４ビットCPUの設計　その2

ここでは，4ビットCPUに汎用性を持たせるため，命令を８種類（命令コード3ビット），
アドレスを１６通り（４ビット）として設計する．


図１　４ビットCPUの命令構成

用意する命令と命令コードは表１のように定める．命令はK-COMとほぼ同じであるが，
右シフトとHALT命令は回路の簡単化のために省略した． 

表１　命令一覧

 
４ビットマイコンの構成を図２に示す．ここではアーキテクチャを改変し，プログラム領域をROMに，
変数領域をRAMにそれぞれ分担させた．


図２　４ビットCPUの構成

フェッチおよび実行サイクルは，図３に示すようにK-COMと同じである．


図３　コントローラの動作

以上から，図４の全回路を作成した．ALUは４ビットなので，７４LS181を使った．
このALUの制御信号はK-COMと同様にPROM（U24）により与えている．
プログラムカウンタは７４LS193による4ビットのカウンタである．
前述の通り，プログラム領域にはPROMを用いている．また変数領域にはRAMを用いている．
コントローラの構成はK-COMと同様であるが，回路の視認性をよくするためと，メモリ構成の変更から，
コントローラの制御信号はK-COMと異なっている．


図４　４ビットCPUの全回路

コントローラの状態遷移ROM（U5）の設計を表２に示す．真理値表はK-COMと同様であるが，
命令レジスタを７ビットとしたため，表内のIRの値が違っている．
コントローラの制御信号は，フェッチサイクルと実行サイクルに分けて設計し，表３と表４にそれぞれ示す．

表２　状態遷移ROMの設計


表３　フェッチサイクル時の制御信号設計


表４　実行サイクル時の制御信号設計




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