Nand2Tetris — 第3章
順序回路とメモリ
//1-bit レジスタ (1-bit register) [cite: 2]
//入力: in, load (1 ビット) [cite: 3]
//出力: out (1 ビット) [cite: 4]
//動作：loadが1（asserted）の場合、レジスタの値はinに設定されます[cite：2]。
//それ以外の場合、レジスタは現在の値を保持します（if load（t）out（t + 1）= in（t）、else out（t + 1）= out（t））[cite：3]。
CHIP Bit {
IN in, load;
OUT out;
PARTS:
Mux(a=DFFO , b=in , sel=load , out=MuxO );
DFF(in=MuxO , out=DFFO, out=out );
}//16-bit プログラムカウンタ (Program Counter)
//入力: in[16], load, inc, reset [cite: 5]
//出力: out[16] [cite: 5]
//動作：reset、load、inc信号の優先順位に従って、次のクロック周期のレジスタ値を決定します[cite：6]。
CHIP PC {
IN in[16], load, inc, reset;
OUT out[16];
PARTS:
Inc16(in=regOut, out=incOut);
Mux16(a=regOut, b=incOut, sel=inc, out=mux1);
Mux16(a=mux1, b=in, sel=load, out=mux2);
Mux16(a=mux2, b=false, sel=reset, out=mux3);
Register(in=mux3, load=true, out=regOut, out=out);
}//16-bit レジスタ (16-bit register) [cite: 34]
//入力: in[16], load [cite: 35]
//出力: out[16] [cite: 36]
//動作：loadが1（asserted）の場合、レジスタの値はinに設定されます[cite：34]。
//それ以外の場合は現在の値を保持します[cite：35]。 16個のBitチップを並列に接続する[cite: 36, 37, 38, 39, 40, 41]。
CHIP Register {
IN in[16], load;
OUT out[16];
PARTS:
Bit(in=in[0] , load=load , out=out[0] );
Bit(in=in[1] , load=load , out=out[1] );
Bit(in=in[2] , load=load , out=out[2] );
Bit(in=in[3] , load=load , out=out[3] );
Bit(in=in[4] , load=load , out=out[4] );
Bit(in=in[5] , load=load , out=out[5] );
Bit(in=in[6] , load=load , out=out[6] );
Bit(in=in[7] , load=load , out=out[7] );
Bit(in=in[8] , load=load , out=out[8] );
Bit(in=in[9] , load=load , out=out[9] );
Bit(in=in[10] , load=load , out=out[10] );
Bit(in=in[11] , load=load , out=out[11] );
Bit(in=in[12] , load=load , out=out[12] );
Bit(in=in[13] , load=load , out=out[13] );
Bit(in=in[14] , load=load , out=out[14] );
Bit(in=in[15] , load=load , out=out[15] );
}//8ワードメモリ (Memory of eight 16-bit registers) [cite: 12]
//入力: in[16], load, address[3] [cite: 15]
//出力: out[16] [cite: 15]
//動作：loadが1の場合、アドレスとして選択されたレジスタの値はinに設定されます[cite：13]。
//それ以外の場合、値は変更されず、選択されたレジスタの値はoutとして発行されます[cite：14]。
CHIP RAM8 {
IN in[16], load, address[3];
OUT out[16];
PARTS:
DMux8Way(in=load, sel= address,
a= Out0, b= Out1,
c= Out2, d= Out3,
e= Out4, f= Out5,
g= Out6, h= Out7);
Register(in=in , load=Out0 , out=R0 );
Register(in=in , load=Out1 , out=R1 );
Register(in=in , load=Out2 , out=R2 );
Register(in=in , load=Out3 , out=R3 );
Register(in=in , load=Out4 , out=R4 );
Register(in=in , load=Out5 , out=R5 );
Register(in=in , load=Out6 , out=R6 );
Register(in=in , load=Out7 , out=R7 );
Mux8Way16(
a= R0, b= R1,
c= R2, d= R3,
e= R4, f= R5,
g= R6, h= R7,
sel= address, out=out);
}//64ワードメモリ
//入力: in[16], load, address[6] [cite: 25]
//出力: out[16] [cite: 25]
//動作：8個のRAM8チップを組み合わせて64個のレジスタを構成する[cite：26、27、28]。
CHIP RAM64 {
IN in[16], load, address[6];
OUT out[16];
PARTS:
DMux8Way(in=load, sel=address[3..5], a=loadA, b=loadB, c=loadC, d=loadD, e=loadE, f=loadF, g=loadG, h=loadH);
RAM8(in=in, load=loadA, address=address[0..2], out=outA);
RAM8(in=in, load=loadB, address=address[0..2], out=outB);
RAM8(in=in, load=loadC, address=address[0..2], out=outC);
RAM8(in=in, load=loadD, address=address[0..2], out=outD);
RAM8(in=in, load=loadE, address=address[0..2], out=outE);
RAM8(in=in, load=loadF, address=address[0..2], out=outF);
RAM8(in=in, load=loadG, address=address[0..2], out=outG);
RAM8(in=in, load=loadH, address=address[0..2], out=outH);
Mux8Way16(a=outA, b=outB, c=outC, d=outD, e=outE, f=outF, g=outG, h=outH, sel=address[3..5], out=out);
}//512ワードメモリ
//入力: in[16], load, address[9] [cite: 29]
//出力: out[16] [cite: 29]
//動作：8個のRAM64チップを組み合わせて512個のレジスタを構成する[cite: 30, 31, 32]。
CHIP RAM512 {
IN in[16], load, address[9];
OUT out[16];
PARTS:
DMux8Way(in=load, sel=address[6..8], a=loadA, b=loadB, c=loadC, d=loadD, e=loadE, f=loadF, g=loadG, h=loadH);
RAM64(in=in, load=loadA, address=address[0..5], out=outA);
RAM64(in=in, load=loadB, address=address[0..5], out=outB);
RAM64(in=in, load=loadC, address=address[0..5], out=outC);
RAM64(in=in, load=loadD, address=address[0..5], out=outD);
RAM64(in=in, load=loadE, address=address[0..5], out=outE);
RAM64(in=in, load=loadF, address=address[0..5], out=outF);
RAM64(in=in, load=loadG, address=address[0..5], out=outG);
RAM64(in=in, load=loadH, address=address[0..5], out=outH);
Mux8Way16(a=outA, b=outB, c=outC, d=outD, e=outE, f=outF, g=outG, h=outH, sel=address[6..8], out=out);
}//4Kワードメモリ
//入力: in[16], load, address[12] [cite: 7]
//出力: out[16] [cite: 7]
//動作：8個のRAM512チップを組み合わせて4096個のレジスタを構成する[cite：8、9、10]。
CHIP RAM4K {
IN in[16], load, address[12];
OUT out[16];
PARTS:
DMux8Way(in=load, sel=address[9..11], a=loadA, b=loadB, c=loadC, d=loadD, e=loadE, f=loadF, g=loadG, h=loadH);
RAM512(in=in, load=loadA, address=address[0..8], out=outA);
RAM512(in=in, load=loadB, address=address[0..8], out=outB);
RAM512(in=in, load=loadC, address=address[0..8], out=outC);
RAM512(in=in, load=loadD, address=address[0..8], out=outD);
RAM512(in=in, load=loadE, address=address[0..8], out=outE);
RAM512(in=in, load=loadF, address=address[0..8], out=outF);
RAM512(in=in, load=loadG, address=address[0..8], out=outG);
RAM512(in=in, load=loadH, address=address[0..8], out=outH);
Mux8Way16(a=outA, b=outB, c=outC, d=outD, e=outE, f=outF, g=outG, h=outH, sel=address[9..11], out=out);
}//16Kワードメモリ
//入力: in[16], load, address[14] [cite: 22]
//出力: out[16] [cite: 22]
//動作：4個のRAM4KチップをDMux4WayとMux4Way16と組み合わせて16384個のレジスタを構成する[cite：23、24]。
CHIP RAM16K {
IN in[16], load, address[14];
OUT out[16];
PARTS:
DMux4Way(in=load, sel=address[12..13], a=loadA, b=loadB, c=loadC, d=loadD);
RAM4K(in=in, load=loadA, address=address[0..11], out=outA);
RAM4K(in=in, load=loadB, address=address[0..11], out=outB);
RAM4K(in=in, load=loadC, address=address[0..11], out=outC);
RAM4K(in=in, load=loadD, address=address[0..11], out=outD);
Mux4Way16(a=outA, b=outB, c=outC, d=outD, sel=address[12..13], out=out);
}