JPS5881334A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発ｇ４ｉｌｔ、低消費電力化に適したＭＯ８回路に係
シ、特に非動作状態時に低消費電力化が図れる相補型Ｍ
Ｏ８回路に関する。

従来、大規模集積回路で消費電力を低減する方法として
は動作する必要のない期間は電源供給を停止する方法と
、相補型ＭＯ８回路のようにその消費電力がクロック周
波数に比例するようなものはクロック周波数を下げるか
、クロックの供給を停止する方法がある。第一の電源供
給の停止を実現する方法としては第１図に示すようにス
イッチ回路で内部への電源供給路を切断することがある
。

図中のブロック４はいつも動作している回路であシ、プ
ｎツク５は動作する必要のないときは電源供給が停止さ
れる回路である。電力は電源端子１から接地端子１′へ
電流が流れたとき消費されるのでブロック５の動作が不
必要なときはスイッチ素子３を制御信号２で切断状態に
することで１から１′へのブロック５を通る経路を切り
これによって消費電力の低減をはかる。この場合、ブロ
ック５に含まれる記憶素子の内容は全て破壊されること
や、スイッチ素子のもつ抵抗などでブロック５への供給
電源電圧が下がること、さらに回復時に電源供給が安定
するまでにミリ秒単位の時間が必要で応答が遅くなると
いった問題点を有する。

つぎに相補型ＭＯ８回路にお込てクロック周波数を下げ
るか、またクロック供給を停止するかという方法である
が、これは先に述べた電源供給停止に比べて電源電圧の
低下や回復時の応答性といった問題はなく、記憶内容も
、系を構成する回路がすべてスタティック回路であれば
保護される。

相補型ＭＯ８回路の消費電力は大別して、入力信号変化
時に一時的にｐｍ電界効果型トランジスタ（９ＭＯ８）
とｎ型電界効果型トランジスタ（ｎＭＯ８）が同時にオ
ン状態になりこれによって９ＭＯ８側からｎ　Ｍ　０８
　＠へ流れる貫通電流によるものと出力につく容量負荷
への充放電電流によるものからなる。一般に貫通電流は
充放電電流に比べて１桁以上小さいので充放電電流が相
補型ＭＯ８回路の消９１１！力を決定しているとみても
良い。今回路系の中の歪番目の回路の出方容量を輸、回
路出力が変化する回数をｆ１％電源電圧をＶとすると、
この回路系の消費電力ＰはＰ口ΣＣｓＶ”ｆ。

となシ、消費電力Ｐを小さくするためには出力変化回数
ｆ、を小さくすれば良いことがわかる。個々の出力変化
数ｆ、を小さくするためＫは回路系のり闘ツク周波数を
下げれば良い。

ＭＯ８回路には信号が変化しないときも内に包まれる回
路の人出力の信号の電圧レベルが確定しているスタティ
ック回路と、りはツクによって論理が活性化されるダイ
ナミック動作がある。

一般にダイナミックＭＯ８回路を含んだ論理回路と同一
の機能を完全なスタティックＭＯ５回路のみからなる論
理回路で達成しようとすればスタティック回路のみで実
現した方が素子数は多くなっている。集積回路では集積
規模が大きくなっている反面、搭載する回路の規模もさ
らに大きくなってきているので素子数の面からダイナミ
ック回路を使用する必要がある。

しかし、相補型ＭＯ８を用いたダイナミック回路では、
充放電に伴なう消費電力を下げる目的でクロック周波数
を下げると貫通電流が増大し、これに伴なう消費電力が
増大してくるという問題が起こる。第２図にその原理を
示す。第２図（１）は相補型ＭＯ８）ランジスタを用い
たダイナミックインバータ回路１０を示す。回路１０は
、二つのｐ　Ｍ　ＯＳ　、　Ｑ　ｐｔ　−Ｑ　Ｐ！と二
つ＋Ｚ）０ＭＯ８，Ｑ、１゜ＱＮ、とを直列接続したも
のからなシ、トランジスタＱＰ１＊ＱＮ！のゲートに入
力信号工が印加され、トランジスタＱｓ１＊ＱＰ１のゲ
ートにはそれぞれクロックφおよびそれを反転して得ら
れるクロックφが印加されている。クロックφが備レベ
ル）＄２＞１”）”（低レベル）のとき入力信号工の逆
極性の信号ＯＵＴが出力され、φが“０°、φが°１°
になるとこれらのクロックの変化前の状態を保持する回
路である。この回路でクロックの供給を停止し、φが°
０１、φが°１°の状態に保つと、このクロックをゲー
ト信号と□して受けているｐＭｏｓ、Ｑ、およびｎ　Ｍ
　ＯＳ　、　Ｑ　Ｊはオフ状態になシ、出力は浮いた状
態で前に充電した電荷でもって出力電圧レベルを保持す
る。クロックが停止した状態が継続すると出力容量Ｃに
蓄積された電荷は徐々に漏れ電流として放電されるため
ＯＵＴは°１°と°０°との中間の電圧レベルに移行し
てくる。もしこのときこのダイナミック回路の出力’Ｏ
Ｕ　Ｔ　ｔ−スタティックインイく一夕回路１２の入力
とすると、このインバータ回路１２への入力電圧が中間
レベルとなるため、ｐＭＯ８ＱＢおよびｎ　ＭＯＳ　、
　Ｑｍｓが同時にオン状態になシ、両トランジスタを貫
通電流が長期にわたって流れるようになる。その結果定
常動作時には充放電電流に比べて無視できた貫通電流が
無視できなくなシ、全体として動１、時の充放電電流よ
〕消費電力が大きくなる。したがって、本発明の目晶は
クロックがオフとなっても、貫通電流が流れないように
出力信号が中間レベルとな°るようなダイナミンク回路
の出力′１圧を高レベルもしくは低レベルの確定した電
圧レベルにクランプする手段を供するものでおる。

以下、本祐明を実施例にしたがい説明する。

第３図は本発明による相葡城ＭＯ８Ｌｇ回路金用いりｆ
ｆイクロコ／ピユータでるる。

プロセッサ部は命令レジスｌ　（ＩＲ）２０７゜マルチ
プレクーｔｊ（ＭＰＸ）２０８．マイクロ命令アドレス
レジスタ（ＭＡＲ）２０９．マイクロ命令ｔ−記僧した
ＲＯＭ　（μ凡ＯＭ）２１０．コントロールレジスタ２
１１．演Ｊｌ！Ｉｔ（ＡＬＵ）２１２゜レジスタファイ
ル２１３．愼械＃１＃令金記憶する続出し専用メモリ（
ＲＯＭ）２０５．データを格納するラレダムククセスメ
モリ（ＲＡＭ）２０６カラする。コントロールレジスタ
２１１に絖出さｇたマイクロ命令によりレジスタファイ
ル２１３゜ＡＬＵ２１２＃！が制＃される。後述するよ
うに、マイクロ命令のもフィールドに異なる遅処時間を
与えるためのインバータ２２６〜２２９がコントロール
レジスタ２１１に接続さｎている。第３図の装置はさら
にタイマ２０１とシリアルインタフェース２０２とクロ
ックφ重とそれと電なシのないクロックφ、（第４図）
の発生器（ＣＰＧ）２０４とを有する。

タイマ２０１．シリアルインタフェース２０２゜ＲＯＭ
２０５．ＲＡＭ２０６．ＡＬＵ２１２゜ｌＲ２０７はバ
ス２０７を介して相互に接続さｎている。

本装置の大部分は、消費電力と回路設計の谷易さを考え
て、相補型ＭＯＳスタティックＩｇｌ路にてｍ成されて
いる。しかし遅蝙用インバータ２２６〜２２８はＩｇ１
ｗＩ累子数低諷のために相補ＷＭＯＳダイナ電ツク回路
にて４成されている。

本実施例紘、慎械飴命令列の実行終了後に、消費電力の
低下のためにプロセラを部へのクロックの供給を停止す
るようになっている。その猿、割込み信号が発生された
場合にクロックの供給全再開する。このため、クロック
供給は二つに分けて行なわれる。割込み発生に関連する
タイマ２０１とシリアルインタフェース２０２へＵＣＰ
Ｇ２０４からクロックφ１．φ＊　ｋ＠３０４　ｆ介し
て供給しつづける。

通常動作時には、ＲＯＭ２０５．　ｌ（、ムＭ２Ｏ６゜
レジスタファイル２１３．Ｌａ２Ｏ２，μル０Ｍ２１０
には、アンドゲート２２３を介してＣＰＧ２０４から出
力さｎるクロックφ、ｄ２２２−１を介して供霜し、マ
イクロアドレスレジスタ（ＭＡ几）２０９．コノトロー
ルレジスタ２１１には、オアゲート２２２を介してＣＰ
Ｇ２０４から出力されるクロックφｍを供給する。一方
、クロック停止は後述するように、７リツプフロツグ（
ＦＦ）２０３０往用により、オアゲート２２２゜アンド
ゲート２２３の出力を一定レベルに保持することにより
行なわれる。

なお、イ７バータ３０６．３０８はそれぞれ繊２２２−
８，２２３−ａ上の信号を反転した信号音そｔＬｆ：ｎ
ｆｄｉ２２２二””’＊　２２３　　ａに出力するもの
で、これらの反転信号は後述するようにダイナミックイ
ンバータ２２６〜２２８により利用される。

本実施例は、クロックの停止時と再開時の装置−作に４
１黴があるが、まず、通常動作時のプロセラす部の前作
を第４図を参照して説明する。

クロックφ、（第４図（ａ））の立上がりに同期してＲ
ＯＭ２０５から機械語命令が絖出さｎ、クロックφ雪　
（第４図Φ））の立上がりに同期してｌＲ２０７に保持
される。したがって、ｌＲ２０７の出力が変化するのは
クロックφ、の立上がシ時でおる（８４図（Ｃ））。な
お、＠械暗命令続出しのたメツＩｇ１ｗＩ（たとえばプ
ログラムカウンタ）は簡単化のために図示されていない
。マルチプレクサ２０８は、後述するように、ｌＲ２０
７に新たに機械語命令がセットされたときには１凡２０
７円の機械語のオペコードの出力を選択するように構成
されている。すなわち、マルチプレクサ２０８ｔ−ｉＩ
Ｒ２０７からのオペコードを選択して、このパ■・法 オペコードに対するマイクロ命令シーケンスの先頭のマ
イクロ命令アドレスを発生し、ＭＡＲ２０９に送出する
ようにｍ成されている。ＭＡ几２０９はクロックφ１が
°１＠（尚レベル）のときに、マルチプレクサ２０８か
らの人力に；ｆ：のままスルーして出力し、クロックφ
、の立下が９に応答して、この入力をラッチして出力す
るものでるる。

したがって、Ｍａ［２０９の出力はφ、の立上がシごと
に変化する（第４図−））。μＲＵＭ２１０μクロック
ψ、が＾レベルの間、そのときのＭＡＲ２０９で指定さ
れるマイクロ命令を出力しつづけ、クロックφ、の立下
がシに１５１期して、絖出されたマイクロ命令を保持し
たうえでコノトロールレジスタ２１１に送出する。した
がって、ｐ几０Ｍ２１Ｇの出力はクロックφ、の立上が
シごとに変化ｆる（第４図（ｅ））。コントロールレジ
スタ２１１はＭＡＲ２０９と同じように、クロックφ、
の立下が９に応答して絖出さｎたマイクロ命令を２ツチ
する。したがって、レジスタ２１１の出力はクロックφ
１の立上がりことに変化する（第４図（ｆ））。

マイ“クロ命令は５つのフィールドからなシ、左側０４
つのフィールドは、コノトロールレジスタのフィールド
２１１−ａ〜２１１−ｄにストアされる。フィールド２
１１−ｂ〜２１１−ｄはレジメタ７アイル２１３．ＡＬ
Ｕ２１２等を制御する情報を含む。２１１−ａは本発明
において新たに付訓さｎたフィールドでクロックの停止
を制御するビットを含み、通常のクロックを停止させな
いマイクロ命令においてに１ｏ”となっている。マイク
ロ命令の第５のフィールドに、次のマイクロ命令のアド
レスを含み、こｎｒ＋、コノトロールレジスタ２１１を
介さずに、マルチプレクサ２０８に入力されている。

ｑ！ｒｍｍ＊命令の実行ルーチンの最後のマイクロ命令
の１＠５のフィールドには、マイクロ命令シーケンスの
終了を示す情報が含まれている。この第５のフィールド
はマルチプレクー７２０８に入力されていてそれを制御
するのに用いられる。マルチプレクｔ２０８の選択動作
’ｋ　ｔｌｉｌＪ　＃する個の信号はオアｌ’　−ト２
２１’を介して入力される信号でるる。

この信号は後述するように割込み信号である。マルチプ
レクｆ２０８框、μＲＯＭ２１０から絖出さルた→イク
ロ命令が次のマイクロ館令アドレスを示しているときは
、これｔ−選択し、μＢＯＭ２１０から絖出さ才したマ
イクロ命令の第５フイールドが、マイクロ命令シーケン
スの最後を示している場合には（１）そのときオアゲー
ト２２１から割込み信号が入力されていないときにはＩ
几２０７のオペコードを遇択し、■）割込み信号が人力
されているとぎには、割込み処理のためのマイクロ命令
シーケンスの元塘アドレス＝Ｓ圧し、ＭＡＲ２０９に送
出するようになっている。このようなマルチプレクサは
公知でめる。なお、割込み処理のマイクロ命令シーケン
スの終了後は、削込み要因に応じた愼械語命令列の先頭
の命令がｌＲ２０７にセットさｎるがこれらに関与する
ＬｇＪ路は公知なので図示していない。

こうして、本装置においては、従来と同じく、機械語命
令列マイクロ命令シーケンスで実行し、シーケンスの終
りになるごとに、次の機械語命令を几０Ｍ２０５からｌ
Ｒ２０７にセットし、新たにセットされた機械語命令に
対するマイクロ岐令シーケンスを実行する。こうして−
遅の機械語命令列全実行する。この際、各マイクロ命令
シーケンスの、終了時に割込み信号が入力さｎてぃｎば
、次の機械語命令の実行にかえ、割込み処理のマイクμ
プログ２Ａが実行される。なお、第３図では、簡単化の
ために、次の機械語命令を絖出すためのｉｇＩｊｌｉ！
＋（プログラムカウノタ等）は省略されている。

ここでインバータ２２６〜２２９の動作について６明す
る。コントロールレジスタ２１１にストアされたマイク
ロ命令のフィールド２１１−ｂ〜２１１−ｄは、すでに
述べたごとく、６橿の市１」御情報を含んでいる。これ
らのフィールド内の制御情報線すべて同時に利用される
のでなく、Ｊｔｆｉにタイ電ングｔずらせて利用される
。たとえば、レジスタファイル２１３内のデータを続出
し、ＡＬＵ２１２においてこのデータに対して所望の演
Ｊ！を施し、演Ｓ＃米をレジスタ７アイル２１３Ｆ３に
記憶するマイクロ岐令がレジスタ２１１にセットされた
場合（第４図、（ｆ）の斜線部）、レジスタファイト、 ル２１３の−出しを指示する制御情報がフィールド２１
１−ｂからアンドゲート２２４に送出され、クロックφ
鵞の１上がフにＩＷｌｄして、Ｖジスタフアイル２１３
に読出し指令Ｒが出される（第４図（」））。レジスタ
ファイル２１３から続出されたデータは線２３２を介し
てＡＬＵ２１２に送出される。このＡＬＵ２１２に対す
る演舞指令はフィールド２１１−ｄから与えられる。す
なわち、　フィールド２１１−ｄはダイナミックインバ
ータ２２８にょシ、クロックφ！の立上がシから次の立
上が９まで保持される（第４図＠）ｆ＋側部）、インバ
ータ２２８９出カ２２８−ａは、信号の憾性を反転する
ために設けたスタティックインバータ２２９により＃２
２９−ａｔ−介してＡＬＵ２１２に供給ｇれ、６　（第
４図（す）＠ＡＬＵ２１２にレジスタフディル２１３か
ら読み出さｉしたデータをｍ　２２９−　ａが°１°と
なっている間（φ鵞の立ち上シから次のφ宜の立ち上り
までの閾）に演舞し、結果ｔバッファレジスタ３１Ｇに
送る。レジスタ３１０は、線２２３−ａから入力さｎる
クロックφ、の立ち下がシでこの結果を保持し、φ鵞が
°ｌ”の期間中その内容を保つ（第４図（ｋ））。演鼻
結釆はバッファレジスタ３１０よシレジスタファイル２
１３に出力すれる。書き込み制御を指示するｔ！′擢は
フィールド２１１−Ｃがダイナミックインバータ２２６
にょシクロツクφ、の立上がシから次の立上がシまでの
１周期の間保持されて−２２６−ａに出力される（ｇ４
図億）斜線部）。さらに、ダイナミックイア１＜−１’
２２６の出力２２６−ａｉｄ、クロックφ。

の立上がシから次の立上がりまでの１周期の間、ダイナ
ミックインバータ２２７にょシ保持さｎ１巌２２７−ａ
に出刃される（亀４図中）斜線部）。

インバータ２２７の出力２２７−ａは巌２２３−ａ７に
介して送らｎたφ、とともにアンドゲート２２５に入力
され、このゲートにょシ薔き込み指令Ｗ（ｍ４図（４，
１）が生成され、レジスタファイル２１３はムＬＵ２１
０の出力データをレジスタ内にφ禦の立ち下がシで取シ
込み保持する。

このように、インバータ列２２８と２２９はＡＬＵ２１
２ｉＣ対する演算指令フィールド２１１を半周期遅砥す
る作用をし、インバータ列２２６と２２７は書込み指令
フィールド２１１−　Ｃを１周期遅延してレジスタファ
イル２１３に与えル作用をする。

このように、コントロールレジスタ２１１の内容を過当
なタイミングでＡＬＵ２１２、レジスタファイル等に与
えるためには、笑−にＶ工多数のインバータ列が設けら
ｎているが、ここでは例示的に二つのインバータ列のみ
を示した。

以下に、クロックの停止時のｔ１ｂ作ｔｇ明する。

本実施例では、１威慎語命令列の載嵌にクロック停止を
実行するための命令（以下これ會スリーブ酪令と呼ぶ）
が設けられている。谷愼械饋命令のマイクロ命令シーケ
ノスは谷命令共通の命令フェッチルーチンと各岐令嵜有
の実行ルーチンからなってする。スリーブ命令の実行ル
ーチンｔ−ｇｓ図を参照して説明する。この実行ルーチ
ンｔよ４つのマイクロ命令Ｐ１〜Ｐ４からなっている。

命令Ｐ１はプログラムカフ／り（図示せず）の制御に関
するもので、クロック停正動作に入る前のフェッチルー
チンに関連した制＃會行うものでめシ、クロック停止Ｉ
ＩＩＢ作とｍ接閑保がないので詳細な説明は省略する。

この命令の仄アドレスフィールド（＃！Ｑ ５フイールド）には、次の命令（Ｐ２）のアドレスＮ、
ム、が入っている。

この命令の次アドレスフィールドに基づき、次の命令Ｐ
２がμ几０Ｍ２１０から続出さｎ１コントロールレジス
タ２１１μ、クロックφ１の立上が９からψ、の次の立
上が９まで、この命令Ｐ２を出力する（第６凶（ｅ）　
）、この命令にクロック停止を指示するマイクロ命令で
、コントロールレジス／２１１内のｉｔフィールド２１
１−８のクロック停止ビットはｌとなっている。このク
ロック停止ビットはアンドゲート３００に入力される。

このゲート３００への個の入力に、クロックφ！−ｔ”
、ＣＰＧ２０４から直徴供絽さｎている（供給のための
信号線は省略しである）。したがって、クロック停止ビ
ットは、クロックφ、の立上が９に同期してアリツブフ
ロップ（ＦＦ）２０３のセット端子Ｓ４Ｃ入力される。

このＦＦ２０３は公知のマスタスレーブｍＦＦで６って
、勤拝匍」御クロックとして、クロックφ、がＣＰＧ２
０４からクロック端子ＣＬＫに直接供給されている（供
給のための１ぎ号νｆＭは省略さルている）。ＦＦ２０
３は、この端子ＣＬＫかり入力されるクロックφ、が“
ｌｏのときの入力慣号に応答して内部状態が変化し、こ
のクロックφ、の立下シ時に、この内部状態の変化に応
じて非反転出力Ｑと反転Ｑを変化するようになっている
。飲込すゐように、ＦＦ２０３に通だのＩＪＪｆｒ一時
ににリセット状態にめる。

今の場合、命令Ｐ２の停止指示ピッ）１がアントゲ−）
３００−ｉ介して端子Ｓに入力されて、ＦＦ２０３がセ
ットされ、クロックφ、の立下がシ時にＦＦ２０３の非
反転出力Ｑが＠ｌ”となる（第６図（ｆ））。同時に反
転出力Ｑが°０°となる。オアゲート２２２の出力２２
２−ａは、この出力Ｑに応答してクロックφ、の立下が
９の後は　ノベルとなり、アンドゲート２２３の出力は
、この出力互に応答してクロックφ鵞の立下がりの後は
低レベルとなる（第６図＠））。こうして、プロセッサ
部へのクロックの供給が停止される。

この命令Ｐ２の第５フイールドには次の命令（Ｐ３）の
アドレスＮ、Ａ、が記憶されている。すでに説明したご
とく、コントロールレジスタ２１１におる命令（今の刻
ではＰ２）の第５フイールドはこの命令がμ几０Ｍ２１
０から続出されたとき、ただちに、マルチプレクサ２０
８’（Ｈ介してＭＡ几２０９に入力されておシ、クロッ
クφ１の立上がり時に次のマイクロ命令（Ｐ３）の式出
しが開始される。したがって、上述のクロック停止ｍｉ
？Ｊでに、ＭＡ几２０９には命令Ｐ３のアドレスがラッ
チされてお！り＜第６図（Ｃ））、μ几０Ｍ２１０がら
は命令Ｐ３が絖出さｎている。上述のごとく命令Ｐ２に
よシクロツクφ８．φ、が停止した時点でｑ、線２２２
−ａ上のクロックφ、は低レベルに変化さｎる。したが
って、μＲＯＭ２１０はｄ田した命令Ｐ３を２ツテする
とともにそｔ′Ｌｃコントロールレジスタ２１１に出力
する。この後、クロッ／φ意のレベル変化がないのでμ
ＲＯＭ２１０の出力は命令Ｐ３のままとなる（第４図（
ｄ））。一方、コントロールレジスタ２１１は、クロッ
クφ、が、クロック停止時に島レベルに変化されるのに
応答して、この命令Ｐ３の内容τそのままスルーさせて
出力する。μＲＯＭ２１０の出力はクロック停止中は命
令Ｐ３のままでるる。したがって、コアトロールレジス
タ２１１の出方ニ岐令Ｐ３のままとなる（第４図（イ）
）。なお、クロック停止中は、クロックφ１のレベル変
化がないので、コアトロールレジスタ２１１はこのｓ令
ｐａｔｔツテすることばない。命令Ｐ３は、ＦＦ２０３
のセット端子への入力を０とし、割込み信号が発生Ｌ７
Ｃとき−２２１−ａｔ−介してＦＦ２０３にリセットす
るための命令で七の第ｌフィールドにめるクロック停止
ヒツトμ０でるる。したがって、クロック停止中はアン
ドゲート３００が閉じられ、ＦＦ２０３０セツト入力は
０に保たれる。また、この命令はレジスタファイル２１
３　、　ＡＬＵ２１２等に対する何らの動作ｔ−要求し
ない無幼緒令であり、フィールド２１１−ｂ　〜２１１
−ｄＫは何らの制御ｆｆＩ報を含まない。つｌ）スリー
ブ命令終ｒ時まではレジスタファイル２１３の同各を変
化させない。この命令Ｐ３の第５フイールドは、離合Ｐ
３がμＲＵＭからｄ出さｎたときたたちにマルテプレク
ｖ２０８に送出される。この第５フイールドは次の命令
Ｐ４のアドレスを示している。したがって、この命令Ｐ
４のアドレスはマルテプレク′９″２０８を介してＭＡ
Ｒ２０９に入力される。

り四ツク停止時にはクロックφ１は高レベルに保持され
るのでＭＡＲ２０９は、この命令Ｐ４のアドレス金スル
ーさせて出力する。クロック停止中線、μＲＯＭ２１０
の出力が変化しないのでＭＡＲ２０９の出力は命令Ｐ３
のアドレスのままでりる（ｇ６図（ｃ））。なお、クロ
ックφ、のレベルカ質化しないので、ＭＡＲ２０１Ｊ、
この命令Ｐ３のアドレスをラッチにしない。

こうして、クロック停止中は、μＲＯＭ２１０から命令
Ｐ３が読出され、コアトロールレジスタ２１１からこの
命令が出力され、ＭＡＲ２０９からは命令Ｐ４のアドレ
スが出力さ、、れた状態が保持される。μＲＯＭ２１０
．コントロールレジスタ２１１、ＭＡＲ２０９およびレ
ジスタ７ナイル２１３はスタチックＭＯ８回路にて構成
されている。したがって、これらの回路にクロックが供
給されなくても、七ｎらの回路の状態は変化しない。

クロック停止によりダイナミックＬｇｌ路にて構成され
ているインバータ２２６〜２２８．ＡＬＵ２１２、几Ａ
Ｍ２０６による螺力ＹＦ５費が低減される。

一方、クロックφ、ｌ　φ、は、この間、タイマ２０１
とシリアルインタフェース２０２にｙｃＮされつづける
。タイマ２０１はこｎらのクロックを受けてタイマ動作
し、−短時間ことに刷込み信号＝ｉ巌２０１−ａｉｃ％
生する。またシリアルインタフェース２０２は、シリア
ル人力が［２０２−ａｔ介して外部から入力されたとき
に割込み信号を巌２０２−ｂＫ元庄する。割込み信号は
さらに外部から直接線２３０を介して外部から入カレう
るようになっている。これらの割込み猪号はオアゲ−）
２２１に入力さ几、オアゲート２２１の出力は巌２２１
−ａを介してアンドゲート３０２’ｌｉ−開くのに用い
らｎる。アンドゲート３０２には、プロセラｔＳへのク
ロックφ１．φ、の供給停止中でも、クロックφ、が供
給されている。アントゲ−）３０２の出力はＦＦ２０３
のリセット４子に供給されているので、割込み信号がオ
アゲート２２１に入力された後、クロックφ、の立上が
シに応答して、ＦＦ２０３はリセットされ、φ、の立ち
下がシでその出力Ｑ、Ｑが反転される（第６凶億））、
これに伴ない、オアゲート２２２およびアントゲ−ト２
２３から−４：ｎそれ正規のクロックφ１．φ！が！２
２２−ａ、２２３−ａに供給され始める。こうして、プ
ロセッサ部では、再びマイク四命令シーケンスの実行を
再開する。このとき、スリーブ命令に対するマイクロ命
令シーケンスの！Ａシのマイクロ命令が実行される。ま
ず−２２２−ａ、２２３−ａ上にクロックφ８．φ。

が供給され始めφ、が°０“、φ意が°１°にキなると
、クロック供給停止中スルー動作をしていたコントロー
ルレジスタ２１１がすでに読出されていたマイクロ命令
Ｐ３を保持し、ＭＡＲ２０９はすでに入力されている命
令Ｐ４のアドレスを保持する。一方、μＲＯＭ２１Ｇは
、ＭＡＲ２０９から入力されている命令Ｐ４のアドレス
に基づき命令Ｐ４會院出す（ｊｇ６図（ｄ））。コアト
ロールレジスタ２１１内の命令Ｐ３の谷フィールドはレ
ジスタファイル２１３、ＡＬＵ２１２を起動しない情報
になっているのでこｎらの状態を変化させず、つざのマ
イクロ命令Ｐ４の実行に移る。ところがつぎの命令Ｐ４
も無効能令でめるのでこれも状ｌｊＡを変化させない。

Ｐ４のマイクロ命令の第５フイールドのアドレス情報は
スリーブ命令のマイクロ命令シーケノスの終ｆを示して
お９、この１青報とオアゲート２２１から割込みが発生
じているということでマルテプ・レフ−Ｆ２０８は割込
φ処理のｉイクロ命令シーケンスの先頭アドレス情報生
しく発生のための回路は図示せず）、こｎをＭＡ凡２０
９にセットし割込み処理のマイクロ暗合シーケンスに移
行する。

以上のごとくにして、クロックの停止、書間が行なわれ
る。

第７図にダイナミックインバータ２２６〜２２８、スタ
ティックインバータ２２９の具体的回路４１１成を示す
。インバータ２２６はトランジスタＭ５〜Ｍ８の直列′
＃！続からなりインバータ２２７ＶユトランジスタＭｌ
ｌ−Ｍ１４の直列！ｔｃｇからなり、インバータ２２８
はトランジスタＭ１〜Ｍ４の匣タリ接続からなシ、イン
バータ２２９はトランジスタＭ９．Ｍ１０の直列接続か
らなる。トラ７ジスタＭｌ、Ｍ２．Ｍ５．Ｍ６．Ｍ９．
Ｍｌｌ、Ｍ１２はＰＭＯ８でめシ、Ｍ３．Ｍ４．Ｍ７．
Ｍ８゜ＭＩＯ，Ｍ１３．Ｍ１４は、ＭＯＳである。トラ
ンジスタＭ３．Ｍ７のゲートには線２２３−ａｆ。

介してクロックφ、が供給さｎｌ　トランジスタＭ１２
１Ｍ６のゲートには１ｉ２２３−ａ５介して線２２３−
１１上のクロックφ、の反転クロッｆＬが供給され、ト
ランジスタＭ１３のゲートには線２２２−ａ’ｉ介して
クロックφ重が供給さｎ、トランジスタＭ１２のゲート
には巌２２２−ａ’に介して、ｆｉ２２２−ａ上のクロ
ックφ、の反転１ｇ号７、が供給されるようになってい
る。このように、インバータ２２６，２２７には異なる
クロックが入力されている。トランジスタＭ５．Ｍ８の
ゲートニハコントロールレジスタ２１１のフィールド２
１１−Ｃからの人力ＩＮＩが入力されており、トランジ
スタＭｌ、Ｍ４のゲートにはコントロールレジスタ２１
１のフィールド２１１−ｄからの入力ＩＮ２が入力さＣ
ている。トランジスタＭ６゜Ｍ７の接続点は−２２６−
ａｆ介してともに、トランジスタＭｌｌ、Ｍ１４のゲー
トに接続さｎている。一方、トランジスタＭ２．Ｍ３の
接続点はｇ　２２８−　ａ　ｚ介してトラ７ジスタＭ９
．ＭｌＧのゲートに人力さｔしている。図で、谷′１ｔ
０２２６は、ｍ２２６　　ａｌｃ捩統さｎる浮遊容量を
訣わし、容量Ｃ２２８は、＄２２８−ａに嵌絖される浮
遊谷友を表わす。

インバータ２２６．２２８は、クロックφ、が＾レベル
のときに、人力ＩＮＩ又はｌＮ２Ｏ反転１Ｍ号をｍ　２
２６−　ａ又は２２８−ａに出力し、クロックφ、が低
レベルのときには、そｎまでの出力金床持する。インバ
ータ２２７は、クロックφ、が＾レベルのときに、その
ときのインバータ２２６の出力を反転した信号を出力し
、クロックφ１が低レベルのと目に、−’ｔｎまでの出
力全保持する。こシして、クロック供給時には、インバ
ータ２２６，２２７，２２８によりそれぞれ入力信号を
半局期づつ遅延し九信号が出力される。一方、インバー
タ２２９は、スタチックインバータで、線２２８−ａ上
の信号内反転信号を遅延なく、線２２９−Ｈに出力する
。このインバータ２２９は、入力ＩＮ２と同極性の信号
を発生する九めに設けたものである。このように、ダイ
ナミックインバータを複数段直列に接続することにより
、コントロールレジスタ２１１の各フィールドの信号を
半周期単位で適当な時間遅延して出力することができる
。しかもクロック停止時にはダイナミックインバータの
出力の変化（出力容量０２２６．Ｃ２２８の充放電がな
いので、これらのインバータにおける消費電力を減らす
ことができる。しかし、この場合、次の問題が起こりう
る。クロック停止時にＦｉｌｉｉ２２２−ａ、２２３−
ａ上ｃｖｙｔｓｙｙ信号φ８．φ雪は１”、線２２３−
ａ、２２２−ａ上のクロック−１，φ重が１０°となっ
ている。

ダイナミックインバータ２２６，２２８は９ＭＯ８゜Ｍ
６．Ｍ２のクロック入力が＠１＠、ｎ　Ｍ　Ｏ８Ｍ７．
Ｍ３のクロック入力が“０”となっていて、これらのト
ランジスタＭ２．Ｍ３．Ｍ６．Ｍ７はオフ状態になって
いる。したがって２２６−ａ＃２２８−ａはクロック停
止前の出力（容量Ｃ２２６゜Ｃ２２８に貯えられた電荷
量）を保持する。ダイナミックインバータ２２７ではこ
れとは逆にクロックφ、が入力しているｎＭＯ８，Ｍｌ
２゜９ＭＯ８，Ｍｌ３が両方ともオン状態となり、イン
バータ２２７はスタティックインバータ２２９と同じ動
作をする。つまりインバータ２２７は入力２２８−８の
反転信号を線２２７−８に遅延なく出力する。この状態
が長時間続くと容量Ｃ２２６゜Ｃ２２８に貯えられた電
荷は漏れ電流により徐々に減少していく。つまり線２２
６−８又は２２８−ａの電圧レベルが低下していき、°
Ｏ”と＠１”の電圧レベルの間の電圧しでルになる。こ
のときトランジスタＭ９．Ｍｌ　Ｏ，Ｍｌ　１．Ｍｌ’
４はすべてオン状態となり、インバータ２２７，２２９
で貫通電流が流れて消費電力が増大することになる。

したがって本発明ではクロック停止時にクロック入力の
トランジスタがオフ状態になるダイナミックインバータ
２２６，２２８の出力線２２６−ａ、２２８−８にクロ
ック停止時に出力レベルを°１”にクランプするための
９ＭＯ８，Ｍ２Ｏ。

Ｍ２１ｔ−接続している。これらのトランジスタのゲー
トは線２３４を介してＦＦ２０３（第３図）の出力端子
Ｑに接続されている。トランジスタＭ２Ｇ、Ｍ２１はク
ロック供給停止ではない状態、すなわちＦＦ２０３の反
転出力Ｑが°１°のときはいずれもオフ状態にあるので
ダイナミックインバータ２２６，２２８の出力を変える
ことはない。

機械語命令列の終りでスリーブ命令が実行されると、Ｆ
Ｆ２０３の非反転出力Ｑが°１°、反転出力Ｑが１０＠
となり、トランジスタＭ２０．Ｍ２１のゲート入力は”
Ｏ′となり両トランジスタはオン状態となり線２２６−
１．線２２８−ａはトランジスタＭ２０．Ｍ２１を介し
て電源線に接続され、高レベル状態を保持する。上記の
レベルはクロック停止期間中保持されるので、前述した
貫通電流を防止することができる。このときイン／り一
タ２２７，２２９の出力は＠０ルベルである。

このクランプレベルは貫通電流防止のためにはトランジ
スタＭｌｌとＭｌ４又はＭ９とＭＩＯを同時にオンとし
ないレベルであればよく、具体的にはｌ電源電圧Ｖｃｃ
　　又はアース電位のいずれかであればよい。しかし、
クロック再開時の装置誤動作を防止できるように、電源
電圧又はアース電圧のいずれかを選ぶことが望ましい。

前述したごとく、割込みにより、クロック併給が合間さ
れるとき、Ｆｐｚｏａの反転出力Ｑは１°に変化する。

この変化に対応してトランジスタＭ２０．Ｍ２１はオフ
状類となる。このとき実行すべきマイクロ命令Ｐ３はコ
ントロールレジスタ２１１に格絡されており、フィール
ド２１１−すはアンドゲート２２４を介してレジスタフ
ァイル２１３に与えられる。クロック供給開始後初めて
クロックφ、が°１”になると、アンドゲート２２４が
初めて開かれるが、このとき命令Ｐ３は無効命令である
ので、読出し信号Ｒが発生されることはない。

フィールド２１１−ｄが、インバータ２２８゜２２９を
介して人ＬＵ２１２に供給されるのは、クロック供給開
始後、最初に線２２３−ａ上のクロックφ、が高レベル
となったときである。命令Ｐ３は無効命令であるので、
このとき、ＡＬＵ２１２には何らの制御信号を供給され
ない。一方、クロックφ、がクロック再開後でＯレベル
にあるときは、クロック停止時のインバータ２２９の出
力がθレベルになるように、インバータ２２８の出力線
２２８−ａのクランプ電圧を電源電圧に選んであるので
、ＡＬＵ２１２には何らの制御信号も供給されない。

フィールド２１１−ｄＨダイナミックインバータ２２６
，２２７により１周期遅延されてレジスタファイル２１
３にアンドゲート２２５を介して供給される。したがっ
て、クロック供給再開後、１１１２２３−ａ上のクロッ
クφ、が二度目に１となったとき、命令Ｐ３のフィール
ド２１１−ｄがしジスタフアイル２１３に供給されるが
、この命令が無効命令であるので何らの書込み信号Ｗは
発生されない、アンドゲート２２５は、クロック供給後
最初に線２２３−ａ上のクロックφ、がｌとなったとき
も開かれるが、このとき、アンドゲート２２５への入力
線２２７−ａの信号レベルは、クロック停止時にクラン
プされていた信号線２２６−ａのレベルの反転したもの
である。今の例では、線２２６−８のクランプレベルは
電源電圧に選んであるので、クロックφ宜が最初に１と
なったときも、アンドゲート２２５から書込み信号が出
力されることはない。

このようにクロック供給停止時のＭＯＳ）ランジスタに
よるクランプレベルをクロック供給再開後、正しくマイ
クロ命令の情報がレジスタファイル２１３ｊＡＬ０２１
２等に確実に伝わるまえに、、ト 誤った制御信号がこれらに供給されないようにするレベ
ルに定めることでクロック供給開始に伴なう誤動作を防
止することができる。たとえば、第７図のインバータ２
２６の入力側にさらに別のダイナミックインバータが設
けられる場合、この別のインバータの出力線のクランプ
電圧はアース電位にすることが有効である。

本発明によれば、電源供給を停止することなく、り胃ツ
ク回路の制御のみで消費電力の低減がはかれるので、再
開時の応答性、電圧マージンを劣化させずに非動作時の
低電力化を実現できる効果がある。また再開時の初期設
定シーケンスを具備することにより、前状態の保持は必
要なく、再開時に保持の必要のない記憶素子の内容の破
壊も許容できうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電源をスイッチングすることで低消費電力をは
かる従来例、第２図は相補型ＭＯＢのダイナミックイン
バータ回路の図とその動作のタイムチャート、第３図は
本発明によるマイクロコンピュータの概略墳成図、第４
図は第３図のプロセッサ部の動作タイミング図、第５図
はスリーブ命令のマイク曹命令シーケンスを示す図、第
６図はクロック供給停止時及び再開時の動作のタイムチ
ャート、第７図はタイミング遅延用ダイナミックインバ
ータ回路図。 ２２６〜２２８・・・ダイナミックインバータ、２２９
−１６／ ′ｙＦＪ／　　　図 寄　Ｚ　図 ￥Ｊ３図 篤　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相補型電界効果トランジスタからなるダイナミック
   動作をする第１のインバータと、該第１のインバータの
   出力を入力とする相補型電界効果トランジスタからなる
   第２のインバータと、該第１のインバータへのクロック
   信号の供給を制御する手段と、該クロック信号の該第１
   のインバータへの供給停止に応答して該第１のインバー
   タの出力電圧を所定の値にクランプする手段とを有する
   相補型トランジスタ回路。 ２　該第２のインバータはスタチック動作をするもので
   ある第１項の相補型トランジスタ回路。 ３、該第２のインバータは該制御手段からの該クロック
   供給時に該クロックに応答してダイナミック動作をし、
   該クロック供給停止時に、スタチック動作をするもので
   ある第２項の相補型トランジスタ回路。 屯　相補型電界効果トランジスタにより構成され、クロ
   ック信号に同期して機械語命令の各々をマイクロ命令シ
   ーケンスにより実行する情報処理装置であって、該マイ
   クロ命令シーケンスを記憶したメモリと、該メモリから
   続出されたマイクロ命令を保持するためのコントロール
   レジスタと、演算装置と、該コントロールレジスタに保
   持され念マイクロ命令を、その各部分に異なる遅延時間
   を与えて該演算装置に供給するための遅延回路と、クロ
   ック信号の発生器と、割込み信号の発生回路と、該クロ
   ックを敵側込み信号発生回路に常時供給する回路と、該
   メモリと該コント訪−ルレジスタと該演算装置とへの該
   クランプの供給を制御する回路とを有し、該遅延回路は
   、該異なる遅延時間を与えるための異なる数めインバー
   タを直列接続したインバータ列を複数列有し、該インバ
   ータ列は、該クロック信号に応答してダイナミック動作
   をするインバータを有し、該り四ツク供給制御回路は、
   あらかじめ定められ九特定の機械語命令に対するマイク
   ロ命令シーケンス内の特定のマイクロ命令カ該コントロ
   ールレジスタに読出されたときに、該特定のマイクロ命
   令に応答して該クロックの供給を停止し、敵側込み信号
   に応答して該クロックの供給を再開するものであること
   を特徴とする情報処理装置。 ５、該クロック供給制御手段は、該クロック供給停止時
   に該ダイナミックインバータの出力電圧を所定の値にク
   ランプする手段を有する第４項の情報処理装置。 ６、該クランプ手段は、その出力がスタチック動作する
   インバータに入力されているときに該ダイナミックイン
   バータの出力電圧をクランプするものである第５項の情
   報処理装置。 ７、該スタチック＃作をするインノ（−夕は、該りｐツ
   ク供給停止時にスタチック動作をし、該クロック供給時
   にはダイナミック動作をするインバータである第６項の
   清報処理装置。 ８、該クロック信号の供給再開後該クランプされた所定
   値に対する信号が該インノく一夕列の出力端に出力され
   る時点において、該信号が該演算装置を起動する信号と
   ならないように該所定値が定められてｈる第５項の情報
   処理装置。