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CPUの創りかた
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- 2. 流れ • はじめに • プルアップ・ダウン •チャタリング • 発振回路 • ROM • CPUの仕様 • 機械語 • FF • 1BitCPU • ALU • IO • 命令デコーダ • 実際の回路
- 3. 古のオタクにオススメできる一冊。 • 渡波郁著：初版2003年 314P •絵柄から時代を感じる。 • 完全に枯れているので初歩を学ぶには最適 • 10個のICで動くCPUを自作します。 • 文章がかなり冗長なので飽きずに読むことができる。 • ノリが00年代なのであいたたたたた(汗 • くどいと思う人もいるかもしれない。 • 入門なのでCPUに詳しい人にはオススメしない
- 6. 1.はじめに • 手軽に3GHz、5GHzといった高速CPUが手に入る • 自作なんて意味ない •でも仕組みを理解するには最適。 • ここでは徹底的に単純化したCPUを設計します • それも自由に動作できる限界の4bitです。 • ICたったの10個だけ。 • 16ステップしか動かない • 実用性？そんなもの( • 100％からくり人形です。 • メカなので直感的にわかります
- 7. 今回作るCPUの仕様 （ToriaezuDousasuru4bitCPU） Intel pentium4 TD4 汎用レジスタ32bit*8 4bit*2 アドレス空間 32bit*2 4bit プログラムカウンタ 32bit 4bit フラグレジスタ 32bit 1bit 算術演算 浮動小数計算 4bit adder 動作クロック 1.4GHz 3MHz トランジスタ数 4200万以上 1500
- 8. CPUとは • プログラムカウンター命令をメモリから取り出す（命令フェッチ） • 命令を解読（デコード） •デコード結果に従い演算を行う（実行） • 演算結果を格納（ストア） クロックごとにこれを繰り返す機械です。
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- 14. 0と1をどう表現するのか • 電圧が低いか高いかで判断します。 • 今回は0V＝0、5V＝1とします。 •Active-LOW, Active-HIGH • 正論理と負論理がICごと決まっているので注意する。
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- 24. ROM • 書き換えられない消えない記憶装置 • 起動するときにしか普通は使わない •BIOS読み込み • このCPUではROMにプログラムを 格納。 • 普通はHDDなどのRAMに格納される • 1Bit記録したい…どうしよう…
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- 26. 全部は無理 • CPUはROMから一気に全部プログラムを取り出せない。 • 今回はたったの4Bit… •ちょっとずつ取り出す必要！ • 漫画のn巻を貸して！ ROM (128bit) CPU データバス(8bit) アドレスバス(4bit) N番地のデータをくれ あいよ
- 27. 実際はどうなってるか • UV-EEPROM 256Kbit •昔はヒューズで書いてた • 15bit address A0~A14 • 8bit data Q0~Q7
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- 36. CPUの仕様 Intel pentium4 TD4 汎用レジスタ32bit*8 4bit*2 アドレス空間 32bit*2 4bit プログラムカウンタ 32bit 4bit フラグレジスタ 32bit 1bit 算術演算 浮動小数計算 4bit adder 動作クロック 1.4GHz 3MHz トランジスタ数 4200万以上 1500
- 37. 命令フォーマット 7 6 54 3 2 1 0 オペレーションコード イミディエイトデータ(Im) ADD A, Im 0000 ADD B, Im 0101 MOV A,Im 0011 MOV B, Im 0111 MOV A, B 0001 MOV B, A1 0100 JMP lm 1111 JNC lm 1110 IN A 0010 IN B 0110 OUT B 1001 OUT Im 1011 ADD A, 0(NOP) 0000 命令をするのに使うデータ4bit
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- 47. 4bitでMOVしようとすると…? 4ch スイッチ必要 2ch スイッチ 2chスイッチ 2ch スイッチ 2ch スイッチ
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- 49. MOV A, B LOAD1L LOAD2H LOAD3H LOAD4H SELECTA H SELECTB L
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- 76. 最後はプログラミング 0000 OUT 0111LEDを3つON 0001 ADD A, 0001 Aレジスタ＋1 0010 JNC 0001 キャリーまでループ 0011 ADD A,0001 Aレジスタ＋1 0100 JNC 0011 キャリーまでループ 0101 OUT 0110 LEDを2つON 0110 ADD A,0001 Aレジスタ＋1 0111 JNC 0110 1000 ADD A, 1000 Aレジスタ＋1 1001 JNC 1000 キャリーまでループ 1010 OUT 0000 LED全OFF 1011 OUT 0100 LED1個ON 1100 ADD 0001 Aレジスタ＋1 1101 JNC 1010 キャリーまでループ 1110 OUT 1000 終了LEDON 1111 JMP 1111 終了