JP2803428B2 - 入力バッファ - Google Patents

入力バッファ

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JP2803428B2
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    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40Bus structure
    • G06F13/4063Device-to-bus coupling
    • G06F13/4068Electrical coupling
    • G06F13/4072Drivers or receivers

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路に係わ
り、特にデータバスの入力バッファに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロプロセッサなどの半導体
集積回路においては、外部バス上の情報を特定のタイミ
ングで取り込むためにバス制御回路で入力タイミングを
示す制御信号を生成し、外部バスの入力バッファ制御を
行なう方式が一般的である。以下にその従来例を示す。
【0003】図4はマイクロプロセッサとメモリインタ
ーフェースのモデルを示す図である。図4において、マ
イクロプロセッサ15,メモリシステム16,クロック
信号17,アドレスバス18はマイクロプロセッサ15
からメモリ16へアドレス信号をを送る線路,R/W信
号19はロウ書き込み、ハイ読み出しでマイクロプロセ
ッサ15からリードとライトを行なう信号,BCYST
信号20はマイクロプロセッサ15からバスサイクルの
開始を示す負論理の信号,DA信号21はマイクロプロ
セッサ15からデータアクセスのタイミングを示す負論
理の信号,双方向データバス24はマイクロプロセッサ
15とメモリシステム16の間でデータを転送する線
路,READY信号22はメモリシステム16からデー
タ転送の準備ができたことを伝える負論理の信号,SZ
RQ信号23はメモリシステム16から16ビット幅で
データを転送をする必要があることを伝える負論理の信
号,をそれぞれ示す。
【0004】32ビット幅のバスをもつマイクロプロセ
ッサの場合、システムコストを低減し、且つ16ビット
の周辺装置とのインターフェイスをとる関係上から、バ
ス幅を16ビットに制限してアクセスを行なう機能を用
意することが多い(バスサイジング機能)。ここでは、
まずはじめにバスサイジングがない場合のデータ転送に
ついて説明する。
【0005】図5はメモリリードバスサイクルのバスサ
イジングがない場合のタイミングチャートを示す図であ
る。次に図4と図5を参照してマイクロプロセッサ15
とメモリシステム16間のデータと制御信号との関係を
説明する。マイクロプロセッサ15がメモリシステム1
6からデータを読み出す場合、まず読み出すメモリアド
レスをクロック信号17の立上りに同期して、アドレス
バス18に乗せ(601)、同時にR/W信号19をハ
イレベルにし読み出し指定をし(602)、且つBCY
ST信号をアクティブにする(603)。メモリシステ
ム16は、前記の入力信号群から、指定されたアドレス
に格納してある情報を準備し、データバス24に出力す
る用意ができるまでREADY信号22をインアクティ
ブにし続ける(604)。
【0006】マイクロプロセッサ15は、BCYST信
号20を1クロックの間だけアクティブにした後、BC
YST信号20をインアクティブにするかわりにDA信
号21をアクティブにしてメモリシステム16からのR
EADY信号22を待つ(604)。メモリシステム1
6は読み出しを指定されたデータをデータバス24に乗
せるとともに(607)、READY信号22をアクテ
ィブにする(606)。マイクロプロセッサ15は、D
A信号21をアクティブにしている間、クロックの立ち
下がりタイミングで1クロックごとにREADY信号2
2をサンプリングし、アクティブを検出したらその次の
クロックの立ち上りのタイミングでデータバス24上の
データを内部のバッファに取り込む(608)。
【0007】以上の動作により、マイクロプロセッサ1
5は任意のアドレスをメモリシステム16から読み出す
ことができる。
【0008】次にバスサイジングがある場合について、
図4及びバスサイジング時のタイミィングチャートを示
す図6を用いて説明する。ここで示す例では、SZRQ
信号23を使って32ビットのデータを16ビットづつ
2回に分けて転送することができる。図5において、メ
モリシステム16のデータ出力準備ができるまでREA
DY信号22を使ってマイクロプロセッサ15のバスサ
イクルを延長したようにSZRQ信号23を使ってその
バスサイクルがサイジングされていることをマイクロプ
ロセッサ15に伝え、上位16ビットの転送のための追
加バスサイクルの発行を要求することができる。マイク
ロプロセッサ15がメモリシステム16から32ビット
データを読み出そうとする場合、まず読み出すメモリア
ドレスをクロック信号17の立ち上りに同期してアドレ
スバス18に乗せ(701)、同時にR/W信号19を
ハイレベルにし(702)、BCYST信号20をアク
ティブ(ロウレベル)にする(703)。メモリシステ
ム16はこれらの入力信号から、指定されたアドレスに
格納してある情報を準備し、データバス24に出力する
用意ができるまでREADY信号22をインアクティブ
(ハイレベル)にし続ける(705)。マイクロプロセ
ッサ15は、BCYST信号20を1クロックの間だけ
アクティブにした後、BCYST信号20をインアクテ
ィブ(ハイレベル)にするかわりにDA信号21をアク
ティブ(ロウレベル)にして、メモリシステム16から
のREADY信号22を待つ(704)。
【0009】メモリシステム16は、読み出しを指定さ
れた32ビットのデータのうち、下位16ビットだけを
データバス24の下位16ビットに乗せる(709)、
と同時にREADY信号とSZRQ信号23をアクティ
ブにする(706,707)。マイクロプロセッサ15
は、DA信号21をアクティブにしている間、クロック
信号17の立ち下りのタイミングで1クロックごとにR
EADY信号22とSZRQ信号23をサンプリング
し、READY信号22のアクティブレベルを検出する
と、その次のクロックの立ち上りのタイミングでデータ
バス24上のデータを内部バッファに取り込む(71
0)。このとき、同時に検出したSZRQ信号23がア
クティブであったことから、マイクロプロセッサ15は
データバス24から読み込んだデータが下位16ビット
しか有効ではなく、上位16ビットのための追加バスサ
イクルを発行する必要があることを認識する。続けてア
ドレスバス18,R/W信号19,BCYST信号2
0,DA信号21,により再度バスサイクルを発行す
る。追加バスサイクルによる上位16ビットの読み込み
は、下位16ビットの読み込みバスサイクルの動作と同
様であるので、説明は省略する。
【0010】次に、従来の入力バッファ(点線内側)の
回路図を示す図7を用いて説明する。従来の入力バッフ
ァは、NORゲート12は下位データ入力端子4と、R
EADY端子3をラッチ7及びラッチ8を介してその出
力端とを2入力端にそれぞれ接続する。NORゲート1
2の出力端をデータラッチ14のデータ入力端に接続す
る。NORゲート11は上位データ入力端子1及び前記
ラッチ8の出力端を2入力端とそれぞれ接続し、その出
力をデータラッチ13の入力端と接続する。前記データ
ラッチ13,14の出力端をそれぞれ入力バッファの出
力端とするように構成する。なお、前記の構成は実際に
は16組あるが図面の簡単化のため1組とする。
【0011】ここで、前記構成要素の機能を説明する。
上位データ入力端子1は、データバス24の上位16ビ
ットを入力する。下位データ入力端子4は、データバス
24の下位16ビットを入力する。READY端子3
は、外部からデータ転送の準備ができたことを伝える負
論理の信号を入力する。ラッチ7,8は、READY端
子3から非同期で入力する信号を、クロック信号の立ち
上りのタイミングで同期化して入力バッファのIREA
DY信号80とする。NORゲート11,12は、それ
ぞれ上位データ入力端子1と下位データ入力端子4をI
READY信号80がロウレベル以外の期間をマスクし
その出力をロウレベルにする。データラッチ13は、N
ORゲート11の出力をクロック信号の立ち上りのタイ
ミングで保持する。データラッチ14は、NORゲート
12の出力をクロック信号の立ち上りのタイミングで保
持する。クロック信号CLK,反転クロック信号CLK
Bは、相互間で位相遅れによるハイレベル同志又はロウ
レベル同志の信号の重なりはないものとする。
【0012】次に、図5,図6に示すタイミングチャー
ト,及び図7に示す回路図を用いて従来例の動作を説明
する。
【0013】タイミング606でメモリシステム16が
アクティブにしたREADY信号22は、READY端
子3に印加され、ラッチ7,8によりクロック信号の立
ち下りに同期化された後、NORゲート11,12を制
御することにより、上位データ入力端子1と下位データ
入力端子4から入力したデータを、それぞれデータラッ
チ13,14に印加する。データラッチ13,14はそ
れぞれクロックの立ち上りに同期して、入力したデータ
を保持する。
【0014】図6に示したバスサイジングの場合も、回
路の動作は同様であり、1回目のバスサイクルで入力す
る下位データと、2回目のバスサイクルによって入力す
る上位データはマイクロプロセッサ15内部の処理で合
成し、32ビットデータとして使われる。ところが、入
力バッファ自体にはバスサイジングされていることが伝
えられていないため、下位データ入力端子4にしかデー
タが印加されていないにもかかわらず、上位のデータラ
ッチ13,下位のデータラッチ14ともにREADY信
号22のアクティブを検出して、その次のクロックCL
KBの立ち上りのタイミングによりデータバス上の値を
ラッチしてしまうことになる。このとき、データバスに
接続された上位データ入力端子1は駆動されていないた
めに中間電位になっている可能性があるが、上位のデー
タラッチ13はそのまま上位データ入力端子1の電位状
態を保持してしまう。これは低消費電力化のために、入
力バッファの回路をCMOS(Complementa
ry Metal Oxide Semiconduc
tor)構成にした場合でも、データバスの電位が中間
電位のときは、入力バッファの上位データ側の回路を構
成するPチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタと
Nチャネル型絶縁ゲート電界効果トランジスタの両方が
同時に導通状態となることにより、電源線から接地線に
貫通電流が流れる状態となり、消費電力が増大するとい
う欠点を有する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の入力バ
ッファは、バスサイジング時に、データバスの上位デー
タ側は外部からドライブされないため中間電位になって
いる可能性があり、入力バッファの上位データ側の回路
であるデータラッチ13はその中間電位を取り込んでし
まう。この場合、データラッチ13を構成しているトラ
ンジスタが線形領域で安定してしまい、回路構成がCM
OSであっても電源線から前記トランジスタを介して接
地線に貫通電流が流れるために、消費電流が増大してし
まうという欠点を有している。
【0016】本発明の目的は、このような従来の欠点を
除去することにより、データバスの中間電位によるトラ
ンジスタの貫通電流が流れない回路構成の入力バッファ
を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、データ
バスの一部分に接続し、第1の所定のデータを入力する
第1のデータ入力端子群と、データバスの他の部分に接
続し、第2の所定のデータを入力する第2のデータ入力
端子群と、データバス上の前記第1の所定のデータが有
効であることを示す第1の制御信号を入力する端子とを
有し、前記第1の所定のデータと前記第2の所定のデー
タを内部で連結することができるマイクロプロセッサに
おいて、前記マイクロプロセッサに入力した前記第1の
所定のデータを、前記第1の制御信号を用いてマスクま
たは通過させるとともにその出力を保持し、且つ前記マ
イクロプロセッサに入力した前記第2の所定のデータ
を、前記第2の所定のデータが無効であることを示す第
2の制御信号及び前記第1の制御信号を用いてマスクま
たは通過させるとともに、その出力を保持する手段を備
えることにある。
【0018】本発明の構成は、前記手段は、前記第1の
制御信号を内部クロック信号で同期化した信号と、前記
第1のデータ入力端子群から選ばれた第1のデータ入力
端子の入力信号とを入力する第1のNORゲートの出力
信号を第1のデータラッチに印加とするとともに、前記
第2の制御信号を内部クロック信号で同期化した信号と
前記第1の制御信号を内部クロック信号で同期化した信
号の反転信号とを入力とするNANDゲートの出力と、
前記第2のデータ入力端子群から選ばれた第2のデータ
入力端子の入力信号とを入力とする第2のNORゲート
の出力信号を第2のデータラッチに印加し、且つ前記第
1のデータラッチと第2のデータラッチの出力をそれぞ
れ信号出力とすることができる。
【0019】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0020】図1は本発明の入力バッファ(点線内側)
の一実施例を示す回路図である。本実施例の入力バッフ
ァは、図1に示すように、第1のNORゲート(以下、
NORゲート12)は下位データ入力端子4と、REA
DY端子3をラッチ7及びラッチ8を介してその出力端
とを2入力端にそれぞれ接続する。NORゲート12の
出力端を第1のデータラッチ(以下、データラッチ1
4)のデータ入力端に接続する。NANDゲート10は
SZRQ端子をラッチ5及びラッチ6を介してその出力
端と、前記ラッチ8の出力をインバータ9を介してその
出力とを2入力端にそれぞれ接続する。NANDゲート
10の出力端と上位データ入力端子1とを第2のNOR
ゲート(以下、NORゲート11)の2入力端とそれぞ
れ接続し、その出力を第2のデータラッチ(以下、デー
タラッチ13)の入力端と接続する。前記データラッチ
13,14の出力端をそれぞれ入力バッファの出力端と
するように構成する。なお、前記の構成は実際には16
組あるが図面の簡単化のため1組とする。
【0021】ここで、前記構成要素の機能を説明する。
【0022】上位データ入力端子1はデータバスの上位
16ビットに接続する。下位データ入力端子4はデータ
バスの下位16ビットに接続する。READY端子3は
外部からデータ転送の準備ができたこと伝える負論理の
信号の入力。ラッチ7,8はREADY入力端子3から
非同期で入力する信号をクロック信号の立ち上りのタイ
ミングに同期化する。NORゲート11,12はそれぞ
れ上位データ入力信号、下位データ入力信号をゼロにマ
スクする。上位データラッチ13はNORゲート11の
出力をクロックの立ち上りのタイミングで保持する。下
位データラッチ14はNORゲート12の出力をクロッ
クの立ち上りのタイミングで保持する。
【0023】SZRQ入力端子2はメモリシステム16
からマイクロプロセッサ15にバスサイジング要求を伝
える負論理の信号を入力。ラッチ5,6はSZRQ入力
端子2から非同期で入力する信号をクロック信号の立ち
上りのタイミングに同期化して、ISZRQ信号60を
生成する。インバータ9はIREADY信号80を反転
する。NANDゲート10はインバータ9の出力とIS
ZRQ信号60の論理積の反転をとり、上位データ入力
端子1が使用されていない場合のマスク信号を生成す
る。上位データマスク信号100はNANDゲート10
の出力信号である。下位データマスク信号80はラッチ
8の出力信号である。なお、図1に示す本発明の入力バ
ッファの回路図において、CLK,CLKBと期した信
号はそれぞれ入力したクロック信号及びその反転信号で
あり、お互いに位相遅れによるハイレベル同志またはロ
ウレベル同志の重なりはないものとする。また、上位デ
ータ入力端子1、下位データ入力端子4、NORゲート
11、12、データラッチ13、データラッチ14は、
実際にはそれぞれ16個ずつあるが、図面の簡略化のた
めそれぞれ1個を用いて説明する。
【0024】次に、本実施例の動作について説明する。
【0025】図1に示す入力バッファ(点線内側)の一
実施例の回路図、図2に示すそのタイミングチャートを
用いて、通常動作をまず説明する。タイミング201で
メモリシステム16がアクティブにしたREADY信号
22はラッチ7,8によりクロックの立ち上りに同期化
され、IREADY信号になる(202)。インバータ
9はIREADY信号を反転し、NANDゲート9に入
力する。SZRQ信号はハイレベル(インアクティブ)
のままであるため、ラッチ5,6を通過した後、ISZ
RQ信号60をハイレベルにする(203)。NAND
ゲート9がIREADY信号80と反転ISZRQ信号
60の論理積の反転をとり、上位データマスク信号10
0を生成する。この信号はISZRQ信号60がハイレ
ベルのままのため、IREADY信号80と同じタイミ
ングでロウレベルとなり(204)、NORゲート11
を制御して上位データ入力端子1から入力したデータを
データラッチ13に送る。データラッチ13はクロック
の立ち上り同期で、入力したデータを保持する(20
6)。下位データ側もISZRQ信号をマスク条件に使
っていないだけであり、動作は同様である。
【0026】下位データマスク信号80はIREADY
信号をそのまま使っているため、タイミング205でロ
ウレベルとなり、NORゲート12を制御して下位デー
タ入力端子4から入力したデータをデータラッチ14に
送る。データラッチ14はクロックの立ち上りに同期し
て入力したデータを保持する(207)。
【0027】次に、図1に示す入力バッファの回路図、
図3に示すそのタイミングチャートを参照して、バスサ
イジングにより上位データ入力端子に入力する信号が無
効となる場合の動作を説明する。
【0028】タイミング301でメモリシステム16が
アクティブにしたREADY信号22は、ラッチ7,8
によりクロックの立ち上りに同期した信号に同期化さ
れ、IREADY信号80になる(302)。インバー
タ9はIREADY信号80を反転し、NANDゲート
10に入力する。このとき同じタイミングでメモリシス
テム16はSZRQ信号23をロウレベル(アクティ
ブ)にすることにより(303)、このバスサイクルが
サイジングされていることをマイクロプロセッサ15に
伝える。SZRQ信号23は、ラッチ5,6によりクロ
ック信号の立ち下りに同期の信号に同期化されて、IS
ZRQ信号60になる(304)。NANDゲート10
は、IREADY信号80のインバータ9による反転信
号と、ISZRQ信号60とのNANDをとり、上位デ
ータマスク信号100を生成する。IREADY信号8
0の反転信号がロウレベルのときは、ISZRQ信号6
0がハイレベル、IREADY信号8の反転信号がハイ
レベルのときはISZRQ信号60がロウレベルにある
ため、上位データマスク信号100は常にハイレベルと
なる。これにより、NORゲート11の出力は常にロウ
レベレとなり、データラッチ13はそのロウレベルを保
持する。従って上位データ入力端子1が中間電位であっ
た場合にも、上位データラッチ13はその中間電位を保
持することはない(306)。下位データ側は、ISZ
RQ信号60がマスク信号の生成に使われていないた
め、上位データ側とは動作が異なる。
【0029】下位データ側は、下位データマスク信号8
0としてIREADY信号80をそのまま使っているた
め、タイミング305でロウレベルとなり、NORゲー
ト12を制御して下位データ入力端子4から入力したデ
ータをデータラッチ14に送る。下位データラッチ14
はクロック信号の立ち上りに同期して入力したデータを
保持する(307)。タイミング304でISZRQ信
号60としてラッチしたSZRQ信号23がアクティブ
であったことから、マイクロプロセッサ15は、データ
バス24から読み込んだデータは下位16ビットしか有
効ではなく、上位16ビットのために追加バスサイクル
を発行する必要があることを認識し、続けてアドレスバ
ス18、R/W信号19、BCYST信号20、DA信
号21、により再度バスサイクルを発行する。追加バス
サイクルによる上位16ビットの読み込みは、下位16
ビットの読み込みバスサイクルの動作と同様であるため
説明は省略する。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の入力バッ
ファは、バスサイジングのときにメモリシステ16から
マイクロプロセッサ15にバスサイジング要求を伝える
SZRQ信号23とデータ転送準備が出来たことを伝え
るREADY信号22を入力すNANDゲート10の出
力をNORゲート11の一方の入力に印加することによ
り、NORゲート11の他方の入力に印加される上位デ
ータ信号をマスクする。
【0031】従って、上位データ入力端子1を接続する
データバスの電位が中間電位であっても、NORゲート
11の出力はローレベルとなり、データラッチ13はそ
のローレベルを保持するため、中間電位になることはな
く、貫通電流も流れないため消費電力を低減するという
効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の入力バッファ(点線内側)の一実施例
を示す回路図である。
【図2】本実施例の入力バッファにおける動作の一例を
示すタイムチャート(バスサイジングなし)である。
【図3】本実施例の入力バッファにおける動作の一例を
示すタイムチャート(バスサイジング時)である。
【図4】本実施例及び従来例におけるMPU−メモリシ
ステムインターフエース図である。
【図5】従来例の入力バッファにおける動作の一例を示
すタイムチャート(バスサイジングなし)である。
【図6】従来例の入力バッファにおける動作の一例を示
すタイムチャート(バスサイジング時)である。
【図7】従来例の入力バッファ(点線内側)の回路を示
す図である。
【符号の説明】
1 上位データ入力端子 2 SZRQ端子 3 READY端子 4 下位データ入力端子 5〜8 ラッチ 9 インバータ 10 NANDゲート 11,12 第1,2のNORゲート 13,14 第1,2のデータラッチ 15 CPU 16 メモリシステム 17 クロック 18 アドレスバス 19 R/W信号 20 BCYST信号 22 DA信号 23 READY信号 24 SZRQ信号 25 データバス

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データバスの一部分に接続し、第1の所
    定のデータを入力する第1のデータ入力端子群と、デー
    タバスの他の部分に接続し、第2の所定のデータを入力
    する第2のデータ入力端子群と、データバス上の前記第
    1の所定のデータが有効であることを示す第1の制御信
    号を入力する端子とを有し、前記第1の所定のデータと
    前記第2の所定のデータを内部で連結することができる
    マイクロプロセッサにおいて、 前記マイクロプロセッサに入力した前記第1の所定のデ
    ータを、前記第1の制御信号を用いて遮断または通過さ
    せるとともにその出力を保持し、且つ前記マイクロプロ
    セッサに入力した前記第2の所定のデータを、前記第2
    の所定のデータが無効であることを示す第2の制御信号
    及び前記第1の制御信号を用いて遮断または通過させる
    とともに、その出力を保持する手段を備えることを特徴
    とする入力バッファ。
  2. 【請求項2】 前記手段は、前記第1の制御信号を内部
    クロック信号で同期化した信号と、前記第1のデータ入
    力端子群から選ばれた第1のデータ入力端子の入力信号
    とを入力する第1のNORゲートの出力信号を第1のデ
    ータラッチに印加とするとともに、前記第2の制御信号
    を内部クロック信号で同期化した信号と前記第1の制御
    信号を内部クロック信号で同期化した信号の反転信号と
    を入力とするNANDゲートの出力と、前記第2のデー
    タ入力端子群から選ばれた第2のデータ入力端子の入力
    信号とを入力とする第2のNORゲートの出力信号を第
    2のデータラッチに印加し、且つ前記第1のデータラッ
    チと第2のデータラッチの出力をそれぞれ信号出力とす
    る請求項1記載の入力バッファ。
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