ロジックICから4bit CPUを作る

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August 11, 22

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セキュリティ・キャンプ全国大会2022のLT会資料

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関連スライド

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ロジックICから4bit CPUを作る X3受講生 8bitマイコン @771_8bit

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ロジックICから4bit CPUを作る 作ったもの 「CPUの創りかた」を読んでロジックICから4bit CPUを作った この本のCPUの名称はTD4(とりあえず動作するだけの4bitCPU) 8bitマイコン @771_8bit 2

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ロジックICから4bit CPUを作る 全体の構成(回路図) 8bitマイコン @771_8bit CPUの創りかた p275 3

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ロジックICから4bit CPUを作る 全体の構成(概要) 計算結果の転送先の選択 計算結果の転送 ALU(全加算器) レジスタA データセレクタ レジスタB LED出⼒ プログラム カウンタ ALUへ直接転送 ALUに送るデータを選択 スイッチ ⼊⼒ これも命令デコーダ 命令デコーダ ALUの計算結果の 命令デコーダ 転送先を選択 オペランド オペコード ROM 次に実⾏する命令のアドレスを指定 8bitマイコン @771_8bit 4

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ロジックICから4bit CPUを作る 機能(TD4が実行できる命令) 加算 全加算器があるからできそう データ転送 全加算器の入力を片方0にすればデータ転送になる ジャンプ命令 プログラムカウンタに値を転送すればいい 条件分岐 ALUの計算結果に応じてプログラムカウンタをいじれば条件分岐になる スイッチから入力 データセレクタの入力にレジスタではなくスイッチをつける LEDに出力 レジスタの出力先にLEDをつける 8bitマイコン @771_8bit 5

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ロジックICから4bit CPUを作る ROM 16(=4bit)byteのメモリを機械的なスイッチで実装 LEDは実行中の命令を表示する仕様 8bitマイコン @771_8bit 6

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ロジックICから4bit CPUを作る クロック回路の仕組み https://detail-infomation.com/ https://jq1ocr.exblog.jp/28033174/ 8bitマイコン @771_8bit 7

8.

ロジックICから4bit CPUを作る クロック回路の実装 ICの電源ピンからクリップで電源供給して自作オシロスコープで動作確認 8bitマイコン @771_8bit 8

9.

ロジックICから4bit CPUを作る 命令デコーダの仕事 ALUへのデータの転送元(データセレクタ)とALUからのデータの転送先(レジスタ)を オペコードとフラグをもとに指定する 8bitマイコン @771_8bit 9

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ロジックICから4bit CPUを作る 命令デコーダの実装 真理値表をもとにゲートを組み合わせる → 回路を追加して動作テスト 8bitマイコン @771_8bit 10

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ロジックICから4bit CPUを作る 全体の構成(再掲) 残りはCPUの中心部 計算結果の転送先の選択 計算結果の転送 ALU(全加算器) レジスタA データセレクタ レジスタB LED出⼒ プログラム カウンタ ALUへ直接転送 ALUに送るデータを選択 スイッチ ⼊⼒ これも命令デコーダ 命令デコーダ ALUの計算結果の 命令デコーダ 転送先を選択 オペランド オペコード ROM 次に実⾏する命令のアドレスを指定 8bitマイコン @771_8bit 11

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ロジックICから4bit CPUを作る CPU中心部の実装 ALUは全加算器,データセレクタはマルチプレクサ,レジスタはカウンタで実装 基板裏面の青色LEDはレジスタAとレジスタBの表示 8bitマイコン @771_8bit 12

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ロジックICから4bit CPUを作る 完成! 15÷3が割り切れるかTD4で計算した動画 作りたくなった方へ:ロジックICの入手先はこちら 8bitマイコン @771_8bit 13

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ロジックICから4bit CPUを作る 自己紹介 時間が余ったら Twitter : 8bitマイコン(@771_8bit) X3ハードウェア魔改造ゼミを受講 東京理科大学工学部電気工学科2年 中高の部活でAVR(Arduinoの中身)で電子工作に入門,沼にハマる 大学では航空宇宙系ものづくりサークルの電気屋 CORE: Challengers of Rocket Engineering 鳥人間サークル 鳥科 Maker Faire Tokyoで9/3(土)にCOREのブースにいる予定です 8bitマイコン @771_8bit 14