TTA-8
2. TTA-8 の しくみ
命令は 2つだけ！
ふつうの CPU には「たし算」「ジャンプ」「比べる」など、 何十〜何百 種類もの 命令が あります。
TTA-8 の 命令は、なんと 2つだけ です。
| 命令 | 読みかた | すること |
|---|---|---|
| READ | よむ | 部品から 数を 1つ 受け取って、V に 入れる |
| WRITE | かく | V に 入っている 数を、部品に わたす |
V（ブイ） は、数を 1つだけ 持てる「はこびや」さんです（レジスタ と いいます）。
「え、それだけで 計算できるの？」と 思いますよね。 ひみつは 部品の 方が 仕事を する ことです。 けいさん係（ALU）に 数を わたすと、答えが すぐに 用意されます。 V は それを 取りに 行くだけ。 このような CPU を TTA（Transport Triggered Architecture ＝ 運ぶと 動く しくみ） と いいます。
命令の 形
命令の指定は 8bit（1バイト）です。READ IMM だけは、次の1バイトに数を置くので、合計2バイトを使います。
いちばん 左の 1bit で READ か WRITE かを えらび、
のこりの 7bit で「どの 部品と やりとりするか」（アドレス）を えらびます。
部品と アドレスの 一覧（アドレスマップ）
| アドレス | 名前 | READ（よむ）と… | WRITE（かく）と… |
|---|---|---|---|
| 0x00 | ALU_A | A の 数 | A に 数を 入れる |
| 0x01 | ALU_B | B の 数 | B に 数を 入れる |
| 0x02 | ALU_ADD | A + B の 答え | ― |
| 0x03 | ALU_NAND | A NAND B の 答え | ― |
| 0x04 | ALU_SUB | A − B の 答え | ― |
| 0x10 | JMP | ― | その 番地へ ジャンプ |
| 0x11 | JZ | ― | A が 0 の ときだけ ジャンプ |
| 0x12 | IMM | 命令の つぎに 書いた 数 | ― |
| 0x20〜0x3F | $A〜$Z、$0〜$5 | 変数の 数 | 変数に 数を 入れる |
| 0x7E | IN | ボタン（S1＝1、S2＝2、両方＝3） | ― |
| 0x7F | OUT | ― | LED に 出す（1 の ビットが 光る） |
0xが ついた 数は 16進数 です。0x10 は 16、0x7F は 127 の ことです。
ALU（エーエルユー） は Arithmetic Logic Unit（算術論理演算装置）の ことで、 CPU の 中で 計算を する 係です。
3 + 5 を 計算してみよう
READ IMM, 3 ; V に 3 を 入れる
WRITE ALU_A ; A = 3
READ IMM, 5 ; V に 5 を 入れる
WRITE ALU_B ; B = 5
READ ALU_ADD ; V = A + B = 8
WRITE OUT ; LED に 8 を 出す → 001000
V が 数を 運んでいるだけなのに、ちゃんと 足し算が できました。
LED には 8（2進数で 001000）が 光ります。
ジャンプも「書くだけ」
CPU は PC（プログラムカウンター） という 番号で「実行する命令の バイト番地」を おぼえています。 ふつうは 1つずつ 進みますが、
- JMP に 書く と、PC が その 数に なります（＝ジャンプ）
- JZ に 書く と、ALU_A が 0 の ときだけ ジャンプします
JZ が あるので「0 に なるまで くりかえす」「ボタンが 押されていたら こっちへ」 といった 判断 が できます。 発展1 では、この仕組みで わり算や論理演算を組み立てます。
CPU の 中身 まとめ
- PC：実行する命令の バイト番地（8bit）
- V：数を 運ぶ はこびや（8bit）
- プログラム（ROM）：命令と定数を合わせて 256バイトまで 入る
- 変数（RAM）：$A〜$Z と $0〜$5 の 32こ（起動・リセット時はすべて0）
- ALU：A と B から たし算・ひき算・NAND を 計算
- IN / OUT：ボタンと LED
これで ぜんぶです。CPU の 設計図は、コメントと 空行を のぞくと たった 53行 です。