JPH05151081A - マイクロプロセツサ - Google Patents

マイクロプロセツサ

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Publication number
JPH05151081A
JPH05151081A JP3315889A JP31588991A JPH05151081A JP H05151081 A JPH05151081 A JP H05151081A JP 3315889 A JP3315889 A JP 3315889A JP 31588991 A JP31588991 A JP 31588991A JP H05151081 A JPH05151081 A JP H05151081A
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JP
Japan
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signal
address
wait
bus cycle
outputting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3315889A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Kaneko
裕一 金子
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NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
Original Assignee
NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd filed Critical NEC IC Microcomputer Systems Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 アクセス・タイムの異なる外部記憶装置で、
複雑な外付回路を用いず、処理速度を改善するマイクロ
プロセッサの提供。 【構成】 外部主記憶13の命令で、仮想記憶対応の仮
想アドレスを計算する実行アドレス生成ユニット2と、
高速変換緩衝機構4を含み、仮想アドレスを実アドレス
に変換しWAITビット101と102を出力するメモ
リ管理ユニット3と、実アドレスをREADY信号10
8で主記憶13のアドレス信号とし、バスサイクル・ス
タート信号104とバスサイクル・エンド信号105を
出力するアクセスコントロール・ユニット7と、WAI
Tビット101と102をバスサイクル・スタート信号
104とバスサイクル・エンド信号105でカウント
し、WAIT信号106を出力するカウンタ6とを備
え、主記憶13のEWAIT信号107とWAIT信号
106の2入力に対応するNAND回路11の出力とし
て、READY信号108が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロプロセッサに関
し、特に、ページング方式の仮想記憶手段を用いるマイ
クロプロセッサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般にページング方式においては、主記
憶領域外の仮想アドレス空間領域がプロセスにより参照
される場合には、ハードウェアにより例外を発生させ
て、当該例外の処理として要求されるページをディスク
等の補助記憶装置から主記憶領域にロードし、どの仮想
アドレス空間のページが主記憶領域の何れのページに割
付けられているかを表わすためのページ・テーブルを設
定した後に、命令の再実行を開始するという方法が用い
られている。この場合、ページ・テープルに記憶される
情報としては、ページが主記憶領域にあるか、または仮
想記憶領域にあるかを示す状態ビット、仮想アドレスに
対応する実アドレスなどが管理されている。なお、ペー
ジング方式におけるアドレス変換の具体例としては、日
本電気(株)の32ビット・マイクロプロセッサμPD
70632(以下、V70と云う)が挙げられる。
【0003】前記V70の仮想アドレス空間は4Gバイ
トあり、これを1Gバイトずつ四つに区分けして、それ
ぞれをセクションと呼ぶ。これらのセクションは更に1
024の領域に分けられて、それぞれの領域はエリアと
呼ばれる。各エリアは1Mバイトの大きさを有してお
り、更にまた256個の領域に分割されて、それぞれペ
ージと呼ばれる。このページの大きさは4Kバイトであ
る。
【0004】V70のアドレス変換は、エリア・テーブ
ル・レジスタ・ペア、エリア・テーブルおよびページ・
テーブルの情報を参照して行われる。エリア・テーブル
・レジスタ・ペア(以下、ATRと云う)は、四つの各
セクションに対応して、それぞれ4組あり、エリア・テ
ーブルの主記憶中のベース・アドレスと長さが保持され
ている。エリア・テーブルは、四つのセクションごとに
1枚ずつ存在するテーブルであり、それぞれのエントリ
はページ・テーブル・エントリ(以下、ATEと云う)
と呼ばれる。また、ページ・テーブルは、エリアごとに
1枚づつ存在するテーブルで、その主記憶上におけるベ
ース・アドレスは、そのエリアに対応するATEにより
指定されている。それぞれのエントリはページ・テーブ
ル・エントリ(以下、PTEと云う)と呼ばれる。
【0005】次に、アドレス変換の実際の動作につい
て、図4および図5を参照して説明する。図4は、従来
のマイクロプロセッサ10の構成を示すブロック図であ
る。外部に設けられている主記憶12に対応して、マイ
クロプロセッサ10は、命令実行ユニット1と、実効ア
ドレス生成ユニット2と、TLB(高速変換緩衝機構)
4を含むメモリ管理ユニット3と、命令デコード・ユニ
ット5と、アクセスコントロール・ユニット7と、デー
タコントロール・ユニット8と、デコード回路11とを
備えて構成される。
【0006】主記憶12より取込まれる命令に従って、
命令デコード・ユニット5においては当該命令がデコー
ドされ、更に実行アドレス生成ユニット2において計算
された仮想アドレスが、内部仮想アドレス・バス201
を経由してメモリ管理ユニット3に与えられる。メモリ
管理ユニット3においては、当該仮想アドレスは実アド
レスに変換されて、内部実アドレス・バス203を経由
してアドレス・バス204を制御するアクセスコントロ
ール・ユニット7に転送される。アクセスコントロール
・ユニット7においては、当該実アドレスを受けて、ア
ドレス・バス204に対する制御作用、およびBCYS
T(バスサイクル・スタート)信号104およびBCY
END(バスサイクル・エンド)信号104を介して、
主記憶12に対するアクセスが行われる。
【0007】図5は、図4に示されるメモリ管理ユニッ
ト3の動作を示す概念図であり、図4における内部仮想
アドレス・バス211を経由して送られてくる32ビッ
トの仮想アドレス401の内、上位2ビット(ビット3
0〜31)のセクションID402により、四つのAT
R406の内の一つが選択され、エリア・テーブルのベ
ース・アドレスが指定される。次に、仮想アドレス40
1のビット20〜29のエリアID403から、アクセ
スするエリアのATE407が決定され、ページ・テー
ブルのベース・アドレスが指定される。PTE408
は、ビット12〜19のページID404により決定さ
れる。このPTE408により指定される、主記憶12
における実ページナンバーと、ページ内オフセット40
5により、仮想アドレス401に対応する、主記憶12
における実アドレス409が指定され、図4におけるア
ドレスバス213を経由して、アドレスバスの制御を行
うアクセスコトロール・ユニット7に転送される。
【0008】図5におけるPTEの内部構成が図6に示
される。PTE408は、VALIDビット501、I
/O MAPPEDビット502、PRESENCEビ
ット503、LOCKビット504、未定義のRFUフ
イールド505および506、USERビット507、
アクセス情報ビット508、保護情報ビット509およ
びREAL PAGE NUMBERフイールド510
により構成されている。
【0009】次に、READY制御について説明する。
READY制御が行われないデータ・アクセスにおいて
は、アドレスの出力からデータのサンプリングまでの期
間が一定であるが、これに対して、READY制御が行
われるデータ・アクセスにおいては、READY信号を
アクティブにしないことにより、アドレスの出力からデ
ータのサンプリングまでの期間を任意に決めることがで
きる。
【0010】READY制御を行った時のデータ・アク
セスのタイミング図が図7(a)、(b)、(c)、
(d)、(e)および(f)に示される。
【0011】図7において、データ・アクセスにおいて
は、データ・アクセスの開始によりアドレスバス204
を介してアドレス(図7(b)参照)が出力されると同
時に、バスサイクル・スタート信号103(図7(d)
参照)がアクティブとなり、その次の次のクロックの立
ち上りにおいてREADY信号104がアクティブであ
る場合には、アドレスの出力から2クロックにおいてデ
ータバス215を経由して、データがサンプリングされ
る。また、READY信号107がインアクティブであ
る場合には、その後のクロックの立ち上りにおいてRE
ADY信号107がアクティブになった時点において、
データのサンプリングが行われ、バスサイクル・エンド
信号104がアクティブとなる。それまではアドレスは
保持されている。
【0012】図4の従来例において、主記憶12がSR
AMとDRAMが混在して形成されている場合には、V
80と主記憶12の間にアドレスをデコードするデコー
ド回路11が設けられており、プログラムがDRAM領
域に入ったことが検出されると、READY信号107
を必要な期間(DRAMのアクセス時間以上の期間)イ
ンアクティブにして必要な期間データ・アクセスを延長
させ、遅いメモリにおいてもアクセスが可能であるよう
に配慮されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のマイク
ロプロセッサにおいては、当該マイクロプロセッサの処
理速度に対して、動作速度の十分速い主記憶(SRA
M)と、動作速度の遅い主記憶(DRAM)が混在して
いる場合には、それぞれの領域に対するデータ・アクセ
スのアドレスの出力からデータのサンプリングまでの期
間を、それぞれの記憶装置のアクセス・タイムに合致さ
せることにより、システム全体の処理速度を向上させる
ことが可能となるが、しかしながら、アドレスをデコー
ドして命令列およびデータ領域がDRAMの領域に入っ
たことを確認して、READY信号を制御する外付け回
路などを設ける必要があり、また、そのためのデコード
に時間を要し、バスサイクルの遅れの要因になるという
欠点がある。
【0014】
【課題を解決するための手段】第1の発明のマイクロプ
ロセッサは、外部主記憶装置に対応して、ページンク方
式の仮想記憶を用いるマイクロプロセッサにおいて、前
記外部主記憶装置より取込まれる命令を介して、前記仮
想記憶に対応する仮想アドレスを計算して出力する手段
と、高速変換緩衝機構を含み、前記仮想アドレスを入力
して、当該仮想アドレスを実アドレスに変換して出力す
るとともに、所定の第1および第2のWAITビットを
前記高速変換緩衝機構より出力するメモリ管理手段と、
前記実アドレスを入力し、所定のREADY信号を介し
て、前記外部主記憶装置に対するアドレス信号を出力す
るとともに、所定のBCYST(バスサイクル・スター
ト)信号およびBCYEND(バスサイクル・エンド)
信号を出力するアクセス制御手段と、前記第1および第
2のWAITビットを入力して、前記BCYST(バス
サイクル・スタート)信号およびBCYEND(バスサ
イクル・エンド)信号を介してカウント操作を行い、所
定のWAIT信号を出力するカウント手段と、を少なく
とも備え、前記外部主記憶装置より出力されるEWAI
T信号ならびに前記WAIT信号の2入力に対応するN
AND演算出力として、前記READY信号を形成する
ことを特徴としている。
【0015】また、第2の発明のマイクロプロセッサ
は、外部主記憶装置に対応して、ページンク方式の仮想
記憶を用いるマイクロプロセッサにおいて、前記外部主
記憶装置より取込まれる命令を介して、前記仮想記憶に
対応する仮想アドレスを計算して出力する手段と、高速
変換緩衝機構を含み、前記仮想アドレスを入力して、当
該仮想アドレスを実アドレスに変換して出力するととも
に、所定の第1および第2のWAITビットを前記高速
変換緩衝機構より出力するメモリ管理手段と、前記実ア
ドレスを入力し、所定のREADY信号を介して、前記
外部主記憶装置に対するアドレス信号を出力するととも
に、所定のBCYST(バスサイクル・スタート)信号
およびBCYEND(バスサイクル・エンド)信号を出
力するアクセス制御手段と、前記第1および第2のWA
ITビットを入力して、前記BCYST(バスサイクル
・スタート)信号およびBCYEND(バスサイクル・
エンド)信号を介してカウント操作を行い、所定のWA
IT信号を出力するカウント手段と、前記WAIT信号
を反転して、前記READY信号として出力するインバ
ータと、を少なくとも備えて構成される。
【0016】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0017】図1は本発明の第1の実施例を示すブロッ
ク図である。図1に示されるように、本実施例は、外部
に設けられている主記憶13に対応して、命令実行ユニ
ット1と、実効アドレス生成ユニット2と、TLB4を
含むメモリ管理ユニット3と、命令デコード・ユニット
5と、アクセスコントロール・ユニット7と、カウンタ
6と、データコントロール・ユニット8とを備えて構成
され、付加回路として、外部にNAND回路11が設け
られている。なお、本実施例は、アクセスする領域の情
報だけでは、データ・アクセスの期間が決められないマ
イクロコンピュータ・システムの一例である。また、図
3に示されるのは、本実施例におけるPTE内の情報の
構成を示す図であり、従来は、RFUフイールドとされ
ている未定義のビット4およびビット5を、WAIT情
報を有するWI(WAIT INFORMATION)
ビット、即ちWI0ビット101およびWI1ビット1
02とし、アドレス出力からデータ・サンプリングまで
の期間を、WI0ビット101およびWI1ビット10
2が共に0である時には2クロック、WI0ビット10
1が0で、WI1ビット102が1の時には3クロッ
ク、WI0ビット101が1で、WI1ビット102が
0の時には4クロック、そしてWI0ビット101およ
びWI1ビット102が共に1の時には5クロックとす
る。
【0018】図1に示される本実施例のブロック図は、
V70の内部にウェイト情報出力回路と、その情報を外
部に出力するWAIT端子を設けた場合の主記憶13に
対するデータ・アクセスの概要を示すブロック図であ
る。主記憶13から取込まれた命令に従って、命令デコ
ード・ユニット5において命令がデコードされ、更に、
実行アドレス生成ユニット2において計算される仮装ア
ドレスは、内部仮装アドレス・バス201を経由してメ
モリ管理ユニット3に入力される。メモリ管理ユニット
3においては、先ずTLB4にアドレス変換情報がキャ
ッシュされる。TLB4にキャッシュされたPTE情報
内のWIビット101およびWI1ビット102は、カ
ウンタ6内にロードされ、またカウンタ6より出力され
るWAIT信号106はアクティブとなる。アクセスコ
ントロール・ユニット7から出力されるBCYST(バ
スサイクル・スタート)信号104がアクティブになる
と、カウンタ6内においてカウントが開始され、カウン
トが終了すると、WAIT信号106はインアクティブ
となる。
【0019】WAIT信号106は、当該マイクロプロ
セッサ10の外部においてNAND回路11に入力さ
れ、外部の主記憶13から出力されるデータ・アクセス
期間を延ばす要求信号(EWAIT信号と云う)107
との論理積がとられ、反転されてREADY信号108
として出力され、アクセスコントロール・ユニット7に
入力される。アクセスコントロール・ユニット7におい
ては、READY信号108は、毎クロック信号の立上
りにおいてサンプリングされ、インアクティブであれ
ば、現在実行中のデータ・アクセスが継続して行われ
る。また、アクティブであれば、その時のデータがサン
プリングされて、実行中のデータ・アクセスは終了とな
る。この結果、データ・アクセスのアドレス出力からサ
ンプリングに至るまでの期間は、必ずWI0ビット10
1およびWI1ビット102により示されるクロック数
以上の時間となる。
【0020】次に、図2に示されるのは、本発明の第2
の実施例を示すブロック図である。図2に示されるよう
に、本実施例は、外部に設けられている主記憶13に対
応して、命令実行ユニット1と、実効アドレス生成ユニ
ット2と、TLB4を含むメモリ管理ユニット3と、命
令デコード・ユニット5と、アクセスコントロール・ユ
ニット7と、カウンタ6と、データコントロール・ユニ
ット8と、インバータ9とを備えて構成されている。な
お、本実施例は、アクセスする領域の情報だけで、デー
タ・アクセスの期間が決められるマイクロコンピュータ
・システムの一例である。また、図3に示されるのは、
第1の実施例の場合と同様に、本実施例におけるPTE
内の情報の構成を示す図であり、従来は、RFUフイー
ルドとされている未定義のビット4およびビット5を、
WAIT情報を有するWIビット、即ちWI0ビット1
01およびWI1ビット102とし、アドレス出力から
データ・サンプリングまでの期間を、WI0ビット10
1およびWI1ビット102が共に0である時には2ク
ロック、WI0ビット101が0で、WI1ビット10
2が1の時には3クロック、WI0ビット101が1
で、WI1ビット102が0の時には4クロック、そし
てWI0ビット101およびWI1ビット102が共に
1の時には5クロックとする。
【0021】図2に示される本実施例のブロック図は、
V70の内部にウェイト情報出力回路を設けた場合のメ
モリへのデータ・アクセスの概要を示すブロック図であ
る。主記憶13から取込まれた命令に従って、命令デコ
ード・ユニット5において命令がデコードされ、更に、
実行アドレス生成ユニット2において計算された仮装ア
ドレスは、内部仮装アドレス・バス201を経由してメ
モリ管理ユニット3に入力されると、先ず、TLB4に
アドレス変換情報がキャッシュされる。TLB4にキャ
ッシュされたPTE情報内のWI0ビット101および
WI1ビット102は、カウンタ6内にロードされ、ま
たカウンタ6より出力されるWAIT信号105はアク
ティブとなる。アクセスコントロール・ユニット7から
出力されるBCYST(バスサイクル・スタート)信号
104がアクティブになると、カウンタ6内においてカ
ウントが開始され、カウントが終了すると、WAIT信
号106はインアクティブとなる。
【0022】WAIT信号106はインバータ9におい
て反転され、READY信号108としてアクセスコン
トロール・ユニット7に入力される。アクセスコントロ
ール・ユニット7においては、READY信号108は
毎クロックの立上りにおいてサンプリングされ、アクテ
ィブであれば、その時のデータがサンプリングされて、
実行中のデータ・アクセスが終了となる。この結果、デ
ータ・アクセスのアドレス出力からサンプリングまでの
期間は、WI0ビット101およびWI1ビット102
により示されるクロック数となる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、外部に
設けられている主記憶およびI/O等の実装状態に適合
するアドレス・デコーダを除去し、内部において、デー
タ・アクセス期間を自動的に制御調整することにより、
動作速度の異なる記憶装置およびI/O等が混在するシ
ステムにおいても、複雑な外付回路を不要にすることが
できるとともに、デコードに要する時間を排除すること
により、バスサイクルの遅れを除去することができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】第1および第2の実施例におけるPTE内情報
構成図である。
【図4】従来例を示すブロック図である。
【図5】V70におけるアドレス変換の概要を示す図で
ある。
【図6】V70におけるPTE内部の情報構成を示す図
である。
【図7】READY制御時のデータ・アクセスのタイミ
ング図である。
【符号の説明】
1 命令実行ユニット 2 実効アドレス生成ユニット 3 メモリ管理ユニット 4 TLB 5 命令デコード・ユニット 6 カウンタ 7 アクセスコントロール・ユニット 8 データコントロール・ユニット 9 インバータ 10 マイクロプロセッサ 11 NAND回路 12 デコード回路 13 主記憶 101 WI0ビット 102 WI1ビット 103 実ページ・ナンバー 104 BCYST(バスサイクル・スタート)信号 105 BCYEND(バスサイクル・エンド)信号 106 WAIT信号 107 EWAIT信号 108 READY信号 201 内部仮想アドレスバス 202 内部データバス 203 内部実アドレスバス 204 アドレスバス 205 データバス 301、310 仮想アドレス 302 セクションID 303 エリアID 304 ページID 305 ページ内オフセット 306 ATR 307 ATE 308 PTE 309、311 実アドレス 312 実ページ・ナンバー 401 VARIDビット 402 I/O MAPPEDビット 403 PRESENCEビット 404 LOCKビット 405、406 未定義のPFUビット 407 USERビット 408 アクセス情報ビット 409 保護情報ビット 410 実ページ・ナンバー・フィールド

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部主記憶装置に対応して、ページンク
    方式の仮想記憶を用いるマイクロプロセッサにおいて、 前記外部主記憶装置より取込まれる命令を介して、前記
    仮想記憶に対応する仮想アドレスを計算して出力する手
    段と、 高速変換緩衝機構を含み、前記仮想アドレスを入力し
    て、当該仮想アドレスを実アドレスに変換して出力する
    とともに、所定の第1および第2のWAITビットを前
    記高速変換緩衝機構より出力するメモリ管理手段と、 前記実アドレスを入力し、所定のREADY信号を介し
    て、前記外部主記憶装置に対するアドレス信号を出力す
    るとともに、所定のBCYST(バスサイクル・スター
    ト)信号およびBCYEND(バスサイクル・エンド)
    信号を出力するアクセス制御手段と、 前記第1および第2のWAITビットを入力して、前記
    BCYST(バスサイクル・スタート)信号およびBC
    YEND(バスサイクル・エンド)信号を介してカウン
    ト操作を行い、所定のWAIT信号を出力するカウント
    手段と、 を少なくとも備え、前記外部主記憶装置より出力される
    EWAIT信号ならびに前記WAIT信号の2入力に対
    応するNAND演算出力として、前記READY信号を
    形成することを特徴とするマイクロプロセッサ。
  2. 【請求項2】 外部主記憶装置に対応して、ページンク
    方式の仮想記憶を用いるマイクロプロセッサにおいて、 前記外部主記憶装置より取込まれる命令を介して、前記
    仮想記憶に対応する仮想アドレスを計算して出力する手
    段と、 高速変換緩衝機構を含み、前記仮想アドレスを入力し
    て、当該仮想アドレスを実アドレスに変換して出力する
    とともに、所定の第1および第2のWAITビットを前
    記高速変換緩衝機構より出力するメモリ管理手段と、 前記実アドレスを入力し、所定のREADY信号を介し
    て、前記外部主記憶装置に対するアドレス信号を出力す
    るとともに、所定のBCYST(バスサイクル・スター
    ト)信号およびBCYEND(バスサイクル・エンド)
    信号を出力するアクセス制御手段と、 前記第1および第2のWAITビットを入力して、前記
    BCYST(バスサイクル・スタート)信号およびBC
    YEND(バスサイクル・エンド)信号を介してカウン
    ト操作を行い、所定のWAIT信号を出力するカウント
    手段と、 前記WAIT信号を反転して、前記READY信号とし
    て出力するインバータと、 を少なくとも備えることを特徴とするマイクロプロセッ
    サ。
JP3315889A 1991-11-29 1991-11-29 マイクロプロセツサ Withdrawn JPH05151081A (ja)

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Effective date: 19990204