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第３章 レジスタ転送論理

2

3.1 マイクロ操作とレジスタ転送言語

�

全体を 機能 ッ い

い 機能 ッ 有機的 接続さ 構成さ

考え

各機能 ッ ュ 呼

第 章 述 カ ン サ

び第 章 述 算術論理演算回路 _ALU

第 章 述 ン

構成さ

3

3.1 マイクロ操作とレジスタ転送言語

�

設計 機能設計 論理設計

設計

位 位 流

抽象的 設計 詳細 設計 設計さ

4

レジスタ転送論理

�

間 や を記述

論理 高水準 転送論理 設計

転送論理

基本素子 あ

格納さ 情報 流 そ 処理

を記述 こ

を記述

5

マイクロ操作、レジスタ転送言語

�

操作 いう

間 や

こ 操作 記述 こ

操作を基本 し

ン ュ 動作を記述 言語を 転送言語 呼

記述言語 呼 い

VHDL (VHSIC Hardware Description Language)

6

マイクロ操作（micro-operation)

�

う 記述

制御条件： 操作, 操作, ...

制御条件を表現 論理式 成立

そ あ 書 操作 実行さ

if-下hen 文 書 う

If 制御条件 = 1 then 操作, 操作, ....

7

マイクロ操作：例

ン 変数 T1 = 1

ッ ッ X 値 あ

B 値を A 転送

X T ₁ : A _{← B}

X T ₂ : A _{← B + C}

X T ₂ : A _{← B – C}

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レジスタのブロック図

AR(0 : 7) AR ^{ッ ７ ッ}

PC(L) PC ^{位 ッ}

M(AR) AR ^{示 ２ 内容}

A ← B _B 内容を _A 移

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マイクロ操作を実現する回路 例１

X T

: R0 _{← R1}

10

マイクロ操作を実現する回路 例２

T

: R0 _{← R1}

T

T

: R0 _{← R2}

11

マイクロ操作を実現する回路 例２

T

: R0 _{← R1}

T

T

: R0 _{← R2}

MUX 0

1

12

３状態ゲート

13

３状態ゲート

1 0 _X

X 0

X

14

３状態ゲート

0 1 ₀

0 1

Z 高抵抗 ハイインピーダンス Y 電源線 接地線

高抵抗 接続された状態

回路 切 離された状態

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３状態ゲート

C=1： Y=X

C=0： Y X 切 離された状態

16

３状態ゲートで実現 例２

T

: R0 _{← R1}

T

T

: R0 _{← R2}

17

演習問題

�

サを用い 場合 状態 を用い 場合

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R1}

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R2}

18

演習問題（解答）MUX

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R1}

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R2}

R

R

MUX 0

1

R0

x _T

1

ロード

19

演習問題（解答）３状態ゲート

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R1}

x _{⋅ T 1} : R0 _{← R2}

R

R

R0

x T

ロード

x

20

演習問題

操作を実現 回路を

状態 を用い ッ 図 示

T

: R0 _{← R1}

T ₂ : R0 _{← R2}

T

: R0 _{← R3}

T

: R0 _{← R4}

21

演習問題（解答）

R

R3

R0

T

: R0 _{← R1}

T ₂ : R0 _{← R2}

T

: R0 _{← R3}

T

: R0 _{← R4}

R

T

R4

T

T

T

22

マルチプレクサによるバスシステム

R1 ← R2

こ 操作を実現

サ 入力 を選び

同時 _E1=1 う

選択入力を加え

23

マルチプレクサによるバスシステム

R1 ← R2

こ 操作を実現

サ 入力 を選び

同時 _E1=1 う

選択入力を加え

24

３状態ゲートによるバスシステム

R1 ← R2

25

３状態ゲートによるバスシステム

R1 ← R2

0

1

26

メモリ転送

�

Read : DR ← M(AR)

�

Write : M(AR) ← DR

27

メモリ転送

読 出し 操作

Read : DR ← M(AR)

書 込 操作

Write : M(AR) ← DR

28

双方向バス

複数 ッ を並列伝送

導線を並 走

方向 信号を伝送 こ

送信用 受信用 を別々 用意 わ

組 を切 替え 送信 受信 兼用 こ

こ を 方向 bidirectional bus ^呼

こ 本数 半減し 貴重 回路 面積を節約 こ

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3.3 _{演算用マイクロ操作}

演算用 操作

算術 操作

論理 操作

操作

算術 操作

加算 減算 補数を求 操作

加算 減算 基本操作

ン 信号 T1 R1 R2 加算を行 い

そ 結果を R0 転送 操作

T1 : R0 ← R1 + R2

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算術マイクロ操作

31

論理マイクロ操作

32

シフトマイクロ操作

33

論理シフト

論理 各 ッ を ッ 操作 あ

空 端 ッ 埋

R = 1 1 0 1 0 0 0 1 せ上せ R = 1 0 1 0 0 0 1 0

R = 1 1 0 1 0 0 0 1 せ上r R = 0 1 1 0 1 0 0 0

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回転シフト

回転 両端 接続さ 回転 う を行 い 端 あ

ッ をそ 対側 端 ッ 転送

R = 1 1 0 1 0 0 0 1 roせ R = 1 0 1 0 0 0 1 1

R = 1 1 0 1 0 0 0 1 ror R = 1 1 1 0 1 0 0 0

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算術シフト

算術左 符号付 進数 を掛け算 こ 等価

算術右 符号付 進数を 割 算 こ 等価

算術 前後 符号 ッ 不変

符号 ッ 以外 ッ け ッ

R = 1 : 1 0 1 0 0 0 1 a上せ R = 1 : 0 1 0 0 0 1 0

R = 1 : 1 0 1 0 0 0 1

a上r R = 1 : 1 1 0 1 0 0 0

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算術論理演算部