Add 5【Turing Complete編】

2023年9月9日

はじめに

いつもブログをご覧いただきありがとうございます。

FIRE生活中のIPUSIRONです😀

限定的な機能しか持ちませんがCPU回路が完成しました。

ここからはProgrammingステージがスタートします。

※あとでCPU回路を拡張するセクションが出てきます。拡張した結果、プログラムでやれることが増えます。

Add 5ステージのゴールは、入力値に5を足すプログラムを作って、完成したCPU回路上で実行することです。

プログラムメモリーの右上の鉛筆アイコンを押すと、シミュレーター上でバイナリエディターが起動してメモリー内を編集できます。

バイナリエディターで、1ビットずつON・OFFを編集できます。

下にある歯車アイコン（View instructions definitions）を押すと、Instructions画面が表示されます。ON・OFFすることで、Instructionの意味を確認できます。

“Read the manual page"を押すと、マニュアルが表示されます。その隣の▼を押すと、各Instrructionビット列とその意味が一覧表示されます。

正解は1つだけではありません。ハードウエアの世界もそうですが、ソフトウェアの世界でも同様です。むしろソフトウェアの方が制限が少ない分さまざまな回答があり得えます。

1：脳内でざっくりとプログラムの設計を考える

・Instructionビット列が1命令に相当。

・プログラムメモリーに1命令ずつ順に並べておく。

・使える命令は4種類（＝4モード）あった。Immediateモード、Copyモード、Calculationモード、Conditionモード。

・この中でCalculationを使えば足し算はできそう。

・5という値を直接扱うには、即値を扱えるImmediateモードでいけるはず。

・入力の数をCPU内に保存するにはCopyモードを使えばよい。

・同様に計算結果を出力させる場合もCopyモードでいける。

・順序通りに並べればざっくりと次の流れになる。入力をコピー。即値で5を保存。calculationモードでADDする。出力端子にコピー。

・場合によっては、上書きによって値が消されないように、別のレジスターに値をコピーする必要があるかもしれない。

2：紙に処理内容を書き出す

分岐処理はないですし、この程度であればフローチャートは不要です。時系列に処理を並べていけばよいでしょう。

まだこのCPU用のアセンブリ言語は定義していないので、処理を日本語で書いていけばよいでしょう。

3：より具体的な処理に書き直す

各種モードの仕様を考慮して、より具体的な処理に書き換えます。

モードによっては特定のレジスターを扱いますので、これを考慮して書くのがポイントです。

処理順	処理内容	モード
1	入力したバイトデータをREG 1に保存する。	Copyモード
2	即値5をREG 0に保存する	Immediateモード
3	REG 0の内容をREG 2にコピーする。 ※次の処理のための準備。	Copyモード
4	REG 1とREG 2の内容をADD演算して、計算結果をREG 3に保存する。	Calculationモード（Computeモード）
5	REG 3の内容を出力する。	Copyモード

4：疑似ハンドアセンブルする

5つの処理をそれぞれ、Instructionビット列に書き換えます。

処理順	処理内容	モード	モードに対応する2ビット	Instructionビット列
1	入力したバイトデータをREG 1に保存する。	Copyモード	10b	1011 0001b
2	即値5をREG 0に保存する	Immediateモード	00b	0000 0101b
3	REG 0の内容をREG 2にコピーする。 ※次の処理のための準備。	Copyモード	10b	1000 0010b
4	REG 1とREG 2の内容をADD演算して、計算結果をREG 3に保存する。	Calculationモード（Computeモード）	01b	0100 0100b
5	REG 3の内容を出力する。	Copyモード	10b	1001 1110b