学び直し24日目：5章 コンピュータアーキテクチャ④：展望、プロジェクト-Memory
記録
Hack コンピュータの Memory の HDL を実装した。既存回路の使いまわしで楽チンかと思ったけど、アドレスの扱い方の理解が足りてなくて思いのほか苦戦。。CPU とかどうなるんだろう…。またこのお方のお世話になった。
blog.tojiru.net
考え方
メモリマップが、下記のように割り振られている。以下、2進数で考える。
- RAM16K：0x0000~0x3FFF（b000000000000000 ~ b011111111111111）
- SCREEN：0x4000~0x5FFF（b100000000000000 ~ b101111111111111）
- KEYBOARD：0x6000（b110000000000000）
まずはどのマップにアクセスするかを 15bit アドレスの上位 2bit で選択する。最上位の 14bit 目で RAM にするか IO にするかが決まる。13bit 目で SCREEN にするか KEYBOARD にするかが決まる。DMux を使ってうまいこと Load 信号を接続する。
RAM アクセスの場合は、アドレスの 0~13bit までの 14bit で、アクセス先を選ぶ。
SCREEN アクセスの場合は、アドレスの 0~12bit までの 13bit でアクセス先を選ぶ（上位 bit でマップ指定しているので、下位の bit は配線を共有してておｋ）。
出力するときは、load と逆の感じで RAM16K, SCREEN, KEYBOARD の各出力を Mux してあげたらよい。
Memory のコード
// This file is part of www.nand2tetris.org // and the book "The Elements of Computing Systems" // by Nisan and Schocken, MIT Press. // File name: projects/05/Memory.hdl /** * The complete address space of the Hack computer's memory, * including RAM and memory-mapped I/O. * The chip facilitates read and write operations, as follows: * Read: out(t) = Memory[address(t)](t) * Write: if load(t-1) then Memory[address(t-1)](t) = in(t-1) * In words: the chip always outputs the value stored at the memory * location specified by address. If load==1, the in value is loaded * into the memory location specified by address. This value becomes * available through the out output from the next time step onward. * Address space rules: * Only the upper 16K+8K+1 words of the Memory chip are used. * Access to address>0x6000 is invalid. Access to any address in * the range 0x4000-0x5FFF results in accessing the screen memory * map. Access to address 0x6000 results in accessing the keyboard * memory map. The behavior in these addresses is described in the * Screen and Keyboard chip specifications given in the book. */ CHIP Memory { IN in[16], load, address[15]; OUT out[16]; PARTS: // Put your code here: DMux(in=load, sel=address[14], a=ramload, b=ioload); DMux(in=ioload, sel=address[13], a=scrload, b=kbdload); RAM16K(in=in, load=ramload, address=address[0..13], out=ramout); Screen(in=in, load=scrload, address=address[0..12], out=scrout); Keyboard(out=kbdout); Mux16(a=scrout, b=kbdout, sel=address[13], out=ioout); Mux16(a=ramout, b=ioout, sel=address[14], out=out); }
