JPH08314589A

JPH08314589A - 信号伝達装置

Info

Publication number: JPH08314589A
Application number: JP7115452A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tanaka; 和彦田中; Keiji Kojima; 啓二小島; Kiyokazu Nishioka; 清和西岡; Toru Nojiri; 徹野尻; Yoshibumi Fujikawa; 義文藤川; Masao Ishiguro; 正雄石黒
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-15
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 1996-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】従来のデバイスでも、消費電力の削減を実現す
る。【構成】データの送信側では、転送対象となる元データ
９００から、転送するデータの時間的変化が小さくなる
ように極性の反転／非反転を行い、転送データ９０１を
生成する。これに転送データ９０１の反転の有無を示す
極性指示データ９０２を付加し、転送データ９０１と極
性指示データ９０２を外部へ対して転送する。受信側で
は、転送データ９０１と極性指示データ９０２から、元
データ９００を復元する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパーソナルコンピュータ
など、電気信号を用いて情報を伝達する装置の低電力化
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、アメリカのＥｎｅｒｇｙＳｔａ
ｒ計画などに代表される環境保護プロジェクトの影響
で、パソコンなどの情報処理装置においても低電力化の
要求が高まっている。また、電源や熱対策費用の削減な
ど、システム全体の低コスト化のためにも、消費電力の
削減は重要なポイントとなっている。

【０００３】消費電力を削減する方法は、「モービルコ
ンピューティングに向け、がらりと変わるＬＳＩの設計
思想 −ＩＳＳＣＣ９４で話題の低電力技術から−」
（日経マイクロデバイス１９９４／３：日経ＢＰ社
Ｐ．２６〜）に、電源の低電圧化、素子の改良などの手
法が記載されている。

【０００４】一般に、情報処理装置などに使用されてい
るデジタルのＬＳＩでは、その電力消費のうち、かなり
の部分が、ＬＳＩの外部とのインターフェイス、特に出
力バッファで消費されている。一般に、ＣＭＯＳ構造を
用いたＬＳＩでは、出力信号の値が反転する瞬間に大き
な電流が流れ、出力信号の値が変化しない場合には、ほ
とんど電流が流れない。つまり、出力バッファの消費電
力は、出力信号の値が反転する回数にほぼ比例する。出
力バッファの消費電力は、以下の式で表すことができ
る。

【０００５】

【数１】出力バッファの消費電力＝Ａ × 出力バッファの動作周波数 × 出力の反転する確率 × 出力バッファの個数この式において、Ａは比例定数である。この式から分か
るように、比例定数Ａ、出力バッファの動作周波数、出
力の反転する確率、出力バッファの個数のどれかを小さ
くすることによって消費電力の削減が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、ＬＳＩの処理性
能を向上させるには、データ転送速度の向上が必要であ
る。このためには、データバス幅の拡張、動作周波数の
高速化などの手段がある。しかし、どちらを採用した場
合でも消費電力は増加してしまう。現在、一般に使用さ
れている高性能ＣＰＵでは、データバス幅の拡張、動作
周波数の両方を採用しているケースが多い。しかし、こ
れにより消費電力も数１０Ｗと大きなものになってお
り、使用しているパッケージも高価なものとなってい
る。

【０００７】消費電力を小さく抑えたまま、データ転送
速度を向上させるには、比例定数Ａまたは出力の反転す
る確率を小さくする必要がある。比例定数Ａを小さくす
るには低電圧化、使用素子の改良などの方法があるが、
これは回路の構成よりも、むしろデバイスに依存する部
分である。

【０００８】本発明の目的は、出力の反転する確率を小
さくすることにより、従来のデバイスを用いた場合で
も、消費電力を削減することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】実際の例を図１、図３を
用いて説明する。図１において、１はデータを送出する
ＬＳＩ、２はデータを受信するＬＳＩ、３は両者を結ぶ
データバスである。ここで、ＬＳＩ１からＬＳＩ２に対
して、図３に示される様に、時系列的に、９００ａ、９
００ｂ、９００ｃ．．．という１６ビットのデータが、
１６本のデータバス２を用いて送られる場合を考える。
ここで、Ｈは対応する信号がハイレベル、Ｌは対応する
信号がローレベルであることを示している。この場合、
データが変化する時点で、反転した信号線の本数に、ほ
ぼ比例した電力が消費される。例えば、９００ａから９
００ｂに変化するときには、１２×ＡＡの電力が消費さ
れる。ここでＡＡは比例定数である。同様に、９００
ａから９００ｈに変化する間に消費される電力は（１２
＋４＋１６＋８＋９＋７＋１０）×ＡＡである。括弧内
は、出力の反転する信号の本数の累積値であり、これを
小さくすることで、ＬＳＩ１の出力バッファが消費する
電力を削減することが可能となる。

【００１０】本発明では、データバスに対して、データ
バスの信号が正論理、負論理のどちらであるかを示す極
性指示信号を付加する。そして、データバスと極性指示
信号のうち極性が反転する信号数の合計が、小さくなる
ように極性指示信号を制御する。

【００１１】

【作用】本発明を採用することにより、出力バッファの
信号値が反転する確率を下げることができ、ＬＳＩの平
均消費電力を下げることが可能になる。また、ＬＳＩの
出力信号の同時反転数の最大値を小さくすることができ
るため、ＬＳＩの最大消費電力を小さくすることができ
る。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図４を用いて説明する。こ
の図において、元データ９００（９００ａ、９００
ｂ、．．．の総称）は、ＬＳＩ１とＬＳＩ２の間で、転
送される対象となる時系列のデータである。この例で
は、データ幅を１６ビットとしているが、他の値であっ
ても問題はない。転送データ９０１は、本発明によって
変換されたデータであり、元データ９００の値そのも
の、または元データ９００のを反転（ＬとＨを入れ替え
たもの）した値のいずれか一方に等しい値である。９０
２は、データの極性を示す値であり、それぞれ転送デー
タ９０１の極性を示している。すなわち、極性指示値９
０２は、元データ９００と転送データ９０１の関連を示
している。元データ９００と転送データ９０１の値が一
致している場合には、極性指示値９０２はＬ、転送デー
タ９０１が元データ９００を反転した値である場合に
は、極性指示値９０２はＨとなる。

【００１３】本発明では、転送データ９０１と極性指示
値９０２の時間変化、すなわち、値が反転する信号の本
数を小さくするように転送データ９０１の極性および極
性指示値９０２を制御する。これは次のようにして行
う。

【００１４】（１）直前の転送データ９０１（たとえば
９０１ａ）と、次の転送の元データ９００（たとえば９
００ｂ）の値を比較して、信号の値が反転する本数を数
える。

【００１５】（２）信号値が反転するデータの数が一度
に転送するデータ数（この例では１６）の１／２より小
さければ、極性指示データ９０２ｂの値をＬとして、デ
ータの反転は行わない。すなわち、９０１ｂは９００ｂ
と等しくなる。

【００１６】（３）信号値が反転するデータの数が一度
に転送するデータ数の１／２より大きければ、極性指示
データ９０２ｂの値をＨとして、データを反転する。す
なわち、９０１ｂは９００ｂを反転した値となる。

【００１７】（４）信号値が反転するデータの数が一度
に転送するデータ数の１／２ならば、極性指示データ９
０２ｂの値として、直前の極性指示データ９０２ａの値
を使用し、これにもとずいてデータの反転／非反転を決
定する。すなわち、９０２ｂがＬならば、９０１ｂは９
００ｂと等しくなり、Ｈならば、９０１ｂは９００ｂを
反転した値となる。

【００１８】次に、本発明の具体的な回路を、図５ない
し図７を用いて説明する。これらの図は、転送データ幅
が１６ビットの場合を例にしているが、転送データ幅と
しては、任意の値をとることが可能である。図５は、本
発明を用いたＬＳＩのデータ出力部の一例である。図６
は、図５における極性判断回路１５の内部構成の一例で
ある。図７は本発明を用いたＬＳＩのデータ入力部の一
例である。図５において、１０ａ〜ｐ、１２ａ〜ｐはＥ
ＯＲゲートであり、二つの入力の値が異なっているとき
にＨを、同じときにＬを出力する。すなわちＥＯＲゲー
ト１０ａを例にとると、信号１０１がＬならば、信号１
００ａがそのまま１１０ａへ出力され、信号１０１がＨ
ならば、信号１００ａを反転した値が１１０ａへ出力さ
れる。１１ａ〜ｐはフリップフロップ、１３ａ〜ｐは出
力バッファである。また、１００ａ〜ｐは、ＬＳＩ１内
部の他のブロックから送られてきた出力データ（元デー
タ）であり、３００ａ〜ｐはＬＳＩ１の外部に出力され
る信号である。

【００１９】図６において、５０は信号１２０ａ〜ｐに
よって与えられる１ビットの数値１６個を加算し、その
結果として得られる４ビットの数値を、信号１２１に出
力する加算器である。５１は、入力１２１と入力１２２
を４ビットの二進数とみなして、大きさを比較する回路
である。この例ではデータ幅は１６ビットなので、入力
１２２には常に８が入力される。信号１２１で表される
数が、信号１２２で表される数より小さければ信号１２
３が、大きければ信号１２４が、等しければ信号１２５
がアクティブになる。信号１２３〜１２５は、必ずどれ
か一つだけがアクティブとなる。５２はセレクタであ
る。信号１２３〜信号１２５の値により、入力１２６、
１２７、１６１のうちの１つが出力１０１に出力され
る。この例では、常に入力１２６にはＬが、入力１２７
にはＨが入力される。セレクタ５２の出力１０１には、
信号１２３がアクティブならば入力１２６が、信号１２
４がアクティブならば入力１２７が、信号１２５がアク
ティブならば入力１６１が現われる。

【００２０】図５の回路を用いることによって、信号１
００によって表される元データ９００、信号３００によ
って表される転送データ９０１、極性指示信号３０１に
よって表される極性指示データ９０２の関係を、図４を
満たすようすることができる。

【００２１】次に、図７を用いて受信側ＬＳＩ２の動作
を説明する。この図において２０ａ〜ｐは入力バッフ
ァ、２１ａ〜ｐはＥＯＲゲートである。ＥＯＲゲートの
定義から明らかなように、信号３０１の値がＬならば、
信号２０２ａ〜ｐの内容は信号３００ａ〜ｐと等しくな
り、Ｈならば、信号２０２ａ〜ｐの内容は信号３００ａ
〜ｐを反転したものとなる。先ほどの送信側ＬＳＩ１の
動作と合わせて考えると、信号１００ａ〜ｐの値がその
まま、信号２０２ａ〜ｐに伝えられることになる。ただ
し、フリップフロップ１１による遅延の影響は存在す
る。

【００２２】以上の例では、データバス全体に対して極
性指示信号を１本としたが、扱うデータによってはデー
タバスを複数のグループに分けて、それぞれに対して極
性指示信号を用意したほうが効率がいい場合がある。本
発明は、このようなケースにも対応可能である。この場
合のデータ例を、図８に示すこの図では転送データ９０
３は左から４本ずつ四つのグループに分けられている。
この各グループに対して、４本の極性指示信号９０４が
対応する。

【００２３】さらに、他のケースとしてＬＳＩの出力レ
ベルによって消費電力が異なる場合にも、本発明を適用
することが可能である。仮にＬＳＩ１の出力バッファ１
３ａ〜ｐの消費電力が、Ｌレベルの信号を出力する場合
の方が、Ｈレベルの信号を出力する場合に比べて小さい
場合、送信側のＬＳＩ１の構成を図１０のようにするこ
とで消費電力の削減が可能となる。この場合の、データ
の変化を、図９に示す。この構成をとると、データバス
のうちＨレベルとなる信号の本数を常に、データバスの
幅の１／２以下にすることができるので、消費電力の最
大値を小さく抑えることができる。このため、ＬＳＩ１
が必要とする電源ピンを少なくすることができる。ま
た、この方式は、送信側ＬＳＩ１または受信側ＬＳＩ２
の素子の寿命が、入出力する信号レベルによって異なる
場合にも有効である。

【００２４】なお、ここまでの例では、データの転送を
一方向に限定して説明を行ったが、図５と図７の回路を
一つに合成することで、双方向のデータ転送が可能とな
る。この場合のＬＳＩ５の内部構成を図１１に示す。こ
の図において入力バッファ２０ａ〜ｐと４０ａ〜ｐおよ
び２５と４１は互いに双方向のバッファを構成する。デ
ータの転送方向は、ＬＳＩ５内部の、他のブロックから
送られてくる転送方向指示信号１５０によって指定す
る。

【００２５】ＬＳＩ５は接続先がメモリでも動作するこ
とができ、この場合にも消費電力の削減が可能である。
ただし、接続先のメモリは１６ビット幅でなく、１７ビ
ット以上の幅を持っている必要がある（データ幅が１６
ビットの場合）。ここで述べたメモリとは、ＤＲＡＭ、
ＳＲＡＭなどの半導体メモリに限定されるものではな
い。ハードディスクや光ディスクなど広い範囲の記憶素
子について本発明は適用可能である。

【００２６】さらに、データの転送は一対一に限定され
るものではなく、図２に示されるようなバス構成のデー
タ転送に対しても本発明は有効である。また、これらま
での説明においては、信号は全て同時に変化するとした
が、実際には必ずしも同時でなくてよい。例えばデータ
バスの信号が全部同時に切り換わるのでなく、半分ずつ
交互に切り換わる場合においても、これに合わせて設計
することで、本発明の手法を適用することが可能であ
る。

【００２７】以上、説明の簡略化のために、ＬＳＩ間の
データ転送を例に説明したが、パソコンと周辺機器の接
続やパソコン同士の接続のように、装置間の接続にも適
用することが可能である。また、マルチチップモジュー
ル内でも、同様に使用することが可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明を採用してＬＳＩの平均消費電力
を下げることにより、システムの電源、熱対策に対する
費用を削減することが可能となる。

【００２９】また、ＬＳＩの出力信号の同時反転数の最
大値を小さくすることができるため、ＬＳＩの最大消費
電力を小さくすることができる。このため、ＬＳＩの電
源、グランドピンを削減することが可能となる。チップ
のピン数が削減される。また、消費電力の低下に伴い、
熱容量の小さいパッケージを採用することが可能にな
る。これらのことから、本発明を採用することでＬＳＩ
およびＬＳＩを用いたシステムの低コスト化が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＬＳＩ間のデータ転送を示した一例のブロク
図。

【図２】ＬＳＩ間のデータ転送を示した一例のブロック
図。

【図３】従来技術における転送データの一例の説明図。

【図４】本発明における転送データの一例の説明図。

【図５】本発明のデータ転送を実現するデータ送信側の
一実施例の回路図。

【図６】極性判断回路の構成例のブロック図。

【図７】本発明のデータ転送を実現するデータ受信側の
一実施例の回路図。

【図８】本発明の第二実施例における転送データの一例
の説明図。

【図９】本発明の第三実施例における転送データの一例
の説明図。

【図１０】本発明の第四実施例におけるデータ転送を実
現するデータ送信側の回路図。

【図１１】本発明の第五実施例におけるデータ転送を実
現する回路図。

【符号の説明】

１…送信側ＬＳＩ、２…受信側ＬＳＩ、３…データ転送経路、５…送受信ＬＳＩ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野尻徹神奈川県川崎市麻生区王禅時1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者藤川義文神奈川県川崎市麻生区王禅時1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者石黒正雄神奈川県川崎市麻生区王禅時1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、前記
信号線の極性を示す極性指示信号を付加し、前記信号線
の中で信号値が変化する本数の合計または、前記信号線
の中で信号値が変化する本数と極性信号の中で信号値が
変化する本数の合計が小さくなるように、極性信号を動
的に変化させることにより、低電力化および信号の同時
変化数の削減を実現したことを特徴とする信号伝達装
置。
【請求項２】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、回路
の動作中に動的に変化させることができる前記信号線の
極性を示す極性指示信号を付加したことを特徴とする信
号伝達装置。
【請求項３】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、前記
信号線を複数のグループに分割し、それぞれのグループ
に対して回路の動作中に動的に変化させることができる
極性信号を付加したことを特徴とする信号伝達装置。
【請求項４】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、前記
各信号線の信号値によって消費電力が異なる場合に、前
記信号線の極性を示す極性信号を付加し、消費電力が高
くなる方の信号値を持つ信号線の本数または、消費電力
が高くなる方の信号値を持つ信号線の本数と消費電力が
高くなる方の信号値を持つ極性信号の本数の合計が小さ
くなるように、極性信号を動的に変化させることによ
り、低電力化を実現したことを特徴とする信号伝達装
置。
【請求項５】回路の動作中に動的に変化させることがで
きる前記信号線の極性を示す双方向の極性指示信号を付
加し、双方向の転送も可能とした請求項１、２、３また
は４に記載の信号伝達装置。
【請求項６】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、回路
の動作中に動的に変化させることができる前記信号線の
極性を示す極性指示信号を扱うための回路を付加したこ
とを特徴とするＬＳＩ。
【請求項７】複数の素子と、前記素子を相互接続する３
本以上の信号線から構成されるシステムにおいて、回路
の動作中に動的に変化させることができる前記信号線の
極性を示す極性指示信号を付加したことを特徴とする信
号伝達方式を使用するシステム。