ASICデザインコンテストでは， 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: 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 や論理演算を行う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(=8ビット)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．これらについても図1に示して います．
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の幅は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はメモリや入力用バッファIBUFの内容を読み込むための入力データバス です．また，DBoはメモリや出力用バッファOBUF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やOBUF_FLAGは，入力用バッファIBUFや出力用バッファ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や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と OBUF_WEがあります．IBUF_REは，IBUFの値をDBiに転送すると同時に， IBUF_FLAGを0にします．IBUF_REとMEM_REは同時にアクティブになってはいけ ません．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のように決 定しました．あとは，図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に示すように，KUE-CHIP2の命令(詳細は規 定課題の資料を参照してください)を分類します．
表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2: アドレスモード
_MAでは，実効アドレスを生成してMARに書き込みますが，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．p2とp3では，命令によって動作が異なってきます． p2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の値を書き込み，OBUF_FLAGを1にします．INでは， IBUFの値をACCに読み込み，IBUF_FLAGを0にします．
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，図2を見てくだ さい．なお，命令コードのaまたはbは，p2やp3の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．
図2: シフト命令
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，実行アドレスが示すメモリの番地にレ ジスタAの値を書き込みます．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，図3を見てください．なお，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．
図3: ALUの動作
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．図4にこれ から設計するモジュール間の関係を示します．
図4: モジュール構成図