Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-1 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
�
��������������
����� �������
���������������� �������������������������������������������������������������������������������������
������������� ������� ��!��"����#�����������������$�
�
������������� �������������������������������������������������������������������������������
������������������ ��������������������������������������������
�
�
1. Introduction
��������������������������������������������� ����������� ������������ !�������� ��!��������
������� ��������� �������� ��� ���� !�� ��� ���� "#$� ��� #%%&� ��� ���� ������� ���'� ()������ *������
+��������,������������������������������������������������������������������������������
��������-�������������� ��������� .�����������/��������0.�������-�����1�������#��
��
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
*��������
• +�������������
• 6������������
*���'�
*����
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
�
%� ����&'()�*��� ����������������
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-2 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�����������������������'����������������������#��
�
3���'� 3���'� ��8�
!�������*����� ����������������������������9999���####��4�����������
��������������� ������������4�������.����������������������
��9999.�������������������������-������������������������
���������������
������
!������������� ���������������������������������+�����������������������
5��������:���������������������������������������������
����.���������������������������������������������������
�����������.�������������
505�����
���������� � �������������������������������4����������������������
��������������������������������4���������������������
���������������������������������2�����/����+���� �.�
���������������������������������������������
������
����������3� ��������������3�����������������������4����������������
��������������������������������������1���������������
���������������������������� �������������������������������
������������������������������
������
�������2��� ��� �������2���������������������
�; <3�� ��������
7��
�;3<= <#��������������
������
4����>����� ���4����>������� ����������������������������������
������-������������������������
������
7����>����� ���7����>�����������������������������������������
������-������2������.������������������0����������������
�����������������������������������������������������
����������������������������������'�������������������
��������������������������-��������������������������������
���������
������
�
�� ���&'()���������� ���+��������*��������������
�
�������������������������������������������(����������,��43���+��������'����-�����1�������?������'�
������������ ��������������������������������� 1���0����.� ����������� ��������������������������
��� �����@������ �����������.���������������������� ����������������������������
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-3 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�������������������������������������-�����1�������?���������?��������8�������������������
�������������������������������� ����������������������������'.�-��������������������������������
����������������������������
���
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
+�������������
*���'�
*����
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
��� ����
��� ������
�
4���������>�������� �������
��� �����
�%� ����&',)��������������� ��������-��� ��.��� ������������������ ���+����+������������������ ���
�
������������� ��� ������
+���� � �����8�� ����'������������������
+���� ��� !���������������������������������� ))�����23�������
����
+����4���� !�����������������������������������������������������������
�������
+����4�� ����������������������0��������������������������
�
�� ���&',)�%���� ���+����#��+�������������������������� �������+����-��� ��.��� �����
�
2. Instructions
+��������������������������5�����������A�- �.��������������������������������������������������
������������.������#B��������������������������������
No Operation (NOP=0000) ��� C�� 7������� ���������� ���� ��� ����� 4� ���� ��� ������� �� ����� ��� ���� ������� A�- �.� ����
������������� ������������������������-�������������'���������-��'��
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-4 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
Addition (ADD=0001) ���������������������� ������������������� ��-��������������������������.������������
������ �� ����������� �� ��� �������� ��� �������� ��� ����� ����� ��� ������ ��� �������� 1��� 0����.�
�������������� ;?.�������������( ))�&,�������������� ; <&.������� ;?<&����������� ������� ����D���
�
Subtraction (SUB=0010) ���������������������� � ������������������������ ������� ������.� �������������������
����������� ������������������������������������������������������������
�
Get Input (In=0100) ����������������������������������������������� ��
�
Give Output (OUT=0011) ���������������������� ������������������������������������������������������������8����
����� ����������'����� ���������0������ ���������������������������������-�(E� �7���,�
�����������
�
Load Accumulator A (LDA=0101) ���������������������������������� �-����� ������ ���������������1���0����.�������������6) �
%����������� ����%��#99#������������������������������� ���
�
3. Program Memory
������������������������������5����.�-���-����������������������0�����+�����������������
5����� ������ �� ���-�� ��� 1����� ��&� ���� ���������� ��� ����� ���� -�� ����:� �� ����� ���� ����������� ����
���������������������.�-�������������������������������������������������������� ����������
��&������������������ �-����� ����(?,.���������(#,.�����������������������������������
�
�
F� B� D� �� &� ?� #� 9�
����������
������&� ��$�
����������
�����&� ��$��
%� ����&'/)���������������������������&' ��������������������������&' �������������
�
����� � �������
��������
�������
�������
6) �?� 9#9#�G�99#9� 90D?�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-5 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
))�#� 999#�G�999#� 90##�
72�� 99##�G�9999� 90&9�
C7!� 9999�G�9999� 9099�
�
�� ���&'/)����������� ������������� ����&' ����� �����
�
1����� ���� �� ���-�� �� ������ ������� ������ -��� �� ������������� �������� �������� �������� ��
����������������������������������� �� �������������5�������.������������� ����5��������
������������H���������������������������������������'���������������������������@�������
�� ������������������.������������ �������������������������������������������������������
��������������)�*A���
��� ��
%� ����&'&)������ ������ ���������������#��*��'���010���������$�
�
4. Executing the instructions
�
Introducing the micro-instructions +���������������������0����������/��������������������������������������������������������������
������������������0������������������������������� ������������������������#����.������������
��������������.�������-�����1�������D���������������������������������-������������������
�����������������������(6) � ?,�������������������������������������������������(6) � ?,�
���������.������������#.�?.� &����������������-������������������� ����� ��2�����������������������
�����������������������������������I��������������������-��������������������1�������2�������
����������������8����������������������
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-6 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
��
�(� �,� �/� �&� �(� �,�
%������2������
�,������$�
�1�������2������
�,������$�
3��������
��2������
4�������������������&�����+�������
�� ��������������1������
3��������������
�%� ����&'5)������1��������������*���������������"��"�������1���������������������������������������
������������������
�
�
������ ��� ��� ������
!����#�� ��������� ������������������������������������
�����������������������������
!����?� 4��������� ���������������������������������������
������������������� ���������������������
������-����������������
!����&�� +0������#� )���������������������.�����������������
�����������������������0������������
!������ +0������?� �����������������������������������������
0�����������
�� ���&'&)������1��������������������������� ������������������������
�
No Operation (NOP=0000) �
�������������-�������JC��7������I�����������������-�����1�������B�����1����/�����������������
���������������� �>����;#�.� ������������������������������������������ �6���4���;#���������
�����#��)�����������?.�����������������������������������������������������+����4���;#�.�-����
�� ������ ��� �������� �!���*���;#��� �� �� JC�� 7������I� ���������� ���� ��� ����� ���� �������
�����.���0�������������!����&���������������������������������������������� ����
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-7 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!���#�
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
���������
!����#�
6�������
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!���?�
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
��� �������
7�� 8����
%�����������
����������
!����?� �
�
7����(�
%������������������
����������$� �1�����347�
7����,� 7����/� 7����&�
���������
6�������
��� �������
7�� 8����
�%� ����&'9)��1���������������������������������������� ������347�������������
�
�
Addition (ADD=0001) �
�������������������-����������������������� ������������������ ������������������� ))�
�����������*���/����.��������������0����������������������������������3��!����&�.������'�����
����������������������������������-������������� ����������������3��!������.����������������
���������������������'�������������� �������������������������'��������������.����������������
1�������F���
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-8 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!����&�
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�������� �������
!����&�
����:�
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
!������
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
��� ���������������
!������
����� ;(�
����$�
������
��
7����(�
%������������������
����������$� �1���������
7����,� 7����/� 7����&�
���������
6�������
��� �������
7�� 8����
����:�
������
��� ������
!������
�%� ����&'<)��1���������������������������������������� ��������������������
�
Subtraction (SUB=0010) �
���0������������������������������������������������������������������������������������
����������������( �����,���������������9.�-����������(������,��
�
Get Input (In=0100) �
����������������������������������������������� �������������&��1�������5����������������������
���������.�-������������������������� ��
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-9 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!����&�
�
4����������
�
7����������
+0���������
�
4���������>�����
!����&�
��� �����
������
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
!������
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
���������
!������ ��
�
7����(�
%������������������
����������$� �1������3�
7����,� 7����/� 7����&�
���������
6�������
��� �������
7�� 8����
������
!������
��� �����
�%� ����&'0)��1���������������������������������������� �������3�����������
�
�
�
Give Output (OUT=0011) �
���������������������� �������������������������� ����������������������������&����������
���������8��������������� ����������'����� ���������0������ �������'�����������������������
����������������� ����������������
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-10 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!����&�
�
4����������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
!����&�
��� ����
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
!������
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
���������
!������ �%� ����&'=)��1���������������������������������������� ������4!������������
�
Load Instruction (LDA=0101) �
��������������������������������������� �������������������6) ������������������������ ��1���
0����.�������������(6) �%,����������� ����%��#99#������������������������������� ��4��1�������#9.�
������������������������������������������������������������������������������������������
����������� �� ��������.��������� ������� ����#99#��������������� �������������������
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!����&�
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�������� �������
!����&�
������
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
!������
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
���������
!������ �
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-11 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
7����(�
%������������������
����������$� �1������4���
7����,� 7����/� 7����&�
���������
6�������
��� �������
7�� 8����
������
!������
�
�
%� ����&'(>)�������������������������� ������/��1���������������������������� ������&�����
�����������������"���
�
5. Basic Block design
�
�������������������������'�����������������������������������������
�
Accumulator A �
����������������������������������������� �)������������������-�����1�������##�������������������
� ������� ������� �� 9�� �� &� ���� �� ))� ���� �23� ���������� ��� ����� ��� � ��� ��������� �� ��
�����������-���(+���� ,�����������@������������ ���������������������������������������
(���� ,��������������8��������������������������.���'��������������������� �������������������
�����������'��
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-12 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'(()���������������������������������� ���������������������������� ����������
��������������*��'���������������$�
�
Accumulator B �
6�'������������ .��������������3���������������������������� �)������������������-�����1�������#?��
������������������ �������������� ��39�� ��3&������� ))������23��������������(����3,��������
������8��������������������������.���'���������������������3������������������������������'��
�%� ����&'(,)��������������������������:������� ����������������������������������*��'
����������:$�����
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-13 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
Add/subtract Block �
�������������� �������������������������������������� ��������������*����� F������ ���'�(3�����
*�7�����������,�����������������"?$���������������������������������K7>�������������������
(�2�,�����������������0������������������(*����,�����.�������-�����1�������#&��
�
�
�
%� ����&'(/)�������������������������������'�������*��'�������������$�
�
������-�� �������������/��������������������������������������������1����� ��#��� ����������������
������������������-����������������������������������������������������������
�
����������-����������3� �����������������������������������.�-������������-�������������
�����:�
• ���������������������#I������������� �
• �������������������������������������#��
�
7������������������� � ���������������0���������.� -��������� �� ���������������������.� �� �����
����������.���������(�-����,��@���(��,�/�������9.���������9���������������������.����-��.�
�#�����������������������*���/����.�( �����;9,�������������������������� ����������������
� �����������.�-����( �����;#,��������������������������= ����������������������������������
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-14 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'(&)������������������������������������������������������!:�����������*��'
��������!������$�
�
���������.���������� ��������������������������������������������������������������������
���������-�������������������-�����������-��������������/�������������������������������������
.�3�������������������������-�����1�������#D�����-��'���������� ����������� �����3.������������
����������������������������������������I����������������������������
�
�������������������������������-��������� ���������������������������������������I�����������
3��-������������������-��������������/����������������������-��������:�
• )���� ��������>���4����������>�������������9��)����� ������������.�-�����
������������������� �>���3���������� �����3����������� ;9.�3;9���C������-����-��'������
�������������(=����>�,���#���
• 6������������ ������� ��*���'������������������-��'������������( ,.�����0�����&��*���'�
(6��� ,�����-�������������������������������������'���������������� ������&�����
��������������������'��
• 6������������ �������3��*���'���������������������'������������(3,.�����0�����?��*���'�
(6���3,�����-�������������������������������������'����������������3������?�����
��������������������'������������������������������ <3����( �����,�����������������9.�
-�������������������� ))������������A�- ���������������������������(+���� ��,����9��
• ��(+���� ��,���#������������������(D,.�������-�����1�������#D��
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-15 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
�
�%� ����&'(5)��������������� ���������������������:��������������������������������������!:�
������������*��'6� �6� :�����8?$�
�
The input register �
������������������������������&�����������������-�����1�������#B�������������������)�����������
�������-����������������������������������� ��
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-16 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'(9)����������� ������*��'��6� ������8?$�
�
The output Register �
����������������������������)������������������-�����1�������#F��7��������� �������������'.�
����������� ���������������4���� �������������������������������������� �������������'�
������������&.����������������� ������������-������� ����������������8���������������������.���
C C)���������������'��������������� �����������������������������'.�������-�����1�������#5��
�
�
�%� ����&'(<)����������������������������� ������*��'4�6� ������8?$�
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-17 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�(� �,� �/� �&�
4!��%������2������
�,������$�
4!���1�������2������
�,������$�
����������������4!��
�� ����������������� �����
�������+�
�����8���+�
�
%� ������(0)����������� ������������������������������� ��� ���������+���������/�
�
A manual microprocessor �
4���������������.�-������������������(�����������������,���������������-����������������������������
.�3.���������������������������������������������������������������1�������#%���������������
�����������������)��4�����������������)��7������������������������.�-������������������
�����+����4�;#��������������������������+����7�;#��� ����0�������������������������'.���
����������������'��������D�������������-����������������������������������������������� ����
�������������������������:�
• 4����������������������� �
• 4�����������������������3�
• >�������������������� �����3��������������
�
�������-��������������������( � ����,.��������( ���-,��������������������������������������
����'�����������������4����0��������-�����1�����#%.� ������������������ �����������������������
����-���� ���������������)���������'���(*�',�����-�����������1�������#%���������������-�����
-����� �������� �� �������� ��� 4�� �� 0����� ���-�� ��� 1����� ��?9.� -� ����� -�� ������� ��������
���������.����������(*�',�����������������(>�,��C������������������������������������
����� ��
�
�
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-18 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'(=)�����������#'�������������������������*��'6� �6� :�����4���8?$�
�
�
%� ������,>)�:������ ������������������������������������������� �������������� ������*��@�������8?$�
�
The Phase Generator �
4���������������������� �����J������I����������������������������������������������������.�-����
��������� �����������������������������������������������1���.��������������������������������
�������������!���9���!���&��������� �������������'����������������������������� ���-�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-19 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
(*���,����������������������������������������������������� �����������K7>�����������-�����
1�������?#��
�
�%� ����&',()��������������������������*��'6�� 8�����&����$�
�
�%� ����&',,)������������������������������*��'6�� 8�����&����$�
@�����(*���,������������������� �����������������������������/���������
�
Program Counter 0 to 15 �
������������������������� ��������������������������������������������������������������������
-�������������������� ������������1�������?&��� ������.��������������������9�� �������������
������������������������������������������������������0������������
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-20 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
��
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
��� �������
�
�
%� ����&',/)������� ����������������������� ���������#�������������������������"��
����������
�
7��������-�������������9���#D������������������������������������������ �)�����������.�������-�����
1�������?���������������� ��������.����-��'�����������������������������������������������������
�-������.�������������������������������������������� ��������������������������������
�� � ��� ������ ��� �� �������������� �������� ��� �� ������ ��� �������� ������� ����� ?� ��� ��
����������������/���.�������������0������������������#�������0������������������������������
�������
�%� ����&',&)������� ����������������+��8����� ������� �������#������ ������,������������� ��� ��
���������������+��*��'8�����(9��8?$�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-21 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
The Instruction Register �
�����������������������������������������0��������5���������������������������-������:���
���� ����������� ���� ���������� �� �� ���������� ���.� -���� �� ���� ����������� ���� ��� �� ����� ���
��������������������������������)��������������������������1�����?D.�������������� �����������
�����������������������������������������������������)��������������������������� ����������
���������������������������������'�����������������������������������������������������.�
-�������������������������������������-�������������
��
F� B� D� �� &� ?� #� 9�
����������
������&� ��$�
����������
�����&� ��$��
�%� ����&',5)����������������� ��������������������������������#������������������������
��������� �����$����������������������� �����$��*��'���������6� ��8?$�
�
The MicroInstruction Controller �
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-22 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
��������������������������������J���I���������������������4���������������������������������
����������������������������������.�����0����� ���J+����I�����J����I� ���������� ��������������
��������������� ��������� ��� ���-�� ��� 1����� ��?B�� ��� ����� �� � �� ��������������� ��������� ��� ��
�����������������������������������������������������������������������������������������
C)������� ����������������������1���0����.�������������9999���������������� C)���.�-�����
���������������C7!������������C�����������9���������#�����������������������������������
���������������������-��������������������������������������������.��������������������
���������.�������������������������������#������� .����'����9���������� ��
�
�%� ����&',9)�������������� ��������"���� #���������������������������������� ����������������
���������������������������������������������������������������������� ������������������
�
The Complete Microprocessor �
4���������-�����������������������������������������������������������+��������������
����������������������������������-�������������������������������������������������������
���-�����1����� ��?F�� @��������'���������������������������( ��������,����� �����-������0���
���������������3����������������������.�-�����������������������������������������������-��
����������D��������-�����������������������I����������
�
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-23 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
����� � �������
��������
�������
�������
6) �#� 9#9#�G�999#� 90D#�
))�?� 999#�G�99#9� 90#?�
72�� 99##�G�9999� 90&9�
�
�� ���&'5)������������������������� ���������#�
��
�
�?�� �� ����
���������'�
�#��>�����������
>��
�&��������
������
�D�����������
������
������
����1����-���
����������������
�B�����������
�����������
������
�F��4�����-���
�����������
�5��7���������
�������������
��������������
�
%� ����&',<)������������������������������#����������������*��'���������������8?$�
7���������������������.�������� ����������������������������������:�
• )���� �������#��
• *���'���������������'��?��
• �������� �������������'.����� �������������������������������9�������#.�����?.�
����&��������'�������9��&����
• ���������������?.����������������������������������������������������������� �����������
�������������-��������.�-���������������������(6�����9#9#�,��
• H������������������������������������� ����������������D����
• ����-�������������������������������B���
• 4���/�����������������.�������������������������'������������)��4���F��
• 4����(72�,�������������������������������������������������������������5���
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-24 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&',0)�%����������������������������(�����,����� ������ ���������������� ���9��*��'
���������������8?$�
�
Memory Move 7���������������C7�������������� ������������������������������������ � ��7�+��� �����
���������������������������������������������������������� ���� ��� �����@�������I�-�����������
����������������������� ���������������������L����������������������������������������������
�����������������������������-������/�����������������������������������������-����
�
��������������7�+����������������������������������������������� .�-���������������
�����-�����/���������������:�������������&.�-�������� ����������������������������.�-����
�������������������������������������������������������������������-�������������������
��� ���������������������������������������������.�-�����������������������������������
��������������������-����-�������������������������1�������?%��
��
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!�����
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
3��������������:��7�+��������������
�
�
���������� �
�
�������2���
�
����������3�
4����������
�
!�������*�����
�
!�������������
�505��
�
�����4���������!�����
�
4���������� +0���������
�
7���������� +0���������
�
4���������>�����
4���� �����������:��7�+�� �������������-�������������������
��������0�
�($���1�
�,$�������
��������
�����#���
�������� ���
�/$������#�
��������
�������
�%� ����&',=)������#�� �������������������������������4*������������
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-25 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
4��������.����7�+���������������������������������������������-���:�
• ��������������������������������������-����������������+������������.��
• ��������������������������������������������������.������
• ��������0���������������������������������������!�������*���������������4���������
>������
�
Physical Implementation �
Description of the design flow �
���������������������������������������������������� ��������)�*A.������� �������������
��! ����� �����"��#��4���������� ��������������������������������4*>7@4C)��������������-�
������������1�������&9��1����-��������+>467E���������������������������������������������
$���→→→→��%��&������$���������������0�������! ����� �����"'('�������������+>467E�����������
������������������������������������������4*>7@4C)�����������������������→→→→������&������
$�������������������������������������������������������
*��������������������������
���! ����� �����"��#�� *����������������������
���! ����� �����"'('��
)�*A&�������
���������
������
���������
�4*>7@4C)�
�����������
�����������
���������
�������������������������������
� �����! ����� �����"��)��4�������������������������
����������
�
��
�%� ����&'/>)�����������#� ������� ������#���������*���������������������� ����������
�
�
VERILOG translation �
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-26 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
4����������� �����.�������������������������&#?������� ������������ ������������������� ������������
�������������������������������������������������������������������������������������������
���������������������������������������������������������������������������������������������
�������������������-����������������)�*A���������������������������������-�����1�������&#�� ��������
�-�����������������������������������! ����� �����"'('��������-�����1�������&?��
�
�%� ����&'/()�A����� ���������� ���������#����������������� ���������������������������
*�6��4B�����������
�
�%� ����&'/,)���������"����������*�6��4B�����������������&' �����������������"��'
���������������C�$�
Creating the layout of the complete microprocessor �
����������������������������������������.�-�����������������������505�������������-��'��
0��������������������������������������������������������������������505�������������������� ���
������������� ����������-�����1�������&&��)���������-������������������ ��������C#�-�����
J@��I�����������������)���������������������-�����J>��I������������������
�
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-27 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'//)����� �������"��#������������#������ �������������� ���"�������*��'�����#��������$�
�
���������������505����������������������-�����1������&����������������������������������-�����
���������5���������������������� ���������������������������������������-������������������
��������������������������6���9���6���F������5�����������������������&���5����������-��
���1������&D���������&����������������������� ���?� ���9���4��1�������&�.�������>��������@���
����������������������>��������@���������������������505�����������������������������������
���-�����1������&B��
�
%� ����&'/&)����010' �������#�����#��*��'���010����#����$�
�
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-28 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�%� ����&'/5)���/'�'0������������������#���������� ��*��'/�0�����������$�
�%� ����&'/9)������������010������#��������� ������������������*��'���010����$�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-29 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
4�����������������������������������������-��������������������� �������505�����������
��������������������������1�������?F�-���������505�����������'����������1�������&B������-�
������������������������������������������'�������-�����1������&F��C�������&����������������������
���� �������������������� ������505����������������'��������� ����������������������
����������������������������0�����������������@�������������)������������-�����������
�@��������������������������������������'�������������������������������������������
��������-���������������������@��������������0����������������������������������������
�������������������������������������������������������������������@����������-���
�
�%� ���&'�/<)�8���������������������������� �����������#��*��'7��������6��������8?$�
�
1����-����������-�����������������������������������������������������������������
���������-���������������������
�
Program entry �
+��������������� ������������B������������������������������-�:�
�� �����������������)���&��
�� ���������������������������������������4�������������������������������'�����������������
������ ����-���
�� ������������@�����������������'������*��������������������
�� +�����������9�������������'������������������������������������������-�������
�� +����������������������������-�������'����������+��������������
�� *��������������/������������������������������������������
�� C������'������������������������������������������
�� @������������������������������������.�����'���*������������������������������
������-������������
�
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-30 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
Program execution �
�� +����������������������� ������������������������
�� *����������� �����������������������������������������������'��������������� %������
�����������������������0�������������������
�� �������� �������������'����� �������������������������������>�������(.��������,.�
�������/.��������'�������>��������0������������
�� H����������� �������������������������������������������� �������2�����������
���������������������0�������������������
�� @������,'��������������0�����������������������������������������������������
7����>��������
�
1�������&5����-�������������������������0��������������������� ������������B��
�
�%� ����&'/0)���������������������������������(�����,� #����������������� ������ ���� �"�������� ���
&'9�
��������������������������������������������������������������������-�������������-����
"&$.�����������������������������������������������0�����-������
�
6. Conclusion
�
4�� ���� �����.� �� ������ ��� �� ��� ������ ����� �������������� ���� ��� ������� ��� ������ ���������
�������� D� ������������ ����� �� �� �� ��������������� ��������� ���� �����0�����������-��� 0����
�����������.����������������0��������-��������������������������������.�������-�����
�����������.���������������������������� ����������������
�
�
References �
"#$� ��!������ ���.�M�� ��3��-��()���������������������,.�������+�����.�E��������������.�4�3C�9�9?�
599D%��D.�#%%?.�2� �
"?$�+��������.����3��)����(3���������*�7��*��������,.�������E��-�A���.�?99D.�43�C�9�9F�9D%%&&�D�
"&$���������-����-��������---������-���������
ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor
1-31 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06
�
�
�
Exercises �
#�#� ������������������������������������������7�+������������������������������������� .�
������������������������������1�������?%�������������������������9##9.�-������������
�7�+��
#�?� 6�����������������-������������������������������������������������������7>+���������
���������������� ��������������������������
#�&� ���������������������������������������������>������������A>.������#999�����������6�����
�����A6.������#99#������������@����-���������������������L�4�������������������������
62��������.���-����������������� )).��23.��A>������A6��������L�
#��� ������������������������������������������� )).��23.��A>������A6����������
#�D� ������-���������������-����������������������