Nand2Tetris — 第 3 章

//1位元暫存器[引用：2]
//輸入：輸入，負載（1 位元）[引用：3]
//輸出：out（1 位元）[引用：4]
//操作：如果負載為 1（有效），則暫存器的值將設定為 [cite:2] 中的值。
//否則暫存器保留其目前值（如果 load(t) out(t+1) = in(t)，否則 out(t+1) = out(t)）[引用：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位元程序計數器
//輸入：in[16]、載入、inc、重置[引用：5]
//輸出：out[16] [引用：5]
//操作：根據重設、載入和inc訊號的優先權來決定下一個時脈週期的暫存器值[引用：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位元暫存器[引用：34]
//輸入：in[16]，載入[引用：35]
//輸出：out[16] [引用：36]
//操作：如果負載為 1（有效），則暫存器的值將設定為 [cite: 34] 中的值。
//否則，保持當前值[引用：35]。 16 位元晶片並聯[引用：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] );
}

//八個 16 位元暫存器的記憶體 [cite: 12]
//輸入：in[16]，負載，位址[3] [引用：15]
//輸出：out[16] [引用：15]
//操作：如果載入為 1，則將位址選擇的暫存器的值設定為[cite:13]中的值。
//否則，該值不會改變，並且所選暫存器的值將被傳送到 out [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個單字記憶
//輸入：in[16]，負載，位址[6] [引用：25]
//輸出：out[16] [引用：25]
//操作：將8個RAM8晶片組合成64個暫存器[引用：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個單字記憶
//輸入：in[16]，負載，位址[9] [引用：29]
//輸出：out[16] [引用：29]
//操作：8個RAM64晶片組合起來形成512個暫存器[引用：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字記憶
//輸入：in[16]，負載，位址[12] [引用：7]
//輸出：out[16] [引用：7]
//操作：8個RAM512晶片組合起來形成4096個暫存器[引用：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字記憶體
//輸入：in[16]，負載，位址[14] [引用：22]
//輸出：out[16] [引用：22]
//操作：四個RAM4K晶片與DMux4Way和Mux4Way16結合配置16384個暫存器[引用：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);
}