chapter 4 最近の更新履歴 Hideo Fujiwara

第４章 データパスの設計

4.1 _{データパスの構成}

�^{ディジタルシステムを} レジスタ転送レベルで記述した回路は データパス（演算部）とコントローラ（制御部）

から成り立っている

データパスは

加算、減算の算術演算やAND, OR, NOT などの論理演算を実行する 算術論理演算回路（_ALU）

シフト演算を行なうシフタ

演算のデータや結果を一時格納するレジスタ から構成

3

３バスによるデータパスの構成

4

３バスによるデータパスの構成

マイクロ操作

 を行なう場合、つぎの制御信号を発生する。

 1. Aバスのレジスタ選択：  レジスタR1 の内容をAバスに移す  2. Bバスのレジスタ選択：  レジスタR2 の内容をBバスに移す  3. ALU の機能選択：      加算

 4. シフト選択：        シフトなし

 5. Cバスのレジスタ選択：   Cバスの内容をR0 へ移す

R0 ! R1 + R2

5

３バスによるデータパスの構成

ALUの機能選択：加算

R0 ! R1 + R2

シフト選択：なし

Aバスのレジスタ選択：R1

Bバスのレジスタ選択：R2

Cバスのレジスタ選択：R0

A := R1

+

３バスによるデータパスの構成

R0 ! R1 + R2

R1

R2

R1 + R2

+

R1 + R2

A := R1

R1 + R2

7

アキュムレータを用いた１バス構成

8

アキュムレータを用いた１バス構成

レジスタR1 との加算は      

３バス構成でのマイクロ操作

と等価なマイクロ操作は、 １バス構成では

となり、その手順も増え 動作速度が遅くなる

ACC ! ACC + R1

R0 ! R1 + R2

ACC _{! R1}

ACC _!

R0 _{! ACC}

9

アキュムレータを用いた１バス構成

ACC _{! R1}

R1 R1

R1

ACC _{! R1}

R0 ! R1 + R2

アキュムレータを用いた１バス構成

ACC _!

R1 R2

R2 _R2

+

R1+R2

ACC _{! R1}

ACC _!

R0 ! R1 + R2

11

アキュムレータを用いた１バス構成

R0

R1+R2 R1+R2

R0 _{! ACC}

ACC _{! R1}

ACC _!

R0 _{! ACC}

R0 ! R1 + R2

12

4.2 _{算術演算回路の設計}

ｎビット並列加算器を用いて

加算、減算、桁上げつき加算、１加算、１減算などを実現する 算術演算回路を設計

13

4.2 _{算術演算回路の設計}

4.2 _{算術演算回路の設計}

15

4.2 _{算術演算回路の設計}

16

4.2 _{算術演算回路の設計}

0

0

0 0 0 0

17

4.2 _{算術演算回路の設計}

1

0

B₃ B₂ B₁ B₀

4.2 _{算術演算回路の設計}

0

1

B₃ B₂ B₁ B₀

19

4.2 _{算術演算回路の設計}

1

1

1 1 1 1

20

演習問題

制御信号 _S と４ビットデータ入力_{A, B} をもつ算術演算回路で その出力F が   S = 0 のとき_{F = A + 1}

       _{S = 1} のとき F = A + B となる回路を設計せよ。

A

B

S

F

４ビット加算器

組合せ回路

Y

X

C

21

演習問題（解答）

A

B

C

S

F

４ビット加算器

組合せ回路

Y

X

0 1

0 1 B_i 0

A+1 A+B

Y

= S B

C

= S

.

4.3 _{論理演算回路の設計}

23

4.4 _{ＡＬＵの設計}

24

4.4 _{ＡＬＵの設計}

25

4.4 _{ＡＬＵの設計}

4.5 _{シフタの設計}

� � �論理シフトを実現する回路の設計例

ALU の演算結果をX、シフタの出力をY とすると、シフタの機能は

    Y ← X     Y ← lsl X     Y ←  lsr X

この３つの機能を区別するためには、２つの制御信号が必要 それを W1W0 とし  第４の機能に

    Y ← 0

を追加して

27

4.5 _{シフタの設計}

W

1

W

0

:   Y ← X

W

1

^W

:    Y ← lsl X

W

1

W

0

:    Y ←  lsr X

W

1

W

0

:    Y ← 0

28

4.5 _{シフタの設計}

W

1

W

0

:  Y ← X

W

1

W

0

:  Y ← lsl X

W

1

W

0

:  Y ←  lsr X

W

1

W

0

:  Y ← 0

29

4.5 _{シフタの設計}

W

1

W

0

:  Y ← X

W

1^W0:  Y ← lsl X

W

1

W

0

:  Y ←  lsr X

W

1^W0:  Y ← 0

0 0

4.5 _{シフタの設計}

W

1

W

0

:  Y ← X

W

1

W

0

:  Y ← lsl X

W

1

W

0

:  Y ←  lsr X

W

1

W

0

:  Y ← 0 ¹

0

31

4.5 _{シフタの設計}

W

1

W

0

: Y ← X

W

1^W0: Y ← lsl X

W

1

W

0

: Y ←  lsr X

W

1^W0: Y ← 0

1 1