JPS60110026A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPS60110026A
JPS60110026A JP58217722A JP21772283A JPS60110026A JP S60110026 A JPS60110026 A JP S60110026A JP 58217722 A JP58217722 A JP 58217722A JP 21772283 A JP21772283 A JP 21772283A JP S60110026 A JPS60110026 A JP S60110026A
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萩原 吉宗
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英夫 中村
Katsuaki Takagi
高木 克明
Yoshiki Noguchi
孝樹 野口
Tadahiko Nishimukai
西向井 忠彦
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/156Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern
    • H03K5/1565Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern the output pulses having a constant duty cycle

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  • Nonlinear Science (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、高速クロック動作させるための論理回路に関
する。
〔発明の背景〕
第1図に従来のマイクロコンピュータ(以下、「マイコ
ン」と称す。)の回路構成の一部を示す。
マイコンはデコーダ1、メモリ2、レジスタ3゜4.5
.6.8、演算回路7、制御回路10〜14、データバ
スA、B等で構成され、クロック信号φ1 、φ2のタ
イミングで制御、データ転送を行ない、動作する。たと
えば第1図でデコーダ1に入力された命会コードが肩線
され、メモリ2に記憶された制御シーケンスを動作させ
る。その結果たとえばレジスタ3から出力されたデータ
は出力ドライバ15を社てデータ線すを介してデータバ
スAに入る。セしてデータ、1i31dを介してレジス
タ5へ転送される。一方アキュムレータ8よりレジスタ
6へ転送されたデータとレジスタ5のデータとが演算回
路7で処理され、アキュムレータ8へ格納される。
従来のマイコンでは、第1図の回路を第2図で示すよう
なタイミングをもつ2相の非オーバラツプクロックで制
御していた。同図においてToは処理のサイクルを示す
クロック周期である。クロック周期To中の2つのクロ
ックφl 、φ2によシマイコンの内部の制御がなされ
る。すなわちクロックφlでデータバスAにレジスタ3
又は4の同各をバスAに出力し、そのデータをクロック
φ!で入力レジスタ5に取込む。一方アキュムレータ8
のデータをクロックφ重で入力レジスタ6に入力する。
レジスタ5.6のデータは演算回路7で演算きれ、クロ
ックφ2でその鮎呆をアキュムレータ8に取込む。この
とき、バスの遅延時間Tbの影響で実際に@算回路7が
演算を開始するのはTb経過後となる。アキュムレータ
8にはクロックφ2の“1”レベルの期間T2の間にデ
ータが演算回路7から転送されてくれば良い。
このような回路をMOS (Metal QxideS
emi conductor )回路で実現すると、各
レジスタには各クロックの61#レベルの期間(T+。
Tz)に入力側に伝達されているデータが、出力側に出
てくる。そして、61″から10″に変化するときのデ
ータがレジスタに保持されることになる。このようにデ
ータスルーの素子においては非オーバラツプクロックを
用いない場合には次に示す問題点がある。
もし、非オーバラツプ区間T4が、ない場合には、クロ
ックφ2の立ち下がりと、クロックφ1の立ち上がりが
一致しアキュムレータ8が保持するはずのデータの次の
データを保持してしまうことが起こる。よシ具体的には
今クロックφ2が′1″′のときあるデータAをレジス
タ5が保持していたとするとアキュムレータ8にはデー
タAの演算結果A′が入力されている。次にクロックφ
2の立ら下がりとφ1の立ら上がりが同時に起こったと
すると、レジスタ5の出力には次のデータBが表われア
キュムレータは演算結果A′を保持せずにデータBの演
算結果B′を保持してしまうおそれがある。そのため、
レジスタ3→バス出力回路15→バスA→レジスタ5→
演算回路7→アキュムレータ8へと正常にデータを転送
させるために、2つのクロックの間に非オーバラツプ区
間T4が必要となるのである。
又、レジスタ8→レジスタ6→演算回路7→アキュムレ
ータ8へと正常にデータを転送させるために、区間T4
の場合と同様、非オーバラツプ区に 周期Toは1μ謹:〜100μガ程度であった。そのた
めクロック幅TI+T2はT6=1004sであっても
30〜40μガ、非オーバラツプ期間Ts、Tiは20
〜3Qp8ec程度トシテイタ。これらのタイミングは
MOS)ランジスタの動作速度と比較すっと十分余裕が
あシ、回路設計上問題が生じなかった。
しかしマイコンの性能向上のために、内部回路をよシき
め細かなタイミングで制御する必要性が出てきた。たと
えば第3図のように、クロック周期1oの期間をさらに
11 +’2 +’3 +’4 ときめ細かく分割し、
各パルスで内部回路を制御する場合も出てきた。とくに
高速なマイコンでは各パルス幅tll−1dが10〜2
0μS圓となる。一方、LSIは大規模集積化の途を進
んでいるが、′−れに伴う回v;゛1容量ギナよひ回路
抵抗の増加により時定数が増えて高速化が困難となって
いる。したがってこのような短かいパルス巾では動作さ
せることは難しい。
父、非オーバラツプ区間は実際に回−路を製造する場合
には、計ρ1通りの所定値を維持できないのが通例であ
る。その上、回路の使用状態でも変化することもある。
したがって非オーバラツプの区間はあらかじめ余裕をも
って設計されるのが実情であり、高速動作へのさまたけ
となっていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、マイコン等の高速論理回路を実現する
ために、高速動作に適した回路を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は演算回路等のいわゆる機能回路の入力側、出力
側に夫々設けられたレジスタの他に、入力側、出力側の
どららか一方にバッファレジスタを設けて、バッファレ
ジスタのラッチのタイミングを入力側、出力側の夫々の
レジスタのラッチのタイミングの間のタイミングとした
。これによりオーバラップクロックを使用可能とした。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第4図により説明する。第4
図の動作を第5図のタイミングチャートを用いて説明す
る。第4図は、第1図に示したマイコンの構成を高速化
に適するようにしたものである。第1図の構成に付加さ
れた主な回路は、データバスに凄続されたMOS)ラン
ジスタ22およびその制御回路23、レジスタ5.6と
演蒐回路7の間に第1の中間バッファレジスタ19゜2
0、および演算回路7とアキュムレータ80間に第2の
中間バッファレジスタ21である。
データバス人に接続されたMOS)ランジスタ22け、
データバス上のデータ転送を高速化するために従来より
よく用いられているバスプリチャージ用である。す力わ
らMO8回路では、1′から10”状態への遷移の方が
 uO″′から°゛1”への遷移より高速に行なわれる
ため、非動作期間にあらかじめu1″の状態にプリチャ
ージしておき、データ転送時に、パ0”の出力データ線
のみ“1”から°゛0″へ高速に変化させる。
以下に述べる本発明の内容は、上記バスプリチャージ方
式等を有する高速化回路においても効果を発揮するもの
である。
クロックのオーバーラツプを可能とするための中間バッ
ファレジスタ19.20 、211d、第5図に示すよ
うなオーバラップクロックφ3 、φ4を用い化回路に
おいて、データの転送を各レジスタ間でデータの転送タ
イミングを整合させる役目をもつ。第5図において、t
oは処理のサイクルを示すクロック周期である。久ロッ
ク周期t。中の2つのクロックφ3 、φ4によりマイ
コン内部の制御がなされる。
第5図の動作サイクルの最終タイミング14′で、デー
タバスAがMOS)ランジスタ22によってプリチャー
ジされる。次に命舎シーケンスが格納されているメモリ
2の出力により、ゲート10のタイミング信号が出力さ
れ、レジスタ3の内容が、出力ドライバ15を経由して
バスAに出力される。
バスAの値は、レジスタ3の内容に応じてプリチャージ
された′1″の状態のままか、あるいはuO″状態へ変
化する。ゲート10の出力タイミングは、第5図のクロ
ックφ3が′1nのときの期間、すなわら(t*+tJ
区間である。次にゲート12の出力タイミングすなわら
区間(tl+t2)にデータバスAの内容がレジスタ5
に取込まれる(イ)。同じタイミングでアキュムレータ
8の内容はレジスタ6に取込′−1:れる。ここでバス
Aのデータ転送遅延時間は(t+ +1z )まで許さ
れることとなる。レジスタ5.6に取込まれたデータは
φ3に対し12の時間だけ位相のずれたクロックφ4に
よってバッファレジスタ19.20に取込捷れる(口)
。19.20のデータは直ちに演算回路7に出力され演
算が行なわれる(ハ)。演算回路7の出力はφ3のタイ
ミングでレジスタ21に取込まれるに)。すなわち(t
、 十ts +t4 )の間に演算が行なわれ、ts−
1−t4の間にレジスタ21に取込まれる。レジスタ2
1の内容はクロックφ4でアキュムレータ8に直ちに取
込まれる←)。アキュムレータ8の内容は、次のナイク
ルでメモリ20制御シーケンスによりレジスタ6へ転送
されるか又はゲート14からのクロックによシドライバ
18データバスBを経由してレジスタ3へ出力される。
以上のような制御を行なうことによって、高速化が容易
なオーバラップクロックを使用でき、MO8回路を動作
させることができる。
この結果を第2図の従来方式と第5図の本発明の方式の
タイミングチャートで比較する。第2図では、2相クロ
ツクの非オーバラツプ時間T3+T4を確保するために
、データバス上のデータ転送・′l′I!延時間はTl
 t、か許されない。一方本発明では第5図に示すよう
にf−タバス上のデータ転送遅延時間は(t++tz)
が許されることになる。
また演算回路に許される遅延時間は、従来方式では(T
l−バスの遅延時間T b l +T3 +T2、本発
明では(t2+ts 十t4)となる。
実際の回路では、バスの遷延時間To≧叢!であるので
、本発明によると演算回路に許される遅延時間は、従来
方式に比ベクロツクの非オーバラツプ時間T4だけ長く
できる。以上のように従来の方式は、クロックの非オー
バラツプ時間の確保のために、回路動作トイクルToの
間、演算回路等の非動作時間(T3 +T4 )を含む
こととなる。
一方本発明では、動作1tイクル1oの間、演算回ツサ
等に訃いては、本発明の方が高速な動作サイクル’o 
(<To )を実現できることとなる。
さらに、回路上のデータ転送遅延時間のバラツキすなわ
らデータバス上の遅延時間と演算回路の遅延時間に不均
衡が生じても動作する余裕が生ずる。
これはデータバスの動作時間(t++t2)と演算回路
の動作時間(tz + ts +t4 )との間に重な
りtzがあるからである。この重なりtzの期間、上記
バスと演算回路の遅延時間の不均衡が生じても良い。
して説明した。この演算回路挟昨0、P L A 、デ
コーダ、乗算器、シック、プログラムメモリ等のいわゆ
る機能回路の場合Tあっても同様の効果が得られる。
第6図に、−膜化した機能回路を対象として本発明を実
施した例を示す。
図において、機能回路28の入力側にマルチプレクサ2
5、入力レジスタ26、バッファレジスタ278を設け
る。又、一方出力例にはバッファレジスタ27b1出力
レジスタ3・0を配置する。
そして、オーバラップしたクロックφ3 、φ4 。
φ3ら・よびφ4で制御する。
クロックφ3とφ4の位相のずれt1+Fは演算回路7
、機能回路28あるいはデータバスAのデータ転送遅延
時間にもよるが、’l>O。
tz)0 、t、)0およびt4〉0が必要条件であシ
、さらにtl中t2+tg中t4とすることが回路設剖
上適当であると瞳見られる。
第7図に他の実施例を示す。
本・(施列では、第6図における出力レジスタ30を省
略1〜でいる。本実施例の特徴は出力側から入力側への
フィードバックがないことで、このような場合は出力側
にはφ3をクロックとするレジスタ29があれば足りる
。同様に、出力側にレジスタ29を設けて入力側のレジ
スタを省略することも当然に考えることができる。この
場合でも、本発明の効果を得ることができる。
〔発明の効果] 本発明によれば、オーバーラツプのクロックを使用でき
る。したがって、従来例のように非オーバーラツプ区間
について考慮する・ピ・要がないので、この区間の短縮
化ができ論理回路の動作の高速化が図れる。
実施1夕1」の回路のレジスタは、MOS形のものはモ
ラろん、クロック″H”レベルでデータスルー、クロッ
クの立ち下がりでデータラッチするレジスタにも適mで
きる。
本発明をl飄A OSのマイコンに使用した場合は、従
来のマイコンのクロックの最高動作周波数が8〜12M
、I(2程度であるのに対し約20MHz程度のクロッ
ク動作が可能となる。
父、実施列ではマイコンの演算部を対象としたカミニコ
ン、大型コンピュータ等の演算計、その他の機能回路を
対象としてもよい。
【図面の簡単な説明】
−第1図は従来のマイコンのブロック構成とくに演算部
の構成を示す図、第2図は非オーバラツプクロック方式
で制御されるMO8回路のタイミングチャート、第3図
はマイコン等の高速化のために必要なタイミングチャー
ト、第4図は本発明の実施例であるマイコンのブロック
構成図、第5図はオーバラップクロック方式による制御
のタイミングチャート、第6.7図は本曵施例回路構成
を一般化した図である。 φ3 、φ4・・・オーバラップした2相クロツク、第
1頁の続き 0発 明 者 西向井 忠彦 国分寺市東恋ケ窪央研究
所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、クロックに同期して順次伝送されるデータを入力し
    、所定の処理を行なう論理回路において、伝送されるデ
    ータを該クロックの周期内の第1のタイミングでラッチ
    する第1のレジスタと、該第1のレジスタにラッチされ
    たデータに’1て所定の処理を行う機能回路と、該機能
    回路により処理されたデータを該第1のタイミングより
    も遅い該クロック周期内の第2のタイミングでラッチす
    る第2のレジスタと、該第1のレジスタと上記機能回路
    との間あるいは該機能回路と該第2のレジスタとの間の
    少なくともどちらか一方に設けられた第3.0レジスタ
    とを備え、該第3のレジスタは上記第1のタイミングと
    上該第2のタイミングとの間の第3のタイミングでデー
    タをラッチするものであることを特徴とした論理回路。 2、前記第1のタイミングは前記クロックの立ら下がり
    のタイミングであることを特徴とした第1項記載の論理
    回路。 3、前記第2のタイミングは前記クロックの立し上りの
    タイミングであることを特徴とした第1項または第2項
    記載の論理回路。 4、前記第3のタイミングは前記第1のタイミングより
    も1/4クロック周期遅れたタイミングであることを特
    徴とした第1項、第2項または第3項記載の論理回路。 5、前記機能回路は、マイクロコンピュータの演算回路
    であることを特徴とした第1項から第4項までのいずれ
    かの論理回路。ン 6、前記第1.第2.第3のレジスタはMOSで構成さ
    れることを特徴とした第1項〜第5項のいずれか記載の
    論理回路。 7、前記第3のレジスタは前記第1のレジスタと前記機
    能回路との間および該機能回路と前記第2のレジスタと
    の間の双方に設けられ、該第1のレジスタと該機能回路
    との間に設けられた第3のレジスタのラッチのタイミン
    グの方が、上記機能回路と上記第2のレジスタとの間に
    設けられた第3のレジスタのラッチのタイミングよりも
    、前記クロックの周期内において早いことを特徴とした
    第1項、第5項又は第6項記載の論理回路。
JP58217722A 1983-11-21 1983-11-21 論理回路 Granted JPS60110026A (ja)

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JPH0516603B2 JPH0516603B2 (ja) 1993-03-04

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS647227A (en) * 1987-06-02 1989-01-11 Itt Ind Gmbh Deutsche Central processor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS647227A (en) * 1987-06-02 1989-01-11 Itt Ind Gmbh Deutsche Central processor

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JPH0516603B2 (ja) 1993-03-04

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