TW318229B

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Publication number: TW318229B
Application number: TW085111095A
Authority: TW
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1997-10-21
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i月修正第85111095號專利案 A7 中文說明衢修正頁五、發明説明（1 ) L ^rftj 本發明係關於具有c p u及數位信號處理單元之半導體積體電路化之邏輯L S I ，尤關於需要進行高速運算處理之微電腦，數位信號處理機等之資料處理裝置用技術。「河崎及其他，、具有DSP功能之SH系列〃，日經 Electronics ， 1992 年 11 月 23 曰，No. 568，ρρ· 99-1 1 2」中揭示一種在同一晶粒上裝載控制全部系統所需之一般用運算處理單元（C P U ) ’及具有有效的處理數位信號所必需之積和運算功能之數位信號處理單元（Digitel Signal Processor ( D S Ρ ))β 根據其記載，具有積和運算功能之數位信號處理單元以較少次之步驟即可高效率的執行數位濾波等數位信號處理之代表性運算處理。然而，雖然習用技術中記載之數位信號處理單元具有積和運算器，但將進行運算之資料與上述一般用運算處理單元相同做爲整數資料處理。通常在數位信號處理之領域內處理之資料爲固定小數點，或浮動小數點資料》浮動小~ 數點資料係假數部資料與指數部資料成爲一組之資料方式，係完全不相同之數值體系，但固定小數點資料只有小數點之位置不同，與整數資料非常相似。事實上，在加減法中，基本上其處理內容與整數資料相同。然而，如第1 a圓所示，在乘法時，若爲整數資料則信號源資料係使用被指定之暫存器下位之字來運算*而固定小數點則使用被指定之暫存器之上位。如第1 b圖所示本认匕尺度適州中囚囤家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） ~ ' -4 - ----：--------裝------訂------味 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製修正 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製五、發明説明（ 2 ) 9 整數資料被認爲小數點位於最下位位元之右側 1 而固定小數點資料通常係位於上位位元之右側 9 靠近小數點之部分更爲重要 0 因此 > 爲了利用整數乘法器執行固定小數點乘法 * 必須預先將信號源資料從上位移位至下位〇如第 1 C 圖所示 y 根據小數點位置對正位數 > 其運算結果兩者間發生相當於 1 位元之偏差 0 因此在實際上之處理程式中 » 需要進行校正兩者間之偏差之移位處理 Ο 在數位信號處理時將從記憶體中出之資料及運算結果輸出於記憶體或外部時其資料之位元長度大多可小於運笪中之位元精確度 0 因此通常在實際上之數位信號處理單元中與記憶體或外部間之資料之傳送係以單精確度字資料 ( 例如 1 6 位元 ) 進行運算係以倍精確度 ( 例如 3 2 位元 ) 以上進行 0 傳送位元長度小於運算精確度之資料時整數資料與固定小數點資料之動作有很大之不同〇以處理整數資料爲刖提之運算單元在進行字資料及位元長度更短之信息組資料 ( 8 位元 ) 之資料傳送時輸入及輸出保持資料之暫存器之下位側〇以處理固定小數點資- 料爲前提之運算單元則輸入及輸出資料之·上位側 0 發生這種不同之原因爲上述小數點位置之不同 » 亦即若傳送之資料之位元長度小於需要儲存之操作對象之位元長度時由於資料之精確度或範圍之關係而被認爲靠近小數點之部分較重要 9 而整數資料爲小數點在最下位位元之右側而固定小數點資料通常位於最上位位元之右側因而發生上述偏差〇結果在以處理整數資料爲 * *-刖提之運算單元傳送位元 ----^------^------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本尺度適川中國國家標準（CNS )八4規格（210X 297公釐）經濟部中央標準局員工消費合作社印製 18229 a? B7_ 五、發明説明（3 ) 長度小於運算精確度之資料時’必須每一次進行移位處理 0 若傳送時之資料之位元長度與運算時之資料之位元長度相同，則不會發生上述問題’但爲了傳送冗長之位元而需要多餘之匯流排寬度，或儲存資料之記憶體亦需要多餘之容量。本發明之目的爲提供一種具有處理c p u及固定小數點資料之數位信號處理單元之微電腦’數位信號處理機等資料處理裝置。本發明之另一目的爲提供一種在同一晶粒上裝載控制全部系統所需之一般用運算用處理單元’及具有高效率的處理數位信號所需之積和運算功能之數位信號處理單元之微電腦及微處理機，該微處理機可防止因運算器所處理之資料型式之不同所造成之處理步·驟次數之增大，提高高數位信號處理之效率。本發明之另一目的爲提供一種可省略因乘法結果之位元位置校正及資料傳送而產生之多餘之移位動作，提高數位信號處理之速度之裝置。本發明之上述及其他目的，以及特徵等可由以後之說明成爲更明確。以下說明本發明之代表性實施例之概要。 (a )資料處理裝置（1 )在1個半導體基板上具有 CPU (100)，及因CPU (100)解讀指令而被控制動作之數位信號處理單元（104) *上述數位信號本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^ ml -ιϋ at— T 穿 4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -6 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 處理單元（1 〇 4 )具有處理固定小數點資料之加減法電路（105)，及處理固定小數點資料之乘法電路（ 10 6)° (b )資料處理裝置（1 )包括具有第1暫存器（ 103)，及運算該第1暫存器（103)內之資料之第 1運算器（101 ’ 102)之第1處理單元（100) ，及具有第2暫存器（1 0 8 )及運算該第2暫存器（ 108)內之資料之第2運算器（105，106)之第 2處理單元（104)，上述第1處理單元100處理整數資料，而上述第2處理單元（1 0 4 )處理固定小數點資料。 (c )資料處理裝置（1 0 4 )具有暫存器（1 0 8 )及運算該暫存器（1 0 8)內之資料之運算器（1 0 5 * 10 6)，若執行將位元長度小於上述暫存器之位元長度之資料從該資料處理琴置（1 0 4 )之外部傳送至上述暫存器（1 0 8 )之第1指令時，將上述資料壓縮於上述暫存器（1 0 8)之上位側輸入，在上述暫存器（1 0 8 )之多餘之下位側輸入P。若執行將位元長度小於上述暫存器（1 0 8 )之位元長度之資料從上述暫存器（1 0 8 )傳送至該資料處理裝置（1 0 4 )之外部之第2指令時，從上述暫存器（1 0 8 )之上位側將必要之位元長度之資料輸出於外部。 (d )資料處理裝置（1 )包括：具有執行算術運算或邏輯運算之運算電路（101)之CPU (1〇〇); 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） η ^^1- i ϋ^— ~ 1^1 In i i 燊、\吞 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 18229 A7 _ B7 五、發明説明（5 ) 從上述CPU (100)選擇性的接受位址之第1 ，第2 及第3位址匯流排（109，110，111);連接於上述第1位址匯流排（1 0 9 )及第2位址匯流排（ 110)，由上述CPU ( 1 〇〇)所產生之位址存取之第1記憶體（11 5 );連接於上述第1位址匯流排（ 109)及第3位址匯流排（111)，由上述CPU ( 100)所產生之位址存取之第2記憶體（116);連接於上述第1及第2記憶體（115，116)及上述 CPU (100)而傅送資料之第1資料匯流排（112 );連接於上述第1記憶體（11 5)而傳送資料之2資料匯流排（1 1 4);及連接於上述第1，第2及第3資料匯流排（112，113，114)而與上述CPU ( 100)同步的動作之數位信號處理單元（104)，上述數位信號處理單元（1 0 4 )具有處理固定小數點資料之加減法電路（105)，及處理固定小數點資料之乘法電路（1 0 6 )。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (e )資料處理裝置具有輸入乘數及被乘數而輸出乘數與被乘數之乘法結果之乘法器（106)，及將上述乘法器之輸出移位之移位器（107)，若將整數資料乘算時，上述移位器τ移位上述乘法器之輸出而將之直接输出，若將固定小數點資料乘算時，上述移位器將上述乘法器之輸出向左移一個位元，在最下位位元輸入0。亦即在上述數位信號處理單元與記憶器或外部之間之資料傳送動作時，若傳送位元長度小於運算精確度之資料本紙張尺度適用中國國家標準（匚阳）八4規格（2丨0父297公釐）_8_ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 時，使其具有輸入及輸出儲存資料之暫存器之上位側資料之功能，與習用之以整數資料爲前提之傳送指令分開的設置做爲固定小數點資料之資料傳送指令，即可解決問題。發送固定小數點資料傳送指令而位元長度小於轉位暫存器之資料被送來時，將資料壓縮於轉位暫存器之上位側並儲存，並將多餘之下位位元清除。相反的，從信號源暫存器输出資料時，仍從信號源暫存器之上位輸出必要之位元數之資料》結果，不必要進行多餘之移位動作。在同一晶粒上裝載控制全部系統所需之一般用運算處理單元，及高效率的處理數位信號所需之積和運算功能之數位信號處理單元之微電腦及數位信號處理機中，以上述數位信號處理單元做爲處理固定小數點資料之運算單元，與習用之整數運算指令分開的設置執行固定小數點資料運算之指令即可》亦即進行乘法動作之運算電路在發出固定小數點乘法指令時，將信號源資料從暫存器之上位側輸出，將對習用之整數資料之乘法電路之输出朝向左方算術方式的移位相當於第1個位元之資料儲存於被指定之轉位暫存器。以下說明本發明之實施例。第2圖表示本發明一實施例之微電腦之全部方塊圖。圖中所示之微電腦1係利用半導體積體電路製造技術形成在例如單結晶矽等1個半導體基板上。圖中，1 0 0爲具有整數運算處理功能之一般用運算處理單元（CPU)。 1 0 1爲上述一般用運算處理單元內之算術邏輯運算器（本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -·1 1 f 受言 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 318229 五、發明説明（7 ) ALU) 。102爲進行上述一般用運算處理單元內之第 2位址運算之整數運算器（PAU) »103爲成爲上述各運算器之信號源或轉位操作對象之暫存器檔案。1 0 4 爲具有固定小數點資料運算處理功能之數位信號處理單元 (D S P ) 。1 0 5爲上述數位信號處理單元內之算術邏輯運算器（ALU) 。1 0 6爲上述數位信號處理單元內之乘法器β 1 0 7爲移位器β 1 0 8爲成爲上述各運算器之源極或轉位操作對象之暫存器檔案。1 〇 9爲支持全部位址空間之3 2位元長度之位址匯流排（I AB〔 3 1 : 0〕）。1 1 0及1 1 1爲只支持一部分位址空間之字資料（1 6位元長度之資料）存取專用之1 6位元長度之位址匯流排（XAB〔16 : 1〕，YAB〔16 : 1〕）經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 。112爲32位元長度之資料匯流排（IDB〔31 : 01〕）。113，114爲16位元長度之資料匯流排 (XDB〔15:0〕，YDB〔15:0〕）。115 及1 1 6爲晶粒上之記憶體（X記憶體，γ記憶體）。 117爲與周邊電路及外部間之介面之模塊（I/O)。本來應包含於本來之資料處理裝置中之其他要素電路，亦即周邊電路及指令之解碼電路，流程控制電路等與本發明無直接關係，故省略不說明。關於微電腦1在本發明之發明人所申請之特願平7 — 1 3 2 9 0 6號中已有詳細說明〇先說明本實施例之基本動作及功能。微電腦1支持 c P U指令及D S P指令等2種指令。所謂C P U指令係本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _ B7___ 五、發明説明（8 ) 指不必動作數位信號處理單元（D S P ) 1. 〇 4而專由一般用運算處理單元（C PU) 1 〇〇執行之指令。所謂 D S P指令係指C PU 1 0 0負擔一部分處理而由D S P 1 0 4執行之指令。D S P指令包含整數運算指令及處理固定小數點資料之指令。 CPU10 0從晶粒上記憶體1 1 5 ’ 1 1 6或未圖示之外加記憶體取出指令，解碼而判定其爲C P U指令或 D S P指令。解碼之結果若爲D S P指令，則 DSP 1 00將DSP控制信號供給於DSP 1 04 » D S P 1 〇 4將上述D S P控制信號解碼而產生 D S P 1 〇 4內部之控制信號。亦即整數運算指令與處理固定小數點資料之指令產生不同之控制信號。 —般用運算處理單元1 0 0具有成爲一般之單晶粒微電腦L S I之芯部之C F U所具備之基本功能。算術邏輯運算器（ALU) 10 1執行資料及位址運算處理。進行位址運算之整數運算器（PAU) 10 2係當數位信號處理單元1 0 4與算術邏輯運算器1 0 1 —起爲了積和運算處理而必須從記憶體中讀出許多信號源資料時產生位址之運算器。各運算器101，102所需要之信號源操作對象資料係從暫存器檔案1 0 3中選擇並供給。運算結果被儲存於暫存器槍案1 0 3中之被選擇之轉位暫存器中。將一般用運算處理單元1 0 0所產生之位址供給於位址匯流排109，110或111 »位址匯流排（IAB )1 0 9支持全部位址空間，並經由晶粒上記憶體1 1 5 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I ^ 装 I I I I I 訂— i I I I、 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 31S229 A7 B7 批年“>0日^-iWtc 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（9 ) ，116及介面模塊（I/O) 117存取各周邊電路’ ----- 及外部位址空間。由位址匯流排1 〇 9存取之位址領域之需要資料寫入/讀出之資料係由資料匯流排（I D B ) .1 1 2進行。位址匯流排（XAB) 1 1 0只存取晶粒上記憶體（X記億體）1 1 5。由位址匯流排1 1 0存取之位址領域之需要資料寫入/讀出之資料係由資料匯流排 1 1 3進行。位址匯流排（YAB) 1 1 1只存取晶粒上記憶體（Y記憶體116)。由位址匯流排111存取之位址領域之需要資料寫入/讀出之資料係由資料匯流排（ YDB)114進行。數位信號處理單元1 0 4具有處理固小數點資料之功能。具有整數資料之功能並不妨礙本發明之實施。算術邏輯運算器1 0 5執行加減法或邏輯運算處理。乘法器 1 0 6將2個1 6位元長度之字資料相乘而產生3 2位元長度之結果。整數乘算時，將信號源暫存器之下位字（第 0位元至第1 5位元）做爲信號源資料而予以輸入，若爲固定小數點乘法時，將信號源暫存器之上位字（第1 6位元至第3 1位元）做爲信號源資料輸入。即使1 0 6爲積和運算器仍不會妨礙本發明之實施，故在此當做乘法器加以說明。移位器1 0 7具有將乘法器1 0 6之輸出朝向左方移位1個位元之功能•各運算器105，106所需要之信號源操作對象資料係從暫存器檔案1 0 8中選擇，並供給。運算結果被儲存於暫存器檔案1 0 8中之被選擇之轉移暫存器中。本呔浓尺度通圯中國國家標準（〔奶）八4規格（2丨0乂 297公釐） ----.------^— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 12 - A7 B7 五、發明説明（l〇 ) 在數位信號處理單元1 〇 4處理之資料經由資料匯流排112，通過晶粒上記憶體115，116或介面模塊 1 1 7從各周邊電路，外部供給於暫存器檔案1 〇 8。經過處理之資料經由資料匯流排112，113及114，通過晶粒上記憶體1 1 5，1 1 6或介面模塊1 1 7從暫存器檔案供給於各周邊電路，外部》在數位信號處理單元 1 0 4處理之資料經由資料匯流排1 1 3，1 1 4亦可進行資料傳送，但在資料匯流排1 1 3只可能於暫存器檔案 1 0 8與晶粒上記憶體1 1 5之間傳送。在資料匯流排 1 1 4只能於暫存器檔案1 0 8與晶粒上記憶體1 1 6之間傳送。使用資料匯流排1 1 3及1 1 4之資料傳送時，因爲資源全部各自分開，故可平行的執行。執行暫存器檔案1 0 8與其他間之資料傳送時，所需之位址係由一般用運算處理單元100產生。晶粒上記憶體1 1 5，1 1 6分別測繪在分開之位址中。記憶體之種類不特別限制，亦可爲S RAM，經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) DR AM等RAM，或在L S I之製造過程中設定程式之掩罩ROM或快閃記憶體等ROM。亦即可爲易失性記憶體，亦可爲非易失性記憶體。晶粒上記憶體1 1 5從位址匯流排1 0 9及1 1 〇接受位址，經由資料匯流排2 及113進行資料寫入/讀出。晶粒上記憶體116從位址匯流排1 0 9及1 1 1接受位址，經由資料匯流排 1 1 2及1 1 4進行資料寫入/讀出。結果，如上所述，可在同一動作週期平行的進行資料之寫入/讀出，本紙張Xvl適用中關家標準（CNS )八4规格（210X297公釐)' — A7 B7 五、發明説明（11 ) (移位器之結構）第3圖表示移位器1 0 7之詳細實施例。圖中2 0 0 爲倒相器。201爲邏輯積電路。202爲邏輯和電路。 2 0 3爲控制是否在移位器1 〇 7進行移位之控制信號。邏輯和電路2 0 2及2個邏輯積電路2 0 1構成選擇電路。附加在乘法器1 0 6之輸出上之數字表示位元位置》第 3 1位元爲最上位位元，第〇位元爲最下位位元。其他記號與第2圖相同。本實施例之移位器係資料處理裝置支持整數乘法及固定小數點乘法之例。乘法器1 0 6經常進行整數乘法。結果，執行整數乘法指令時，控制信號2 0 3 之位準成爲低位準，使乘法器1 0 6之輸出結果直接通過執行固定小數點乘法指令時，控制信號2 0 3之位準成爲高位準，將乘法器1 0 6之輸出結果向左方移位1個位元而將之輸出。第0位元時輸出0。如此實現固定小數點乘法。若不支持整乘法指令時，移位器1 0 7不需要通過功能，只要經常移位輸出1個位元即可，故控制信號經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 0 3亦不需要，實際上移位功能本身亦不需要，只要在結果之儲存對象將儲存位元位置朝左方錯開1個位元連接即可》因此，本發明中，具有移位電路1 0 7並非必要條件，而在數位信號處理單位1 0 4內至少具'有固定小數點乘法器功能爲本發明之要點。在只進行整數乘法之乘法器中具備根據指令而移位功能不同之移位電路，即可執行固定小數點乘法及整數乘法。因此，以.較少之硬體即可實現高功能，故可防止晶粒面本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14 - A7 ___B7 五、發明説明（l2 )

積之增加》執行乘法後，亦不必要執行移位操作等C P U 指令。 (D S P與資料匯流排之連接）第4圖表示更詳細之暫存器檔案1 0 8之方塊圖及資料匯流排之連接例。該圖中只表示要點，故只表示有關資料匯流排1 1 2與暫存器檔案1 0 8之連接部分之結構而省略其他資料匯流排及各運算器之連接構造。圖中，300a，300b，300c，300d 分別爲各暫存器。3 0 1爲連接各暫存器之上位字（從第 1 6位元至第3 1位元）與緩衝器及驅動器3 0 3之局部暫存器》3 0 2爲連接各暫存器之下位字（從第0位元至第1 5位元）與緩衝器及驅動器3 0 4之局部匯流排》經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 0 3爲在上述各暫存器之上位字與資料匯流排1 1 2之間進行資料授受之中繼之緩衝器及驅動器。3 0 4爲在上述各暫存器之下位字與資料匯流排112之間進行資料授受之中繼之緩衝器及驅動器。3 0 5爲選擇連接於資料匯流排112之上位字或下位字並且控制資料之傳送方向之信號。3 0 6爲連接於資料匯流排1 1 2之下位元，並控制資料之傅送方向之信號。第4，5及7圖中，爲了說明之方便，將資料匯流排1 1 2分割成下位資料匯流排 1 1 2 a與上位資料匯流排1 1 2b表示。第5圖中表示緩衝器及驅動器303，304之電路。第6圖表示緩衝器及驅動器303之控制信號305 (305a，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）_ _ A7 B7 五、發明説明（I3 ) 3〇5b，305c，305d，305 e)及緩衝器及驅動器304之控制信號306 (306a ’ 306b ’ 306c)與處理資料之關係。爲了說明之方便，將1 6位元長度之資料稱爲宅資料 ’將3 2位元長度之資料稱爲長字資料。 (1 )長字穹料之输入輸出經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經由資料匯流排112輸入長字資料時（第6圖中之長字負載），資料之性質與（整數資料或固定小數點資料 )無關的，其動作皆相同。亦即當控制信號3 0 6 a成爲 ^ 1 "(高位準）時，即啓動輸入緩衝器505’將下位資料匯流排1 1 2 a與局部暫存器3 0 2互相連接。因此，下位資料匯流排1 1 2 a上之資料經由緩衝器及驅動器 3 0 4，局部暫存器3 0 2被儲存於指定之轉位暫存器（ 3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之下位字中。同時控制信號305a成爲(高位準）後，啓動輸入緩衝器 501，將上位資料匯流排112b與局部暫存器301 互相連接。因此，上位資料匯流排1 1 2 b上之資料經由緩衝器及驅動器3 0 3，局部暫存器3 0 1被儲存於指定之轉位暫存器（與下位字相同之暫存器）之上位字中。長次資料出於資料匯流排112時（第6圖中之長字儲存），資料之性質與（整數資料或固定小數點資料）無關的，其動作皆相同。亦即當控制信號306b成爲，(高位準）時，啓動輸出緩衝器506’將局部資料匯本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X 297公釐） -16 - A7 B7 五、發明説明（Η ) 流排3 0 2與下位資料匯流排1 1 2 a互相連接。因此，從指定之信號源暫存器（3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之下位字中輸出之字資料經由局部匯流排3 0 2，緩衝器及驅動器3 0 4供給於下位資料匯流排1 1 2 a。同時，當控制信號305b成爲''I'(高位準）時，啓動輸出緩衝器5 0 2，將局部資料匯流排3 0 1與上位資料匯流排1 1 2b互相連接。因此，從指定之信號源暫存器（與下位字相同之暫存器）上位字輸出之字資料經由局部匯流排3 0 1 ，緩衝器及驅動器3 0 3供給於上位資料匯流排 1 1 2 b 〇 (2 )字資料之輸入輸出在傳送字資料時*經常使用下位資料匯流排1 1 2 a 傳送，但暫存器檔案1 0 8內部之動作因資料之性質而不同。 (i )整數資料經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 先說明整數資料。若字資料經由資料匯流排1 1 2輸入時（第6圖中之整數資料字負載），當控制信號 306a成爲'1〃（高位準）時，啓動輸入緩衝器 5 0 5，將下位資料匯流排1 1 2 a與局部暫存器3 0 2 互相連接。因此，下位資料匯流排1 1 2 a上之資料經由緩衝器及驅動器3 0 4，局部暫存器3 0 2被儲存於指定之轉位暫存器（3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之下位字本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（is) 中。同時控制信號305e成爲（高位準）後，啓動輸入緩衝器5 0 7，將下位資料匯流排1 1 2 a之第 1 5位元與局部匯流排3 0 1經由符號擴張電路 5 1 0互相接。因此，緩衝器及驅動器3 0 3只輸入下位資料暫存器1 1 2 a之第1 5位元之資料而擴張複製成相當於1 6位元之資料，儲存於經由局部匯流排3 0 1指定之轉位暫存器（與下位字相同之暫存器）之上位字中。如此，在轉位暫存器之上位字上複製被傳送之字資料之符號資料。若字資料供給於資料匯流排112時（第6圖中之整數資料字儲存），控制信號306b成爲(高位準 )後，啓動輸出緩衝器506，將局部資料匯流排302 與下位資料匯流排1 1 2 a互相連接。因此，從被指定之信號源暫存器（3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之下位字中輸出之字資料經由局部匯流排3 0 2，緩衝器及驅動器 3 0 4供給於下位資料匯流排1 1 2 a。此時，緩衝器及驅動器3 0 3側不執行任何動作。亦即控制信號3 0 5 a ，305b，305c，305d，305e 全部爲 ’0 "(低位準），而输入緩衝器501，504 ’ 507及輸出緩衝器502，503停止動作。 (i i )固定少數點資料以下說明固定小數點資料。當字資料經由資料匯流排 1 1 2输入時（第6圖中之固定小數點資料字負載）在控本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I- i >^1· ^ ^^^1 ^^^1 ^^^1 ^^^1 ^^^1、^SJ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 318229 A7 B7 五、發明説明（l6 ) 制信號3 0 5 c成爲^1〃（高位準）後，.啓動輸入緩衝器5 0 3，將下位資料匯流排1 1 2 a與局部匯流排 3 0 1互湘連接。因此’下位資料匯流排1 1 2 a上之資料經由緩衝器及驅動器3 0 3，局部暫存器3 0 1被儲存於指定之轉位暫存器（3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之上位字中。同時控制信號306c成爲'1〃（高位準）後，緩衝器及驅動器3 0 4之全零電路5 1 2產生相當於 1 6位元之全零資料，並將之經由局部匯流排3 0 1儲存於指定之轉位暫存器（與上位字相同之暫存器）之下位字中。如此將轉位暫存器之下位字自動的清除。清除下位字時，亦可設置以轉位暫存器直接清除之電路，以取代利用緩衝器及驅動器3 0 4產生全零。若字資料輸出於資料匯流排時（第6圖中之固定小數點資料儲存），當控制信號306d成爲>1'(高位準 )，啓輸出緩衝器5 0 4，將局部資料匯流排3 0 1與下位資料匯流排1 1 2 a互相連接。因此，從指定之信號源暫存器（3 0 0 a〜3 0 0 d中之一個）之上位字輸出之字資料經由局部匯流排3 0 1，緩衝器及驅動器3 0 3供給於下位資料匯流排1 1 2 a »此時，緩衝器及驅動器 304不執行任何動作。亦即控制信號306a， 306b，306c全部爲（低位準），輸入緩衝器5 0 5，輸出緩衝器5 0 6及全零電路5 1 2停止動作〇控制信號 305 (305a，305b，305c ’ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐），n -iy - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂經濟部中央標準局貝工消費合作社印褽經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（17 ) 305d，305e) ，306(306 a，306b， 3 0 6 c )之狀態因整數資料傳送指令與固定小數點資料傳送指令之不同而成爲不相同，利用控制信號3 0 5， 306分別制緩衝器及驅動器303，304，即可從上位字傳送至上位字，從上位字傳送至下位字，或從下位字傳送至上位字。如此，不必利用C P U指令進行在執行囿定小數點乘法之前將信號源資料移位至下位等之操作，可縮短運算時間。 (C P U與資料匯流排之連接）第7圖表示一般用運算處理單元1 0 0之暫存器檔案 1 0 3之更詳細方塊圖及其與資料匯流排之連接例。該圖中亦只表示有關資料匯流排1 1 2與暫存器檔案1 0 3之連接部分之結構，省略其他資料匯流排與各運算器之連接構造。第7圖中亦與第4圖相同的將資料匯流排112分割成下位資料匯流排1 12 a與上位資料匯流排1 1 2 b 表示。圖中，400a ，400b ，400c ，400d 分別爲各暫存器。4 0 1爲連接各暫存器之上位字（第 1 6位元至第3 1位元）與緩衝器及驅動器4 0 3之局部匯流排。4 0 2爲連接各暫存器之下位字（第0位元至第 1 5位元）與緩衝器及驅動器4 0 4之局部暫存器。 4 0 3爲在上述各暫存器之上位字與上位資料匯流排 1 1 2b之間進行資料授受之中繼之緩衝器及驅動器。 4 0 4爲在上述各暫存器之下位字與下位資料匯流排本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）on -ΔΜ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. <«τ A7 B7 S229 五、發明説明（18 ) 11 2a之間進行資料授受之中繼之緩衝器及驅動器。 4 0 5爲連接於上位資料匯流排1 1 2 b，並控制資料之傳送方向之控制信號。4 0 6爲連接於下位資料匯流排 1 1 2 a並控制資料之傳送方向之信號。該暫存器檔案1 0 3將全部資料做爲整數資料處理。因此，資料傳送動作與上述數位信號處理單元1 0 4之暫存器檔案1 0 8之整數資料時之動作及時序或管路動作有可能不相同，但基本上爲相同，亦即緩衝器及驅動器 4 0 3中具有相當於緩衝器及驅動器3 0 3中之輸入緩衝器50 1，507，輸出緩衝器502及符號擴張電路 5 1 0之電路◊緩衝器及驅動器4 0 4中具有相當於緩衝器及驅動器3 0 4中之輸入緩衝器5 0 5及輸出緩衝器 5 0 6之電路。因此，控制信號4 0 5中具有相當於控制信號305a ，306b，3 06e之控制信號。控制信號406中具有相當於控制信號306a ，306b之控制信號。以上說明本發明之實施例。但本發明不受實施例之限制，可在不超越其要旨之範圔內變更實施。例如不只可應用於微電腦，亦應用於數位信號處理機。本實施例中係說明暫存器檔案1 0 8又支持整數資料及囿定小數點資料之資料傳送指令之例。但本發明中，不一定需要在數位信號處理單元1 0 4之資料傳送時支持整數資料用字資料傳送指令，亦可至少只支持固定小數點資料用傳送指令。資料之位元長度不一定爲1 6位元，3 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂經濟部中央梯準局貝工消費合作社印製 -21 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（19) 位元。本實施例係以在字資料之傳送時只使用資料匯流排之下位字爲前提加以說明，但在傳送固定小數點資料之字資料時，仍使用資料匯流排之上位字，在其對方之對象根據資料之性質切換連接之字，即可實現相同之功能。此時，緩衝器及驅動器3 0 3可在任何時刻連接於資料匯流排之上位字側，故不必與下位資料匯流排1 1 2 a連接◊本實施例中，固定小數點在第3 0位元與第3 1位元之間，可表現之數值範圍係假定—1. 0以上+1. 0以下。但亦可更擴張一般稱爲保護位元之防止溢流之位元並被支持之暫存器。此時，在執行字資料之傳送指令時係傳送第 1 6位元至第3 1位元之字資料，在資料輸入時，將保護位元部分予以符號擴張，而在資料輸出時予以忽略即可。以下說明本發明之代表性實施例可產生之效果。亦即，在同一晶粒上裝載控制全部系統所需之一般用運算處理單元，及有效的處理數位信號所需之積和運算功能之數位信號處理單元之微電腦或數位信號處理機中，上述數位信號處理單元可處理固定小數點資料，故可處理更複雜之數位信號處理。在上述數位信號處理單元與記億體或外部之間之資料傳送動作時，傳送位元長度小於運算精確度之資料時，使其具有輸入及輸出儲存資料之暫存器之上位側之資料之功能，與習用之以整數資料爲前提之傳送指令分開的設置做爲固定小數點資料之資料傳送指令，藉此可省略隨著資料傳送而發生之多餘之移位動作等，可提高高速性能。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ -ώώ - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. -s 318229 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 在上述數位信號處理單元中，與習用之整數運算指令分開的設置執行固定小數點資料運算之指令，故可自動的校正乘法結果之位元位置，可提髙高速性能β 圖式第1圓爲整數資料與固定小數點之關係圖；第2圖爲本發明一實施例之微電腦之全部方塊圖；第3圖爲本發明一實施例之移位器1 0 7之詳細實施例圖；第4圖爲本發明一實施例之數位信號處理單元1 0 4 之暫存器檔案1 0 8之更詳細方塊圖及其與資料匯流排之連接例圖；第5圖爲緩衝器及驅動器電路之圖；第6圖爲控制信號3 0 5及控制信號3 0 6與處理資料之關係圖；經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第7圖爲本發明一實施例之一般用運算處理單元 1 0 1之暫存器檔案1 0 3之更詳細方塊圖及資料匯流排之連接例圖。〔符號說明〕 1 0 0 :具有整數運算處理功能之一般用運算處理單元（CPU) 。101: —般用運算處理單元內之算術邏輯運算器（ALU) 。102:進行一般用運算處理單元內之第2位址運算之整數運算器（PAU) 。103: — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23 - A7 B7 五、發明説明（21 ) 般用運算處理單元內之暫存器檔案。1 0 4.:具有固定小數點資料運算處理功能之數位信號處理單元（DSP) » 1 0 5 :數位信號處理單元內之算術邏辑運算器β 1 〇 6 :數位信號處理單元內之乘法器。1 〇 7 :數位信號處理單元內之移位器。1 〇 8 :數位信號處理單元內之暫存器檔案。109:32位元位元長度之位址匯流排。110 〜111 : 16位元長度之位址匯流排。112 : 32位元長度之資料匯流排。113〜114:16位元長度之資料匯流排。1 1 5〜1 1 6 :晶粒上之記憶體（X記憶體，Y記憶體）。1 1 7 :與周邊電路或外部進行介面之模塊（I/O) 。200 :倒相器》201 :邏輯積電路。202 :邏輯和電路。203 :控制是否在移位器 107進行移位之控制信號。300a，300b， 300c ，300d :暫存器檔案內之各暫存器。301 〜302 :局部暫存器。303〜304 :緩衝器及驅動器。305〜306 :資料傳送用控制信號。112a : 資料匯流排11 2之下位字（下位資料匯流排）。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 1 2 b :資料匯流排1 1 2之上位字（上位資料匯流排 )"400a，400b，400c，400d:暫存器檔案內之各個暫存器。401〜402 :局部匯流排。 403〜404 :緩衝器及驅動器。405〜406 :資料傳送用控制信號。501，503，505，507 : 輸入緩衝器。502，504，506 :輸出緩衝器。 510 :符號擴張電路。512 :全零電路。305a ，本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS )八4规格（210X297公釐） ~ -24 - 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（22 ) 305b，305c，305d，305 e:控制信號》 306a，306b，306c :控制信號》 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） -25 -

Claims

318229 ?88 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種資料處理裝置，其特徵爲：在一個半導體基板上具有c P U，及因C P U解讀指令而控制動作之數位信號處理單元，上述數位信號處理單元具有保持固定小數點資料之暫存器，處理固定小數點資料之加減法電路，；^ 處理固定小數點資料之乘法電路。 2.如申請專利範圍第1項之裝置，其中在執行從上述數位信號處理單元之外部將位元長度小於上述暫存器之位元長度之資料傳送於上述暫存器之第1指令時，上述數位信號處理單元將上述資料壓縮於上述暫存器之上位輸入，在上述暫存器之多餘之下位側輸入亨，而在執行從上述暫暫存器將位元長度小於上述暫存器之位元長度之資料傳送至外部之第2指令時，上述數位信號處理單元從上述暫存器之上位將具有必要位元長度之資料輸出於外部。 3 .如申請專利範圍第2項之裝置，其中又包括：從上述CPU傳送位址之第1，第2，及第3位址匯流排；連接於上述第1及第2位址匯流排之第1記憶體；連接於上述第1及第3位址匯流排之第2記憶體；連接於上述第經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ---------1 取------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1及第2記憶體，上述C P U及上述數位信號處理單元之第1資料匯流排；連接於上述第1記憶體及上述數位信號處理單元之第2資料匯流排；及連接於上述第2記憶體及上述數位信號處理單元之第3資料匯流排。 4.—種資料處理裝置，其特徵爲包括：具有第1暫存器及運算該第1暫存器內之資料之第1運算器之第1處理單元；及具有第2暫存器及運算該第2暫存器內之資料本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -26 - 經濟部中央標準局負工消费合作社印装 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍之第2運算器之第2處理單元，上述第1處理單元處理整數資料，上述第2處理單元處理固定小數點資料。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中在執行從上述第1處理單元之外部將位元~長度小於上述第1暫存器之位元長度之資料傳送至上述第1暫存器之第1指令時，上第1處理單元將上述資料壓縮至上述暫存器之下位输入，將該資料之最上位位元之數值擴張而輸入上述第1暫存器之多餘之上位側，而在執行從上述第1暫存器將位元長度小於上述第1暫存器之位元長度之資料傳送至上述第1處理單元之外部之第2指令時，上述第1處理單元將具有必要長度之資料從上述第1暫存器之下位輸出於外部，在執 '行從上述第2處理單元之外部將位元長度小於上述第2暫存器之位元長度之資料傳送至上述第2暫存器之第3指令時，上述第2處理單元將上述資料壓縮於上述第2暫存器之上位側輸入，在上述第2暫存器之多餘之下位側輸入零，在執行從上述第2暫存器將位元長度小於上述第2暫存器之位元長度之資料傳送於上述第2處理單元之外部時，上述第2處理單元將具有必要長度之資料從上述暫存器之上位側输出於外部。 6. 如申請專利範圍第5項之裝置，其中上述第1處理單元爲中央處理單元，而上述第2處理單元爲數位信號處理單元。 7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該裝置係形成於1個半導體基板上》 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐) —U------广衣------、訂------( (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -27 - A8 B8 C8 D8 B18229 '、申請專利範圍 8 . —種資料處理裝置’其特徵爲包括：暫存器；及運算該暫存器內之資料之運算器’在執行從該資料處理裝置之外部將位元長度小於上述暫存器之位元長度之資料傳送至上述暫存器之第1指令時’將上述資料壓縮於上述暫存器之上位輸入，在上述暫存器之多餘之下位側輸入零，而在執行從上述暫存器將位元長度小於上述暫存器之位元長度之資料傳送至該資料處理裝置之外部之第2指令時，從上述暫存器之上位將具有必要長度之資料输出於外部。 9.如申請專利範圍第8項之裝置，其中上述第1及第2指令爲處理固定小數點資料之指令。 1 0 .如申請專利範圍第9項之裝置，其中在其外部又具有經由第1資料匯流排連接於該資料處理裝置之中央處理裝置，經由第2資料匯流排連接於該資料處理裝置之第1記憶體，及經由第3資料匯流排連接於該資料處理裝置之第2記憶體。 1 1 .如申請專利範圔第1 0項之裝置，其中該資料處理裝置，上述中央處理裝置，及第1，第2記憶體係形成在1個半導體基板上。 1 2 種資料處理裝置，其特徵爲包括：具有執行算術運算或邏輯運算之運算電路之中央處理單元；從上述中央處理單元選擇性的接受位址之第1，第2及第3位址匯流排；連接於上述第1及第2位址匯流排，由上述中央處理單元所產生之位址存取之第1記憶體；連接於上述第 Μ及第3位址匯流排，由上述中央處理裝置所產生之位址本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- { 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 -28 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍存取之第2記憶體；連接於上述第1及第2記憶體及上述中央處理裝置而接受資料之第1資料匯流排；連接於上述第2記憶體而接受資料之第2資料匯流排；連接於上述第 2記憶體而接受資料之第3資料匯流排；及連接於上述第 1 ，第2及第3資料匯流排，而與上述中央處理單元同步的動作之數位信號處理單元，上述數位信號'處理單元具有處理固定小數點資料之加減法電路，及處理固定小數點資料之乘法電路。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之裝置’其中上述中央處理單元又具有保持運算所必須之資料及運算結果之第 1暫存器檔案，上述數位信號處理單元又具有保持處理所必須之資料及處理結果之第2暫存器檔案，又包括：從上述第1資料匯流排將位元長度小於上述第1暫存器檔之<位元長度之資料输入上述第1運算器檔案中之一個暫存器時，將上述資料壓縮至該暫存器之下位输入，將該資料之最上位位元之數值擴張而輸入該暫存器之多餘之上位側之裝置；從上第1暫存器檔案中之一個檔案將位元長度小於上述第1暫存器檔案之位元長度之資料输出於上述第1資料匯流排時，從該暫存器之下位側輸出具有必要長度之資料之裝置；從上述第1，第2或第3資料匯流排中之任一匯流排將位元長度小於上述2暫存器檔案之位元長度之資料輸入上述第2暫存器檔.案中之一個檔案時，將上述資料壓縮於該暫存器之上位輸入，而在該暫存器之多餘之下位側輸入零之裝置，及從上述第2暫存器檔案中之一個檔案將本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I --丄，衣------ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -29 - A8 B8 C8 D8 318329 、申請專利範圍位元長度小於上述第2暫存器檔案之位元長度之資料輸出於上述第1，第2或第3資料排中之一個匯流排時，從該暫存器之上位輸出具有必要長度之資料之裝置。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項之裝置，其中分別設置分別執行整數資料運算及固定小數點資料運算之指令。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項之裝置，其中分別設置分別執行整數資料之傳送動作與固定小數點資料之傳送動作之指令。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中分別設置分別執行整數資料之傳送動作與固定小數點資料之傳送動作之指令。 1 7 .如申請專利範圍第1 2項之裝置，其中該裝置係形成於一個半導體基板上。 1 8 .如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該裝置係形成於一個半導體基板上。 1 9 種資料處理裝置，其特徵爲包括：輸入乘數及被乘數，而輸出乘數與被乘數之乘法結果之乘法器；及將上述乘法器之輸出移位之移位器，將整數資料乘算時，上述移位器不移位上述乘法器之輸出而將之输出，將固定小數點資料乘算時，上述移位器將上述乘法器之輸出朝向左方移位1個位元，在最下位位元輸入零。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之裝置，其中分別設分別執行整數資料運算與固定小數點資料運算之指令。 _ 2 1 .如由讅直利笳面笛？. Π琯夕奘詈，茸中γ包栝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局貞工消費合作社印装本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ 30 - 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 算術邏輯運算器，及保持由上述乘法器及上述算術邏輯運算器運算之資料及運算結果之暫存器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 -31 -