1. Nand2Tetris ¶

스터디 소개 :
- 컴퓨터의 최하위 레벨 계층인 논리회로(하드웨어)단부터 OS와 high level language까지 두루두루 섭렵하고 실습하여 최종에는 테트리스를 만드는것이 목표인 스터디입니다.
스터디에 사용하는 사이트 -> http://www.nand2tetris.org/

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1.1. 9/26(목요일) ¶

참여자 : 김윤환, 안혁준, 권영기.
스터티에 대한 방향 :
- 누가 : 3명 + a(?)가
  - 인원수 문제 : max 5명까지 받는다.
언제 : 시작은? 이번주부터 // 매주 일요일 1시
어디서 : zp실에서
무엇을 : nand2Teris를
어떻게 : 집에서 ppt를 읽어온뒤 만나서 실습하는 방향으로.
왜 :
- 혁준 ->재미있을것같아서.
- 윤환 ->컴퓨터 자체를 아는 좋은 기회라고 생각해서 + 흥미가 있는 분야? 여서.
- 영기 ->전체를 꿰뚫기위해.
다음시간까지 할일 : chapter 0,1 읽어오기.

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1.2. 9/29(일요일) ¶

참여자 : 김윤환, 안혁준, 권영기

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1.2.1. 공부한 내용 ¶

Chapter1
기본적인 논리 게이트를 공부함.
Nand gate를 primitive gate로 놓고, 나머지 논리 게이트 Not, And, Or, Xor, Mux, Demux 등을 Nand만으로 구현.
Mux나 Demux같은 경우, 입력이나 출력이 너무 많을 경우, 작은 규모의 Mux를 여러 개 이용해서 큰 규모의 Mux를 구현해도 된다. 예를 들면, 4way Mux는 2Way Mux 3개를 이용해서 구현할 수 있다.
HDL Code

Not Gate


CHIP Not2 {

    IN  a;
    OUT out;

	PARTS:
	Nand(a = a, b = a, out = out);
}

And Gate


CHIP And {

    IN  a, b;
    OUT out;
	PARTS:

	Nand(a = a, b = b, out = x);
	Nand(a = x, b = x, out = out);
}

Or Gate


CHIP Or {

    IN  a, b;
    OUT out;

	PARTS:
	Nand(a = a, b = a, out = x1);
	Nand(a = b, b = b, out = x2);
	Nand(a = x1, b = x2, out = out);
}

Xor Gate


CHIP Xor {

    IN  a, b;
    OUT out;

	PARTS:
	Nand(a = a, b = a, out = nota);
	Nand(a = b, b = b, out = notb);
	Nand(a = nota, b = b, out = x1);
	Nand(a = a, b = notb, out = x2);
	Nand(a = x1, b = x2, out = out);
}


CHIP Mux {

    IN  a, b, s;
    OUT out;

	PARTS:
	Nand(a = s, b = s, out = nots);
	Nand(a = a, b = s, out = x1);
	Nand(a = b, b = nots, out = x2);
	Nand(a = x1, b = x2, out = out);
}

Mux 4way


CHIP Mux4way {

    IN  a[4], s[2];
    OUT out;

	PARTS:
	Nand(a = s[0], b = s[0], out = nots0);
	Nand(a = s[1], b = s[1], out = nots1);
	
	Nand(a = a[0], b = s[1], out = x0);
	Nand(a = a[1], b = nots1, out = x1);
	
	Nand(a = a[2], b = s[1], out = x2);
	Nand(a = a[3], b = nots1, out = x3);
	
	Nand(a = x0, b = x1, out = xx0);
	Nand(a = x2, b = x3, out = xx1);
	
	Nand(a = xx0, b = s[0], out = xxx0);
	Nand(a = xx1, b = nots0, out = xxx1);
	
	Nand(a = xxx0, b = xxx1, out = out);
}

Demux
Demux는 다 구현하고서 Mux 4way를 Demux 파일에 써버리는 바람에 날려버림 ㅡㅡ;

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1.2.2. 다음 시간까지 해야할 일 ¶

Chapter2 읽어오기.

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1.2.3. 후기 ¶

쇠뿔도 단김에 빼라는 말이 있듯이, 순식간에 스터디 진행합니다. 학기 끝날 때까지 매주 진행해보려고 하는데, 끝까지 다 할 수 있었으면 좋겠습니다. 뭐 윤환이나 혁준이형 있으니까 잘 진행되겠죠. 이번 시간에 했던 것은 기초 중에 기초인데, 사실 작년 논리회로 시간에 Nand 게이트로 다른 gate 구현하기 따위는 해본적이 없어서 좀 당황도 했습니다. 그리고 그림 그리는 것도 참 간만이고, 다음 시간까지 논리회로 ppt 좀 보고서 와야겠네요. 간단한 4way MUX도 저리 긴데, 사칙연산은 어떻게 해야할지.. 머리가 아픕니다. - 권영기

간만에 논리회로를 다루면서 내가 까먹고 있던 부분이 많다고 느낌니다. 물론 추상화라는 좋은 녀석이 있어서 우리가 모든것을 기억할 필요는 없지만, 그래도 원리를 안다고 해서 안좋을 것 없을듯하네요. nand로 시작해서 nand로 끝나는 시간이었습니다. - 안혁준

지금은 처음부분이라 무난하게 진행했지만... 가면갈수록 어떤식으로 진행될지 난이도에 따라서 왠지 바뀔수도 있으려나...하는 생각이 들었습니다. 그나저나 논리회로 뒷부분은 거의 기억이 없는데... 전공책한번 훝어보고 와야할것같습니다. - 김윤환

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1.3. 10/6(일요일) ¶

참여자 : 권영기, 김윤환, 안혁준

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1.3.1. 공부 내용 ¶

half-adder, full-adder, 16bit-adder, incremental adder, ALU에 대해서 공부하고 구현하였습니다.

Half-Adder


CHIP HalfAdder {
    IN a, b;    // 1-bit inputs
    OUT sum,    // Right bit of a + b 
        carry;  // Left bit of a + b

    PARTS:
	And(a = a, b = b, out = carry);
	Xor(a = a, b = b, out = sum);	
    
}

Full-Adder


CHIP FullAdder{
    IN a, b, c;  // 1-bit inputs
    OUT sum,     // Right bit of a + b + c
        carry;   // Left bit of a + b + c
    PARTS:
    // Put you code here:
	Xor(a=a, b=b, out=s1);
	And(a=a, b=b, out=c1);
	Xor(a=s1, b=c, out=sum);
	And(a=s1, b=c, out=c2);
	Or(a=c1, b=c2, out=carry);
}

16bit Adder

CHIP Add16 {
    IN a[16], b[16];
    OUT out[16];
	
	PARTS:
	FullAdder(a = a[0], b = b[0], c = false, sum = out[0], carry = c1);
	FullAdder(a = a[1], b = b[1], c = c1, sum = out[1], carry = c2);
	FullAdder(a = a[2], b = b[2], c = c2, sum = out[2], carry = c3);
	FullAdder(a = a[3], b = b[3], c = c3, sum = out[3], carry = c4);
	FullAdder(a = a[4], b = b[4], c = c4, sum = out[4], carry = c5);
	FullAdder(a = a[5], b = b[5], c = c5, sum = out[5], carry = c6);
	FullAdder(a = a[6], b = b[6], c = c6, sum = out[6], carry = c7);
	FullAdder(a = a[7], b = b[7], c = c7, sum = out[7], carry = c8);
	FullAdder(a = a[8], b = b[8], c = c8, sum = out[8], carry = c9);
	FullAdder(a = a[9], b = b[9], c = c9, sum = out[9], carry = c10);
	FullAdder(a = a[10], b = b[10], c = c10, sum = out[10], carry = c11);
	FullAdder(a = a[11], b = b[11], c = c11, sum = out[11], carry = c12);
	FullAdder(a = a[12], b = b[12], c = c12, sum = out[12], carry = c13);
	FullAdder(a = a[13], b = b[13], c = c13, sum = out[13], carry = c14);
	FullAdder(a = a[14], b = b[14], c = c14, sum = out[14], carry = c15);
	FullAdder(a = a[15], b = b[15], c = c15, sum = out[15], carry = c16);


}

Incremental



CHIP Inc16 {
    IN a[16];
    OUT out[16];

    PARTS:
	
	FullAdder(a = a[0], b = false, c = true, sum = out[0], carry = c1);
	FullAdder(a = a[1], b = false, c = c1, sum = out[1], carry = c2);
	FullAdder(a = a[2], b = false, c = c2, sum = out[2], carry = c3);
	FullAdder(a = a[3], b = false, c = c3, sum = out[3], carry = c4);
	FullAdder(a = a[4], b = false, c = c4, sum = out[4], carry = c5);
	FullAdder(a = a[5], b = false, c = c5, sum = out[5], carry = c6);
	FullAdder(a = a[6], b = false, c = c6, sum = out[6], carry = c7);
	FullAdder(a = a[7], b = false, c = c7, sum = out[7], carry = c8);
	FullAdder(a = a[8], b = false, c = c8, sum = out[8], carry = c9);
	FullAdder(a = a[9], b = false, c = c9, sum = out[9], carry = c10);
	FullAdder(a = a[10], b = false, c = c10, sum = out[10], carry = c11);
	FullAdder(a = a[11], b = false, c = c11, sum = out[11], carry = c12);
	FullAdder(a = a[12], b = false, c = c12, sum = out[12], carry = c13);
	FullAdder(a = a[13], b = false, c = c13, sum = out[13], carry = c14);
	FullAdder(a = a[14], b = false, c = c14, sum = out[14], carry = c15);
	FullAdder(a = a[15], b = false, c = c15, sum = out[15], carry = c16);
}

[edit]

1.3.2. 다음 시간까지 공부해올 것 ¶

chapter 3 공부해오기.

[edit]

1.3.3. 후기 ¶

이제 곧 CPU가 만들어지는건가여.. ㅋㅋ -김태진
ALU는 최곱니다. 이 말밖에 (이번 스터디를) 대체할 말이 없군요. - 김윤환
스터디에 필요한 책 구입해서 비치해두었습니다. - 김민재

[edit]

1.4. 11/3(일요일) ¶

참여자 : 권영기, 김윤환

[edit]

1.4.1. 공부 내용 ¶

Chapter 4
Hack Machine language를 사용해서 프로그램을 작성해 봄.
D - data, A - address, M - memory
e.g. A - 32일경우, M은 M32임. M을 사용할 때, A의 값은 memory의 address
2개의 Instruction을 지원한다. 각 Instruction은 2Byte이다.
A-Instruction : @value // Where value is either a non-negative decimal number or a symbol referring to such number.
Binary : 0vvv vvvv vvvv vvvv
C-Instruction : dest=comp;jump // Either the dest or jump fields may be empty.

// If dest is empty, the "=" is omitted;
// if jump is empty, the ";" is omitted;

{ comp }{dest }{jump}

Binary : 111a c1c2c3c4 c5c6d1d2 d3j1j2j3

A-instruction 을 사용하면, value는 A에 들어간다.
A의 값이 M이 사용될 때는, 주소의 역할을 하고, D와 같이 사용할 때는 값 그 자체로 작용함.

Chapter4 책 내용

PPT 내용

[edit]

1.4.2. 실습 과제 ¶

실습 과제

1 ~ 100까지 더하기 (권영기)

 0	@100
1	M=1
2	@150
3	M=0
4	@100
5	D=M
6	@100
7	D=D-A
8	@18
9	D;JGT
10	@100
11	D=M
12	@150
13	M=D+M
14	@100
15	M=M+1
16	@4
17	0;JMP
18	@18
19	0;JMP

두 수의 곱 (권영기)

//Memory[10] = A
//Memory[11] = B
//Memory[12] = Dest

0	@20
1	D=A
2	@10
3	M=D
4	@20
5	D=A
6	@11
7	M=D
8	@12
9	M=0
10	@11
11	D=M
12	@22
13	D;JEQ
14	@10
15	D=M
16	@12
17	M=D+M
18	@11
19	M=M-1
20	@10
21	0;JMP
22	@22
23	0;JMP

두 수의 곱 (김윤환)

[PNG image (303.11 KB)]

I/O Handling, (권영기)(BLACK을 입력하면 네모가 화면에 나오고, WHITE를 입력하면 화면의 네모를 지움)


0	@24576
1	D=M
2	@0
3	D;JEQ
4	@66
5	D=D-A
6	@1000
7	D;JEQ
8	@24576
9	D=M
10	@87
11	D=D-A
12	@2000
13	D;JEQ
14	@0
15	0;JMP

1000	@24576
1001	D=M
1002	@1000
1003	D;JEQ
1004	@76
1005	D=D-A
1006	@0
1007	D;JNE
1008	@24576
1009	D=M
1010	@1008
1011	D;JEQ
1012	@65
1013	D=D-A
1014	@0
1015	D;JNE
1016	@24576
1017	D=M
1018	@1016
1019	D;JEQ
1020	@67
1021	D=D-A
1022	@0
1023	D;JNE
1024	@24576
1025	D=M
1026	@1024
1027	D;JEQ
1028	@75
1029	D=D-A
1030	@0
1031	D;JNE
1032	@24555
1033	M=-1
1034	@0
1035	0;JMP

2000	@24576
2001	D=M
2002	@2000
2003	D;JEQ
2004	@72
2005	D=D-A
2006	@0
2007	D;JNE
2008	@24576
2009	D=M
2010	@2008
2011	D;JEQ
2012	@73
2013	D=D-A
2014	@0
2015	D;JNE
2016	@24576
2017	D=M
2018	@2016
2019	D;JEQ
2020	@84
2021	D=D-A
2022	@0
2023	D;JNE
2024	@24576
2025	D=M
2026	@2024
2027	D;JEQ
2028	@69
2029	D=D-A
2030	@0
2031	D;JNE
2032	@24555
2033	M=0
2034	@0
2035	0;JMP

I/O Handling, (김윤환)(BLACK을 입력하면 네모가 화면에 나오고, WHITE를 입력하면 화면의 네모를 지움)

[PNG image (300.59 KB)]

[edit]

1.4.3. 후기 ¶

MIPS 코딩하는 것을 생각하고 과제를 진행했는데, 현실은 MIPS 보다 더 하드코어했네요. Symbol도 사용안하고(사실 Cpu emulator만 사용해서 생긴 문제일 수도 있지만), 레지스터도 2~3개 밖에 사용하지 못하는 상황에서 작성하려고 하니 참 막막했습니다. I/O Handling 같은 경우 키보드 입력을 해결하려고 나름 생각을 해서 작성을 했는데, 결과물이 영 마음에 들지 않는군요. 아무튼 이번 시간에 느낀 것은 "High-Level Language가 왜 필요한가?" 가 되겠습니다. 사실 이 느낌은 어셈블리 시간에도, 컴퓨터 구조 시간에도 느꼈지만 말이죠. 이제 1/3정도를 진행했고, 계획대로라면 12월이 되기 전까지 1/2는 진행할 수 있을 것 같아서 기분이 좋네요. 무사히 진행해서 끝을 봤으면 하는 생각입니다. - 권영기

[edit]

1.4.4. 다음에 해야할 일 ¶

Chapter 5를 읽어옵시다.

[edit]

1.5. 11/17(일요일) ¶

참여자 : 권영기, 김윤환, 안혁준

[edit]

1.5.1. 공부 내용 ¶

Von Neumann machine (circa 1940)

Memory (data + instruction) + CPU(ALU + Registers + Control) + Input device & Output device

지금까지 기본적인 논리 게이트를 (Nand만 사용해서) 구현하고, Combinational Chip 과 Sequential Chip까지 전부 구현했다. 지금까지 구현한 것을 모두 합치면 Computer Architecture가 만들어진다.

The Hack Computer

A 16-bit Von Neumann platform
The instruction memory and the data memory are physically separate
Screen: 512 rows by 256 columns, black and white
Keyboard: standard

Instruction memory(ROM)

ROM에는 미리 넣어 놓은 프로그램이 있음.
ROM에서는 항상 16bit의 명령어가 나옴.

instruction = ROM32Kaddress

Memory(RAM)
Data memory

읽기
k = address
out = RAMk

쓰기

k = address
x = in
load = 1
RAMk = x

Screen(memory map)

Screen을 위한 RAM 어딘가를 할당해놓음. 이 공간은 Screen을 위한 공간. CPU는 그 공간을 읽거나 써서 Screen 출력

Keyboard(memory map)
Keyboard를 위한 RAM 어딘가를 할당해놓음. 이 공간은 Keyboard를 위한 공간. CPU는 그 공간을 읽어서 어떤 key가 들어왔는지 확인.

CPU

Computer (위의 모든 logic을 다 가지고 있음)

자세한 설명은 architecture 에 나와있다.

2013년활동지도

스터디/Nand 2 Tetris

Contents

1. Nand2Tetris ¶

1.1. 9/26(목요일) ¶

1.2. 9/29(일요일) ¶

1.2.1. 공부한 내용 ¶

1.2.2. 다음 시간까지 해야할 일 ¶

1.2.3. 후기 ¶

1.3. 10/6(일요일) ¶

1.3.1. 공부 내용 ¶

1.3.2. 다음 시간까지 공부해올 것 ¶

1.3.3. 후기 ¶

1.4. 11/3(일요일) ¶

1.4.1. 공부 내용 ¶

1.4.2. 실습 과제 ¶

1.4.3. 후기 ¶

1.4.4. 다음에 해야할 일 ¶

1.5. 11/17(일요일) ¶

1.5.1. 공부 내용 ¶