ASICデザインコンテストの課題 では，KUE-CHIP2の命令セットと外部端子が規定されていますが，内部の構造 と各命令の動作のタイミングなどには自由度があります．SFL記述を始める前 に，これらの詳細をここで決定します．
図1.1に今回設計するKUE-CHIP2のブロック図を示します．この図には， KUE-CHIP2がどのようなハードウェア資源から構成されているかということが 書いてあります．
[図 1.1] ブロック図
KUE-CHIP2はACC(アキュームレータ)とIX(インデックスレジスタ)という2つの8 ビットレジスタを持ちます．これらのレジスタに対しては，加減算や論理演算 を施したり，その値をシフトをすることもできます．そのために，加減算や論 理演算を施すALUと，シフトを行うSHIFTERを用意します．また，演算結果を示 すフラグとしては，CF(桁上げフラグ)，VF(桁あふれフラグ)，NF(ネガティブ フラグ)，ZF(零フラグ)が必要です．
KUE-CHIP2のプログラムはメモリの0番地から255番地に置くことができるので， プログラムの実行位置を示すPC(プログラムカウンタ)は8ビット幅のものとな ります．また，プログラムの逐次実行と共にPCの値を１ずつ増やしていくため に，INCという8ビットのインクリメンタを用意します．
KUE-CHIP2の命令には，1バイトのものと2バイトのものがあります．いずれも， 1バイト目は命令の種類を示し，2バイト目にはアドレス情報が格納されていま す．ここでは，メモリから読み出した命令の１語目を格納するために，8ビッ トのIR(インストラクションレジスタ)を用意します．また，命令の2語目から 生成される実効アドレスを格納するために，8ビットのMAR(メモリアドレスレ ジスタ)を用意します．
次に，KUE-CHIP2の外部端子を見てみます．
KUE-CHIP2のプログラムは0番地から255番地までの間（プログラム領域）に しか置けませんが，データならば，256番地から511番地の間（データ領域）に 置いてもアクセスすることができます．そのため，アドレスバスabは8ビット ではなく9ビットになっています．abに値を供給するPCやMARは8ビットですが， abの9ビット目（プログラム領域かデータ領域かを指定する）は，制御系から 状況に応じて0か1が指定されます．
dbiはメモリやIBUF（入力用バッファ）の内容を読み込むための入力データ バスです．また，dboはメモリやOBUF（出力用バッファ）にデータを書き込む ための出力データバスです．これらは共に8ビットの幅を持ちます．
メモリを制御する外部端子としては，mem_reとmem_weがあります．mem_re により，メモリからdbiに値を転送します．また，mem_weにより，dboの値をメ モリに書き込みます．
IBUF_FLAG，OBUF_FLAGは，IBUFやOBUFに値が書き込まれた後，その値が読 み出されたかどうかを示すフラグです．IBUF_FLAG，OBUF_FLAGの値は， ibuf_flg_inやobuf_flg_inを通じてKUE-CHIP2に入力され，分岐命令の条件判 断に利用されます．
IBUFやOBUFおよびそれらのフラグを制御する外部端子としては，ibuf_re， ibuf_flg_clr，obuf_weがあります．ibuf_reにより，IBUFの値をdbiに転送し ます．ibuf_reとmem_reは同時にアクティブになってはいけません． ibuf_flg_clrは，IBUF_FLAGを0にするためのもので，IBUFの値をdbiに読み込 んだ後に，これをアクティブにします．obuf_weは，dboの値をOBUFに書き込む と同時に，OBUF_FLAGを1にします．
KUE-CHIP2の構成要素と外部端子は， 図1.1 のようにだいたい決定しました．あとは，図1.1に示されたハードウェア資源 （レジスタ，メモリ，モジュール，端子など）を，どのタイミングでどのよう に利用するかということ決めていきます．その前に，表1.1に示すように， KUE-CHIP2の命令を分類します．
[表 1.1] フェーズ表
NOP, HLT, OUT, IN命令はそれぞれ独自のものとして分類します．RCF, SCF 命令は1つにまとめてSRCFとします．Bcc命令は条件によって様々なものがあり ますが，これらをすべて1つにまとめてBRANCHとします．Ssm命令とRsm命令も すべてを1つにまとめてSHIFTとします．
LD, ST命令は，アドレスの指定方法により，LD_REG, LD_IMM, LD_MA, ST_MAと細分化して考えます．ここで，_REGはレジスタ指定(register)，_IMM は即値指定(immediate)，_MAは絶対アドレスとインデックス修飾アドレス指定 (memory address)を表します．
SBC, ADC, SUB, ADD, EOR, OR, AND, CMP命令はすべてALUを使用する命令 なので1つにまとめて考えますが，LD, ST命令と同様にアドレスの指定方法が いろいろあるので，AL_REG, AL_IMM, AL_MAと分類します．
先ほど，命令を分類した際に，_REG, _IMM, _MAと，アドレスの指定方法に よっても分類しました．ここでは，それらのアドレスの指定方法について詳し く見ていきます．
KUE-CHIP2は表1.2に示すようなアドレスモードを持ちます．_REGでは，命 令コードのbによって指定されたレジスタの値が対象となります．_IMMでは， 命令コードの２語目の値そのものが対象となります．_MAでは，実効アドレス が指すメモリの番地が対象となります．
[表 1.2] アドレスモード
_MAでは，実効アドレスを生成しますが，その方法が命令コードのxやrによっ て異なります．xが0であれば，命令コードの2語目をそのままMARに書き込みま すが，xが1であれば，命令コードの2語目にIXの値を加えた値をMARに書き込み ます．また，命令コードのrは，メモリのプログラム領域(0)かデータ領域(1) のどちらにアクセスするかということを示します．つまり，rがそのまま実効 アドレスの９ビット目になります．KUE-CHIP2のメモリ空間は512バイトで，0 番地から255番地はプログラム領域，256番地から511番地はデータ領域と区別 されています．
以上で，命令の分類が終わりましたので，各命令の動作を決めていきます． 表1.1 に示すように，今回の設計では，p1, p2, p3という3つのフェーズを用意しま す．各フェーズの動作は，すべて１クロック内に終了します．p1では，メモリ から読み出した命令コードをIRに格納します．この動作は，命令の種類によら ず同じです．なお，MEM(0,PC)は，アドレスの9ビット目が0（プログラム領域） で，残りのアドレス8ビットがPCの値であるようなメモリの番地を意味します． 一方，p2とp3では，命令に応じて動作が異なってきます．p2だけでその動作を 終える命令もかなりあります．それでは，各命令の動作について見ていきましょ う．
NOPでは何もしません．HLTでは停止します．
OUTでは，OBUFにACCの値を，OBUF_FLAGに1を書き込みます．INでは，p2で IBUFの値をACCに読み込み，p3でIBUF_FLAGに0を書き込みます．
SRCFでは，CF（桁上げフラグ）に命令コードのvの値を書き込みます．
BRANCHでは，命令コードのccccが示す条件を満たしていれば，２語目が示 すアドレスに分岐します．ccccと分岐条件の対応については， 規定課題の資料 を見てください．
SHIFTでは，SHIFTERを用いて，命令コードのsssが示すようにシフトを行い ます．sssが示すシフトの種類ついては， 規定課題の資料 を見てください．なお，命令コードのaまたはbは，AまたはBがACCかIXのどち らであるかを示します．aが0ならばAはACC，1ならばAはIXとします．bに関し ても同様です．
LD_REGでは，レジスタBの値をレジスタAに書き込みます．
AL_REGでは，レジスタA, Bに対し算術論理演算を行い，結果をレジスタAに 書き込みます．
LD_IMMでは，2語目そのものの値をレジスタAに書き込みます．
AL_IMMでは，レジスタAと2語目そのものの値に対し算術論理演算を行い， 結果をレジスタAに書き込みます．
_MAでは，まず，p2で実行アドレスの9ビット目以外をMARに書き込みます． そして，p3においては，LD_MAでは，実行アドレスが示すメモリの番地の値を レジスタAに書き込みます．ST_MAでは，レジスタAの値を実行アドレスが示す メモリの番地に書き込みます．AL_MAでは，レジスタAの値と実行アドレスが示 すメモリの番地の値に対し算術論理演算を行い，結果をレジスタAに書き込み ます．
ALでは，ALUを用いて，命令コードのmmmが示す算術論理演算を行います． mmmとALUの動作の対応は， 規定課題の資料 を見てください．なお， 表1.1 には書いていませんが，シフト命令や算術論理演算命令が行われた際には，そ の結果に従ってCF, VF, NF, ZFの値を更新します．
以上が今回設計するKUE-CHIP2のアーキテクチャの詳細です．次の章からは， これをSFLで表現していきます．まず2章では，シフト命令を処理するSHIFTER を，SFLのモジュールkueshiftとして設計します．3章では，算術論理演算命令 を行うALUを，SFLのモジュールkuealuとして設計します．4章では，これらの モジュールをそれぞれサブモジュールshifter, aluとして用いて，KUE-CHIP2 全体のSFL記述を完成させます．