初めてのCPUを作ってみた
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2/16にカーネル/VM探検隊＠関西で発表した内容です。初めてのCPUを作ってみた。でもそのCPUはちょっと変わってて…？
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初めてのCPUを作ってみた
- 1. 初めての CPUをつくってみた 筑波大学情報科学類 えりっくさーとる
- 2. 自分について • @siritori • CPUとか(リアルに)よくわからない • おもいっきりソフトウェアの人間です • 好き：しりとりと自然言語処理とおっぱい 筑波大学情報科学類 えりっくさーとる
- 6. 作ったもの • Whitespaceを実行するCPU • 落ち着け、別に大したことではない • メモリ上にWhitespaceコードを置いて それを実行するようなやつ • Verilogで書いてみた
- 7. 前提知識 Verilog • ハードウェア記述言語(HDL)の一種 • もともとシミュレーション用の言語 • 入出力のピンと、回路ブロックの挙動とその 接続状態を書く • なんか授業で(超ざっくり)習ったぽよ
- 8. 前提知識 Whitespace • みんな大好きEsolang • 半角スペースとタブ文字と改行だけで表現 • そもそもコードが目に見えない
- 10. 前提知識 Whitespace PUSH [SP][SP][TAB][TAB][SP][LF] PUSH [SP][SP][TAB][SP][LF] ADD [TAB][SP][SP][SP]
- 14. 前提知識 Whitespace push add label load dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 15. 前提知識 スタック操作 Whitespace push add label load dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 16. 前提知識 算術操作 Whitespace push add label load dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 17. 前提知識 ジャンプ操作 Whitespace push add label load dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 18. 前提知識 ヒープ(メモリ) 操作 Whitespace push add label load dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 19. 前提知識 Whitespace push add label load 入出力操作 dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 20. 前提知識 Whitespace もしかして：タダのアセンブリ？ ...ってことは、 実行できるCPU作れるのでは? という話に当然なる
- 21. 前提知識 Whitespace もしかして：タダのアセンブリ？ ...ってことは、 実行できるCPU作れるのでは? という話に当然なる(断定)
- 22. 前提知識 完
- 23. おもむろに書き始める
- 24. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 25. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 26. ヒープ • ぶっちゃけただのメモリ • かんたーん CS CLK [31:0]q LOAD [31:0]addr [31:0]d
- 27. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 28. スタック • [3:0]modeで操作を指定 • 算術命令もいれちゃった（* ∀ 人） • top1がスタックトップ、top2は2番目 CS RST CLK [31:0]top1 [3:0]mode [31:0]top2 [31:0]addr [31:0]d
- 29. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 30. プログラムメモリ&フェッチ
- 33. プログラムメモリ&フェッチ • 読み始めるアドレスを入れると • オペコードとオペランドと次のアドレス がでてくるようなメモリ • オペコードが1クロックで1発フェッチが できないので、終わったらDONEフラグ を立てるようにしてみた
- 34. プログラムメモリ&フェッチ こんな感じに遷移することにする CMD OP END FETCH FETCH
- 35. プログラムメモリ&フェッチ • addrから読み始めるアドレスを入力 • cmdにオペコード,opにオペランド CS [31:0]next RST [5:0]cmd CLK [31:0]op [31:0]addr DONE
- 36. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 38. フローコントローラと ステートマシン こんな感じに遷移することにする(既視感 FETCH EXEC1 EXEC2
- 39. フローコントローラと ステートマシン • フェッチが終わるまで待ってー • 命令にあわせてヒープやスタックを起こし て仕事させてー • 場合によっては書き込む • を繰り返す
- 40. フローコントローラと ステートマシン • inputとoutputピンがやたら多いので 図は省略
- 41. ブロック図 フロー コントローラ ヒープ & スタック ステートマシン プログラム メモリ & フェッチ
- 42. デモ 0x001 push 6 0x006 push 4 0x00C add 0x010 call 0x0100 0x100 push 2 0x105 mul 0x109 slide 2 0x10F ret
- 43. デモ これらを 0x001 push 6 ハンドアセンブル 0x006 push 4 する(震え声 0x00C add 0x010 call 0x0100 0x100 push 2 0x105 mul 0x109 slide 2 0x10F ret
- 44. まとめ • 普段の勉強法とは違う方法でやってみた • なんだかんだでCPUできた • Whitespaceが動くアーキテクチャは 作れる
- 45. ところで
- 46. 前提知識 Whitespace push add label load 入出力操作 dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit
- 47. 前提知識 Whitespace push add label load 入出力操作 dup sub call store もしかして：タダのアセンブリ？ copy mul jump getc swap sub jeq getn pop div jneg putc slide mod ret putn exit I/Oは？
- 48. 終わってねーよ
- 49. ご清聴 ありがとう ございました