Урок 4. Своя память в процессоре — и первая ошибка

В машине процессорного набора вся память — один примитив ram на 256 слов. В этом уроке на его место встаёт ваша RAM256x4. Игра запустится… и начнёт ошибаться: часть кнопок сработает не так, кристаллы будут гаснуть, не докатившись. Это не ошибка сборки — так и задумано. Причину найдём встроенным осциллографом, а починим в уроке 5.

4.1. Что стоит в машине сейчас и чем наша память отличается

Внутри GW-CPU память подключена так: адрес — младшие 8 бит команды ir0–ir7, данные для записи — аккумулятор acc0–acc3, прочитанное mq0–mq3 идёт в АЛУ, «пиши» WE = oST (команда ST), такт CPUCLK.

Примитив ram пишет в момент фронта такта, как триггер. У нашей памяти такта нет: она пишет, пока WE = 1 — это окно, а не мгновение. Значит, на WE нужно подать окно, когда адрес и данные уже спокойны. Сразу после фронта CPUCLK 0→1 процессор переходит к следующей команде — адрес меняется. Ко второй половине такта всё устоялось. Окно:

• weRAM = oST · НЕ CPUCLK — «сейчас команда ST, и идёт вторая половина такта».

4.2. Память при включении — «что попало»

Примитив ram при включении содержит нули. Защёлки — нет: каждая встаёт как придётся (в REAL — «ничего», оранжевое; в Fast — единицы). Так ведёт себя и настоящая память: компьютер при старте сам приводит в порядок то, что собирается читать.

Программа игры процессорного набора читает две ячейки раньше, чем записывает: LASTB и LASTK — какие кнопки были нажаты в прошлый раз. Остальные она сначала пишет. Поэтому в начало программы добавлены две команды:

reset:        LD #0        ST LASTB        ; своя память: ячейки, которые читаются до записи, — обнулить        ST LASTK

Программа целиком — файл game-myram.rom.json (311 команд).

4.3. Сборка

Шаг 1. Перенести чип в проект с машиной

Уроки 1–3 вы собирали в отдельном проекте. Чип переезжает файлом:

1. В проекте уроков 1–3: в библиотеке в строке RAM256x4 — значок ⬇ (сохранить чип в файл). В файл попадут и все его детали: RAM16x4, WORD4, DLatch и вентили.
2. Открыть проект с машиной процессорного набора.
3. В шапке библиотеки — значок ⬆ (загрузить чип) → выбрать файл.
4. Если появится окно «built differently» — у вас эти вентили уже есть, только собраны иначе. Оставить предложенное Use mine → Import.

Шаг 2. Убрать примитив памяти

Внутри GW-CPU («Редактировать»):

Метки на его ногах (ir0–ir7, acc0–acc3, mq0–mq3) удалять не нужно — на них встанет новая память.

Шаг 3. Своя память и окно записи

Что собираем. Инвертор такта, окно weRAM и RAM256x4 на тех же метках.

Выйти из редактирования чипа с сохранением.

Шаг 4. Программа

ПЗУ (снаружи GW-CPU): ⚙ → ⬆ → файл game-myram.rom.json.

4.4. Запуск — и ошибка

Движок Fast, такт CPUCLK — MAX.

Так и должно быть в этом уроке. Память собрана правильно, окно записи по смыслу правильное — а запись иногда уходит не в ту ячейку. Q портит ячейку позы, кристаллы — ячейки труб.

4.5. Ищем причину осциллографом

Осциллограф показывает сигналы по времени. Открыть — клавиша w.

1. В поле add ввести и нажать Enter после каждого: CPUCLK, ir0-7 (шина адреса одной строкой), GW-CPU.oST, GW-CPU.weRAM.
2. В поле trig — GW-CPU.weRAM=1, Enter. Как только окно записи откроется, картинка замрёт (FROZEN), событие — посередине.
3. Снова ловить — LIVE.

Как читать. Один столбик — один срез: одно вычисление симулятора на фронте такта. Это самая маленькая единица времени, какая у симулятора есть: всё, что попало в один срез, для него происходит одновременно, без «раньше» и «позже».

В подсвеченном срезе адрес только что сменился (13) — и в этот же срез открылось окно weRAM. В настоящем железе между этими событиями было бы мгновение: сначала новая команда устаканивается, потом открывается окно. В симуляторе они совпали. А на следующем фронте адрес уже перескакивает на следующую команду (02), и пока дешифратор гасит oST, окно ещё не закрыто — значение успевает записаться и туда.

Вывод: окно записи не должно открываться и закрываться на том же фронте, где меняется адрес. Как этого добиться, не замедляя процессор до бесконечности, — урок 5.

Вставка урока 4 (Cmd+I)

В режиме редактирования GW-CPU, после шагов 1–2.

# Урок 4 — своя память в процессоре (простое окно записи).# Вставка: Cmd+I В РЕЖИМЕ РЕДАКТИРОВАНИЯ чипа GW-CPU, после того как удалён примитив ram RAM (256×4).# Адрес — младшие 8 бит команды, данные — аккумулятор, прочитанное — в АЛУ, как у прежней памяти. # ---------- окно записи: команда ST, вторая половина такта ----------NOT(CPUCLK, nCLK)AND(oST, nCLK, weRAM) # ---------- память ----------RAM256x4(A0=ir0, A1=ir1, A2=ir2, A3=ir3, A4=ir4, A5=ir5, A6=ir6, A7=ir7, D0=acc0, D1=acc1, D2=acc2, D3=acc3, WE=weRAM, Q0=mq0, Q1=mq1, Q2=mq2, Q3=mq3)