４ビットCPUの設計 その１
ここでは，K-COMで学んだCPUの設計を元に，４ビットCPUの設計を行ってみる．
簡単に回路作成するため，汎用性は犠牲にして，以下のようにアーキテクチャを考えた．
図１に示すように命令長は4ビット，うち上位２ビットを命令コード，下位２ビットをアドレスとする．
図１ ４ビットマイコンの命令構成
用意する命令と命令コードは表１のように定める．基本的に演算命令のみとし， 強制停止のHALT命令はハードウェア検出で行うことにした．
４ビットマイコンの構成を図２に示す．演算命令しかないため， メモリへの書き込み起こらないことからメモリはROMを用いた．
図２ ４ビットマイコンの構成
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2ビットのカウンタである．前述の通り，メモリにはPROMを用いている． アドレスはA0とA1の2ビット，データバスはO0,O1,O2,O3の４本である． 命令レジスタの４ビットのうち上位２ビットは命令コードであるが，ここではALUの制御とHALTの検出にしか 使っていない．下位２ビットのアドレスは，PCと切り替えによりメモリのアドレス指定に使われる． コントローラはPROM（U11）とD-FFのループにより作成された２ビットのカウンタである． これをデコードしてPROM（U20）により制御信号を出力している． コントローラの制御信号は表２の真理値表の通りである．
図４ ４ビットCPUの全回路
表２ コントローラの制御信号設計
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