基于proteus的CPU控制器设计（硬布线版）

硬布线版vs微程序版

本文是前述基于proteus的CPU控制器设计（微程序版）的姐妹篇，两个控制器的数据通路完全相同，指令集基本一致：硬布线版指令集是微程序版的扩展，增加了一条JMP3指令，如下表1所示：

表1. 硬布线控制器指令集列表

由上述指令表1可以推导出入硬布线版的指令状态图（如下图1所示）：所有指令的取指操作都是相同的指令流ROM→IR（即CPU从程序存储器PROGRAM取出指令，经过总线BUS流向指令寄存器IR）。NOP和HLT指令只有上述取指操作，没有执行操作（HLT指令取指后硬件停机）；而JMP1（直接寻址）/JMP2（间接寻址）/JMP3（二次间址）指令的执行操作则分别需要一次、两次和三次数据流ROM→PC（即CPU从程序存储器PROGRAM取出数据，经过总线BUS流向程序计数器PC），才能把目标地址送入PC。

图1. 硬布线控制器指令状态图

单周期硬布线控制器

如下图2所示，单周期硬布线版的最小版本CPU由蓝线左侧的数据通路和蓝线右侧的单周期硬布线控制器组成，左侧的数据通路与微程序版的最小版本CPU数据通路完全相同，而右侧的单周期硬布线控制器通过两级状态机来实现上述图1所示的指令状态图。

图2. 最小版本CPU（单周期硬布线版）