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![Bit/レジスタ の実装(p54)
nand2tetries/03/aの「Bit.hdl」と「Register.hdl」の実装を行う。
※RegisterはBitを配列にしただけ(一般的には16,32,64)
このサイズをワードと言う
(各種回路について)
Register(in=入力[16],load=上書き有無,out=出力[16]);
hdl式
Bit(in=入力,load=上書き有無,out=出力);
hdl式
実装方法について
・p43図3-1参照
・p50](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-12-320.jpg)
![Register (各種回路について)
CHIP Register {
IN in[16], load;
OUT out[16];
PARTS://Bitを16並べるだけ
Bit(in=in[0],load=load,out=out[0]);
Bit(in=in[1],load=load,out=out[1]);
Bit(in=in[2],load=load,out=out[2]);
// 省略
Bit(in=in[14],load=load,out=out[14]);
Bit(in=in[15],load=load,out=out[15]);
}](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-15-320.jpg)
・書き込み
loadを1に設定でaddressから対応するRAMに、
次のクロック周期で書き込む。 RAM[address(t-1)](t)=in(t-1)
※対象以外のaddressはload=0
■ヒント
1章で作成した「DMux8Way、Mux8Way16」を使用
(各種回路について)
out(t) = RAM[address(t)](t)
If load(t-1) then RAM[address(t-1)](t)=in(t-1)
関数 p51,52参照](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-17-320.jpg)
![RAM8 (各種回路について)
CHIP RAM8 {
IN in[16], load, address[3];
OUT out[16];
PARTS:
// アドレスに対応するLoad値取得
DMux8Way(in=load,sel=address,a=loadA,b=loadB,c=loadC,d=loadD,e=loadE,f=loadF,g=loadG,h=loadH);
Register(in=in,load=loadA,out=outA);
Register(in=in,load=loadB,out=outB);
// 略
Register(in=in,load=loadG,out=outG);
Register(in=in,load=loadH,out=outH);
// アドレスのout値取得
Mux8Way16(a=outA,b=outB,c=outC,d=outD,e=outE,f=outF,g=outG,h=outH,sel=address,out=out);
}](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-18-320.jpg)
![RAM64 (各種回路について)
CHIP RAM64 {
IN in[16], load, address[6];
OUT out[16];
PARTS://3bit単位で分けてRAM8を呼ぶ
DMux8Way(in=load,sel=address[3..5],a=loadA,b=loadB,c=loadC,d=loadD,e=loadE,f=loadF,g=loadG,h=loadH);
RAM8(in=in,load=loadA,address=address[0..2],out=outA);
RAM8(in=in,load=loadB,address=address[0..2],out=outB);
// 略
RAM8(in=in,load=loadG,address=address[0..2],out=outG);
RAM8(in=in,load=loadH,address=address[0..2],out=outH);
// アドレスのout値取得
Mux8Way16(a=outA,b=outB,c=outC,d=outD,e=outE,f=outF,g=outG,h=outH,sel=address[3..5],out=out);
}
RAM8*8のイメージ
[000][000] RAM8A
[001][000] RAM8B
[010][000] RAM8C
[011][000] RAM8D
[100][000] RAM8E
[101][000] RAM8F
[110][000] RAM8G
[111][000] RAM8H](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-19-320.jpg)
![PC (各種回路について)
CHIP PC {
IN in[16],load,inc,reset;
OUT out[16];
PARTS:
Inc16(in=r1,out=v1);
Mux16(a=r1,b=v1,sel=inc,out=v2);// inc
Mux16(a=v2,b=in,sel=load,out=v3);// load
Mux16(a=v3,b[0..15]=false,sel=reset,out=v4); // reset
Register(in=v4,load=true,out=out,out=r1);
}](https://image.slidesharecdn.com/3-190913002924/85/3-22-320.jpg)
![[アルゴリズムイントロダクション勉強会] ハッシュ](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/random-171021132555-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
コンピュータシステムの理論と実装3
- 1.
- 2.
- 3.
- 4. 組み合わせ回路とは？ (組み合わせ回路と順序回路) 1,2章で構築した回路のこと ※入力値の組み合わせだけで値が確定する！！ 例：ORの場合は、必ず入力に1がある場合のみでしか1になりえない 特徴 単純な処理のため、たくさん処理出来る 欠点 状態(値)を保てない ※例：呼ぶ度に加算される回路など
- 5. 組み合わせ回路とは？ (組み合わせ回路と順序回路) 1,2章で構築した回路のこと ※入力値の組み合わせだけで値が確定する！！ 例：ORの場合は、必ず入力に1がある場合のみでしか1になりえない 特徴 単純な処理のため、たくさん処理出来る 欠点 状態(値)を保てない ※例：呼ぶ度に加算される回路など →時間が経過しても記憶出来る機能。記憶素子が必要！！
- 6. 記憶素子とは？ (組み合わせ回路と順序回路) 時間経過してもデータを記録出来る回路のこと 上記を備えた論理回路を順序回路と呼ぶ 仕組み 同期,クロッキング,フィードバックループなど 複雑な技法を組み合わせて実現されている 順序回路 ～フリップフロップ(flip-flop)～ 複雑な記憶素子の機能を備えたプリミティブな順序回路。 本誌では、flip-flopを使用し、他の順序回路の構築を行う
- 7.
- 8.
- 9.
- 10.
- 11. 2値素子(Bit)/レジスタ(p43~44,p49~50) データの格納、呼び出しできる記憶装置。 ・読み込み(read) レジスタの値を読み込む。out(t)=out(t-1) ・書き込み(write) loadが1の場合は書き込み。out(t)=in(t-1) 次のクロック周期から値が変わる≒読み込みは常に1つ前の周期 ※前回の値を毎周期、書き込むことで記憶を実現している！！ If load(t-1) thenout(t)=in(t-1) else out(t)=out(t-1) Register(in=入力,load=上書き有無,out=出力); hdl式 関数 (各種回路について) p43. p50図参照
- 12.
- 13.
- 14. 2値素子(Bit) (各種回路について) CHIP Bit{ IN in, load; OUT out; PARTS: //loadが1の場合のみv1にinを設定 Mux(a=v2,b=in,sel=load,out=v1); DFF(in=v1,out=out,out=v2); }
- 15. Register (各種回路について) CHIP Register{ IN in[16], load; OUT out[16]; PARTS://Bitを16並べるだけ Bit(in=in[0],load=load,out=out[0]); Bit(in=in[1],load=load,out=out[1]); Bit(in=in[2],load=load,out=out[2]); // 省略 Bit(in=in[14],load=load,out=out[14]); Bit(in=in[15],load=load,out=out[15]); }
- 16. メモリ (p44~p46,p51~52) ・任意の長さのワード(レジスタ)を記憶出来るもの。 ・レジスタをたくさん積み重ねることで、 RAM(Random AccessMemory)を構築できる。 ・RAMは物理的に存在する場所に関係なく、同じ時間で、 直接アクセスが可能となるようユニークなアドレスを割り振っている。 RAM8(in=入力,load=上書き有無,address=アドレス,out=出力); hdl式 (各種回路について) p45図参照
- 17. メモリの実装(p51,52) nand2tetries/03/aの「RAM8.hdl」と「RAM64.hdl」の実装を行う。 ※RAM512以降は、RAM64と同じ為スキップ ・読み込み addressから対応するRAMを読み込む。out(t) = RAM[address(t)](t) ・書き込み loadを1に設定でaddressから対応するRAMに、 次のクロック周期で書き込む。RAM[address(t-1)](t)=in(t-1) ※対象以外のaddressはload=0 ■ヒント 1章で作成した「DMux8Way、Mux8Way16」を使用 (各種回路について) out(t) = RAM[address(t)](t) If load(t-1) then RAM[address(t-1)](t)=in(t-1) 関数 p51,52参照
- 18. RAM8 (各種回路について) CHIP RAM8{ IN in[16], load, address[3]; OUT out[16]; PARTS: // アドレスに対応するLoad値取得 DMux8Way(in=load,sel=address,a=loadA,b=loadB,c=loadC,d=loadD,e=loadE,f=loadF,g=loadG,h=loadH); Register(in=in,load=loadA,out=outA); Register(in=in,load=loadB,out=outB); // 略 Register(in=in,load=loadG,out=outG); Register(in=in,load=loadH,out=outH); // アドレスのout値取得 Mux8Way16(a=outA,b=outB,c=outC,d=outD,e=outE,f=outF,g=outG,h=outH,sel=address,out=out); }
- 19. RAM64 (各種回路について) CHIP RAM64{ IN in[16], load, address[6]; OUT out[16]; PARTS://3bit単位で分けてRAM8を呼ぶ DMux8Way(in=load,sel=address[3..5],a=loadA,b=loadB,c=loadC,d=loadD,e=loadE,f=loadF,g=loadG,h=loadH); RAM8(in=in,load=loadA,address=address[0..2],out=outA); RAM8(in=in,load=loadB,address=address[0..2],out=outB); // 略 RAM8(in=in,load=loadG,address=address[0..2],out=outG); RAM8(in=in,load=loadH,address=address[0..2],out=outH); // アドレスのout値取得 Mux8Way16(a=outA,b=outB,c=outC,d=outD,e=outE,f=outF,g=outG,h=outH,sel=address[3..5],out=out); } RAM8*8のイメージ [000][000] RAM8A [001][000] RAM8B [010][000] RAM8C [011][000] RAM8D [100][000] RAM8E [101][000] RAM8F [110][000] RAM8G [111][000] RAM8H
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- 21. カウンタの実装(p52~54) nand2tetries/03/aの「PC.hdl」の実装を行う。 ・読み込み load,inc,resetが0の場合は、out(t)=out(t-1) ・加算 incが1の場合は、out(t)=out(t-1)+1 ※読み込んだ値+1 ・書き込み loadが1の場合は、out(t) =in(t-1) ※前回の値に関わらず入力値を使う ・リセット resetが1の場合は、out(t)=0 ※前回の値,入力 に関わらず0を使う 上記の処理完了後に値を保存 (各種回路について) If reset (t-1) then out(t)=0 else if load(t-1) then out(t) = in(t-1) else if inc(t-1) then out(t) = out(t-1)+1 else out(t) = out(t-1) 関数 P54 図3-5参照
- 22. PC (各種回路について) CHIP PC{ IN in[16],load,inc,reset; OUT out[16]; PARTS: Inc16(in=r1,out=v1); Mux16(a=r1,b=v1,sel=inc,out=v2);// inc Mux16(a=v2,b=in,sel=load,out=v3);// load Mux16(a=v3,b[0..15]=false,sel=reset,out=v4); // reset Register(in=v4,load=true,out=out,out=r1); }
- 23.
- 24. まとめ(p46-p48,p56) 組み合わせ回路 組み合わせ回路とは、入力値のみで時間に関係なく出力値が直ちに決まる 回路 順序回路 順序回路とは、ひとつ以上のDFF回路が直接または間接的に組み込まれ、 出力値は、現在のクロック周期から次のクロック周期に移行した、 タイミング変化する。※同じく周期においては変化しない。 最後に 組み合わせ回路と順序回路を作成してきました。 これで、コンピュータ全体を構築するために必要な回路は全て 出揃ったことになります。 次回は、機械語です。少し、ソフトウェアよりになります。 (まとめ)