電子ブロック工房 IC・トランジスタで出来たコンピューターを設計・製作するためのブログ

<%media(20090724-pc.zip|プログラムカウンタの回路図)%>


シミュレーションも、ＯＫ。

8 bit CPU への移行に伴って、クロック周りの回路を大幅に書き換えた。

まずできたのは、<%media(20090724-clock4.zip|以下のもの)%>。

<タイミング回路、再び のつづき>

紆余曲折の結果、結局 8 bit のオーソドックスなCPUに落ち着きそう。

仕様は、次のとおり。

version 0.0.6.1

data line: 8 bits
address line: 14 bits (8 bits + 6 bits; 256 x 64)

registors X(8), Y(8), F(8), PC(12), SP(8)
F: Z, C, S5, S4, S3, S2, S1, S0 (Z, C: zero and carry flags; S: segment registor)
stack segment is always 0x3f
program can be written from 0x0000 to 0x0fff


All 2 byte commands

0x00, 0x01, ... , 0x0f: goto, operand: 12 bits.
0x10, 0x11, ... , 0x1f: call, operand: 12 bits.
0x20, 0x21, ... , 0x27: X=XX, [X]=XX, X=(XX), (XX)=X, Y=XX, [Y]=XX, X=(XX), (XX)=X
0x28, 0x29, ... , 0x2f: (see below)
0x2800 - 0x280f: X=X (NOP), X=Y, X=F, X=SP, reserved, X=[Y],
0x2810 - 0x281f: Y=X, Y=Y, Y=F, Y=SP, Y=[X], reserved,
0x2820 - 0x282f: F=X, F=Y, F=F, SP=SP, F=[X], F=[Y],
0x2830 - 0x283f: SP=X, SP=Y, SP=F, SP=SP, SP=[X], SP=[Y],
0x2880 - 0x288f: [X]=X, [X]=Y, [X]=F, [X]=SP, reserved, reserved,
0x2890 - 0x289f: [Y]=X, [Y]=Y, [Y]=F, [Y]=SP, reserved, reserved,
0x2900 - 0x290f: [SP]=X, [SP]=Y, [SP]=F,
0x2920 - 0x292f: push X, push Y, push F, SP--
0x2940 - 0x294f: [++SP]=X, [++SP]=Y, [++SP]=F,
0x2960 - 0x296f: [SP+1]=X, [SP+1]=Y, [SP+1]=F,
0x2980 - 0x298f: X=[SP], Y=[SP], F=[SP],
0x29a0 - 0x29af: X=[SP--], Y=[SP--], F=[SP--],
0x29c0 - 0x29cf: pop X, pop Y, pop F, SP++
0x29e0 - 0x29ef: X=[SP+1], Y=[SP+1], F=[SP+1],
0x30, 0x31, ... , 0x38: (XX)=X+Y, (XX)=X-Y, (XX)=X&Y, (XX)=X|Y, (XX)=X+Y+C, (XX)=X-Y-C, (XX)=X^Y, (XX)=~X
0x38, 0x31, ... , 0x3f: X=++(XX), X=--(XX), reserved x2, Y=++(XX), Y=--(XX), reservedx2
0x40, 0x41, ... , 0x4f: jz, operand: 12 bits.
0x50, 0x51, ... , 0x5f: jc, operand: 12 bits.
0x60, 0x61, ... , 0x6f: jnz, operand: 12 bits.
0x70, 0x71, ... , 0x7f: jnc, operand: 12 bits.
0x80, 0x81, ... , 0x8f: reserved
0x90, 0x91, ... , 0x9f: reserved
0xa0, 0xa1, ... , 0xaf: reserved
0xb0, 0xb1, ... , 0xbf: reserved
0xc0, 0xc1, ... , 0xcf: reserved
0xd0, 0xd1, ... , 0xdf: reserved
0xe0, 0xe1, ... , 0xef: reserved
0xf0, 0xf1, ... , 0xff: reserved

(XX) = [3Fh:XX]; used as registors; genelary, F0-FF (16 registors) are used.

<8 bit CPU のつづき>

IC16F690をつかった、pi calculatorの完成形。結果は、

3.141592653589793238462643383279502884

となる。

以下は、3.141592653589793238462643まで計算したところ。


本当は、小数点以下３６桁まで計算し表示するのだが、その計算に８分強かかる。フルの長さの動画がアップできなかった。

<pi calculator  のつづき>

C++で。

#include "stdafx.h"

#include <stdlib.h>

#define FIG 37

void prt(unsigned char* v1){
    unsigned char i;
    for (i=0;i<FIG-1;i++) {
        if (v1[i]<10) printf("0%d",v1[i]);
        else printf("%d",v1[i]);
    }
    printf("\n");
}

void copy(unsigned char* res, unsigned char* v1){
    unsigned char i;
    unsigned short t,c=0;
    v1[FIG-1]=10*((v1[FIG-1]+5)/10);
    for (i=FIG-1;i<FIG;i--) {
        t=v1[i]+c;
        c=t/100;
        if (i) t-=c*100;
        res[i]=t;
    }
}

void clear(unsigned char* res){
    unsigned char i;
    for (i=0;i<FIG;i++) res[i]=0;    
}

void add(unsigned char* res, unsigned char* v1, unsigned char* v2){
    unsigned char cache[FIG];
    unsigned char i;
    unsigned short t,c=0;
    for (i=FIG-1;i<FIG;i--) {
        t=v1[i]+v2[i]+c;
        c=t/100;
        if (i) t-=c*100;
        cache[i]=t;
    }
    copy(res,(unsigned char*)&cache);
}

void mul(unsigned char* res, unsigned char* v1, unsigned char v2){
    unsigned char cache[FIG];
    unsigned char i;
    unsigned short t,c=0;
    for (i=FIG-1;i<FIG;i--) {
        t=v1[i]*v2+c;
        c=t/100;
        if (i) t-=c*100;
        cache[i]=t;
    }
    copy(res,(unsigned char*)&cache);
}

void mul(unsigned char* res, unsigned char* v1, unsigned char* v2){
    unsigned char cache[FIG*3];
    unsigned char* r=&cache[0];
    unsigned char* t=&cache[FIG*2];
    unsigned char i;
    clear(r);
    clear(r+FIG);
    for (i=FIG-1;i<FIG;i--) {
        mul(t,v1,v2[i]);
        add(r+i,r+i,t);
    }
    copy(res,r);
}
void div(unsigned char* res, unsigned char* v1, unsigned char v2){
    unsigned char cache[FIG];
    unsigned char* r=&cache[0];
    unsigned char i;
    unsigned short c=0;
    for (i=0;i<FIG;i++) {
        c=c*100+v1[i];
        r[i]=c/v2;
        c=c-r[i]*v2;
    }
    copy(res,r);
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    unsigned char* pi=new unsigned char[FIG];
    unsigned char* y=new unsigned char[FIG];
    unsigned char* t=new unsigned char[FIG];
    clear(pi);
    prt(pi);
    for (int n=0;n<127;n++) {
        clear(y);
        y[0]=3;
        div(y,y,2*n+1);
        for (int x=1;x<=n;x++) {
            clear(t);
            t[0]=x+n;
            div(t,t,x);
            div(t,t,16);
            mul(y,y,t);
        }
        add(pi,pi,y);
        prt(pi);
    }
    return 0;
}

copy関数内で丸めの処理をし、下２桁は表示しないようにしてある。このアルゴリズムだとこの辺が限界らしく、桁数をさらに上げると誤差が出るようだ。PICのpi calculatorにも入れてみよう。

割り算は少し面倒なので、これを行わずに円周率を計算させる方法を考えてみた。

for ($max=2;$max<=2000000000;$max=$max*sqrt(10)) {
    $t=time();
    echo intval($max).': '.calc_pi(intval($max))."  (".(time()-$t).")\n";
}

function calc_pi($max) {
    $total=0;
    $max2=$max*$max;
    $prev_y=$max-1;
    for ($x=0;$x<$max;$x++) {
        $max2_x2=$max2-$x*$x;
        for ($y=$prev_y;0<=$y;$y--) {
            if ($y*$y < $max2_x2) break;
        }
        $total+=$y+1;
        $prev_y=$y;
    }
    return $total;
}

<割り算無しで円周率の計算 のつづき>