JP2858511B2 - Arithmetic operation circuit - Google Patents

Arithmetic operation circuit

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JP2858511B2
JP2858511B2 JP4237962A JP23796292A JP2858511B2 JP 2858511 B2 JP2858511 B2 JP 2858511B2 JP 4237962 A JP4237962 A JP 4237962A JP 23796292 A JP23796292 A JP 23796292A JP 2858511 B2 JP2858511 B2 JP 2858511B2
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啓 小屋
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は算術演算回路に関し、特
にキャリー先読み回路のテスト回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arithmetic operation circuit, and more particularly to a test circuit for a carry look-ahead circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、マイクロプロセッサ等のデータ処
理装置に要求される性能としては、高速に、短い命令サ
イクルで、大量のデータを処理する事等が上げられる。
演算回路、例えば算術論理演算ユニットの例で考える
と、大量のデータを高速に処理するということは、デー
タビット幅の増大を引き起こしている。最近では32ビ
ット以上の演算回路を33MHz以上の1クロックで動
作させる必要がある。当然、ビット数が多くなるにつれ
て、キャリー伝播線の容量が増加するため、高速動作は
困難になっている。
2. Description of the Related Art Recently, as a performance required of a data processing device such as a microprocessor, a large amount of data can be processed at a high speed in a short instruction cycle.
In the case of an arithmetic circuit, for example, an arithmetic logic unit, processing a large amount of data at a high speed causes an increase in the data bit width. Recently, it is necessary to operate an arithmetic circuit of 32 bits or more with one clock of 33 MHz or more. Naturally, as the number of bits increases, the capacity of the carry propagation line increases, making high-speed operation difficult.

【0003】その問題を解決する為によく利用されてい
るのが、キャリーの先読み回路である。このキャリー先
読み回路によって演算回路の高速化を行うのであるが、
一般的にこれらの回路は内部回路として使用されるた
め、その動作が正常に行われているかどうかを調べるの
は、キャリー先読み回路が通常のキャリー伝播回路に対
して冗長な回路であるため非常に困難であり、故障検出
の見地からも望ましくない。つまり、キャリー先読み回
路が動作していない場合、故障モードによってはキャリ
ー先読み回路を経由しなくとも、最下位から最上位へキ
ャリーが伝播する経路が存在するため、論理的には正常
に動作するというのが通常のキャリー先読み回路であ
る。
[0003] A carry-look-ahead circuit is often used to solve the problem. This carry look-ahead circuit speeds up the arithmetic circuit.
Generally, since these circuits are used as internal circuits, it is very difficult to check whether the operation is performed properly because the carry look-ahead circuit is redundant with respect to the normal carry propagation circuit. Difficult and undesirable from a fault detection standpoint. In other words, when the carry look-ahead circuit is not operating, logically operates normally because there is a path through which the carry propagates from the lowest to the highest even without passing through the carry look-ahead circuit depending on the failure mode. This is a normal carry look-ahead circuit.

【0004】このため、様々なキャリー先読み回路のテ
スト回路が検討されているが、特開昭62−28734
0の様に、通常のキャリー伝播経路と、キャリー先読み
回路の信号遅延を利用してパルスを発生させ、フリップ
フロップをセットするような例もあるが、この場合は比
較的素子数が多くなるため、チップ面積の増大が懸念さ
れる。また、安定した動作を行うためにはパルス幅をあ
る程度大きくする必要があり、その為の遅延素子も増大
する恐れもある。
For this reason, various test circuits for carry look-ahead circuits have been studied.
As in the case of 0, there is an example in which a pulse is generated by using a normal carry propagation path and a signal delay of a carry look-ahead circuit, and a flip-flop is set. There is a concern that the chip area may increase. In addition, in order to perform a stable operation, it is necessary to increase the pulse width to some extent, and there is a possibility that the number of delay elements for that purpose also increases.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の演算回
路のキャリー先読み回路は、通常内部回路として使用さ
れる為、正常動作しているか否かの確認をすることが非
常に困難であった。というのは、デバイスの外部から見
ると、キャリー先読み回路が正常に動作しているか否か
は、演算速度のばらつきとして観測されるが、演算速度
のばらつきというのは種々の要因が絡みあっていること
が多く、一概にキャリー先読み回路の不良と決め付ける
ことが出来ないため、何等かのテスト回路をキャリー先
読み回路に付加し、動作試験を行うことが望ましい。さ
らに、キャリー先読み回路のテスト回路は、チップ面積
を押さえるために極力少ない素子で、安定に動作する構
成にする必要がある。
Since the above-mentioned carry look-ahead circuit of the conventional arithmetic circuit is usually used as an internal circuit, it is very difficult to confirm whether or not the circuit is operating normally. This is because, when viewed from the outside of the device, whether or not the carry-ahead look-ahead circuit is operating normally is observed as a variation in the operation speed, but the variation in the operation speed involves various factors. In many cases, it cannot be determined that the carry look-ahead circuit is defective. Therefore, it is desirable to add some test circuit to the carry look-ahead circuit and perform an operation test. Further, the test circuit of the carry look-ahead circuit needs to be configured to operate stably with as few elements as possible in order to suppress the chip area.

【0006】本発明の目的は、前記問題点を解決し、素
子数を増大させず、遅延素子も増大させずに済むように
した算術演算回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an arithmetic operation circuit which solves the above-mentioned problems and does not increase the number of elements and the number of delay elements.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のキャリーの先読
み回路のテスト回路の構成は、キャリーの先読み回路を
有する演算回路において、キャリー先読み回路の先読み
条件が成立したことを示す信号と演算回路のキャリー出
力信号とを入力とするNANDまたはNOR論理ゲート
と、その論理ゲートの出力信号を入力とするダイナミッ
クインバータによって構成されていることを特徴とす
る。
According to the present invention, a test circuit of a carry look-ahead circuit includes a signal indicating that a prefetch condition of a carry look-ahead circuit is satisfied in an arithmetic circuit having a carry look-ahead circuit. It is characterized by comprising a NAND or NOR logic gate having a carry output signal as an input and a dynamic inverter having an output signal of the logic gate as an input.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例の算術演算回路
のキャリー先読み回路のテスト回路を示すブロック図で
ある。図1において、本実施例は、演算回路としてはダ
イナミック方式の算術論理演算ユニット(以下ALUと
略す)を使用している。
FIG. 1 is a block diagram showing a test circuit of a carry look-ahead circuit of an arithmetic operation circuit according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, this embodiment uses a dynamic arithmetic and logic unit (hereinafter abbreviated as ALU) as an arithmetic circuit.

【0009】本実施例は、ALU1〜4と、最下位ビッ
トの桁上げ信号を作るGNDに接続されたトランスファ
ゲート5と、ANDゲート37と、キャリー先読み条件
が成立した時にダイナミック方式のキャリーラインをG
NDレベルに落とすトランスファゲート6と、キャリー
先読み条件が成立したことを示す信号7とキャリー出力
を遅延させた信号8と、キャリー信号を遅らせるための
ディレー9と、ALU1〜4のキャリー出力10と、演
算器と同じタイミングでプリチャージを行うダイナミッ
ク・インバータ11と、ダイナミック・インバータの出
力12と、キャリー先読み回路を構成する論理回路13
と、ANDゲート14とインバータ31とを備えてい
る。ここで(負論理ならNOR)15は、最下位ビット
にキャリー入力をイネーブルにする信号である。ダイナ
ミック・インバータ11は、P,Nチャネル電界効果ト
ランジスタ40,41を有する。論理回路13は、イン
バータ32,33,34,35と、NORゲート36と
を有する。
In the present embodiment, ALU1 to ALU4, a transfer gate 5 connected to GND for generating a carry signal of the least significant bit, an AND gate 37, and a dynamic carry line when a carry look-ahead condition is satisfied are established. G
A transfer gate 6 for dropping to the ND level, a signal 7 indicating that the carry look-ahead condition has been satisfied, a signal 8 for delaying the carry output, a delay 9 for delaying the carry signal, and a carry output 10 for ALUs 1-4. A dynamic inverter 11 for performing precharge at the same timing as the arithmetic unit, an output 12 of the dynamic inverter, and a logic circuit 13 constituting a carry look-ahead circuit
And an AND gate 14 and an inverter 31. Here (NOR for negative logic) 15 is a signal for enabling the carry input to the least significant bit. The dynamic inverter 11 has P and N channel field effect transistors 40 and 41. The logic circuit 13 has inverters 32, 33, 34, 35 and a NOR gate 36.

【0010】ここでは、説明を簡単にするために4ビッ
トのALU1〜4を例として説明する。本ALU1〜4
は、クロックφがロウレベルの期間にプリチャージを行
い、クロックφがハイレベルの期間に演算/キャリーの
伝播が行われる方式である。4ビットのALU1〜4に
入力されたデータの演算結果が、最上位ビットにキャリ
ーを発生すると、つまりキャリーの先読み条件が成立す
ると、信号7がハイレベルとなり、キャリーライン10
をGNDレベルに落とす。キャリーの先読み条件が成立
するという事は、キャリーを加えない各ビットの加算結
果Sが、‘1111’であった場合、最下位ビットにキ
ャリー入力があれば最上位のキャリー出力まで伝播する
ことになる場合である。
Here, for simplicity of explanation, 4-bit ALUs 1 to 4 will be described as an example. ALU 1-4
Is a method in which precharge is performed during a period when the clock φ is at a low level, and calculation / carry is propagated during a period when the clock φ is at a high level. When the operation result of the data input to the 4-bit ALUs 1 to 4 generates a carry in the most significant bit, that is, when the carry-ahead read condition is satisfied, the signal 7 becomes high level, and the carry line 10
To GND level. The condition that the carry-ahead look-ahead is satisfied means that if the addition result S of each bit to which a carry is not added is “1111”, if the least significant bit has a carry input, the result propagates to the highest carry output. This is the case.

【0011】キャリー信号10を遅延させた信号が8で
あるが、正常に動作している場合には、NANDゲート
14の出力に少なくとも9の遅延の幅分のパルスが観測
される。一般には9の遅延の線分+通常のキャリー伝播
経路と、キャリー先読み回路の出力との遅延差分のパル
スになるはずである。このNANDゲート14の出力
を、ダイナミック・インバータ11へ入力する事で、イ
ンバータ11の出力はハイ→ロウへ変化する。ダイナミ
ック・インバータ11の代替にフリップ・フロップを用
いることも考えられるが、素子数が少ない点、短パルス
の応答性ではダイナミック・インバータが優れる。サン
プリングタイミングでのダイナミックインバータ11の
ハイ→ロウへの変化は、キャリー先読み回路の正常動作
を表す。但し、次サイクルのプリチャージが開始される
までの間に11の出力はラッチされている必要がある。
Although the signal obtained by delaying the carry signal 10 is 8, when the operation is normal, a pulse having a width of at least 9 delay is observed at the output of the NAND gate 14. In general, it should be a pulse having a delay difference of 9 delay line segments + an ordinary carry propagation path and the output of the carry look-ahead circuit. By inputting the output of the NAND gate 14 to the dynamic inverter 11, the output of the inverter 11 changes from high to low. Although it is conceivable to use a flip-flop as a substitute for the dynamic inverter 11, the dynamic inverter is superior in the point that the number of elements is small and the responsiveness of a short pulse is used. A change from high to low of the dynamic inverter 11 at the sampling timing indicates a normal operation of the carry look-ahead circuit. However, the output of 11 must be latched before the start of the precharge of the next cycle.

【0012】ここで、キャリー先読み回路が故障し、キ
ャリー先読み条件が成立しているにも係わらず、信号7
がアクティブ(この場合はハイ)にならない場合を考え
る。この場合、信号7は常にロウレベルの為、出力14
にパルスは発生されない。このため、出力12は常にハ
イレベルのままである。演算結果だけを考慮すれば、キ
ャリー出力10は、演算器の内部を伝播してくるキャリ
ーが出力されるため、正常な結果が得られる。但し、キ
ャリーの先読みが行われないために、最高動作周波数は
低下することになる。またキャリー先読み条件が常にア
クティブになって故障している場合には、正しいキャリ
ー出力が出力10に得られないため、容易に故障と判定
できる。
Here, although the carry look-ahead circuit has failed and the carry look-ahead condition is satisfied, the signal 7
Is not active (in this case, high). In this case, since the signal 7 is always at the low level, the output 14
No pulse is generated. Therefore, the output 12 always remains at the high level. If only the calculation result is considered, the carry output 10 outputs a carry propagating inside the arithmetic unit, so that a normal result can be obtained. However, since the carry is not pre-read, the maximum operating frequency is reduced. If the carry-ahead condition is always active and a failure occurs, a correct carry output cannot be obtained at the output 10, so that the failure can be easily determined.

【0013】図3は本発明の第2の実施例の算術演算回
路のキャリー先読み回路のテスト回路を示すブロック図
である。図4は図3の各部の動作を示すタイミング図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram showing a test circuit of a carry look-ahead circuit of an arithmetic operation circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of each unit in FIG.

【0014】図3,図4において、本実施例では、前記
実施例のダイナミック・インバータ11のプリチャージ
をクロックφをそのまま用いずに、テストモードを示す
信号22とクロックφとの論理積をANDゲート21で
とって、その出力信号でプリチャージを行っている。そ
の他は、図1と同様である。
3 and 4, in this embodiment, the AND of the signal 22 indicating the test mode and the clock φ is ANDed without using the clock φ for precharging the dynamic inverter 11 of the embodiment. The gate 21 takes precharge with the output signal. Others are the same as FIG.

【0015】本来、キャリー先読み回路の故障検出等
は、テストモードで行われれば良い。このため、通常の
使用モードでは故障検出の為のダイナミック・インバー
タは動作している必要はない。そこで本実施例では、必
要な場合のみダイナミック・インバータ11にプリチャ
ージを行うことで、消費電流の低減が期待できる。さら
に、出力12の保持も容易になる。その他の動作は第1
の実施例と同様である。
Originally, the failure detection of the carry look-ahead circuit may be performed in the test mode. Therefore, in the normal use mode, the dynamic inverter for detecting a fault need not be operating. Therefore, in the present embodiment, reduction of current consumption can be expected by precharging the dynamic inverter 11 only when necessary. Further, holding of the output 12 becomes easy. Other operations are first
This is the same as the embodiment.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のキャリー
先読み回路は、僅かなハードウェアの追加によって、演
算回路のキャリー先読み回路の動作試験を容易に行うこ
とが出来る効果がある。
As described above, the carry look-ahead circuit of the present invention has an effect that the operation test of the carry look-ahead circuit of the arithmetic circuit can be easily performed by adding a small amount of hardware.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の算術演算回路を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an arithmetic operation circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例のタイミング図である。FIG. 2 is a timing chart of the embodiment of FIG.

【図3】本発明の第2の実施例の算術演算回路を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an arithmetic operation circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の実施例のタイミング図である。FIG. 4 is a timing chart of the embodiment of FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4 ALU(bit0〜3) 5,6 トランスファ・ゲート 7 キャリー先読み回路の信号 8 遅延後のキャリー出力信号 9 遅延回路(ディレー) 10 最上位ビット・キャリー出力 11 ダイナミック・インバータ 12 ダイナミック・インバータ出力 13 キャリー先読み論理回路 14,21 ANDゲート 15 キャリー入力イネーブル信号 22 テストモード信号 30 データバス 31〜36 インバータ 36 NORゲート 1-4 ALU (bits 0-3) 5, 6 Transfer gate 7 Carry look-ahead circuit signal 8 Carry output signal after delay 9 Delay circuit (delay) 10 Most significant bit carry output 11 Dynamic inverter 12 Dynamic inverter output DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Carry look-ahead logic circuit 14, 21 AND gate 15 Carry input enable signal 22 Test mode signal 30 Data bus 31-36 Inverter 36 NOR gate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 キャリーの先読み回路をテストするテス
ト回路を備えた算術演算回路において、前記キャリー先
読み回路の先読み条件が成立したことを示す信号と演算
回路のキャリー出力信号とを入力とするNANDまたは
NOR論理ゲートと、前記論理ゲートの出力信号を入力
とするダイナミックインバータによって前記キャリー先
読み回路のテスト回路が構成されることを特徴とする算
術演算回路。
1. An arithmetic operation circuit comprising a test circuit for testing a carry look-ahead circuit, comprising: a NAND circuit having a signal indicating that a prefetch condition of the carry look-ahead circuit is satisfied and a carry output signal of the arithmetic circuit as inputs; An arithmetic operation circuit, wherein a test circuit of the carry look-ahead circuit is constituted by a NOR logic gate and a dynamic inverter which receives an output signal of the logic gate as an input.
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