Nand2Tetris Study

• From Nand to Tetris
• 밑바닥부터 만드는 컴퓨팅 시스템

개발 환경

• 자바가 필요하다
• Nand2Tetris > Software에서 Download the Nand2tetris Software Suite 를 다운로드한다.
  • tools: 시뮬레이터 등등
  • projects: 각 장을 실습하는데 필요한 파일들

NOTE 참고로 이 저장소에서는 projects 파일 밑에 있는 파일들만 사용하고 툴은 따로 포함하지 않는다.

하드웨어 테스트

Nand2tetirs Software Suite에 포함된 하드웨어 시뮬레이터로 HDL로 작성한 칩을 테스트 할 수 있다.

필요한 소프트웨어

• HardwareSimulator.sh

테스트 방법

1. HardwareSimulator.sh 실행 (자바가 필요함)

2. File > Load Chip 를 선택하고, 로드할 칩의 .hdl 파일을 연다.

   • 참고로 시뮬레이터에서는 .hdl 파일을 편집할 수 없으므로 코드를 작성할 때는 별도의 텍스트 에디터를 사용해야 한다.
   • Visual Studio Code 사용 시, Extension으로 Nand2Tetris(hdl syntax highlighter)를 설치할 수 있다.

3. File > Load Script 를 선택하고, 테스트 스크립트 .tst 파일을 연다.

4. Run > Run 실행

   • 이 때, .hdl 파일과 .cmp 파일이 같은 폴더에 있어야 한다.

   • Comparision ended successfully가 표시되면 칩 테스트에 성공한 것

   • 참고: 맥 터미널에서 .out 파일과 .cmp 파일을 직접 비교하고 싶은 경우, diff 에서 다음 옵션을 사용하라.

     diff --strip-trailing-cr 01/Not.out 01/Not.cmp

1장: 불 논리

목표

이 장에서 소개된 모든 논리 게이트를 구현해 보자.

기본 논리 게이트

• Not
• And
• Or
• Xor
• Mux
• DMux

기본 게이트의 멀티비트 버전

• Not16
• And16
• Or16
• Mux16

기본 게이트의 다입력 버전

• Or8Way
• Mux4Way16
• Mux8Way16
• DMux4Way
• DMux8Way

2장 불 연산

목표

이 장에서 소개된 모든 칩을 구현해 보자. 앞 장에서 설명했거나 만들어 보았던 칩들만 사용하자.

칩 목록

• 반가산기: HalfAdder
• 전가산기: FullAdder
• 가산기: Add16
• 증분기: Inc16
• 산술 논리 연산 장치: ALU

3장 순차 논리

목표

이 장에서 설명한 칩들을 모두 만들어보자. 구성 블록으로 사용할 수 있는 것은 기초 DFF 게이트와, 그 칩에서 파생된 칩들, 그리고 앞 장에서 나온 칩들 뿐이다.

칩 목록

• 1비트 레지스터: Bit
• 레지스터: Register
• 8-레지스터 메모리: RAM8
• n-레지스터 메모리: RAM64, RAM512, RAM4K, RAM16K
• 계수기: PC

4장 기계어

4장에서는 아래 두 가지 툴을 사용한다.

• Assembler.sh: Hack 어셈블리 프로그램을 2진 코드로 번역하는 어셈블러
• CPUEmulator.sh: Hack 플랫폼 상에서 2진 프로그램을 구동하는 CPU 에뮬레이터

과제

• 곱셈 프로그램(Mult.asm)
• I/O 조작 프로그램(Fill.asm)

5장 컴퓨터 아키텍쳐

프로젝트 목표: 최종 컴퓨터 칩을 만들어서 핵 컴퓨터 플랫폼을 완성한다.

과제

이 프로젝트에서 만들 컴퓨터 플랫폼은 4장의 핵 기계어로 작성된 프로그램을 실행할 수 있어야 한다. 여기에 나온 세 가지 프로그램을 컴퓨터 칩에서 활용해보자.

다음과 같은 순서로 컴퓨터를 구성한다.

• 메모리 (Memory.hdl)
  • RAM16K (내장칩 사용)
  • 스크린 (내장칩 사용)
  • 키보드 (내장칩 사용)
• CPU (CPU.hdl)
  • ALU와 레지스터를 이용하여 구현
• 컴퓨터 칩 (Computer.hdl)
  • 앞에서 만든 메모리, CPU, 명령어 메모리(내장 ROM32K칩을 사용)으로 구성

6장 어셈블러

목표

핵 어셈블리 언어로 작성된 프로그램을 핵 하드웨어 플랫폼이 이해 가능한 2진 코드로 번역하는 어셈블러를 개발한다. 이 어셈블러는 6.2절에서 제시한 명세서대로 구현되어야 한다.

프로젝트

... 이 프로젝트는 6장 이후로 나오는 7개의 소프트웨어 개발 프로젝트 중 첫번째다. 하드웨어 프로젝트 때는 구현을 HDL로 했지만, 번역기(어셈블러, 가상머신, 컴파일러) 소프트웨어 프로젝트들은 다른 프로그래밍 언어를 이용해서 구현해도 된다.

그래서 이참에 한번 써보았다... Rust

어셈블러는 별도 저장소에서 개발하고, 이 저장소에 서브모듈로 추가했다.

초기 설정

• Rust 설치
• Git Submodule 설정
  • 초기 설정

  $ git submodule update --init

  • 업데이트

  $ git submodule update --remote

테스트

테스트는 사이트에서 제공되는 입출력 파일(.asm, .hack)과 자체 구현한 핵 어셈블러의 결과가 동일한지 비교한다.

6장 프로젝트 디렉토리에는 이 작업을 편리하게 해주는 테스트 스크립트를 포함하고 있다.

06
├── test_all.bash
├── test_pong_with_no_symbols.bash
├── test_pong_with_symbols.bash
├── test_programs_with_no_symbols.bash
└── test_programs_with_symbols.bash

테스트 모두 실행하기

> cd 06
> ./test_all.sh

7장 가상 머신 I: 스택 산술

목표 VM 번역기의 첫번째 부분을 먼저 만든다(두 번째 부분은 프로젝트 8에서 구현한다). 여기서는 스택 산술 명령과 메모리 접근 명령 구현에 초점을 맞춘다.

과제 "VM 명세, 1부"(7.2절)과 "핵 플랫폼에서 표준 VM 매핑,1부"(7.3.1절)에 따라 VM-to-Hack 번역기를 작성하라.

테스트 프로그램

• 1단계: 스택 산술
  • SimpleAdd
  • StackTest
• 2단계: 메모리 접근
  • BasicTest
  • PointerTest
  • StaticTest

History

• 2019년 11월 2일: 6장 과제 완료
• 2019년 9월 3일: 5장 과제 완료
• 2019년 7월 24일: 4장 과제 완료
• 2019년 6월 25일: 3장 과제 완료
• 2019년 6월 3일: 2장 과제 완료
• 2019년 5월 24일: 1장 과제 완료
• 2019년 5월 14일: Nand2TetrisStudy 저장소 생성
• 2019년 5월 7일: TSG 멤버들과 스터디 시작
• 2019년 4월 14일: 밑바닥부터 만드는 컴퓨팅 시스템 책 구입