JP2755205B2 - データ処理装置の低消費電力化方式 - Google Patents

データ処理装置の低消費電力化方式

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JP2755205B2
JP2755205B2 JP7063553A JP6355395A JP2755205B2 JP 2755205 B2 JP2755205 B2 JP 2755205B2 JP 7063553 A JP7063553 A JP 7063553A JP 6355395 A JP6355395 A JP 6355395A JP 2755205 B2 JP2755205 B2 JP 2755205B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はデータ処理装置の低消費
電力化方式に関し、特にプロセッサ動作中における低消
費電力化方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、低消費電力にするために、マイク
ロプロセッサのLSIへのクロックの供給を止める方法
として、クロック供給停止の専用の命令を使う方法が知
られている。しかし、クロックを止めるタイミングが難
しく、その解決のために種々の方式が考えられてきた。
例えば、AC電源又はバッテリの電源供給を持つデータ
処理装置に於いて、ある一定時間CPUへの処理動作の
有無の監視を行い、なければクロック供給を行わない方
式や、キー入力装置からのキー入力待ち時間に於いて、
クロック制御を行う方式があった。また、クロックの周
波数を変える方式としては、特開昭59−95624号
公報に開示されているように、アイドリング状態を検出
する回路を設け、ハードウェア割込の有無を常に監視し
て割込みの有無によりCPUへのクロックの周波数を切
り替える(割込み待ち状態のときはクロック周期数を下
げ、割込みがあったときはクロック周期数を上げる)方
式があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
CPUへの処理動作の有無の監視方式又はキー入力待ち
時間方式は、本来のデータ処理装置の性能を活かすよう
な通常動作中にCPUがタスク処理をしないで通常のク
ロック動作で遊んでいるという時間が生ずるため、消費
電力が思った以上に減らないという欠点があった。ま
た、特開昭59−95624公報の方式では、アイドリ
ング検出回路を設けてハードウェア割込みの有無を常に
監視し、割込みの有無によりクロックの周波数を変える
だけであるため、余分にアイドリング検出回路を必要と
する上に、クロックの周波数を変えるという中途半端な
クロック制御であるため、これも思った以上に消費電力
が減らないという欠点があった。特に、これらの従来方
式では、クロックを止めるタイミングが必ずしもCPU
がフリーになった直後になっていないため、バッテリの
電源で動作するデータ処理装置(例えば、CMOSのプ
ロセッサを用いた装置)は、高速のクロックでプロセッ
サを動作させるとバッテリの寿命を縮めるという欠点が
あった。本発明の目的は、このような従来の問題点に鑑
み、従来よりも確実かつ効率的に低消費電力化が図れる
ようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、プロセッサが
プログラム実行中にハードウェア割込を期待したアイド
ル状態、又は次のタスク処理への移行待ちが必ずあるこ
とに着目し、このようなアイドル時又はタスク移行時に
プロセッサへのクロック供給を中断することにより上記
の目的を達成するもので、その特徴は次のとおりであ
る。
【0005】本発明の第1の低消費電力化方式は、クロ
ック発生回路と、記憶部と、この記憶部に格納されたプ
ログラムを実行するプロセッサと、周辺制御回路とを含
むデータ処理装置に於いて、プロセッサがプログラムの
特定のアイドルルーチンを実行しない場合にはクロック
発生回路からのクロックをプロセッサへ供給するクロッ
ク供給手段と、プロセッサが特定のアイドルルーチンに
入ってから起動して所定時間後にタイマー割込信号を発
生するタイマーと、プロセッサが特定のアイドルルーチ
ンに入ったときからプロセッサへのクロックの供給を中
断するクロック中断手段と、アイドルルーチンに入った
ときプロセッサをハードウエア割込許可状態にするハー
ドウエア割込マスク解除手段と、ハードウエアマスク解
除手段によるハードウエア割込許可状態において、タイ
マー割込信号又は周辺制御回路からの外部割込信号を受
けてから、プロセッサへのクロックの供給を再開するク
ロック供給再開手段と、タイマー割込信号を受けてプロ
セッサをハードウエア割込抑制状態にするハードウエア
割込マスク手段とを備えたものである。
【0006】本発明の第2の低消費電力化方式は、クロ
ック発生回路と、記憶部と、該記憶部に格納されたプロ
グラムのタスク処理ルーチンに従ったタスク処理を行う
プロセッサと、周辺制御回路とを含むデータ処理装置に
於いて、タスク処理ルーチンの1つのタスク処理終了時
に、クロック発生回路からプロセッサへのクロックの供
給を中断するクロック中断手段と、タスク処理ルーチン
の1つのタスク処理終了時に起動して所定時間後にタイ
マー割込信号を発生するタイマーと、タスク処理ルーチ
ンの1つのタスク処理終了時に、プロセッサをハードウ
エア割込許可状態にするハードウエア割込マスク解除手
段と、タイマー割込信号又は周辺制御回路からの外部割
込信号を受けてから、プロセッサへのクロックの供給を
再開するクロック供給再開手段と、タイマー割込信号を
受けてプロセッサをハードウエア割込抑制状態にするハ
ードウエア割込マスク手段とを備えたものである。
【0007】
【作用】以上のような本発明による方式では、アイドル
ルーチンに入ったとき又は次のタスクへの移行時にプロ
セッサへのクロックの供給を中断させ、ハードウェア割
込があるとプロセッサへのクロックの供給を再開し、割
込処理を実行することができる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1実施例の低消費電力化方式
を適用したデータ処理装置のブロック構成図である。こ
のデータ処理装置は、プロセッサ1、クロック発生回路
3、クロックの供給を制御するフリップフロップ11、
ウォッチドッグタイマーであるタイマー4、周辺制御回
路5・6(各種デバイスを制御する回路)、プログラム
を格納している記憶部2、記憶部2をアクセスするため
のアドレス制御線31、記憶部2からプログラムと制御
情報等の読み出し/書き込みができるようにするための
データバス32、クロック発生回路3からのクロック2
1を供給しているクロック線20、フリップフロップ1
1からの出力線である信号線41、信号線41とクロッ
ク線20を入力としたNAND回路12、NAND回路
12の出力線であるクロック線22、タイマー4からの
割込信号52と周辺制御回路5からの割込信号53と周
辺制御回路6の割込信号54とを入力して割込信号51
として出力するOR回路13、タイマー4及び周辺回路
5・6にデータの読み出し/書き込み等ができるように
プロセッサ1が制御する制御線群33から構成される。
【0009】図1に於いて、信号線41がオン(フリッ
プフロップ11がセットされている状態)のとき、NA
ND回路12によりクロック線22にはクロック21が
発生し、信号線41がオフ(フリップフロップ11がリ
セットされている状態)のときNAND回路12により
クロック線22にはクロック21が発生しない。また、
フリップフロップ11は、プロセッサ1の命令の実行に
より制御線群33を通してリセットができ、割込信号5
1によりセットされる。このときのフリップフロップ1
1のセット又はリセットされるタイミングは、クロック
21の立ち下がりであり、フリップフロップ11は、電
源投入時及びイニシャライズ時にセットされる。また、
図1中に示していないが、プロセッサ1の内部には、ハ
ードウェアの割込みを制御する割込マスク用のフリップ
フロップ(以降、この動作を割込マスクと称す)があ
る。
【0010】図2は、プロセッサ1がクロックの供給を
止める命令(本実施例では、コマンドAとする)を実行
したとき、プロセッサ1に供給されるクロック線22の
クロックの動作を示したタイムチャートである。図2中
の命令語AはコマンドAが実行(クロックの供給を止め
る)されることを表している。但し、図2のタイムチャ
ートの例では、命令実行サイクルは1サイクル1クロッ
クである。
【0011】図3は、プロセッサ1が記憶部2に格納さ
れているプログラムのアイドルルーチンの実行の処理及
び割込処理を行うときのフローチャートである。本実施
例でのアイドルルーチンとは、プロセッサがプログラム
上ウェイト状態(タスク処理後の状態、事象待ち状態
等)にしたいときに通すルーチンを示している。図3に
於いて、アイドリングルーチンは、その入口を示すステ
ップ500、タイマー値の設定を行うステップ501、
ハードウェア割込のマスクの解除(ハードウェア割込の
許可)を行うステップ502、コマンドAによりクロッ
クを止めるステップ503、NOP動作(no ope
ration instruction)の命令語を実
行させるステップ504とから構成される。また、割込
処理ルーチンは、ハードウェアの割込みが発生した場合
の入口を示すステップ600、クロックの起動、ハード
ウェアの割込みのマスクの設定及びタイマーの停止を行
うステップ601、タイマー割込の事象が発生したかど
うかを調べるステップ602、事象の処理を行う必要が
あるかどうかを調べるステップ603、事象処理を行う
ステップ604、タイマー割込以外の事象処理(周辺制
御回路からの割込によるタスク処理)を行うステップ6
05から構成される。なお、各ステップの動作は必ずし
も1ステップ当たり1命令語の実行を示すものではな
い。但し、ステップ601の動作は割込によるハードウ
ェアの処理を示し、プログラム動作を示すものではな
い。
【0012】次に、図1に示す第1実施例の動作を図
2、図3を参照して説明する。今、図1に示したデータ
処理装置に電源が投入されると、フリップフロップ11
がセットされるので信号線41がオンになり、クロック
発生回路3からのクロック21がNAND回路12から
クロック線22へ出力され、プロセッサ1に入力され
る。これによりプロセッサ1は、記憶部2に格納された
プログラムをアドレス制御線31とデータバス32を通
して読み出し、実行する。やがてプロセッサ1は、図3
のアイドリングルーチンのステップ500に入り、同図
に示す動作を行う。
【0013】図3のステップ503のコマンドAが実行
されると、図1の制御線群33によりフリップフロップ
11がリセットされ、信号線41がオフとなり、クロッ
ク線22にはクロック21が発生しない。更に、コマン
ドAが実行されると制御線群33によりタイマーが起動
される。従って、タイマー4はカウントし始めるが、プ
ロセッサ1は動作しない。
【0014】タイマー4が所定の時間カウントをし終わ
ると、割込信号52を発生し、OR回路13により割込
信号51がオンとなり、フリップフロップ11をセット
する(図3では、ステップ600に入り、ハードウェア
処理でステップ601を実行)。従って、信号線41が
オンとなるためにクロック線22にクロック21が発生
することになり、プロセッサ1はプログラムの実行を開
始する。図3のステップ603で事象の処理を行う必要
がない場合は、アイドルルーチンのステップ501に戻
り、クロックの供給を止める動作に移る。図3のステッ
プ603で事象の処理を行う必要がある場合は、ステッ
プ604の所定の割込処理を実行し、アイドルルーチン
のステップ501に戻る。この場合、ステップ604の
事象処理内で、プロセッサ1が割込要因を制御線33を
通してリセットするようにプログラムが組まれている。
【0015】タイマー4が所定の時間のカウントをし終
わらないうちに、周辺制御回路5又は6からハードウェ
ア割込があると、割込信号51がオンとなりフリップフ
ロップ11がセットされる。タイマー4の割込と同様に
クロック線22にクロック21が発生し、プロセッサ1
にクロックが供給される。このときの図3の動作は、ス
テップ600に入り、ステップ602でタイマー割込か
どうか調べることになるが、周辺制御回路からのハード
ウェア割込のためステップ605で各周辺制御回路に沿
った割込処理を実行し、アイドルルーチンのステップ5
01に戻る。
【0016】ステップ501に戻る場合、ステップ60
5の処理内で割込要因をリセットするようにプログラム
が組まれている。このときの、クロックの停止と再起動
についてのタイムチャートを図2に示す。図2に於い
て、クロックを止めるタイミングはP点を示し、クロッ
ク起動の再開はQ点に示す。また、図2内のJは割込時
の命令語を示し、J+1はJの次の命令語、J+2はJ
+1の次の命令語をそれぞれ示す。
【0017】なお、上記の説明では、図2のタイムチャ
ートで1命令の実行サイクルを1サイクル1クロックと
したが、1サイクル2クロック以上で動作する場合も本
発明に含まれることは明らかである。
【0018】上記説明したアイドルルーチンは汎用性が
あるため、制御プログラム、OS、アプリケションソフ
ト等のプログラムの種別に関係なく独立に組み込むこと
ができることは明らかである。
【0019】次に、図4は、本発明の第2実施例の低消
費電力化方式を適用したデータ処理装置のブロック構成
図である。このデータ処理装置は、プロセッサ101、
クロック発生回路103、クロックの供給を制御するフ
リップフロップ111、ウォッチドッグタイマーである
タイマー104、周辺制御回路105・106(各種デ
バイスを制御する回路)、プログラムを格納している記
憶部102、記憶部102をアクセスするためのアドレ
ス制御線131、記憶部102からプログラムと制御情
報等の読み出し/書き込みができるようにするためのデ
ータバス132、クロック発生回路103からクロック
121を供給しているクロック線120、フリップフロ
ップ111からの出力線である信号線141、信号線1
41とクロック線120を入力としたNAND回路11
2、NAND回路112の出力線であるクロック線12
2、タイマー104からの割込信号152と周辺制御回
路105からの割込信号153と周辺制御回路106の
割込信号154とを入力して割込信号151として出力
とするOR回路113、タイマー104及び周辺回路1
05・106を通してデータの読み出し/書き込み等が
できるようにプロセッサ101が制御する制御線群13
3から構成される。
【0020】図4に於いて、信号線141がオン(フリ
ップフロップ111がセットされている状態)のときN
AND回路112によりクロック線122にはクロック
121が発生し、信号線141がオフ(フリップフロッ
プ111がリセットされている状態)のときNAND回
路112によりクロック線122にはクロック121が
発生しない。なお、フリップフロップ111は、プロセ
ッサ101の命令の実行により制御線群133を通して
リセットができ、割込信号151によりセットされる。
この場合のフリップフロップ111は、クロック121
の立ち下がりのタイミングでセットまたはリセットさ
れ、電源投入時又はイニシャライズ時にセットされる。
また、タイマー104は、カウントを行うカウンタとタ
イマーの比較値をホールドするレジスタとコンパレータ
とから構成されている。
【0021】第2実施例では、データ処理装置の立ち上
げの環境設定時にタイマーの比較値をプロセッサ101
が制御線群133とデータバス132を通して設定(本
例では設定値をnとする)する。タイマー104の動作
は、信号線141がオフの場合カウント値0でスタート
し、予め設定されたタイマー値nと比較し、一致したら
割込信号152を発生する。信号線141がオンの場
合、タイマー104内のカウンタは0になる。また、図
4中に示していないが、プロセッサ101の内部には図
1の場合と同様にハードウェアの割込みを制御する割込
マスク用のフリップフロップがある。
【0022】図5は、第2実施例の方式において、記憶
部102に格納されているプログラムの一部で、プロセ
ッサ101がプログラム実行中にハードウェア割込待ち
にしたい場合(プログラム上で処理することがなく、次
の処理まで待ち状態にしたい場合)の一般的なタスク処
理を行うフローチャートである。この処理ルーチンは、
各種命令の処理を行うステップ701、コマンドEによ
りハードウェア割込のマスク解除(ハードウェア割込の
許可)、タイマーの起動、及びクロックの停止を行うス
テップ702から構成される。なお、ステップ701の
動作は複数の命令語を実行する(タスク処理をする)こ
とにより処理され、ステップ702は、1つのタスク処
理が終わり他の処理に引き渡したい最後のコマンドとし
て用いられ、1コマンド(1命令語)の実行により処理
される。更に、ステップ702内の括弧の中は、コマン
ドEを実行したときのハードウェアの動作を示す。
【0023】図6は、プロセッサ101が記憶部102
に格納されているプログラムの割込処理を行うときのフ
ローチャートである。この割込処理ルーチンは、タイマ
ー割込の事象が発生したかどうかを調べるステップ80
1、事象処理を行う必要があるかどうかを調べるステッ
プ802、事象処理を行うステップ803、タイマー割
込以外の事象処理を行うステップ805、コマンドEの
実行を行うステップ804・806から構成される。な
お、ステップ804と805内の括弧の中は、コマンド
Eを実行したときのハードウェアの動作を示す。
【0024】次に、図4に示した第2実施例の動作を図
5、図6を参照して説明する。今、図4のデータ処理装
置に電源が投入されると、フリップフロップ111がセ
ットされるので信号線141がオンになり、クロック発
生回路103からのクロック121がNAND回路11
2からクロック線122へ出力され、プロセッサ101
に入力される。これによりプロセッサ101は、記憶部
102に格納されたプログラムをアドレス制御線131
とデータバス132を通して読み出し、実行する。この
とき、プロセッサ101が環境設定等の処理を行い、コ
マンドEを実行するようにプログラムが組まれている。
このときのプログラム一般的な構成が図5である。環境
設定等の処理が図5のステップ701に相当する。
【0025】図5のステップ702のコマンドEが実行
されると、図4の制御線群133によりフリップフロッ
プ111がリセットされ、信号線141がオフとなり、
クロック線122にはクロック121が発生しない。従
って、信号線141がオフになったため、タイマー10
4は値0からカウントし始めるが、プロセッサ1は動作
しない。このときのプロセッサ101内の割込マスクは
コマンドEによりリセット(ハードウェア割込を許可)
される。
【0026】タイマー104が所定の時間カウントをし
終わると、割込信号152を発生し、OR回路113に
より割込信号151がオンとなり、フリップフロップ1
11をセットする。従って、信号線141がオンとなる
ためにクロック線122にクロック121が発生するこ
とになり、プロセッサ1はプログラムの実行を開始す
る。プロセッサ101は割込信号152により、プロセ
ッサ内の割込マスクをセット(他のハードウェア割込を
抑制する)し、図6のフローチャートに従った割込処理
を行う。やがて、図6のステップ804に来るとコマン
ドEを実行することになり、クロックを止め、ハードウ
ェア割込待ちとなる。
【0027】タイマー104が所定の時間のカウントを
し終わらないうちに、周辺制御回路105又は106か
らハードウェア割込があると、割込信号151がオンと
なりフリップフロップ111がセットされる。タイマー
104の割込と同様にクロック線122にクロック12
1が発生し、プロセッサ101にクロックが供給され
る。プロセッサ101は割込信号153又は154によ
り、図6のフローチャートに従ったステップ805の割
込処理を行う。やがて、図6のステップ806に来ると
コマンドEを実行することになり、クロックを止め、ハ
ードウェア割込待ちとなる。
【0028】このときの、クロックの停止と再起動につ
いてのタイムチャートを図7に示す。図7に於いて、ク
ロックを止めるタイミングはP点を示し、クロック起動
の再開はQ点に示す。また、図7内のKは割込時の先頭
の命令語を示し、K+1はKの次の命令語、K+2はK
+1の次の命令語をそれぞれ示す。図7のタイマー10
4の動作値はカウント値を示し、カウンタ値nはカウン
タ104内の比較値nと一致したためにフリップフロッ
プ111がセットされたことを示す。
【0029】なお、上記の説明では、図7のタイムチャ
ートで1命令の実行サイクルを1サイクル1クロックと
したが、1サイクル2クロック以上で動作する場合も本
発明に含まれることは明らかである。
【0030】上記で説明したコマンド(命令語)は、汎
用性があり、制御プログラム、OS、アプリケションソ
フト等のプログラムの種別に関係なく、1命令語で組み
込むことができる。本発明のコマンドはプログラマー等
の設計者にとって使い易いコマンドであることは明らか
である。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による低消
費電力化方式は、プロセッサがプログラム処理中におけ
るアイドル状態になったとき、又は次のタスク処理への
移行時にプロセッサへのクロックの供給を中断させ、タ
イマー又は周辺制御回路からのハードウェア割込がある
とプロセッサへのクロックの供給を再開するので、従来
よりも確実かつ効率的に低消費電力化が図れる。従っ
て、特に携帯用のデータ処理装置(例えば、パーソナル
コンピュータやゲーム機など)の場合、バッテリで駆動
する方式を取っているため長時間使用可能となる。ま
た、アイドルルーチン又はタスク処理ルーチンというプ
ログラムにおいて、低消費電力化の設計ができ、電力制
御の管理及びプログラム開発が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の低消費電力化方式を適用
したデータ処理装置のブロック構成図である。
【図2】第1実施例において、アイドルルーチン処理中
でのクロックの停止と再起動を示したタイムチャートで
ある。
【図3】第1実施例において、アイドルルーチンの動作
とハードウェア割込動作の一例を示すフローチャートで
ある。
【図4】本発明の第2実施例の低消費電力化方式を適用
したデータ処理装置のブロック構成図である。
【図5】第2実施例において、コマンドの一般的な使用
方法の一例を示すフローチャートである。
【図6】第2実施例において、ハードウェア割込時のプ
ログラムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図7】第2実施例において、コマンド実行時のクロッ
クの停止と、ハードウェア割込時のクロックの再起動を
示すタイムチャートである。
【符号の説明】
1・101 プロセッサ 2・102 記憶部 3、103 クロック発生回路 4・104 タイマー 5・6・105・601 周辺制御回路 11・111 フリップフロップ 12・112 NAND回路 13・113 OR回路 20・120 クロック線 22・122 クロック線 31・131 アドレス制御線 32・132 データバス 33・133 制御線群 41・141 信号線 51・52・53・54・151・152・153・1
54 割込信号

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クロック発生回路と、記憶部と、この記
    憶部に格納されたプログラムを実行するプロセッサと、
    周辺制御回路とを含むデータ処理装置に於いて、前記プ
    ロセッサがプログラムの特定のアイドルルーチンを実行
    しない場合には前記クロック発生回路からのクロックを
    プロセッサへ供給するクロック供給手段と、前記プロセ
    ッサが前記特定のアイドルルーチンに入ってから起動し
    て所定時間後にタイマー割込信号を発生するタイマー
    と、前記プロセッサが前記特定のアイドルルーチンに入
    ったときから前記プロセッサへのクロックの供給を中断
    するクロック中断手段と、前記アイドルルーチンに入っ
    たとき前記プロセッサをハードウエア割込許可状態にす
    るハードウエア割込マスク解除手段と、前記ハードウエ
    アマスク解除手段によるハードウエア割込許可状態にお
    いて、前記タイマー割込信号又は前記周辺制御回路から
    の外部割込信号を受けてから、前記プロセッサへのクロ
    ックの供給を再開するクロック供給再開手段と、前記タ
    イマー割込信号を受けて前記プロセッサをハードウエア
    割込抑制状態にするハードウエア割込マスク手段とを備
    えたことを特徴とするデータ処理装置の低消費電力化方
    式。
  2. 【請求項2】 クロック発生回路と、記憶部と、該記憶
    部に格納されたプログラムのタスク処理ルーチンに従っ
    たタスク処理を行うプロセッサと、周辺制御回路とを含
    むデータ処理装置に於いて、前記タスク処理ルーチンの
    1つのタスク処理終了時に、前記クロック発生回路から
    プロセッサへのクロックの供給を中断するクロック中断
    手段と、前記タスク処理ルーチンの1つのタスク処理終
    了時に起動して所定時間後にタイマー割込信号を発生す
    るタイマーと、前記タスク処理ルーチンの1つのタスク
    処理終了時に、前記プロセッサをハードウエア割込許可
    状態にするハードウエア割込マスク解除手段と、前記タ
    イマー割込信号又は前記周辺制御回路からの外部割込信
    号を受けてから、前記プロセッサへのクロックの供給を
    再開するクロック供給再開手段と、前記タイマー割込信
    号を受けて前記プロセッサをハードウエア割込抑制状態
    にするハードウエア割込マスク手段とを備えたことを特
    徴とするデータ処理装置の低消費電力化方式。
JP7063553A 1995-02-28 1995-02-28 データ処理装置の低消費電力化方式 Expired - Fee Related JP2755205B2 (ja)

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