Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Sign up for free
Menu
Search
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Pricing
Search
Sign in
Sign up for free
簡単な4bitCPUの作成
Search
mikiken
December 12, 2023
Programming
1.5k
0
Share
Embed
Copy iframe code
Copy JS code
Copy link
Start on current slide
簡単な4bitCPUの作成
mikiken
December 12, 2023
More Decks by mikiken
See All by mikiken
ライフゲームの製作
mikiken
0
270
Webブラウザでページが表示されるまで
mikiken
0
94
Cコンパイラ自作はじめてみた
mikiken
0
280
seccamp2022 成果発表
mikiken
0
58
Other Decks in Programming
See All in Programming
Java 27新機能 / Java 27 new features
kishida
2
190
Apple Intelligence を用いた個人情報誤送信防止、及びユーザーリクエスト体験の改善について
yukiny
0
260
カツオ、ご期待ください
suneo3476
0
130
Everything will be SERVERLESS — 信じて運用した10年の経験値 / Everything Will be Serverless — Lessons Learned from 10 Years of Operational Experience
seike460
PRO
1
620
Ghostty + Neovimで作る 透明でカッコ良い開発環境
j341nono
0
150
速習iPhone Duo対応
yuukiw00w
2
910
[ハンズオン]AIへの指示だけで「五目並べ」を作ってみよう
satoshi256kbyte
1
310
SONY CISC-NEWS NWS-1750 + NWB-225 フレームバッファの NetBSD/news68k ドライバ実装 / OSC2026Hiroshima
tsutsui
0
160
Omarchy Tokyo やると聞いて UMPC 買ってセットアップしてきた
mtsmfm
0
190
Security issues being discussed on Web Platforms
petamoriken
0
1.4k
mrbgem 三角測量 開発
ogom
0
150
設計次第でAIコードの読む量は減らせる / designing-for-code-reading
minodriven
30
13k
Featured
See All Featured
Chasing Engaging Ingredients in Design
codingconduct
0
340
Tips & Tricks on How to Get Your First Job In Tech
honzajavorek
1
780
Information Architects: The Missing Link in Design Systems
soysaucechin
1
1.2k
Code Reviewing Like a Champion
maltzj
528
40k
DBのスキルで生き残る技術 - AI時代におけるテーブル設計の勘所
soudai
PRO
68
58k
Evolution of real-time – Irina Nazarova, EuRuKo, 2024
irinanazarova
9
1.6k
The Art of Delivering Value - GDevCon NA Keynote
reverentgeek
16
2.2k
Leveraging Curiosity to Care for An Aging Population
cassininazir
1
520
We Have a Design System, Now What?
morganepeng
55
8.3k
職位にかかわらず全員がリーダーシップを発揮するチーム作り / Building a team where everyone can demonstrate leadership regardless of position
madoxten
69
66k
sira's awesome portfolio website redesign presentation
elsirapls
0
430
SERP Conf. Vienna - Web Accessibility: Optimizing for Inclusivity and SEO
sarafernandez
2
1.6k
Transcript
簡単な4bit CPUの作成 電気電子工学実験 テーマS(a) 自由設計 mikiken (@mikikeen) 1
何を作ったか • 書籍「CPUの創りかた」で解説されている4bit CPUを FPGAで実装 • 予めROMに書き込んだプログラムを実行できる • LEDチカチカ •
タイマー (参考: GitHubリポジトリ) https://github.com/mikiken/TD4 2
「CPUの創りかた」―マイナビ出版 (2003) • 汎用ロジックICを用い、簡単な4bit CPU「TD4」†1を作る • アナログ回路の基礎から、丁寧に解説されている • 30刷以上重版 (技術書としては異例)
†1 “とりあえず動作するだけの 4bitCPU” の略 3 https://www.google.co.jp/books/edition/CPU%E3%81%AE% E5%89%B5%E3%82%8A%E3%81%8B%E3%81%9F/2UbaDwA AQBAJ?hl=ja&gbpv=1&printsec=frontcover
動機 • FPGAで何か作るといえばCPU • 自作CPUに関する書籍はいくつかあるが… • 「CPUの創りかた」なら授業時間内で作れそう 4
TD4の仕様 • • • • • • • • •
• • • 5 • 命令長8bit • オペコード4bit, オペランド4bit • 表現できるアドレスの大きさも4bit = プログラムは16 Stepまで • 演算用レジスタは2つ
どのような手順で作ったか • 基本的には本の記述に従って実装 • 具体的には • レジスタ → ALU†2 →
プログラムカウンタ → 命令デコーダ → ROM の順 • ROMは実装方針に迷ったので後回しに †2 Arithmetic Logic Unit (算術論理演算装置). 大層な名前がついているが、今回のCPUの場合、ただの4bitの全加算器 6
7 回路の全体像
8
ROM (メモリ) クロック生成 ← プログラムカウンタ ALU (4bit FA) 命令デコーダ レジスタ
データセレクタ 9 Aレジスタ → Bレジスタ → キャリーフラグ
• リセットがかかると、ROMの0000番地の命令から実行開始 • ROMに入っている機械語命令 • 上位4bit(オペコード)を命令デコーダが読み込む • 下位4bitを(オペランド)をレジスタに読み込む • ALUはレジスタから値を読み込み、演算を行う
• 演算結果をレジスタに書き込む • プログラムカウンタを+1する • このような動作をクロックに合わせて、繰り返し行う 10 回路の全体像
ROMの実現方法 • 書籍では、8bit DIP SW✕16個 でROMを表現 • 評価ボードのDIPスイッチが 足りない •
Verilogで、各アドレスに対し 機械語命令を返す論理素子を 記述することでROMを表現 11
サンプルプログラム1 : LEDチカチカ 12
サンプルプログラム1 : LEDチカチカ 13
サンプルプログラム2 : タイマー • 実演します 14
感想 • ブラックボックスだと思っていたCPUの仕組みを ある程度知ることができ、勉強になった • もう少し大規模なCPUをHDLを用いて実装してみたい 15