Input and Output【NandGame編】

2023年11月4日

Input and Outputレベル

コンピューターを役立てるには、外界とやりとりできる必要があります。モニター、キーボード、タッチセンサー、ネットワークインターファースなどのハードウェアデバイスを通じて行われます。

本レベルでは、ランプとボタンというシンプルなハードウェアデバイスを用います。

ゴールは、設計したコンピューターに入出力できるように機能を追加することです。

• 入出力
  • ランプとボタンを接続し、メモリーアドレスのようにアクセスできるようにする。
• デバイスへの出力
  • ランプはXのビット値で制御できる。
    • 1ビット目（0スタート）が1のとき、ランプはオン信号を得る。
    • 0ビット目が1のとき、ランプはオフ信号を得る。
  • st（ストア）が1、cl（クロック信号）が1のときに、ハードウェアに信号を得る。
• デバイスからの入力
  • ボタンの状態は、コンポーネントの出力の15ビット目に示される。
    • ボタンが押されると、15ビット目は1になる。逆に押されていなければ、0になる。
  • 入寮信号はすぐに読み取れる。

Input and Outputレベルを解く

1：用意されたコンポーネントを確認する

まずはbuttonコンポーネントです。ボタンをクリックすると押すアクションになります。押すと1を出力、離すと元に戻って0を出力します。

次はlampコンポーネントです。通常の電球と違って、入力ピンが2つあります。onピンに1を与えるとランプが点灯します。一度点灯すると、onピンが0になっても点灯状態が維持されます。ただし、offピンに1を与えると強制的に消灯します。これはonピンよりも強い制限です。「offピンが1」⇒「onピンが1」のように後からonピンが1になってもランプは消灯したままです。

当該回路の入力端子であるstとltに接続して、手動で0,1を切り替えてテストしてみてください。次は順にstとclを操作した状況になります。

splitterコンポーネントは、16ビット値を16本のバスに分岐します。

bundlerコンポーネントは、16本のバスを集約して16ビット値にします。

2：ハードウェアに出力する回路を実装する

splitterコンポーネントを配置して、0ビット目と1ビット目にランプを接続します。ただし、stとclが共に1のときにランプを制御するため、Xとsplitterコンポーネントの間にセレクターを置きます。

3：ハードウェアから入力する回路を実装する

スイッチのON・OFFを15ビット目に設定したビット列をOutput端子から出力します。そのためにbundlerコンポーネントを利用します。