Virtual Memory【NandGame編】

2023年12月16日

はじめに

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Virtual Memoryレベルのゴールは、仮想メモリーの回路を実装することです。

NandGameの仮想メモリーは次の仕組みで実現するものとします。

・入力アドレスとして、16ビット幅のアドレスAとPCがある。

・入力アドレスの15ビット目は、Mの中からどの3ビット列を抽出するかを決定する。

・入力アドレスの最上位ビット（15ビット目）は捨てられ、代わりに抽出した3ビット列を前置して、18ビットのアドレスに拡張する。

・リードオンリーフラグ（readonly-flag）は、データを保存できるか否かを決定する。アドレスAのみに適用される。

リードオンリーフラグが0の場合、stフラグをファルを使うことでデータを通常通り保存できる。対して、1の場合、stフラグは無視される。

入力アドレス	その15ビット目	Mから前置するビット列セグメント	Mのリードオンリーフラグ
PC	0	0～2ビット目	－
PC	1	4～6ビット目	－
A	0	8～10ビット目	11ビット目
A	1	12～14ビット目	15ビット目

1：キャンバスの中央にram 18コンポーネントを配置します。

簡単なワイヤリングだけしておきます。

※なぜかこれだけの回路でもテストにパスしてしまいます。preview版だからでしょうか。

2：入力アドレスAの処理を実装する

Aの15ビット目によって、Mから3ビット列を取ってくる位置が変わります。3ビットセレクターがあればよいですが、そんなものは用意されていません。1ビットセレクターを3つ並べてもよいのですが、16ビットセレクターしか用意されていません。

16ビットを使ってもよいのですが、bundlerコンポーネントやsplitterコンポーネントを使う必要になり、キャンバス上で無駄にスペースを使ってしまいます。さらに、見た目の問題だけに留まらず、回路内に使っていないNANDゲート等が増えてしまいます。

そこで、"select 1″という名称のカスタムコンポーネントを使い、当該レベルで使うことにします。

入力アドレスA（16ビット値）に3ビット列を付与して、ram 18コンポーネントのAdピン（18ビット値）に与えます。

[1]「Aの15ビット目が0」⇒「Mの8～10ビット目を抽出」⇒この3ビット列を先頭に付与

[2]「Aの15ビット目が1」⇒「Mの12～14ビット目を抽出」⇒この3ビット列を先頭に付与

PCピンは入力アドレスPC用なので、ここでは扱いません。

残っているのはstピンです。

入力アドレスAの15ビット目で、Mのどのビット目をリードオンリーフラグとして扱うのかを決めます。Aの15ビット目が0ならMの11ビット目、そうでないならMの15ビット目になります。

※この対応については当該レベルの仕様の表を参照してください。

リードオンリーフラグが1なら書き込み不可、0なら書き込み可です。NOTで反転してから、入力のst端子とANDを取り、それをram 18コンポーネントのstピンに与えればよいのです。

3：入力アドレスPCの処理を実装する

PCについてもAと同様に考えます。リードオンリーフラグを考える必要がない分、楽かもしれません。

入力アドレスPC（16ビット値）に3ビット列を付与して、ram 18コンポーネントのPCピン（18ビット値）に与えます。

[1]「PCの15ビット目が0」⇒「Mの0～2ビット目を抽出」⇒この3ビット列を先頭に付与

[2]「PCの15ビット目が1」⇒「Mの4～6ビット目を抽出」⇒この3ビット列を先頭に付与

4：テストする

テストにパスすると、クリアになります。

Posted by ipusiron