31
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 % &’()*

Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

  • Upload
    others

  • View
    12

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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���������

%� ����&'()�*��� ����������������

Page 2: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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����.� ����������� ��������������������������

��� �����@������ �����������.���������������������� ����������������������������

Page 3: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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�- �.� ����

������������� ������������������������-�������������'���������-��'��

Page 4: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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?�

Page 5: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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����������������������

Page 6: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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�������������!����&���������������������������������������������� ����

Page 7: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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���

Page 8: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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����������������������

���������.�-������������������������� ��

Page 9: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������ �������'�����������������������

����������������� ����������������

Page 10: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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���������>�����

���������

!������ �

Page 11: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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��������������������������.���'��������������������� �������������������

�����������'��

Page 12: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������������������������������'��

�%� ����&'(,)��������������������������:������� ����������������������������������*��'

����������:$�����

Page 13: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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,�������������������������� ����������������

� �����������.�-����( �����;#,��������������������������= ����������������������������������

Page 14: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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��

Page 15: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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�������������������)�����������

�������-����������������������������������� ��

Page 16: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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?$�

Page 17: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������������������������������������

����� ��

Page 18: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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���!���&��������� �������������'����������������������������� ���-�

Page 19: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������������

Page 20: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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?$�

Page 21: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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 �

Page 22: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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����������

Page 23: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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���

Page 24: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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*������������

Page 25: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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 �

Page 26: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������������������

Page 27: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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����#����$�

Page 28: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

ADVANCED CMOS CELL DESIGN 4. Very Simple Microprocessor

1-28 E. Sicard, S. Delmas-Bendhia 23/03/06

�%� ����&'/5)���/'�'0������������������#���������� ��*��'/�0�����������$�

�%� ����&'/9)������������010������#��������� ������������������*��'���010����$�

Page 29: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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������'������������������������������������������

�� @������������������������������������.�����'���*������������������������������

������-������������

Page 30: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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�

"&$���������-����-��������---������-���������

Page 31: Book2 ch4b - vsmsrv-sicard/microwind/students/b2_ch4.pdf · Book2 ch4b - vsm Author: sicard Created Date: 3/23/2006 10:29:23 PM

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� ������-���������������-����������������������