Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Sign up for free
Menu
Search
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Features
All features
Private URLs
Password Protection
Custom URLS
Scheduled publishing
Remove Branding
Restrict embedding
Deck Collections
Notes
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Explore
Featured decks
Featured speakers
Programming
Technology
Storyboards
Pricing
Search
Sign in
Sign up for free
マイクロプログラム制御方式のCPUを自作した話
Search
Sponsored
·
SiteGround - Reliable hosting with speed, security, and support you can count on.
→
Kenta
June 02, 2024
Technology
520
0
Share
Embed
Copy iframe code
Copy JS code
Copy link
Start on current slide
マイクロプログラム制御方式のCPUを自作した話
Kenta
June 02, 2024
More Decks by Kenta
See All by Kenta
『Verylで作るCPU』を読んでいる
kenta11
0
260
Elixirで作る将棋ソフト
kenta11
0
180
失くしたリモコンを作る2
kenta11
0
110
失くしたリモコンを作る
kenta11
0
62
Other Decks in Technology
See All in Technology
レガシーコードに対する loop engineering的なAI開発プロセス導入について
kubell_hr
0
310
IBC 2026 動画技術関連レポート / IBC 2026 Report
cyberagentdevelopers
PRO
2
450
JAWSコミュニティに 参加して1年経った結果
ssakita
0
120
Building Audio Plugin Ecosystem for Android in 2026
atsushieno
2
160
Kiro を使うコツ (頼み方、覚えさせ方、任せ方) | 目指せ Kiro マスター 09
inariku
PRO
3
120
Software Engineering in an AI-Driven World
erikjhordan_rey
0
130
内製アプリとClaudeスキルのセキュリティチェック、 Backlogの課題で回しています。
ayaka_egaaa
0
160
Copilot Coworkで「みのるん式」やってみた
minorun365
PRO
2
1.7k
2026 Apache Flink Community Checkpoint
rmetzger
0
210
並列度を下げたら速くなった — go build の重複コンパイルを実測で見る
tomoaki25
2
1k
Gifu WordPress Meetup #200 に向けて、私たちには何ができるだろうか?/ 2026-11-07 Gifu WordPress Meetup
torounit
0
240
AX時代の自治体支援リソース再配分と役割分担の再構成:戦略とロードマップ(概要)
sishi2026
0
210
Featured
See All Featured
A better future with KSS
kneath
240
18k
Max Prin - Stacking Signals: How International SEO Comes Together (And Falls Apart)
techseoconnect
PRO
0
530
Unsuck your backbone
ammeep
672
58k
How to build an LLM SEO readiness audit: a practical framework
nmsamuel
2
980
Producing Creativity
orderedlist
PRO
348
41k
30 Presentation Tips
portentint
PRO
1
460
Amusing Abliteration
ianozsvald
1
380
Marketing Yourself as an Engineer | Alaka | Gurzu
gurzu
0
370
Performance Is Good for Brains [We Love Speed 2024]
tammyeverts
12
1.9k
Visualizing Your Data: Incorporating Mongo into Loggly Infrastructure
mongodb
50
10k
Exploring the Power of Turbo Streams & Action Cable | RailsConf2023
kevinliebholz
37
6.7k
The Curious Case for Waylosing
cassininazir
1
610
Transcript
マイクロプログラム制御方式 のCPUを自作した話 Kenta Arai 2024/06/02 ぬるぽ 1
自己紹介 • 名前:Kenta Arai • Twitter: @isKenta14 • Qiita: Kenta11
• 仕事:組込みソフトウェア開発 • 趣味で作ったもの • micro-alpha ☜今日はこれの話です • 簡素なマイクロプログラム制御方式CPU • Xilinx FPGA 上で実際に動かせました • simple_uart:UART の SystemVerilog 実装 • elixir_shogi:投了だけできる Elixir 製将棋エンジン 2024/06/02 ぬるぽ 2
背景 • マイクロプログラム制御方式:計算機の制御装置を構成する方式の 一つ • 特徴:制御装置が簡素、ISAの変更が容易等 • 結線論理方式と対比される • 黎明期の計算機でよく使われていた
• KT-Pilot(1961年、京都大学、東芝) • MELCOM 1530(1963年、三菱電機) • 自作CPUで採用されることは少ない(気がする) • 自作してマイクロプログラム制御方式について理解を深めたい 2024/06/02 ぬるぽ 3
目的 • マイクロプログラム制御方式で自作CPUをする 2024/06/02 ぬるぽ 4
CISC と RISC [1] • 典型的な定義 • CISC (Complex Instruction
Set Computer) • 命令の種類:多い • 制御部の構成:マイクロプログラム制御方式 • RISC (Reduced Instruction Set Computer) • 命令の種類:少ない • 制御部の構成:結線論理方式 • 旧来の命令セットが複雑化した(CISC)反省から 命令セットを単純化することで、パイプライン処理を高速化(RISC) 2024/06/02 ぬるぽ 5 [1] 馬場敬信:コンピュータアーキテクチャ改訂4版, オーム社, p. 8, 66, 2019
マイクロプログラム制御方式 2024/06/02 ぬるぽ 6 0000 制御記憶 アドレス レジスタ CPU 主記憶装置
制御記憶 制御記憶アドレス マイクロオーダ 0000 制御記憶 データ レジスタ 汎用レジスタ 0000 0000 0000 0000 算術論理演算装置 IO装置 プログラム カウンタ 0000 命令レジスタ 0000 被制御部 デコーダ 命令フェッチ XXX0 XXX1 XXX2 ロード命令 XXX3 XXX4 ストア命令 XXX5 XXX6 加算命令 XXX7 制御部
MICRO-1[2] • 簡素なマイクロプログラム制御方式のモデル • 制御部 • 制御記憶:1語40ビット、最大4K語の容量 • アドレス長:12ビット •
被制御部 • 主記憶:1語16ビット、最大64K語の容量 • 汎用レジスタ:16ビット×8 • フラグ:ZER, NEG, CRY, OV等 2024/06/02 ぬるぽ 7 [2] 馬場敬信:ソフトウェア講座(23)マイクロプログラミング, 昭晃堂, pp. 31-107, 1985 図:書籍の表紙
MICRO-1を実装 • 開発環境等 • 言語:SystemVerilog • シミュレータ:ModelSim • テストフレームワーク:VUnit •
実践FPGAテスト自動化が とても役に立ちました 2024/06/02 ぬるぽ 8 図:テストの様子 ソ ー ス コ ー ド を コ ン パ イ ル テ ス ト 結 果 が レ ポ ー ト さ れ る
アセンブラとマイクロアセンブラも自作 • Windows版しかなかったので、Linux版を自作しました • Rust 実装なので、cargo コマンドでインストールできます • cargo install
rm1asm; cargo install rm1masm 2024/06/02 ぬるぽ 9
Xilinx FPGA 上に実装 • Arty A7-100 と Basys 3 で動作検証
• 逆ポーランド電卓が動いた! 2024/06/02 ぬるぽ 10
結果 • マイクロプログラム制御方式で自作CPUができた • MICRO-1 を基に簡素な CISC プロセッサを実装 • ついでにアセンブラとマイクロアセンブラも自作
• FPGA 上で逆ポーランド電卓を動作させることに成功 2024/06/02 ぬるぽ 11
考察っぽいなにか • マイクロプログラム制御方式 • 前評判通り、制御装置は簡素かも • オープンな設計が無さそうなので、本格的なものを作るとなると大変だろう • アセンブラとマイクロアセンブラを両方作るのが面倒 •
MICRO-1 • 関数呼び出しで飛べるアドレス範囲が狭すぎる • 現在アドレス+8ビット2の補数表現、までしか飛べません • これに気が付かず大きなプログラムを書いたときに、大変な思いをしました • スタックが狭すぎる(0x0040-0x013F) • これに気が付かず(以下略) • 1人で作るにはちょうどいい規模の計算機かも 2024/06/02 ぬるぽ 12
成果 • ブログ • https://kenta11.github.io/posts/2022-09-23-micro1/ • https://kenta11.github.io/posts/2023-03-18-micro-alpha/ • リポジトリ •
https://github.com/Kenta11/micro-alpha • https://github.com/Kenta11/rm1asm • https://github.com/Kenta11/rm1masm 2024/06/02 ぬるぽ 13