JP2000066892A - プログラム可能1ビットデ―タ処理装置 - Google Patents
プログラム可能1ビットデ―タ処理装置Info
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Abstract
い表面積を占め、データの通信および処理のような簡単
な必要条件を満たす、プログラム可能構造を提供する。 【解決手段】 シフトレジスタを分割することができ、
一度選択命令によって選択されると、活性区分は、他の
選択命令が他の区分を活性化するまで活性化し、データ
を前記ALUに前記区分の終端におけるデータ出力部か
ら供給することができ、データを前記ALUから前記区
分の始端におけるデータ入力部に供給することができる
ようにする。
Description
に基づくALUと、1ビットのワード幅を有する循環シ
フトレジスタとして実現されたデータメモリとを含み、
データをデータ出力部から単一方向シフト演算によって
前記ALUに順次に供給することができ、前記ALUが
データを前記データメモリに供給データ入力部を経て供
給する、プログラム可能1ビットデータ処理装置に関係
し、データ処理幅および速度に関する穏やかな必要条件
のみを与え、最小数のゲートを、一般にプログラム可能
な構造において与えられる必要条件を最初にすることに
よって達成する、簡単なプログラム可能ロジックを実装
する問題にも関係する。
装は既知である。しかしながら、これらは、より大きい
処理幅に関する構造を内部に有する構造を使用する。
号は、データバスが少なくともしかし好適に1ビットの
幅を有し、命令およびデータが、シフトレジスタを経
て、データメモリおよびマイクロプロセッサの内部デー
タバス間で順次に伝送され、その結果、個々のデータス
トリングの長さが異なる、演算装置を記載している。伝
送すべき前記データストリングの長さは、第2ラインを
経て示される。この構造におけるレジスタおよび演算装
置は、多数のデータバス幅に関して設計される。前記デ
ータの格納は、RAMにおいて、より複雑な構造におい
て行われる。前記データの1ビット幅におけるマッピン
グは、前記RAMおよび前記プロセッサの内部バス間の
データ伝送に関してのみ行われ、この場合、シフトレジ
スタが前記伝送に使用される。
号は、1ビットディジタルコンピュータを記載してい
る。データは、ALUに、1ビットの幅を有するデータ
バスを経て供給される。入力データは、1つのレジスタ
に並列に供給され、出力データは、出力レジスタによっ
て並列に出力される。デコーダは、これらのレジスタに
アドレスを経てアクセスし、前記データを前記RAMま
たは前記ALUに接続された作業用レジスタに順次に導
く。4つの位置を有するスタックを、双方向シフトレジ
スタとして実現された前記作業用レジスタとして使用す
る。この場合において、一定の命令シーケンスを周期的
に読み出す簡単なシーケンサを使用する。前記作業用レ
ジスタに加えて、このプロセッサは、中間結果を格納す
るRAMを使用する。
号は、各々のALUが、前記データメモリからマルチプ
レクサを経てデータを受け、前記データメモリにマルチ
プレクサを経てデータを出力する、プロセッサアレイシ
ステムを開示している。このアレイシステムの各々のA
LUは、該ALUに関するデータを準備するアキュムレ
ータレジスタおよびキャリレジスタを含む。前記アキュ
ムレータレジスタからALUへの入力は、シフトレジス
タからの入力と多重化される。この単一方向シフトレジ
スタは、32ビットの固定長を有する。このシフトレジ
スタは、すべて間隔を置いた8ビットに分かれた4つの
データ出力部を含む。これらの4つのデータ入力部の1
つを選択し、前記ALUに前記マルチプレクサを経て接
続する。前記シフトレジスタの最上位ビットを、その最
下位ビットにリンクする。ビット様シフト演算の場合に
おいて、毎回このシフトレジスタ1ビットを前記ALU
に関する演算子として使用する。乗算の場合において、
前記シフトレジスタは、前記演算子を供給し、同時に、
乗算結果を共通データ入力部において受ける。
わめて速く処理する必要はなく、または、外部処理によ
って、完全な機能の場合においても順次に処理すること
ができるデータはほとんど入力しないため、大きい処理
幅を提供する必要はない。いままでは、より大きい電力
定格の大き過ぎるチップ構造をこれらの用途に使用する
か、リソースを、しかしながらプログラムすることがで
きない布線論理に使用していた。
カードの分野において、データスループットがあまり高
くない用途の範囲がある。さらに、環境に対するインタ
フェースの幅は、接触インタフェースISO7816−
3の標準化によって1ビットに固定される。
処理幅で動作し、できる限り小さい表面積を占め、デー
タの通信および処理のような簡単な必要条件を満たす、
プログラム可能構造を提供することである。
って、前記シフトレジスタを分割することができ、一度
選択命令によって選択されると、活性区分は、他の選択
命令が他の区分を活性化するまで活性化し、データを前
記ALUに前記区分の終端におけるデータ出力部から供
給することができ、データを前記ALUから前記区分の
始端におけるデータ入力部に供給することができるよう
にすることにおいて達成される。
造に関して、本発明は、スマートカードおよび認識シス
テムに関して、通信インタフェースは、1ビットデータ
幅を指定するISO7816−3に従って標準化されて
おり、減少した命令セットを使用し、最小のチップ表面
積のみを必要とする一般的にプログラム可能な演算構造
が得られるという事実を利用する。
び固定されたプリセットによって区分に分割し、前記区
分の長さを異ならせてもよい。
ット作業用レジスタのみを使用し、第2作業用レジスタ
の値が第1作業用レジスタの前の値を含むようにして最
適化する。一般的に言って、前記ALUは、前記第1作
業用レジスタに、前記シフトレジスタに供給された値以
外の値を供給する。共通に使用される命令は、1ビット
シーケンスから成る。前記ALUが異なった値をその作
業用レジスタおよび前記シフトレジスタに同時に出力す
るため、できる限り少ない手段を使用しながら、より高
い計算能力が達成される。さらに、前記選択された区分
を、前記ALUを経てリングを形成するように閉じ、そ
の内容が、完全な読み出しおよびシフト演算後に、再び
復元するようにする。
を、前記ALUに、前記区分の終端部におけるデータ出
力部を経て連続的に供給する。完了した算術演算の結果
を、同じシフト演算において、前記個々の活性区分の始
端におけるデータ入力部に連続的に供給する。
ウンタの代わりに、プログラムメモリに関するアドレス
を発生する。結果として、アドレスシーケンスは線形で
はなく、次のアドレスは前のアドレスによって発生され
る。
のプログラミングを考慮しなければならない。したがっ
て、他の場合なら必要ないくつかのレジスタを省略する
ことができ、ALUに関してだけでなく、制御システム
に関しても簡単な構造を得ることができる。しかしなが
ら、条件付ジャンプのみをプログラムすることができ、
所定の状況において、個々のプログラムシーケンスをあ
るいは数回終了する。
の減少によって、関連した用途に適合させることがで
き、それにもかかわらず1ビットの処理幅を保持する。
前記分割を恒久的に調節する場合、分割ロジックを省略
することができる。他の命令の組を、前記プログラムメ
モリの拡張によって準備することができる。
動作する場合、さらに低減することができる。
下の副目的をこのシステムによって達成する。 nビット定数との比較 変数への定数の加算 1バイトのビットの否定 ビットシーケンスから1つのビットの複製 ビットシーケンスからの1つのビットの対応する値への
設定 個々のビットおよびビットシーケンスの格納 復号化アルゴリズム用可変長のシフトレジスタ 1つ以上のビットの連続的入力および出力 条件付ジャンプ ビットシーケンスの加算および減算 2ビットごとの論理関数
ALU命令を含み、2つの作業用レジスタのみを使用す
るプロセッサ命令の組を表す。したがって、複雑なアル
ゴリズムを、この簡単だが有効な演算ユニットによって
実行することもできる。
プ表面積において存在し、結果として、必要な空間およ
び材料に加えて、電力消費も低減することができる。説
明した必要条件は、データ幅および処理速度に関するい
くつかの必要条件を与えない複数の用途の実現を可能に
する。その穏やかな表面積条件のため、この一般的にプ
ログラム可能な構造を、追加のチップを必要とすること
なく、回路において簡単に集積することができる。
な構造の詳細な表現である。この構造は、2つの1ビッ
ト作業用レジスタ11および12を有するALU10
と、プログラムカウンタ22および命令レジスタ21を
有する制御ユニット20と、分割ロジック53、選択レ
ジスタ51およびシフトレジスタ52を有する直列デー
タメモリ50と、入力/出力ユニット60と、デコーダ
40とを含む。
演算子の格納に使用しながら、論理演算をALU10に
おいて実行する。ALU10への入力信号を、作業用レ
ジスタ11および12と、シフトレジスタ出力部14
と、入力ポート13と、図示しない常数1とによって供
給する。ALU10の出力信号を、作業用レジスタ11
またはシフトレジスタ入力部15に供給する。ALU1
0は、1ビットになる演算子で演算し、基本的な論理関
数AND、OR、NOTおよびEXORを実行すること
ができ、個々の入力信号を適宜に結合する。ALU10
は、1ビット作業用レジスタ11および12を使用し、
これらのレジスタの各々は、フリップフロップから成
り、これら2つのレジスタは、直列に接続される。作業
用レジスタ11および12は、前記基本的関数に関する
1つ以上の演算子を含む。他の演算子を、データメモリ
50から直接読み出すことができる。ALU10は、こ
れらのような関数の結果を作業用レジスタ11に書き込
むか、代わりにデータメモリ50に書き込む。第2作業
用レジスタ12は、作業用レジスタとして明白にはアド
レスされず、そのたび毎に、作業用レジスタ11からの
前の値を含む。結果として、追加のアドレスビットを前
記命令コードにおいて無効にする。前記ALUの最上位
のnビット演算を、1ビット命令シーケンスとして実現
し、前記演算子を、その度毎に、同時にシフトされるデ
ータメモリ50のシフトレジスタ52からロードする。
一般的に言って、作業用レジスタ11に供給される値
は、シフトレジスタ52に供給される値と同じではな
い。
22および命令レジスタ21から成る。プログラムカウ
ンタ22は、循環シフトレジスタとして構成され、前記
プログラムにおける次の命令に関するアドレスを、毎回
現在のアドレスから発生する。このようにして得られた
アドレスシーケンスは、線形ではない。シーケンシャル
アクセスの場合において、プログラムカウンタ30のシ
フト演算は、個々の次のアドレスを発生する。ジャンプ
命令の場合において、導線27における前の命令の最初
の5ビットと、導線24における現在命令の6ビットと
は、プログラムカウンタ22に対する入力として働く。
これらに基づいて、プログラムカウンタ22は、11ビ
ットから成る新たなアドレスを発生し、導線25を経
て、プログラムメモリ30のアドレス入力部31に供給
する。その結果、他の命令が、このように選択されたア
ドレスからとして読み出され、次のサイクルにおいて実
行されるために命令レジスタ21に伝送される。本実施
形態におけるプログラムメモリ30は、2kの記憶容量
を有し、ワード幅を6ビットとする。6ビットから成る
現在命令のビットシーケンスを、デコーダ40に導く。
デコーダ40は、信号経路41−46を活性化するのに
必要な信号を発生する結合回路から成る。このデコーダ
は、前記命令レジスタの6ビットの形態における入力信
号を、導線26を経て受け、あるいは、2ワード命令に
関する信号23も受ける。導線41および42を経て、
デコーダ40は、データメモリ50に格納された変数を
読み出し、これらをALU10において処理できるよう
にするために、個々の外部入力または出力導体と選択レ
ジスタ51とを、選択信号44によって活性化する。前
記区分の状態を、選択レジスタ51に、8ビットの幅を
有する信号43によって伝送する。ALU10によって
実行し、デコーダ40における命令コードから得るべき
演算を、導線46によって選択する。
メモリ50は、分割ロジック53も含む選択レジスタ5
1を含む。シフトレジスタ52を、この場合において、
8個の部分Piに再分し、循環させる。データメモリ5
0が8つの区分P1...P 8に関する8つのアドレス
のみを必要とするため、3ビットによってアドレスする
ことができる。8ビット選択レジスタ51は、対応する
区分境界の状態を含む。2つの区分Pi間の境界を、選
択命令によって活性化する。2つの区分間の境界が不活
性の場合、これら2つの別個の区分は、1つの区分とし
て作用する。前記分割を、リセット後、第1選択命令に
よって行う。このとき、シフトレジスタ52の区分は、
一定長を有するが、一般的には異なる。前記区分の長さ
を、例えば、短い区分を一定の変数に与え、長い区分を
暗号化演算に使用するように選択する。選択命令は、シ
フトレジスタ52の現在の区分Piを選択し、そこか
ら、ALU命令の列によって、データをシフトし、導線
14を経て、処理するALUに供給する。ALU10の
処理結果を、シフトレジスタ入力部15を経て、前記シ
フトレジスタの活性区分Piに再び供給する。前記AL
Uの処理結果は、すべての区分の直列入力位置において
並列して存在するが、このデータは、前記選択された区
分によってのみ引き継がれる。結果として、前記データ
は連続的にアクセスされ、その処理も連続的に行われ
る。データメモリ50のアドレス処理を、選択命令によ
って、前記ALU演算の前に行う。通常、同じ区分を複
数の連続的なALU演算に使用するため、オーバヘッド
は相対的に小さいままである。
おいて実現する。4つの可能な入力ポート62、65−
67のうち1つを選択する。入力ポート0を基準62に
よって示されるポートとし、他の入力ポート1、2およ
び3を基準65−67によって示されるポートとする。
4つの出力ポートのうち1つを選択する。出力ポート1
を基準62によって示されるポートとし、他の出力ポー
ト3および4を基準63および64によって示されるポ
ートとする。入力ポート62を外部SCLK信号61と
同期させる。信号68によってクロック同期化リセット
信号を発生する。追加クロック入力部PCLK69から
内部クロック信号CLKを発生する。
ことができる。デコーダ40によって活性化された導線
41および42を経て、4つの可能な入力部62、65
−67のうちの1つを選択し、ALU10に導線13を
経て供給する。外部イベントとの同期化のための割り込
みメカニズムを省略する。代わりに、外部イベントの場
合において、少なくとも1つの入力導線を前記クロック
信号に同期させる。これらの入力導線の1つに対する1
つのデータ入力において、前記内部クロック信号を、前
記外部クロック信号の次のクロックエッジが開始するま
で抑制する。SCLK導線は、外部クロック信号を供給
する。SCLK入力部61が信号を搬送しない場合、前
記プロセッサは停止する。前記内部クロックを、PCL
Kクロック69から発生する。出力ポート61−64
は、作業用レジスタ11においてバッファリングされて
いるALU結果を出力する。
/図1)を示す。これらの図は、直列入力位置(SI)
および直列出力位置(SO)を示す。適切な区分におい
て存在する処理すべき変数を選択し、前記シフトレジス
タの他の区分をシフト及び変更することなく、前記シフ
トレジスタの個々の区分から外にシフトする。データメ
モリ50は、固有のアドレスで動作し、すなわち、前記
可変アドレスは各動作に関して示されず、処理すべき変
数は、前記活性化区分の選択によって一回設定され、こ
の選択が変更されるまで固有に有効である。
タ入力部に供給することはできない。リセット後の前記
第1選択命令は、前記区分境界と、対応する直列入力部
および直列出力部を決定する。前記第1選択命令は、前
記循環シフトレジスタを第1直列入力位置において再分
する。第1区分をこのようにして形成する。区分は常に
前記選択命令によって選択された直列入力位置から次の
直列入力位置まで延在し、したがって前記リングは1つ
の選択された直列入力位置のみを含むため、前記第1区
分は、完全なシフトレジスタを構成する。非分割シフト
レジスタと相違して、しかしながら、この場合におい
て、前記区分の前記入力位置(直列入力)および出力位
置(直列出力)が規定される。この第1直列入力位置
を、すべてのその後の位置と同様に、前記選択レジスタ
における格納セルにおいて格納する。前記直列出力位置
および直列入力位置は、次の選択命令まで、活性のまま
である。次の選択命令によって、前記シフトレジスタに
おける他の直列入力位置が格納されるために選択され
る。ちょうど選択された直列入力位置のシフト方向Rと
反対方向において見て前方に位置する前記シフトレジス
タの部分は、次の区分を構成する。この区分は、前記シ
フト方向と反対方向において見て、前記直列出力位置か
ら次の直列入力位置まで延在する。前記直列入力位置の
格納は、同時に前記区分境界を規定する。各々次の選択
命令は、前記シフトレジスタの1区分を選択及び活性化
し、この区分は、活性直列入力位置から活性直列出力位
置まで延在する。前記活性直列入力位置は、シフト方向
Rと反対方向において見て、前記活性直列出力位置に最
も近くに位置し、その前方にある位置である。
セット後の第1選択命令は、前記分割を行う。前記分割
後、選択された前記区分を前記選択命令によって活性化
する。
列入力部(SIa)および直列出力部(SOa)とを毎
回示す。基準Sinによって示される位置は、前記区分
の格納された直列入力位置を示す。
トレジスタを示し、この場合において、完全なシフトレ
ジスタが活性区分A1として選択されている。活性直列
出力位置SOaを経て、データは前記シフトレジスタの
外にシフトされ、活性直列入力位置SIaを経て、新た
なデータは区分A1内に再びシフトされる。
トレジスタを示し、この場合において、活性区分A
2は、もはや第1の場合におけるA1ではない。前記第
2選択命令は、図2Aにおけるのと同じ活性直列入力位
置SIaを規定するが、活性直列出力位置SOaは異な
っている。結果として、第2直列入力位置は、前記直列
出力位置と反対に、次のリセットまで格納されると規定
される。
れた区分A3を示す。直列入力位置Si3が、Si2に
隣接して格納されたことは明らかであろう。
置Si2において開始する活性区分A4を示す。この活
性化後、活性直列出力位置SOaの背後に位置する位置
Si 4が格納される。しかしながら、個々のビットは、
活性区分Anの外に、反時計回りにシフトされる。
ず、その結果、リターンスタックおよびリンクレジスタ
を省略することができる。繰り返し実行される命令シー
ケンスは、慣例的なようにサブルーチンとして呼び出さ
れず、実行後、開始位置に戻らない。しかしながらサブ
ルーチン呼び出しを、該ルーチンにおけるジャンプの前
に状態情報をデータレジスタに書き込み、この情報を該
ルーチンの終了時に使用し、前記ジャンプ命令の後への
飛び越し動作を行うことによってエミュレートすること
ができる。条件付ジャンプを、作業用レジスタ11の状
態に応じて実行することができる。絶対的な宛先アドレ
スを含む2ワード命令をこれらのジャンプに使用する。
前記アドレスの第1部分を命令レジスタ21において一
時記憶し、信号23は2ワード命令を示す。2つの作業
用レジスタ11および12の内容を、これらのジャンプ
に応じて交換する。
いて、2k×6ビット幅を含むROMとする。この幅
を、任意に7ビットに増やすことができる。前記容量
は、用途に依存する。前記ワード幅の7ビットへの拡張
は、より大きな命令の組を可能にし、このときアドレス
空間も増大する。前記ワード幅の増加によって、前記プ
ログラムメモリを8kに拡大することもでき、その結
果、必要なメモリ容量と、したがって、前記チップにお
いて必要な表面積とを、関連した用途に適合させること
ができる。
タメモリ50は、恒久的に調節された区分で動作するこ
とができ、したがって、必要な分割ロジックを減少させ
ることができる。追加のレジスタも、7ビットの幅を有
する命令を使用する場合、可能である。
すブロック図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 1ビット処理構造に基づいたALUと、 1ビットのワード幅を有する循環シフトレジスタとして
実現され、データを、データ出力部から前記ALUに単
一方向シフト演算によって連続的に供給することができ
るデータメモリとを含み、前記ALUが、データを前記
シフトレジスタに共通データ入力部を経て供給すること
ができる、プログラム可能データ処理装置において、 前記シフトレジスタを分割することができ、活性区分
は、選択命令によって一度選択されると、他の選択命令
が他の区分を活性化するまで活性のままであり、 データを前記ALUに前記区分の終端におけるデータ出
力部から供給することができ、データを前記ALUから
前記区分の始端における前記区分のデータ入力部に供給
することができることを特徴とするプログラム可能デー
タ処理装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載のプログラム可能データ
処理装置において、前記ALUに関連する2つの直列に
接続された1ビット作業用レジスタが存在し、第2の前
記作業用レジスタが第1の前記作業用レジスタの前の値
を含み、前記ALUが、前記第1作業用レジスタおよび
第2作業用レジスタに、互いに別個の値を供給すること
を特徴とするプログラム可能データ処理装置。 - 【請求項3】 請求項1に記載のプログラム可能データ
処理装置において、前記シフトレジスタを、命令によっ
て異なった長さの区分に再分できることを特徴とするプ
ログラム可能データ処理装置。 - 【請求項4】 請求項1に記載のプログラム可能データ
処理装置において、制御ユニットが、前記プログラムメ
モリにおける命令のアドレスを形成するために、次の命
令に関する次のアドレスを現在の命令のビットシーケン
スから発生する循環シフトレジスタとして構成されたプ
ログラムカウンタを使用することを特徴とするプログラ
ム可能データ処理装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載のプログラム可能データ
処理装置において、前記第1の1ビット作業用レジスタ
の状態に排他的に依存する条件付ジャンプのみを行うこ
とができ、これらのジャンプ命令を2ワード命令として
実現したことを特徴とするプログラム可能データ処理装
置。 - 【請求項6】 請求項1に記載のプログラム可能データ
処理装置において、装置全体を非同期ロジックにおいて
実現したことを特徴とするプログラム可能データ処理装
置。 - 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
のデータ処理装置を有するデータキャリア。 - 【請求項8】 請求項1ないし6のいずれか1項に記載
のデータ処理装置を有する読み出し装置。
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