電子ブロック工房

いよいよ、手作りのコンピューターをシミュレートするプログラムの製作を開始した。このプログラムが完成すれば、設計図の製作に取りかかれる。

<手作りコンピュータのシミュレータ のつづき>

この週末は、Sacramento の HSC Electronic Supplyに行ってきた。Fry's の店員さんに教わった、電子部品の店である。入ってみて、感動！あの、懐かしい、大阪日本橋のジャンク屋の雰囲気そのまま！

特に買い物リストもなかったので、とりあえず店内をぐるっと一回りして、どんな部品が仕入れられるかだけ見ておいた。店員さんも、見たところ強者揃いのようである（むろん、客も）。

<7905とは？ のつづき>

この週末は、少し日曜大工。コンピューターを制作している部屋のクローゼットを改造し、棚を付けた。この棚はこれから、コンピューター関連の部品だの、工具だの、そういったものがギッシリ詰まることになる。

<工房の拡張 のつづき>

次の回路をユニバーサル基盤の上に組んでみた。

<フリップフロップの製作 のつづき>

　モトローラ型で設計すると、手作りのＣＰＵとしては現実的な構造になることが分かった。

メモリ空間は、１ワード８ビットでアドレス１６ビットの、合計６５５３６バイト。

レジスタはすべて８ビット：

Ａ１レジスタ　演算用
Ａ２レジスタ　演算用
Ｂ１レジスタ　メモリアクセス用
Ｂ２レジスタ　スタック用
Ｚ　レジスタ　各種代入・演算結果保持・ジャンプ用
ＩＰレジスタ　実行位置
ＣＳレジスタ　実行セグメント指定
ＤＳレジスタ　データセグメント指定
ＳＳレジスタ　スタックセグメント指定

フラグ（FLレジスタ）は、ゼロフラグ（Z）およびキャリーフラグ（C）の二つ。

クロック信号と各種イベントのタイミング：

clock 1   clock 2   events
-----------------------------------------------------------------
   0         0      decrement b2 register (for push)
                    prepare environment for reading command
   1         0      read command from memory
   0         1      prepare environment for command
                    increment IP
                    increment b2 register (for pop)
   1         1      do the command

注）clock2が０の時はCS:IPがアドレスラインに、１の時はDS:B1もしくはSS:B2がアドレスラインに接続される。

<CPUのスペック案２ のつづき>

16ビット長の変数で円周率が 3.1416 まで求められることが分かったので、アセンブラで計算してみた。インテル 80386 系は、レジスタが３２ビット。１６ビットどうしの乗算を行っても、結果が３２ビット内に収まるので、比較的容易にアセンブラで書ける。

<アセンブラで円周率を求める のつづき>

表題の問題を解くために、１ビット長から１９ビット長までの整数型を仮定し、円周率を求めてみた。

<円周率を求めるのに、何ビット長の変数が必要か のつづき>

モンテカルロ法で円周率を求めるアルゴリズムはいたって簡単。-1 から 1 までの乱数を、x, y として用意し、図のように点(x,y)と座標の原点までの距離が１以下であれば円の内側だとみなされる。ピタゴラスの定理より、単に


の値が１より大きいか小さいかを求めればよい。これを何回も繰り返せば、円の内側に点が入る確率が求まる。その確率を p とすると、外側の正方形の面積が４であるから、円周率は次のように得られる。

<モンテカルロシミュレーションで円周率を求める のつづき>

さて、自作コンピューターが完成すればどのような計算をやらせるかを考えておく必要があるだろう。何をやらせるかを決めないと、設計図が仕上がらない。

　簡単すぎてもいけないし、難しすぎてもいけない。例えば、２進数一桁の足し算をやらせるだけならば、簡単なデジタル回路を制作するだけでよい。逆に、今作ろうとしている自作コンピューターでインターネットに接続することは、ほとんど不可能である。絶対に不可能であるとは言わないが、最初の目標としては高すぎる。

　その中間として、円周率を求めることを目標にしたい。アルゴリズムとしては、モンテカルロシミュレーションを用いる予定である。これには、精度の良い乱数と、乗算を求めるプログラムが必要である。

代入命令について、すべてZレジスタを介するようにしてみた。

<ニーモニック表　案２ のつづき>