TD4 の場合

GMC-4との比較で見る TD4

「CPUの創りかた」のCPU "TD4" と、「学研：大人の科学」の CPU "GMC-4"は、どちらも 4bit CPU ですがアーキテクチャはかなり違います。その比較を下に示しておきます。

TD4 GMC-4

ワード長（処理の単位） 8bit 4bit

ワード構成 opcode(4) + oprand(4) opcode(4) or oprand(4)

命令長（処理の単位） 1ワード(固定) 1～3ワード（可変）

あと、TD4 は、高々 16バイトしかメモリを持たない学習用のCPU（回路）なので実用を求めるのはやぼなのですが、一般的なCPUと根本的に違うところを示しておきます。

そもそも、メモリは読み出し専用で、書き換え可能なのはA,B レジスタの2x4bit しかありません。一般的にはメモリは書き換え可能で、計算の途中結果等はそのメモリにおいておきます。プログラミング言語で配列を切ったりするときは、メモリ上に領域を確保して、そこを読み書きするわけです。
数値演算は加算 (ADD) しかないのもそうなのですが、その対象がレジスタと即値 (Immediate value、具体的な数値を直接指定）しかないので、プログラミング言語での
```
A=B+1
```
は可能ですが、
```
A=B+C
```
みたいなことが出来ません。つまり、足し算の対象のどちらかは事前にプログラムに組込んでおかなくてはならない、ということです。
電卓にも劣るかも…
一般的なCPUでは、レジスタ同士とか、レジスタとメモリの値との演算が可能になっています。

例えばのプログラム

という非常に制約のある中で、プログラムの例を示します。

VBA で

A = Input("")
For i = A To 15
  For B = 0 To 15
    ' 特に何もしない、つまり１６ステップ分の時間だけ待つ
  Next
Next
MsgBox("ブザー")

というプログラムに対応するアセンブリ言語（機械語＋α）は、以下のようになるでしょう。

# 外部(DIP4sw)から入力してAレジスタにおく
    IN A
#
# Bレジスタを０にする
L0: MOV B 0
#
# Bレジスタに１を足す
L1: ADD B 1
#
# もし桁あふれしなければL1に飛ぶ（Bが16になるまで繰り返す）
    JNC L1
#
# Aレジスタに１を足す
    ADD A 1
#
# もし桁あふれしなければL0に飛ぶ（Aが16になるまで繰り返す）
    JNC L0
#
# 4を出力する（とブザーがなる、ように回路が組まれている）
    OUT 4
#
# 無条件に L0 に飛ぶ
    JMP L0

「例えば」のアセンブル結果（機械語、16進数表記）

アセンブラ（変換プログラム in Python)

#! /usr/bin/env python3
# 
# 	...modified on 2019.04.13 (06:17)
# 
# TD4 assembler
#
Opcodes='''
MOV A Im  3i
MOV B Im  7i
MOV A B   10
MOV B A   40
ADD A Im  0i
ADD B Im  5i
IN  A     20
IN  B     60
OUT Im    Bi
OUT B     90
JMP Im    Fi
JNC Im    Ei
'''
import sys,re
class td4as:
  lines = []
  labels = {}
  def __init__(self, ls):
      self.lines = ls
  def p(self):
      for l in self.lines:
          print('## '+l)
  def plbls(self):
          print(self.labels)
  def parselabels(self):
      i = 0
      for l in self.lines:
          _s = l.split()
          if _s[0] == "#":
              continue
          if _s[0].find(':') > 0:
             self.labels[_s[0].rstrip(':')] = i
          i += 1
  def parselines(self):
      c.parselabels()
      for l in self.lines:
          _s = l.split()
          if _s[0] == "#":
              continue
          if _s[0].find(':') > 0:
              _s.pop(0)
          #
          if _s[0] == 'MOV':
              if _s[1] == 'A':
                  if _s[2] == 'B':
                      print('10')
                  else:
                      print('3'+_s[2])
              else: # 'B'
                  if _s[2] == 'A':
                      print('40')
                  else:
                      print('7'+_s[2])
          elif _s[0] == 'ADD':
              if _s[1] == 'A':
                  print('0'+_s[2])
              else: # 'B'
                  print('5'+_s[2])
          elif _s[0] == 'IN':
              if _s[1] == 'A':
                  print('20')
              else: # 'B'
                  print('60')
          elif _s[0] == 'OUT':
              if _s[1] == 'B':
                  print('90')
              else: # 'Im'
                  print('B'+_s[1])
          elif _s[0] == 'JMP':
              print('F'+str(self.labels[_s[1]]))
          elif _s[0] == 'JNC':
              print('E'+str(self.labels[_s[1]]))
          else:
              print('#> No opcode: '+_s[0])

if __name__ == '__main__':
  avs = sys.argv
  ls = []
  if len(avs) > 1:
    inf = open(avs[1], 'r')
  else:
    inf = sys.stdin
  for l in inf:
      ls.append(l.rstrip())
  c = td4as(ls)
  c.parselines()

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	TD4	GMC-4
ワード長（処理の単位）	8bit	4bit
ワード構成	opcode(4) + oprand(4)	opcode(4) or oprand(4)
命令長（処理の単位）	1ワード(固定)	1～3ワード（可変）