Урок 1. Ячейка и строка: слово из 4 бит

В процессоре Game & Watch вся память — примитив ram: поставил, настроил, и он помнит. Как он устроен внутри, не видно. В этом наборе мы соберём память сами — из тех же защёлок, что в первом наборе держали цифры часов. После этого урока у вас будет строка памяти WORD4: она запоминает 4 бита по кнопке и выдаёт их, когда её спросят.

1.1. Идея: память — это много защёлок

Один бит умеет хранить защёлка DLatch (первый набор, урок 2): пока на входе EN единица, её выход Q повторяет вход D; убрали единицу — Q держит последнее значение сколько угодно.

Память на 256 ячеек — это тысяча таких защёлок и способ выбрать нужные. Сначала научим одну защёлку двум вещам, которые понадобятся в большой памяти:

• «запиши» — защёлка берёт новое значение, только когда ей разрешили (W = 1);
• «выдай» — защёлка выпускает свой бит наружу, только когда её выбрали (R = 1), а в остальное время на выходе ноль.

Зачем второе: в следующем уроке выходы шестнадцати строк сойдутся в одну точку. Если невыбранные строки дают нули, их можно просто сложить вентилем ИЛИ — останется бит выбранной.

1.2. Ячейка: защёлка и «кран»

«Кран» — обычный AND: O = Q · R. Когда R = 0, на выходе 0, что бы ни хранила защёлка.

1.3. Строка: 4 ячейки с общими проводами

Процессор работает словами по 4 бита, поэтому ячейки ставим по четыре. У каждой свой бит данных D и свой выход O, а «запиши» W и «выдай» R — общие на всю строку.

• W = 1 — все четыре защёлки открыты, слово D3 D2 D1 D0 записывается целиком;
• R = 1 — все четыре «крана» открыты, слово выходит на O3 O2 O1 O0.

1.4. Сборка

Ставить в новый пустой проект: у стенда свои тумблеры и питание. Нужны чипы первого набора NOT, AND, NOR, SRLatch, DLatch.

Шаг 1. Чип WORD4

Что собираем. Строку памяти: четыре защёлки и четыре «крана».

ПОРТЫ-ВХОДЫ: D0, D1, D2, D3, W, R · ПОРТЫ-ВЫХОДЫ: O0, O1, O2, O3

Выделить всё → Ctrl+G → в библиотеке двойной клик по имени чипа → WORD4.

Шаг 2. Стенд

Что собираем. Пульт для проверки: четыре тумблера данных, тумблер «выдай» R, кнопка «запиши» W и два табло — что на тумблерах и что выдаёт строка.

Оба табло: ⚙ — ширина 4, вид HEX; источник — шина wD (тумблеры) и wO (выход строки). Стенд в чип не сворачивать.

1.5. Проверка

Тумблеры wD0–wD3 — двоичное число справа налево: wD0 — младший бит. 5 = 0101 (включены wD0 и wD2).

Сразу после включения, пока ничего не записано, при R = 1 табло wO пустое или оранжевое (в Fast — F): защёлки ещё ничего не хранят. Так и должно быть — настоящая память при включении тоже содержит «что попало».

Если не так:

Частая ошибка. При копировании метки редактор дописывает к имени номер: R → R1, R2. Метки с разными именами — разные провода. Если «кран» открывается только у одного бита — проверьте имена меток R и W внутри WORD4.

Вставка урока 1 (Cmd+I)

В новый проект с чипами первого набора.

# Урок 1 — ячейка и строка памяти: чип WORD4 + стенд.# Вставка: Cmd+I в новый проект (нужны NOT, AND, NOR, SRLatch, DLatch первого набора). # ---------- строка памяти: 4 бита ----------# W = 1 — запомнить D0–D3; R = 1 — выдать хранимое на O0–O3 (R = 0 — там нули)chip WORD4 {  portIn(D0)  portIn(D1)  portIn(D2)  portIn(D3)  portIn(W)  portIn(R)  portOut(O0)  portOut(O1)  portOut(O2)  portOut(O3)  DLatch(D=D0, EN=W, Q=q0)  DLatch(D=D1, EN=W, Q=q1)  DLatch(D=D2, EN=W, Q=q2)  DLatch(D=D3, EN=W, Q=q3)  AND(q0, R, O0)  AND(q1, R, O1)  AND(q2, R, O2)  AND(q3, R, O3)} # ---------- стенд ----------power(VCC)ground(GND)# данные (4 тумблера), «выдай» (тумблер), «запиши» (кнопка: держишь — пишется)input(Out=wD0)input(Out=wD1)input(Out=wD2)input(Out=wD3)input(Out=wR)button{label="W", hostKey="KeyW"}(wW)WORD4(D0=wD0, D1=wD1, D2=wD2, D3=wD3, W=wW, R=wR, O0=wO0, O1=wO1, O2=wO2, O3=wO3)# табло: что на тумблерах данных и что выдаёт строкаdisplay{bits=4, base="HEX", busSource="wD"}()display{bits=4, base="HEX", busSource="wO"}()