JP3313042B2 - シングルチップ・マイクロコンピュータ - Google Patents

シングルチップ・マイクロコンピュータ

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JP3313042B2 JP06256697A JP6256697A JP3313042B2 JP 3313042 B2 JP3313042 B2 JP 3313042B2 JP 06256697 A JP06256697 A JP 06256697A JP 6256697 A JP6256697 A JP 6256697A JP 3313042 B2 JP3313042 B2 JP 3313042B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シングルチップ・
マイクロコンピュータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】CPU(中央処理装置;central proces
sing unit )と、ROM(read onlymemory)と、RA
M(random access memory)とを内蔵したシングルチッ
プ・マイクロコンピュータが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】シングルチップ・マイ
クロコンピュータがいわゆるマイクロコントローラとし
て使用される場合には、制御対象に応じた周波数を有す
るCPUクロック信号が選択される。ところが、内蔵さ
れたROM及びRAMの各々のアクセス時間を変更する
ことはできない。したがって、CPUクロック信号のサ
イクル時間と、ROM及びRAMの各々のアクセス時間
との間に不整合が生じることがあった。
【0004】本発明の目的は、内蔵メモリのアクセス態
様をCPUクロック信号のサイクル時間に応じて柔軟に
変更できるシングルチップ・マイクロコンピュータを提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るシングルチップ・マイクロコンピュー
タは、内蔵メモリから読み出したデータの転送経路をC
PUクロック信号のサイクル時間に応じて変更できるよ
うにしたものである。
【0006】具体的には、本発明に係るシングルチップ
・マイクロコンピュータは、データを記憶するためのメ
モリ手段(例えばRAM)と、該メモリ手段に接続され
たバス手段と、可変のサイクル時間を持つ内部クロック
信号(CPUクロック信号)を供給するためのクロック
手段と、特定のデータを内部クロック信号に同期して処
理するようにバス手段を介したメモリ手段への読み出し
アクセス過程を内部クロック信号に同期して開始するた
めのデータ処理手段と、メモリ手段からバス手段の上に
読み出されたデータを内部クロック信号に同期してラッ
チするためのバスラッチ手段と、メモリ手段からバス手
段の上に読み出されたデータとバスラッチ手段にラッチ
されたデータとのいずれかを選択的にデータ処理手段へ
供給するためのスイッチ手段と、該スイッチ手段から供
給されたデータに前処理を施すための前処理手段と、前
処理が施されたデータを内部クロック信号に同期して記
憶するためのレジスタ手段と、メモリ手段のアクセス時
間と前処理に要する時間との和と、内部クロック信号の
選択されたサイクル時間との関係に応じて決定された切
換に従ってスイッチ手段を制御するための制御手段とを
備えた構成を採用したものである。
【0007】
【0008】
【0009】
【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。
【0010】図1は、本発明に係るシングルチップ・マ
イクロコンピュータの構成例を示している。図1のシン
グルチップ・マイクロコンピュータ10は、いわゆるハ
ーバード(Harvard )アーキテクチャを有するRISC
(reduced instruction setcomputer)タイプのCPU
12と、該CPU12へ内部クロック信号ICLKを供
給するための内部クロック生成回路14と、外部クロッ
ク端子16と、クロック制御端子18とを備えている。
内部クロック生成回路14は、PLL(phaselocked lo
op )回路を内蔵しており、外部クロック端子16を介
して与えられた外部クロック信号ECLKから、内部ク
ロック信号ICLKを生成する。クロック制御端子18
に与えられたクロック制御信号CTRLは、外部クロッ
ク信号ECLKと内部クロック信号ICLKとの周波数
の比率を決定する。マイクロコンピュータ10は、主に
命令を記憶するためのROM20と、該ROM20とC
PU12とを接続するためのROMバス22と、主にデ
ータを記憶するためのRAM24と、該RAM24とC
PU12とを接続するためのRAMバス26とを更に備
えている。マイクロコンピュータ10は、外部バスイン
ターフェイス28と、ROMバス22及びRAMバス2
6の各々から独立したIOバス30と、データ入出力の
ための外部バス端子32とを更に備えている。外部バス
インターフェイス28は、IOバス30と外部バス端子
32との間のインターフェイスを司る。IOバス30
は、外部バスインターフェイス28とCPU12とを接
続するものである。このIOバス30には、タイマ34
が接続されている。マイクロコンピュータ10は、デー
タのDMA(direct memory access)転送と内蔵メモリ
20,24のテストとを制御するためのDMA/テスト
制御回路36と、ROMバススイッチ38と、RAMバ
ススイッチ40とを更に備えている。ROMバススイッ
チ38はROMバス22とIOバス30との間に介在し
たスイッチであり、RAMバススイッチ40はRAMバ
ス26とIOバス30との間に介在したスイッチであ
る。
【0011】図2は、CPU12の内部構成を示してい
る。CPU12は、パイプライン構造を有する命令処理
部50と、ROMバス22とRAMバス26とIOバス
30とのいずれかを選択的に命令処理部50に接続する
ための命令バススイッチ55と、パイプライン構造を有
するデータ処理部60と、ROMバス22とRAMバス
26とIOバス30とのいずれかを選択的にデータ処理
部60に接続するためのデータバススイッチ65とを備
えている。データ処理部60は、データバススイッチ6
5から供給されたデータに前処理(右シフト又は左シフ
トによるビット幅調整、符号拡張など)を施すためのア
ライナ61と、該前処理が施されたデータを内部クロッ
ク信号ICLKに同期して記憶するためのレジスタ62
とを備えている。データバススイッチ65とアライナ6
1との間には、バスラッチ66と、データ入力スイッチ
67とが介在している。バスラッチ66は、ROMバス
22、RAMバス26及びIOバス30のうちデータバ
ススイッチ65によって選択されたバスの上のデータを
内部クロック信号ICLKに同期してラッチするもので
ある。データ入力スイッチ67は、ROMバス22、R
AMバス26及びIOバス30のうちデータバススイッ
チ65によって選択されたバスの上のデータと、バスラ
ッチ66にラッチされたデータとのいずれかを選択的に
アライナ61へ供給するものである。
【0012】図2のCPU12は、命令処理部50、デ
ータ処理部60及びデータ入力スイッチ67の各々を内
部クロック信号ICLKのサイクル時間に応じて制御す
るためのメモリアクセス制御回路70を更に備えてい
る。メモリアクセス制御回路70は、命令処理部50及
びデータ処理部60の各々のメモリアクセス過程へのウ
ェイトサイクルの挿入を制御するためのウェイト制御回
路71と、データ処理部60から供給されるレジスタ設
定信号SETによる書き換えが可能な設定値レジスタ7
2とを備えている。設定値レジスタ72は、ROM20
のアクセスに係るウェイトサイクル数の設定値ROM_
WAITと、RAM24のアクセスに係るウェイトサイ
クル数の設定値RAM_WAITと、データ入力スイッ
チ67へ供給すべき選択信号SELを決定するための切
換設定値DATA_IN_SELとを記憶するものであ
る。例えば、ROM_WAIT=1ならば、ROMアク
セス過程に単一のウェイトサイクルが挿入される。RO
M_WAIT=0ならば、ROMアクセス過程にウェイ
トサイクルが挿入されることはない。RAM_WAIT
=0ならば、RAMアクセス過程にウェイトサイクルが
挿入されることはない。また、DATA_IN_SEL
=1ならばデータバススイッチ65の出力がバスラッチ
66を介してアライナ61へ供給され、DATA_IN
_SEL=0ならばデータバススイッチ65の出力が直
接にアライナ61へ供給される。
【0013】上記シングルチップ・マイクロコンピュー
タ10によれば、命令バススイッチ55がROMバス2
2を、データバススイッチ65がRAMバス26をそれ
ぞれ選択した際には、命令の処理とデータの処理とが並
行して進められる。この間、IOバス30は、命令処理
部50及びデータ処理部60のいずれからも切り離され
ている。したがって、ROMバス22及びRAMバス2
6の各々の負荷が軽減される効果がある。データのDM
A転送を実行する場合には、DMA/テスト制御回路3
6によりROMバススイッチ38又はRAMバススイッ
チ40が閉じられる。したがって、外部バス端子32
は、CPU12を介さずにROM20又はRAM24に
接続される。ROM20のテスト実行時にはROMバス
スイッチ38が、RAM24のテスト実行時にはRAM
バススイッチ40がそれぞれ閉じられる。
【0014】以下、命令処理部50がROM20から特
定の命令を読み出し、かつデータ処理部60がRAM2
4から特定のデータを読み出す場合について説明する。
ここでは、命令処理部50及びデータ処理部60に分配
される内部クロック信号ICLKの周波数は100MH
z又は50MHzであるものとする。つまり、内部クロ
ック信号のサイクル時間(CPUサイクル時間)Tcyc
は、10ns又は20nsである。また、命令処理部5
0がROM20からの命令の読み出しを起動してから該
命令処理部50が命令を受け取るまでに要する時間(R
OMアクセス時間)Trom は17nsであり、データ処
理部60がRAM24からのデータの読み出しを起動し
てから該データ処理部60がデータを受け取るまでに要
する時間(RAMアクセス時間)Tram は8nsであ
り、アライナ61による前処理時間(アライナ処理時
間)Talg は4nsであるものとする。言うまでもな
く、CPUサイクル時間Tcyc が変化しても、ROMア
クセス時間Trom 、RAMアクセス時間Tram 及びアラ
イナ処理時間Talg は変化しない。
【0015】上記3つの設定値ROM_WAIT,RA
M_WAIT及びDATA_IN_SELは、シングル
チップ・マイクロコンピュータ10のユーザにより決定
され、かつ初期化プログラムを実行することによりそれ
ぞれ設定値レジスタ72に書き込まれる。設定値ROM
_WAITは、ROMアクセス時間Trom とCPUサイ
クル時間Tcyc との関係に応じて決定される。具体的に
は、Tcyc =10nsならば2Tcyc >Trom >Tcyc
であるので、ROM_WAIT=1の設定がなされる。
Tcyc =20nsならばTrom <Tcyc であるので、R
OM_WAIT=0の設定がなされる。設定値RAM_
WAITは、RAMアクセス時間TramとCPUサイク
ル時間Tcyc との関係に応じて決定される。具体的に
は、Tcyc=10ns及び20nsのいずれにおいても
Tram <Tcyc であるので、RAM_WAIT=0の設
定がなされる。設定値DATA_IN_SELは、RA
Mアクセス時間Tram とアライナ処理時間Talg との和
と、CPUサイクル時間Tcyc との関係に応じて決定さ
れる。具体的には、Tcyc =10nsならばTram +T
alg >Tcyc であるので、バスラッチ66を通るデータ
転送経路がデータ入力スイッチ67によって選択される
ように、DATA_IN_SEL=1の設定がなされ
る。Tcyc =20nsならばTram +Talg <Tcyc で
あるので、バスラッチ66を経由しないデータ転送経路
がデータ入力スイッチ67によって選択されるように、
DATA_IN_SEL=0の設定がなされる。なお、
2Tcyc >Tram >Tcyc が成り立つようなRAMアク
セス時間Tram とCPUサイクル時間Tcyc との組合せ
が採用される場合には、RAM_WAIT=1の設定が
なされる。この場合には、Tram +Talg >2Tcyc な
らばDATA_IN_SEL=1の設定が、Tram +T
alg <2Tcyc ならばDATA_IN_SEL=0の設
定がそれぞれなされる。
【0016】図3は、内部クロック信号ICLKが10
0MHzの周波数を有する場合(Tcyc =10nsの場
合)のROM20の読み出しアクセス過程を示してい
る。サイクル1では、ROM20からROMバス22へ
の特定の命令の読み出しを、内部クロック信号ICLK
の立ち上がりエッジに同期して命令処理部50が起動す
る。サイクル2では、レジスタ72に記憶された設定値
ROM_WAIT(=1)に応じて単一のウェイトサイ
クルがROMアクセス過程に挿入されるように、ウェイ
ト制御回路71が命令処理部50を制御する。サイクル
3では、ROMバス22の上に読み出された命令を、内
部クロック信号ICLKの立ち上がりエッジに同期して
命令処理部50が実行する。また、命令処理部50は、
サイクル3において、ROM20からROMバス22へ
の次の命令の読み出しを内部クロック信号ICLKの立
ち上がりエッジに同期して起動する。
【0017】図4は、内部クロック信号ICLKが50
MHzの周波数を有する場合(Tcyc =20nsの場
合)のROM20の読み出しアクセス過程を示してい
る。ROM_WAIT=0の設定がなされるので、RO
M20のアクセス過程に無用のウェイトサイクルが挿入
されることはない。サイクル1の間にROMバス22の
上に読み出された命令は、サイクル2において命令処理
部50により直ちに実行される。また、サイクル2では
ROM20から次の命令が読み出される。
【0018】図5は、内部クロック信号ICLKが50
MHzの周波数を有する場合(Tcyc =20nsの場
合)のRAM24の読み出しアクセス過程を示してい
る。このケースではTram +Talg <Tcyc であるの
で、RAM24のアクセス過程に無用のウェイトサイク
ルが挿入されることがないようにRAM_WAIT=0
の設定がなされ、かつバスラッチ66を経由しないデー
タ転送経路が選択されるようにDATA_IN_SEL
=0の設定がなされる。したがって、サイクル1の開始
時点からRAMアクセス時間Tram (=8ns)の後に
RAM24からRAMバス26の上にデータが読み出さ
れ、該読み出されたデータに直ちにアライナ61により
前処理が施される。この前処理はサイクル1の終了時点
までに完了し、サイクル2における内部クロック信号I
CLKの立ち上がりエッジに同期して前処理済みのデー
タがレジスタ62に記憶される。そして、レジスタ62
に記憶されたデータに更に処理が施される。RAMバス
26は、RAM24から読み出されたデータをサイクル
1の終了時点まで保持する。サイクル2では、RAMバ
ス26を他のデータアクセスに使用することができる。
【0019】図6は、内部クロック信号ICLKが10
0MHzの周波数を有する場合(Tcyc =10nsの場
合)のRAM24の読み出しアクセス過程を示してい
る。このケースではTram <Tcyc かつTram +Talg
>Tcyc であるので、RAM24のアクセス過程に無用
のウェイトサイクルが挿入されることがないようにRA
M_WAIT=0の設定がなされ、かつバスラッチ66
を通るデータ転送経路が選択されるようにDATA_I
N_SEL=1の設定がなされる。したがって、サイク
ル1の開始時点からRAMアクセス時間Tram (=8n
s)の後にRAM24からRAMバス26の上にデータ
が読み出され、該読み出されたデータがサイクル2にお
ける内部クロック信号ICLKの立ち上がりエッジに同
期してバスラッチ66にラッチされる。サイクル2にお
いて、アライナ61はラッチ済みのデータに前処理を施
す。この前処理はサイクル2の終了時点までに完了し、
サイクル3における内部クロック信号ICLKの立ち上
がりエッジに同期して前処理済みのデータがレジスタ6
2に記憶される。そして、レジスタ62に記憶されたデ
ータに更に処理が施される。RAMバス26は、RAM
24から読み出されたデータをサイクル1の終了時点ま
で保持する。該データはバスラッチ66に保存されるの
で、サイクル2ではRAMバス26を他のデータアクセ
スに使用することができる。なお、図6のケースにおい
てバスラッチ66を経由しないデータ転送経路が選択さ
れた状態を想定すると、この状態ではRAMバス26の
使用効率が悪くなる。RAMバス26は、RAM24か
ら読み出されたデータがアライナ61へ供給され続ける
ように、該データをサイクル2の終了時点まで保持しな
ければならないからである。
【0020】なお、上記3つの設定値ROM_WAI
T,RAM_WAIT及びDATA_IN_SELに代
えて、シングルチップ・マイクロコンピュータ10のユ
ーザにより決定された外部クロック信号ECLKの周波
数をレジスタ72に設定するようにしてもよい。内部ク
ロック信号ICLKのサイクル時間(CPUサイクル時
間)Tcyc は、レジスタ72に設定された外部クロック
信号ECLKの周波数と、クロック制御信号CTRLに
より指定された周波数比率とに基づいて算出される。R
OMアクセス時間Trom 、RAMアクセス時間Tram 及
びアライナ処理時間Talg は、いずれも既知の時間であ
る。これらの既知時間と、算出されたCPUサイクル時
間Tcyc とに基づいて、上記3つの値ROM_WAI
T,RAM_WAIT及びDATA_IN_SELがメ
モリアクセス制御回路70により自動的に決定され得
る。
【0021】
【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
、内蔵メモリから読み出したデータの転送経路をCP
Uクロック信号のサイクル時間に応じて変更できるよう
にしたので、高いメモリアクセス効率を有するシングル
チップ・マイクロコンピュータを実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシングルチップ・マイクロコンピ
ュータの構成例を示すブロック図である。
【図2】図1中のCPUの内部構成を示すブロック図で
ある。
【図3】内部クロック信号が100MHzの周波数を有
する場合の図1中のROMの読み出しアクセス過程を示
すタイミング図である。
【図4】内部クロック信号が50MHzの周波数を有す
る場合の図1中のROMの読み出しアクセス過程を示す
タイミング図である。
【図5】内部クロック信号が50MHzの周波数を有す
る場合の図1中のRAMの読み出しアクセス過程を示す
タイミング図である。
【図6】内部クロック信号が100MHzの周波数を有
する場合の図1中のRAMの読み出しアクセス過程を示
すタイミング図である。
【符号の説明】
10 シングルチップ・マイクロコンピュータ 12 CPU 14 内部クロック生成回路(クロック手段) 16 外部クロック端子 18 クロック制御端子 20 ROM(メモリ手段,第1のメモリ) 22 ROMバス(第1のバス) 24 RAM(メモリ手段,第2のメモリ) 26 RAMバス(第2のバス) 28 外部バスインターフェイス 30 IOバス(第3のバス) 32 外部バス端子 34 タイマ 36 DMA/テスト制御回路(DMA制御手段,テス
ト制御手段) 38 ROMバススイッチ 40 RAMバススイッチ 50 命令処理部(処理手段) 55 命令バススイッチ 60 データ処理部(データ処理手段) 61 アライナ(前処理手段) 62 レジスタ(レジスタ手段) 65 データバススイッチ 66 バスラッチ(バスラッチ手段) 67 データ入力スイッチ(スイッチ手段) 70 メモリアクセス制御回路(制御手段) 71 ウェイト制御回路 72 設定値レジスタ CTRL クロック制御信号 DATA_IN_SEL データ入力スイッチの切換設
定値 ECLK 外部クロック信号 ICLK 内部クロック信号 RAM_WAIT RAMアクセスに係るウェイトサイ
クル数の設定値 ROM_WAIT ROMアクセスに係るウェイトサイ
クル数の設定値 SEL 選択信号 SET レジスタ設定信号 Talg アライナ処理時間(前処理時間) Tcyc CPUサイクル時間 Tram RAMアクセス時間 Trom ROMアクセス時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 12/00 - 12/06 G06F 15/78

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データを記憶するためのメモリ手段と、 前記メモリ手段に接続されたバス手段と、 可変のサイクル時間を持つ内部クロック信号を供給する
    ためのクロック手段と、 特定のデータを前記内部クロック信号に同期して処理す
    るように、前記バス手段を介した前記メモリ手段への読
    み出しアクセス過程を前記内部クロック信号に同期して
    開始するためのデータ処理手段と、 前記メモリ手段から前記バス手段の上に読み出されたデ
    ータを前記内部クロック信号に同期してラッチするため
    のバスラッチ手段と、 前記メモリ手段から前記バス手段の上に読み出されたデ
    ータと、前記バスラッチ手段にラッチされたデータとの
    いずれかを選択的に前記データ処理手段へ供給するため
    のスイッチ手段と、前記スイッチ手段から供給されたデータに前処理を施す
    ための前処理手段と、 前記前処理が施されたデータを前
    記内部クロック信号に同期して記憶するためのレジスタ
    手段と、 前記メモリ手段のアクセス時間と前記前処理に要する時
    間との和と、前記内部クロック信号の選択されたサイク
    ル時間との関係に応じて決定された切換に従って前記ス
    イッチ手段を制御するための制御手段とを備えたことを
    特徴とするシングルチップ・マイクロコンピュータ。
  2. 【請求項2】 請求項記載のシングルチップ・マイク
    ロコンピュータにおいて、 命令を記憶するためのROMと、 前記ROMに接続されたROMバスとを更に備えたこと
    を特徴とするシングルチップ・マイクロコンピュータ。
  3. 【請求項3】 請求項記載のシングルチップ・マイク
    ロコンピュータにおいて、 データ入出力のための外部バス端子と、 前記バス手段及び前記ROMバスから独立して前記外部
    バス端子に接続されたIOバスとを更に備えたことを特
    徴とするシングルチップ・マイクロコンピュータ。
  4. 【請求項4】 請求項記載のシングルチップ・マイク
    ロコンピュータにおいて、 データのDMA転送を実現するように前記IOバスを前
    記バス手段及び前記ROMバスに接続するためのDMA
    制御手段を更に備えたことを特徴とするシングルチップ
    ・マイクロコンピュータ。
  5. 【請求項5】 請求項記載のシングルチップ・マイク
    ロコンピュータにおいて、 前記メモリ手段及び前記ROMのテストを実現するよう
    に前記IOバスを前記バス手段及び前記ROMバスに接
    続するためのテスト制御手段を更に備えたことを特徴と
    するシングルチップ・マイクロコンピュータ。
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