ャリー出力9740,9741による半加算とキャリー
入力信号2270,2280による加算結果の選択を行
う機能を有する。
FIG. 24 shows the carry propagation circuit 900 described above.
21 shows a configuration of a half adder circuit 2220 in the adder circuit of the application example of FIG. It is a 4-bit half adder circuit,
The signal 2260 corresponding to the exclusive OR output of the preceding stage from the carry propagation circuit 900 in FIG. 9, the function of performing half addition by the carry outputs 9740 and 9741 from the blocks A and B and the selection of the addition result by the carry input signals 2270 and 2280. Have.

【0104】尚、以上述べてきた実施例に於いて、導電
型を逆にしても本発明が適用できうることは容易に考え
られるであろう。
In the embodiment described above, it can be easily considered that the present invention can be applied even if the conductivity type is reversed.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、高速
な演算ユニット及び演算回路を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a high-speed arithmetic unit and arithmetic circuit can be obtained.

【0106】また、本発明によれば、高集積な演算ユニ
ット及び演算回路を得ることができる。
Further, according to the present invention, a highly integrated arithmetic unit and arithmetic circuit can be obtained.

【0107】また、本発明によれば、低消費電力な演算
ユニット及び演算回路を得ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to obtain a low power consumption arithmetic unit and arithmetic circuit.

【0108】さらに、本発明によれば、高速かつ低消費
電力な3ステート回路を得ることができる。
Further, according to the present invention, it is possible to obtain a high speed and low power consumption 3-state circuit.

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

【図1】本発明の一実施例を示すプロセッサの構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a processor showing an embodiment of the present invention.

【図2】マイクロプログラム制御ユニットの構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a micro program control unit.

【図3】マイクロ命令デコーダユニットの構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a micro instruction decoder unit.

【図4】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成を
示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図14】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図15】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing an embodiment of the present invention.

【図16】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図17】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図18】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図19】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing an embodiment of the present invention.

【図20】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing an embodiment of the present invention.

【図21】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図22】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図23】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図24】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図25】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of an arithmetic unit showing one embodiment of the present invention.

【図26】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【図27】本発明の一実施例を示す演算ユニットの構成
を示す図である。
FIG. 27 is a diagram illustrating a configuration of an arithmetic unit according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…プロセッサ、101…マイクロプログラム制御
ユニット、102…マイクロ命令デコーダユニット、1
03…演算ユニット、403…演算回路。
100 processor, 101 microprogram control unit, 102 microinstruction decoder unit, 1
03: arithmetic unit, 403: arithmetic circuit.

フロントページの続き (72)発明者 岩村 将弘 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内Front page continuation (72) Inventor Masahiro Iwamura 3-1-1 Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(1)入力端子及び出力端子、(2)相補
入力の第1及び第2の制御端子、(3)第1及び第2の
電位端子、(4)一方導電型のコレクタが上記第1の電
位端子に、一方導電型のエミッタが上記出力端子に接続
される第1のバイポーラトランジスタ、(5)一方導電
型のコレクタが上記出力端子に、一方導電型のエミッタ
が上記第2の電位端子に接続される第2のバイポーラト
ランジスタ、(6)一方のゲートが上記入力端子に、他
方のゲートが上記第1の制御端子にそれぞれ接続され、
かつ、ソース及びドレインが上記第1の電位端子と上記
第1のバイポーラトランジスタの他方導電型のベースと
に直列に接続される第1及び第2の他方導電型の電界効
果トランジスタ、(7)一方のゲートが上記入力端子
に、他方のゲートが上記第2の制御端子にそれぞれ接続
され、かつ、ドレイン及びソースが上記出力端子と上記
第2のバイポーラトランジスタの他方導電型のベースと
に直列に接続される第1及び第2の一方導電型の電界効
果トランジスタ、(8)ソース及びドレインが上記第1
のバイポーラトランジスタのベースと上記出力端子と
に、ゲートが上記第1の制御端子又は上記第2の制御端
子に接続される第3の電界効果トランジスタ、(9)ソ
ース及びドレインが上記第2のバイポーラトランジスタ
のベースと上記第2の電位端子とに、ゲートが上記第1
の制御端子又は上記第2の制御端子に接続される第4の
電界効果トランジスタ、(10)上記第1のバイポーラ
トランジスタのベースと上記出力端子との間に設けられ
る第1の抵抗性素子、(11)上記第2のバイポーラト
ランジスタのベースと上記第2の電位端子との間に設け
られる第2の抵抗性素子、とを具備することを特徴とす
る3ステート回路。
1. An input terminal and an output terminal, (2) first and second control terminals having complementary inputs, (3) first and second potential terminals, and (4) one conductivity type collector. A first bipolar transistor having one conductivity type emitter connected to the output terminal at the first potential terminal; (5) one conductivity type collector at the output terminal; and one conductivity type emitter at the second A second bipolar transistor connected to the potential terminal of (6), one gate of which is connected to the input terminal and the other gate of which is connected to the first control terminal,
And a first and second other conductivity type field effect transistor whose source and drain are connected in series to the first potential terminal and the other conductivity type base of the first bipolar transistor, (7) Has a gate connected to the input terminal, the other gate connected to the second control terminal, and a drain and a source connected in series to the output terminal and the other conductivity type base of the second bipolar transistor. (1) the first and second one conductivity type field effect transistors, wherein the source and the drain are the first
A field effect transistor whose gate is connected to the base of the bipolar transistor and the output terminal, the gate being connected to the first control terminal or the second control terminal, and (9) the source and drain being the second bipolar transistor. The gate is connected to the base of the transistor and the second potential terminal, and the gate is connected to the first potential terminal.
A fourth field-effect transistor connected to the control terminal or the second control terminal of the first bipolar transistor, (10) a first resistive element provided between the base of the first bipolar transistor and the output terminal, 11) A three-state circuit comprising: a second resistive element provided between the base of the second bipolar transistor and the second potential terminal.
【請求項2】特許請求の範囲第1項に於いて、電界効果
トランジスタはMOSトランジスタであることを特徴と
する3ステート回路。
2. The three-state circuit according to claim 1, wherein the field-effect transistor is a MOS transistor.
【請求項3】特許請求の範囲第1項に於いて、抵抗性素
子は抵抗であることを特徴とする3ステート回路。
3. A three-state circuit according to claim 1, wherein the resistive element is a resistor.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5490941A (en) * 1977-12-26 1979-07-19 Hitachi Ltd Driving circuit of tristate type
JPS573431A (en) * 1980-06-06 1982-01-08 Toshiba Corp Complementary mos logical circuit
JPS5911034A (en) * 1982-07-12 1984-01-20 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit device

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