JP2000067026A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2000067026A
JP2000067026A JP23714898A JP23714898A JP2000067026A JP 2000067026 A JP2000067026 A JP 2000067026A JP 23714898 A JP23714898 A JP 23714898A JP 23714898 A JP23714898 A JP 23714898A JP 2000067026 A JP2000067026 A JP 2000067026A
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memory
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cpu
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semiconductor device
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Masayasu Iguchi
雅保 井口
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少量のメモリ容量で動作することのできるシ
ングルチップ・マイクロコンピュータを提供する。 【解決手段】 全体を制御するCPU11と、CPU1
1に対する圧縮実行命令コードが格納されている第1の
メモリ12と、CPU11において処理されるデータ等
を一時的に格納するための第2のメモリ13と、タイマ
ー、A/D変換器等を含む周辺回路14と、データを入
出力するための入出力ポート15と、第1のメモリ12
の圧縮命令コードを伸張するための伸張器18と、伸張
器18で伸張した命令を格納するための第3のメモリ1
9と、CPU11、第1のメモリ12、第2のメモリ1
3、周辺回路14、入出力ポート15、伸張器18およ
び第3のメモリ19の各機能ブロックがアドレス端子、
データ端子で接続されている共通バスライン17、なら
びに入出力ポートに接続する外部端子16とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、伸長回路を内蔵し
実行命令コード等のデータをより多く実装できる、例え
ばマイクロコンピュータを構成する半導体装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】マイクロコンピュータを構成する従来の
半導体装置の一例として、図4に示されているシングル
チップ・マイクロコンピュータ(以下、単にマイクロコ
ンピュータと記す)について、その構成および動作につ
いて説明する。図4において、41は全体を制御するC
PU(中央処理装置)である。42はCPU41に対す
る非圧縮の実行命令コードが格納されている第1のメモ
リであり、不揮発性メモリ例えばリードオンリーメモリ
(ROM)からなる。43はCPU41において処理さ
れるデータ等を一時的に格納するための第2のメモリで
あり、揮発性メモリ例えばスタティック・ランダム・ア
クセス・メモリ(SRAM)からなる。44はタイマ、
A/D変換器等を含む周辺回路である。45はデータを
入出力するための入出力ポートである。46は入出力ポ
ート45に接続する外部端子である。47はCPU4
1、第1のメモリ42、第2のメモリ43、周辺回路4
4および入出力ポート45の各機能ブロックがアドレス
端子、データ端子で接続されている共通バスラインであ
る。
【0003】この種のマイクロコンピュータにおいて
は、CPU41において、アドレス信号、データ信号お
よび制御信号等が生成されており、共通バスライン47
を介して上記各機能ブロック(41〜45)間における
各種データの授受が行われて、所定の処理作用が実行さ
れている。通常、このようなマイクロコンピュータにお
いては、CPU41により、共通バスライン47を介し
て第1のメモリ42にアドレス信号および読み出し制御
信号が入力され、これに対応して、第1のメモリ42に
格納されている実行命令コードが出力されて、CPU4
1に入力される。そして、この実行命令コードを受けた
CPU41は、当該実行命令コードに従った動作を実行
することによって、アドレス信号、データ信号および制
御信号等を、共通バスライン47を介して周辺回路44
に供給し、これらの周辺回路44をアクセスすることに
より、その動作を制御する。
【0004】第1のメモリ42がROMである場合の第
1のメモリ42の詳細な構造を図5を用いて説明する。
図5において、22はユーザROM領域、23はテスト
ROM領域である。通常使用のための命令はユーザRO
M領域22に実装され、ユーザ出荷前のテストを実行す
るための命令はテストROM領域23に実装される。通
常使用時とテスト時のマイクロコンピュータの動作の違
いはユーザROM領域22を使用するかテストROM領
域23を使用するかということだけで、他の動作の流れ
はほぼ同じである。
【0005】上記の第1のメモリ42のユーザROM領
域には、加算命令(add)や転送命令(mov)な
ど、もしくはマイクロコンピュータに特化した拡張演算
命令などが格納される。また、ユーザ出荷前のテスト
は、初期不良を取り除くために行われ、例えば大きな機
能テストまたは交流、直流の特性のテスト等が実施され
る。バーン・イン・テスト(高温多湿でのテスト)も実
行される。この場合、外部から制御できる端子が限られ
るので、外部端子を使った制御は行いにくくなる。
【0006】また、ユーザROM領域22へのデータの
書き込みは、マスクROMであるので、出荷前に製造元
で行われる。なお、第1のメモリ42としては、RAM
を用いることも可能であるが、その場合、テスト命令の
領域などはないので、外部から命令をローディングする
必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のマイクロコンピュータを構成する半導体装置に
おいては、例えばDVD(デジタルビデオディスク)の
誤り訂正処理などの複雑な処理を必要とするときには、
十分な命令を格納するために第2のメモリ42のメモリ
サイズを大きくしなければならない。また、テストRO
M領域23のメモリサイズはユーザROM領域22の5
%程度のサイズに決められているが、あらゆる動作テス
トを実行するためには不十分であるので、さらに第2の
メモリ42全体のメモリサイズを大きくしなくてはなら
ない。しかし、メモリのサイズが大きくなるとチップ面
積も大きくなり、半導体装置のコストが上昇するという
問題があった。
【0008】一方、テストROM領域23の容量が十分
に確保できない場合には、外部端子46から命令コード
を第2のメモリ43に転送した後、マイクロコンピュー
タの実行命令コードを第1のメモリ42からではなく第
2のメモリ43から供給することによりマイクロコンピ
ュータを動作させることもできるが、メモリ転送のため
に多くの時間がかかり、また元々第2のメモリ43の容
量が小さいため、十分な命令を実装するための領域を確
保することが困難なこともあった。
【0009】また、例えば高温多湿で長時間動作させる
バーン・イン・テストなどを行うためのテスト装置によ
っては、制御可能なピン数が限られているために、外部
から内部のメモリに転送ができない場合もある。すなわ
ち、上記の従来例においては、チップ面積が大きくな
る、テスト時間が長くなる、テストができないなどの課
題があり、結果的にテストコストが高くつくという問題
がある。
【0010】したがって、本発明の目的は、メモリ容量
の削減を図り、コストの削減を図ることができる半導体
装置を提供することである。また、本発明の他の目的
は、テストコストの削減を図ることができる半導体装置
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
圧縮データを格納した圧縮データメモリと、圧縮データ
メモリから読み出された圧縮データを伸長する伸長器と
を備えている。この場合、圧縮データメモリは例えばR
OMからなり、伸長器で伸長された伸長データが格納さ
れる伸長データメモリが付設されることもある。また、
圧縮データは、例えば圧縮実行命令コードからなり、伸
長データは伸長実行命令コードからなる。
【0012】この構成によれば、データを圧縮した状態
で格納し、伸長器によって圧縮されたデータを伸長する
ので、メモリ容量の削減を図ることができ、したがって
コストの削減を図ることができる。本発明の他の半導体
装置は、CPUおよび周辺回路を備え、信号を伝達する
アドレスバス、データバスおよび制御バス等を含む共通
バスラインを内部に有する半導体装置であって、圧縮実
行命令コードを格納する命令ROMと、命令ROMから
読み出された圧縮実行命令コードを伸長して伸長実行命
令コードとして出力する伸長器と、伸長器から出力され
た伸長実行命令コードを格納するためのダイナミックR
AMとをCPUおよび周辺回路が形成された同一チップ
内に形成したことを特徴とする。
【0013】この構成によれば、命令コードを圧縮した
状態で格納し、伸長器によって圧縮された命令コードを
伸長するので、メモリ容量の削減を図ることができ、し
たがってコストの削減を図ることができる。しかも、テ
スト命令を圧縮した状態で格納し、伸長器で伸長したテ
スト命令を内蔵のダイナミックRAMに記憶させてテス
ト命令を実行させるので、メモリ容量を大きくすること
なく多くのテスト命令コードを格納することができ、テ
スト動作時に内蔵のダイナミックRAMを用いることで
外部端子からテスト命令を与えるよりも動作時間を削減
でき、チップ面積の縮小またテスト時間の縮小によるテ
ストコストの削減が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。 (第1の実施の形態)図1は本発明の第1の実施の形態
の半導体装置としてのマイクロコンピュータの構成を示
すブロック図である。図1において、符号11は全体を
制御するCPUである。符号12はCPU11に対する
圧縮実行命令コードが格納されている不揮発性メモリ
(例えばROM)である第1のメモリ(圧縮命令メモ
リ)である。符号13はCPU11において処理される
データ等を一時的に格納するための第2のメモリ(デー
タメモリ)である。符号14はタイマ、A/D変換器等
を含む周辺回路である。符号15はデータを入出力する
ための入出力ポートである。符号16は入出力ポート1
5に接続する外部端子である。符号18は第1のメモリ
12の圧縮命令コードを伸長するための伸長器、19は
伸長器18で伸長した命令を格納するための第3のメモ
リ(伸長命令メモリ)である。符号17はCPU11、
第1のメモリ12、第2のメモリ13、周辺回路14、
入出力ポート15、伸長器18および第3のメモリ19
の各機能ブロックがアドレス端子、データ端子で接続さ
れている共通バスラインである。
【0015】上記の第1のメモリ12としては、バーン
・イン・テスト等で外部端子から命令を転送できない場
合も想定しているので、ROMを使用しているが、バー
ン・イン・テストを行わない場合には、RAMを用いて
もよい。また、第2のメモリ13としては、例えばSR
AMが用いられ、例えば第1のメモリ12が48kバイ
トの場合には、第2のメモリ13は8kバイトに設定さ
れる。なお、それらの割合は、目的、仕様に応じて変更
される。
【0016】また、第3のメモリ19としては、SRA
M、DRAM等、どのようなRAMを用いてもよいが、
DRAMは速度が落ちるので、早さが必要な処理の場合
には、SRAMを用いる方が好ましい。なお、第2のメ
モリ13の一部を第3のメモリ19として使用すること
もでき、この場合、独立した第3のメモリは省くことが
できる。ただ、第2のメモリをデータ用と命令用の両方
として使用することになるので、管理が大変で、サイズ
も大きくする必要がある。
【0017】以下、第1の実施例におけるマイクロコン
ピュータの動作について図2を参照しながら説明する。
図2で第3のメモリ19の詳細な説明をする。図2にお
いて、31は割り込み処理ルーチンなど特定の命令を常
駐させておく常駐領域、32、33および34は第3の
メモリ19の残りを3つに分けた場合の第1のバンク、
第2のバンクおよび第3のバンクであり、上記の特定の
命令以外の命令の一部が格納される。各バンクに存在し
ないアドレスがCPU11から出力された時は、LRU
アルゴリズムやFIFOアルゴリズム等によって、命令
のヒット率があがるように第3のメモリ19は制御さ
れ、伸長された命令がロードされる。
【0018】なお、バンク分けを行う理由は以下のとお
りである。すなわち、バンクに分けていないと、命令が
メモリ上になくなってしまった場合、一時実行を停止し
て次の命令をロードしなくてはならない。ところが、バ
ンク分けをすれば、次に必要なアドレスの命令を予め貯
えておくことができる。したがって、命令のフェッチと
命令の伸長とを並列に行うことができる。
【0019】また、命令は、複数で一括して圧縮されて
いる。伸長は、伸長器を用いてハードウェア的に実行す
るが、その方式は任意である。LRUアルゴリズムはL
east Recently Used アルゴリズム
であり、各バンクの最も長時間参照されないまま置かれ
ているものが選ばれ、新しい命令に取り替えられるとい
うアルゴリズムである。また、FIFOアルゴリズムは
Fast In Fast Outアルゴリズムであ
り、各バンクのうち一番早い時間にロードしたものが選
ばれ、新しい命令に取り替えられるというアルゴリズム
である。
【0020】まず、最低限必要な常駐しておくべき命令
が第1のメモリ12から出力され伸長器18に転送さ
れ、命令を伸長した後、第3のメモリ19の常駐領域3
1に転送される。つぎに、命令の実行番地を表すプログ
ラムカウンタの値にしたがってCPU11がアドレスを
出力する。初期状態の場合、第3のメモリ19のいずれ
の領域にも存在しないアドレスであるので、第1のメモ
リ12から圧縮命令が伸長器18に転送され、伸長さ
れ、第3のメモリ19の第1のバンク32に転送され
る。第1のバンク32には、本来命令が実装されるべき
アドレスが割り振られる。CPU11にはその伸長され
た命令が転送されデコードされ、デコード結果に従い、
命令が実行される。
【0021】上記における命令は、バンクサイズに伸長
できるように圧縮しておき、バンク毎にまとめて伸長、
転送する。この場合、例えば1バンクを2kバイトに
し、平均命令コード長が6バイト程度になっているとき
には、330個程度の命令が格納されることになる。プ
ログラムカウンタが第1のバンク32に割り当てたアド
レスの半ばまで進むと、第1のバンク32に割り当てた
アドレスの次のアドレス領域が圧縮されている命令群
を、第1のメモリ12から伸長器18を通して第2のバ
ンク33に転送する。第2のバンク33にも本来命令が
実装されるアドレスを割り振る。
【0022】同様に、プログラムカウンタが第2のバン
ク33に割り当てたアドレスの半ばまで進むと、第2の
バンク33に割り当てたアドレスの次のアドレス領域が
圧縮されている命令群を、第1のメモリ12から伸長器
18を通して第3のバンク34に転送する。第3のバン
ク34にも本来命令が実装されるアドレスを割り振る。
そして、命令がCPU11に渡り、実行していく。
【0023】またさらに、プログラムカウンタが第3の
バンク34に割り当てたアドレスの半ばまで進むと、次
に必要になるであろう第3のバンク34に割り当ててい
るアドレスの次のアドレスが、第3のメモリ19のどの
バンクにも割り当てられていないので、ページアウトを
実行する。ページアウトは、不要なアドレスを割り当て
ているバンクに、次に必要になるであろうアドレスの命
令を転送し、アドレスを割り当て直すことである。例え
ば、FIFOアルゴリズムの場合には、一番最初に転送
された第1のバンクの命令群が全て捨てられ、そのバン
クに次のアドレスの命令群を転送し、第1のバンクには
そのアドレスが再度割り当てられる。
【0024】このように、プログラムカウンタがバンク
の半ばまで来た時点でページアウトさせることによっ
て、プログラムを逐次的に実行している場合に次のアド
レスにあるはずのプログラムが転送されるのを待つこと
を無くし、命令のバンクへの転送と命令のフェッチ実行
とを並列に行えることを可能にする。例えば、第3のメ
モリ19に存在しないアドレスがプログラムカウンタの
値により出力され、そのデコード結果が周辺回路14の
レジスタへのライト命令であるときの状態について説明
する。この時、第3のメモリ19において一番早期に転
送された伸長命令が含まれているバンクは第3のバンク
34であるとする。
【0025】まず、CPU11からプログラムカウンタ
の値に従ってアドレスがアドレスバスに出力される。出
力されたアドレスが第3のメモリ19の各バンクに割り
当てているアドレスにあるかどうかを判定する。第3の
メモリ19に前記のアドレスが存在しないので、第1の
メモリ12からアドレス値に従って、そのアドレス付近
の命令が含まれる命令群の領域が第1のメモリ12から
伸長器18に転送され、伸長される。そして、第3のメ
モリ19のうち一番早期に転送されていた第3のバンク
34が選択され、その伸長された命令が第3のバンク3
4に転送される。
【0026】つぎに、アドレスに従って第3のバンク3
4から命令がデータバスに出力され、CPU11に入力
され、デコードされる。デコード結果に従って、CPU
11は書き込みをするレジスタのアドレスをアドレスバ
スに出力し、その書き込みデータをデータバスに出力
し、書き込みタイミングを制御バスに出力することによ
り、命令に書かれているレジスタにデータが書き込まれ
る。
【0027】また、第1のメモリ12から伸長器18へ
のデータ転送、伸長器18におけるデータ伸長、伸長器
18から第3のメモリ19へのデータ転送、第3のメモ
リ19からCPU11へのデータ転送およびCPU11
のデータデコードは、ダイレクト・メモリ・アクセス・
コントローラなどにより並列に実行され、全体の命令実
行の時間が短縮される。
【0028】以上のように、この実施の形態の半導体装
置によれば、データを圧縮した状態で格納し、伸長器1
8によって圧縮データを伸長するので、メモリ容量の削
減を図ることができ、したがってコストの削減を図るこ
とができる。しかも、伸長された命令は、第3のメモリ
19に一時的に蓄えられるので、第3のメモリ19に蓄
えられている間に同じ命令が実行される場合には、伸長
処理が省け、高速処理が可能となる。
【0029】上記の説明では、圧縮するのは、命令コー
ドであったが、命令コード以外のデータについても圧縮
して第1のメモリ12に格納しておき、必要なときに伸
長させるようにしてもよい。 (第2の実施の形態)図3は本発明の第2の実施の形態
の半導体装置としてのマイクロコンピュータの構成を示
すブロック図である。図3において、符号11から符号
18までの各ブロックは図1と同じである。符号51は
内蔵のダイナミックRAMである。
【0030】一般に、ダイナミックRAM51はLSI
の外部に接続され、通常動作では第2のメモリ13より
も動作速度は遅いが、大量のデータを格納することがで
きる。図3ではダイナミックRAM51を内蔵にするこ
とにより、外付けのダイナミックRAMよりも高速にア
クセスすることが可能となっており、同一チップ内に形
成されているためテスト動作の場合でもLSI内部で接
続されている。
【0031】機能テストの場合、テストROM領域23
に圧縮命令を格納しておく。まず、CPU11がアドレ
スを出力する前に、上記圧縮命令コードを伸長器18に
転送し、伸長し、ダイナミックRAM51においてテス
トで使用しない領域に命令コードを転送する。なお、テ
ストで使用しない領域というのは、テストROMの中に
入っている、命令コードで使用しない領域のことであ
る。
【0032】一般に、ダイナミックRAM51が外付け
の場合、機能テストを実行するときにはダイナミックR
AMは接続されていないので、伸長データの転送ができ
ない。一方、第2のメモリ13は命令を伸長したものを
格納できるだけの領域は持っていないので、利用できな
い。ところが、この実施の形態では、ダイナミックRA
M51はLSIの内部に構成されており、大容量のメモ
リであり、メモリサイズに余裕があるので、伸長した命
令を格納することが可能となっている。この場合、ダイ
ナミックRAM51は、第1のメモリ12のデータを伸
長したものを全てでも格納できる程度に容量が設定され
ている(例えば、512kバイト)。しかし、テスト以
外で、DRAMから命令をフェッチすると、速さが必要
な場合、ネックになる。これは、DRAMからのフェッ
チの方が、SRAMからのフェッチよりも時間がかかる
からである。
【0033】なお、この実施の形態は、テストを実行す
るためだけに、注目したものであり、ユーザROMに
は、非圧縮命令があって、直接命令をフェッチすると想
定している。しいていうなら、第3のメモリとしてDR
AMを使用することができるということになる。つぎ
に、CPU11がアドレスをアドレスバスに出力し、そ
のアドレスに従って、ダイナミックRAM51から命令
がデータバスに出力される。CPU11はその命令をフ
ェッチし、デコードし、以下従来のマイクロコンピュー
タと同様に動作する。
【0034】以上のような構成にすれば、少ないテスト
ROM領域23であっても多くの命令を実装でき、ま
た、内蔵のダイナミックRAMを用いているためLSI
外部から命令を与えるよりも比較的高速に命令をCPU
11に転送することが可能となっている。特にバーン・
イン・テストの場合は外部から制御できる端子が少ない
ので、外部から命令をCPU11に与えることが実現し
にくいので、上記のように内部で閉じた世界でLSIを
動作させ、テストすることができるので有効である。
【0035】この実施の形態によれば、命令コードを圧
縮した状態で格納し、伸長器によって圧縮命令コードを
伸長するので、メモリ容量の削減を図ることができ、し
たがってコストの削減を図ることができる。しかも、テ
スト命令を圧縮した状態で格納し、伸長器18で伸長し
たテスト命令を内蔵のダイナミックRAM51に記憶さ
せてテスト命令を実行させるので、メモリ容量を大きく
することなく多くのテスト命令コードを格納することが
でき、テスト動作時に内蔵のダイナミックRAM51を
用いることで外部端子からテスト命令を与えるよりも動
作時間を削減でき、チップ面積の縮小またテスト時間の
縮小によるテストコストの削減が可能となる。
【0036】
【発明の効果】請求項1〜4記載の半導体装置によれ
ば、圧縮データ(または圧縮命令コード)をメモリに格
納し、圧縮データを伸長器により伸長するので、メモリ
容量の削減ができる。また、請求項5記載の半導体装置
によれば、テスト動作時に内蔵のダイナミックRAMを
用いることで外部端子から命令を与えるよりも動作時間
を削減でき、チップ面積の縮小による製造コストの削減
またテスト時間の縮小によるテストコストの削減ができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロコンピュータを構成する本発明の第1
の実施の形態における半導体装置の構成を示すブロック
図である。
【図2】第3のメモリの詳細を示すブロック図である。
【図3】マイクロコンピュータを構成する本発明の第2
の実施の形態における半導体装置の構成を示すブロック
図である。
【図4】マイクロコンピュータを構成する従来の半導体
装置の構成を示すブロック図である。
【図5】第1のメモリの詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
11 CPU 12 第1のメモリ(圧縮データメモリ) 13 第2のメモリ 14 周辺回路 15 入出力ポート 16 外部端子 17 共通バスライン 18 伸長器 19 第3のメモリ(伸長データメモリ) 22 ユーザROM領域 23 テストROM領域 31 常駐領域 32 第1のバンク 33 第2のバンク 34 第3のバンク 41 CPU 42 第1のメモリ 43 第2のメモリ 44 周辺回路 45 入出力ポート 46 外部端子 47 共通バスライン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮データを格納した圧縮データメモリ
    と、前記圧縮データメモリから読み出された圧縮データ
    を伸長する伸長器とを備えた半導体装置。
  2. 【請求項2】 圧縮データメモリがROMであることを
    特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 圧縮データが伸長された伸長データを格
    納する伸長データメモリを付設した請求項1または請求
    項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 圧縮データが圧縮実行命令コードからな
    り、伸長データが伸長実行命令コードからなる請求項3
    記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 CPUおよび周辺回路を備え、信号を伝
    達するアドレスバス、データバスおよび制御バス等を含
    む共通バスラインを内部に有する半導体装置であって、
    圧縮実行命令コードを格納する命令ROMと、前記命令
    ROMから読み出された前記圧縮実行命令コードを伸長
    して伸長実行命令コードとして出力する伸長器と、前記
    伸長器から出力された前記伸長実行命令コードを格納す
    るためのダイナミックRAMとを前記CPUおよび前記
    周辺回路が形成された同一チップ内に形成したことを特
    徴とする半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100496084B1 (ko) * 2001-09-21 2005-06-20 미쓰비시 덴키 시스템 엘에스아이 디자인 가부시키가이샤 반도체 집적 회로
JP2010071932A (ja) * 2008-09-22 2010-04-02 Yokogawa Electric Corp Lsiテスタ

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