16-Bit Processor Datapath Design (Logisim Project)

This project was developed as part of the Computer Organization and Architecture course. A simple 16-bit processor architecture capable of executing basic instructions was designed using classic Logisim software.

📌 Project Overview

The processor supports the following instructions:

• SUBI – Subtracts an immediate value from a register.
• ORI – Performs a bitwise OR operation with a register and an immediate.
• STR – Stores the content of a register into memory.
• BNE – Branches to a new instruction if two registers are not equal.

The processor follows a classic 5-stage architecture:

1. Fetch
2. Decode
3. Execute
4. Memory
5. Write Back

⚙️ Architectural Components

• Program Counter (PC): Holds the address of the current instruction.
• Instruction Memory: Stores the instruction set.
• Instruction Decoder: Splits instructions into opcode, registers, and immediate fields.
• Register File: Contains 8 general-purpose 16-bit registers.
• ALU: Performs operations like SUBI and ORI.
• Data Memory: Stores data using the STR instruction.
• Control Unit: Generates control signals such as ALUOp, RegWrite, MemWrite, Branch.
• MUXes: Used to select between register or immediate values for ALU and branching.

🧠 Instruction Formats

Arithmetic/Logic Instructions

Opcode (5) | Rd (3) | Rs (3) | Immediate (5)

SUBI Rd, Rs, #imm
ORI Rd, Rs, #imm

Memory Instruction

Opcode (5) | Rt (3) | Ra (3) | Offset (5)

STR Rt, [Ra, #offset]

Branch Instruction

Opcode (5) | Rs (3) | Rt (3) | Label (5)

BNE Rs, Rt, #label

🧪 Testing and Simulation

• Registers were manually initialized.
• Instructions were executed step-by-step using clock pulses.
• The proper execution of each instruction was verified.
• Branching was based on the zero flag result from the ALU.

📁 Project Files

• bit16.circ – Logisim circuit file
• README.md – This documentation file
  

---

16-Bit İşlemci Veri Yolu Tasarımı (Logisim Projesi)

Bu proje, Bilgisayar Organizasyonu ve Mimarisi dersi kapsamında gerçekleştirilmiştir. Klasik Logisim yazılımı kullanılarak temel komutları çalıştırabilen, 16-bit genişliğinde bir işlemci mimarisi tasarlanmıştır.

📌 Proje Özeti

Projede desteklenen komutlar şunlardır:

• SUBI – Register ile immediate değeri çıkartır.
• ORI – Register ile immediate değeri bit düzeyinde VEYA (OR) işlemi yapar.
• STR – Register'daki veriyi belleğe yazar.
• BNE – İki register eşit değilse dallanma yapar.

İşlemci mimarisi klasik 5 aşamalı yapıdadır:

1. Fetch
2. Decode
3. Execute
4. Memory
5. Write Back

⚙️ Mimari Bileşenler

• Program Counter (PC): Komut adresini tutar.
• Instruction Memory: Komutları barındırır.
• Instruction Decoder: Komutu opcode ve alanlara ayırır.
• Register File: 8 adet 16-bit yazmaç içerir.
• ALU: SUBI, ORI işlemlerini gerçekleştirir.
• Data Memory: STR komutu ile veriyi yazar.
• Control Unit: Komutlara göre kontrol sinyalleri üretir.
• MUX'lar: ALU ve dallanma kaynaklarını seçmekte kullanılır.

🧠 Komut Formatları

Aritmetik/Mantıksal Komutlar

Opcode (5) | Rd (3) | Rs (3) | Immediate (5)

SUBI Rd, Rs, #imm
ORI Rd, Rs, #imm

Bellek Komutu

Opcode (5) | Rt (3) | Ra (3) | Offset (5)

STR Rt, [Ra, #offset]

Dallanma Komutu

Opcode (5) | Rs (3) | Rt (3) | Label (5)

BNE Rs, Rt, #label

🧪 Test ve Simülasyon

• Yazmaçlara başlangıç değerleri elle yüklendi.
• Clock darbesi ile komutlar adım adım çalıştırıldı.
• Komutların doğru şekilde yürütüldüğü gözlemlendi.
• Dallanma kontrolleri sıfır bayrağına göre çalıştırıldı.

📁 Proje Dosyaları

• bit16.circ – Logisim devre dosyası
• README.md – Bu tanıtım dosyası