一個(gè)非常簡單的cpu的設(shè)計(jì)(參考版)
2025-07-20 23:34本頁面
【正文】 對(duì)每個(gè)微指令進(jìn)行這樣的分析最后得到下表： State Address S E L A R L O A D P C L O A D P C I N C D R L O A D A C L O A D A C I N C I R L O A D A L U S E L M E M B U S P C B U S D R B U S R E A D ADDR Fetch1 0000 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0001 Fetch2 0001 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0010 Fetch3 0010 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 Xxxx ADD1 1000 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1001 ADD2 1001 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0000 AND1 1010 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1011 AND2 1011 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0000 JMP1 1100 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0000 INC1 1110 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0000 我們注意到 DRLOAD、 MEMBUS和 READ總是有相同的值，所以可以用能夠一個(gè)狀態(tài)位來表示（ DMR），最后的倒微代碼存儲(chǔ)器的內(nèi)容如下： State Address S E L A R L O A D P C L O A D P C I N C D M R A C L O A D A C I N C I R L O A D A L U S E L P C B U S D R B U S ADDR Fetch1 0000 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0001 Fetch2 0001 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0010 Fetch3 0010 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 Xxxx ADD1 1000 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1001 ADD2 1001 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0000 AND1 1010 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1011 AND2 1011 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0000 JMP1 1100 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0000 INC1 1110 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0000 。設(shè)計(jì)中不同的部分就是微代碼存儲(chǔ)器中的微操作信號(hào)不同，而且省去了微代碼存儲(chǔ)器輸出之后的譯碼邏輯而是直接輸出數(shù)據(jù)路徑所需要的控制信號(hào)。 最后再經(jīng)過和水平編碼方式相同的控制信號(hào)產(chǎn)生邏輯就可以的到整個(gè)微程序控制器的設(shè)計(jì)。最后結(jié)果如下表： M1 M2 Value Microoperation Value Microoperation 000 NOP 0 NOP 001 DRM 1 PCIN 010 ARPC 011 AIDR 100 PCDR 101 PLUS 110 AND 111 ACIN ? 接下來我們用這些數(shù)值來生成最終的微代碼存儲(chǔ)器的內(nèi)容，結(jié)果如下表： State Address SEL M1 M2 ADDR Fetch1 0000 0 0 010 0001 Fetch2 0001 0 0 001 0010 Fetch3 0010 1 1 011 Xxxx ADD1 1000 0 0 001 1001 ADD2 1001 0 0 101 0000 AND1 1010 0 0 001 1011 AND2 1011 0 0 110 0000 JMP1 1100 0 0 100 0000 INC1 1110 0 0 111 0000 注意到 M1中的 NOP操作從來沒有用到，我們可以把 M1中的空操作去掉。我們還可以進(jìn)一步的優(yōu)化把 ARPC和 PCDR也從 M2移動(dòng)到 M1中，這樣 M1有 8個(gè)狀態(tài)， M2有 2個(gè)狀態(tài)?？偣残枰?6bit來表示。在每個(gè)域中加上 NOP操作得到： M1 M2 NOP NOP DRM PCIN 由于 PCIN和 PCDR都修改 PC，我們把 PCDR加到 M2中。 首先我們檢查同時(shí)進(jìn)行的微操作有哪些，注意到 DRM和 PCIN都在Fetch2發(fā)生，所以必須被分到兩個(gè)不同的域中。 4. 把在同一個(gè)域中修改同一個(gè)寄存器的微操作組成一組。 3. 把其余的微操作分布到各個(gè)域中，盡可能的充分利用每個(gè)域能表示的狀態(tài)。 2. 如果需要的話每個(gè)域中都可以包含NOP操作。我們按照以下規(guī)則進(jìn)行： 1. 當(dāng)兩個(gè)微操作在同各狀態(tài)發(fā)生時(shí)，把它們分在不同的域。數(shù)據(jù)路徑和硬布線邏輯相同，微程序代碼控制器的影射邏輯、以及微代碼存儲(chǔ)器中的 SEL和 ADDR的內(nèi)容與水平編碼的設(shè)計(jì)也相同。垂直編碼方式的微代碼存儲(chǔ)器輸出的并不是直接的微操作的控制信號(hào)需要進(jìn)行譯碼，其原理如下圖： 現(xiàn)在我們來用垂直編碼的方法來設(shè)計(jì)這個(gè) Very Simple CPU的控制單元。于是就把這兩個(gè)微操作進(jìn)行 OR操作產(chǎn)生ARLOAD信號(hào)。得到最后的結(jié)果如下表 State Address SEL AR PC AI DR PC IN PC DR DR M PL US AN D AC IN ADDR
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