大人の科学の４ビットマイコン。 これで2500円というのは安い。

本物の４ビットマイコンというのではなく、 組み込みCPUでのシミュレータなんだけど、 アドレス表示の２進LEDとデータ(メモリ)表示の７セグLEDで 十分４ビットマイコンになっている。

当然、命令コードは読みやすい……はずがない… だけど、ステップ実行だったり、音発生だったりと、実験のネタにする機能が十分備わっている。

メモリ・レジスタ

プログラム	00-4F
データ	50-5F
レジスタ	A,B,Y,Z,A',B',Y',Z'

命令コード

基本命令
Opコード	ニーモニック	内容	Flag
0	KA	K→Ar	キー入力有無
1	AO	Ar→Op	1
2	CH	Ar⇔Br , Yr⇔Zr	1
3	CY	Ar⇔Yr	1
4	AM	Ar→(Yr)	1
5	MA	(Yr)→Ar	1
6	M+	Ar+(Yr)→Ar	桁上がり
7	M-	Ar-(Yr)→Ar	マイナス
8	TIA □	□→Ar	1
9	AIA □	Ar+□→Ar	桁上がり
A	TIY □	□→Yr	1
B	AIY □	Yr+□→Yr	桁上がり
C	CIA □	Ar≠□→Flag	不一致
D	CIY □	Yr≠□→Flag	不一致
E	(CAL)	(別表参照)	(-)
F	JUMP □□	if(Flag)goto□□	1
CAL命令
Opコード	ニーモニック	内容(CAL命令はFlag=1の時だけ実行)	Flag
E0	CAL RSTO	0→数字LED	1
E1	CAL SETR	1→2進LED[Y]	1
E2	CAL RSTR	0→2進LED[Y]	1
E3
E4	CAL CMPL	NOT(Ar)→Ar	1
E5	CAL CHNG	A,B,Y,Z⇔A',B',Y',Z'	1
E6	CAL SIFT	Ar%2→Flag,Ar/2→Ar	Ar[0]
E7	CAL ENDS	エンド音	1
E8	CAL ERRS	エラー音	1
E9	CAL SHTS	ショート音	1
EA	CAL LONS	ロング音	1
EB	CAL SUND	Arの音階の音	1
EC	CAL TIMR	(Ar+1)×0.1sec待ち	1
ED	CAL DSPR	(E)→2進LED[0:3],(F)→2進LED[4:6]	1
EE	CAL DEM-	DEC((Y)-Ar)→(Y),Y–	1
EF	CAL DEM+	DEC((Y)+Ar)→(Y),Y–	1

• GMC-4専用アセンブラ

学研FX-マイコン

記事を読むと、元々は、学研の電子ブロックのFX-マイコン(R-165)として 販売されていたものがベースらしい。 A,B,Y,Zと補助レジスタA',B',Y',Z'という考え方は、まるでZ80。 ニーモニックは、学研の子供向けというのもあるのか、違和感を感じる。 どちらにしろ、この価格は素晴らしい！

• FX-マイコンシミュレータ

創造工学演習にて、実際にプログラムを動かし始めるチームがではじめ、 その動作確認をするための環境のお手伝い。

Bluetooth経由でLEGO操作のチームでは、ひとまずシリアル通信の実験をしてもらうために、 シリアル信号をオシロスコープでみせたり、 端末ソフトと他のパソコンとつないで実験するためのクロスケーブルを渡したり。

赤外線リモコン制御に関係するチームには、ひとまず実証対象として、 部屋にあったSONYのTVを動かしてもらうために、 手元資料の赤外線波形とリモコンコードの表を渡して解説。 理解を深めてもらうために、赤外線リモコンのデコーダICの結果を、 オシロスコープにつないで波形観察。

相変わらず、説明ネタの幅が広くて疲れる授業時間でした…

前期中間以降は、ファイルの入出力の講義が中心になるけど、 最も共通の知識として「OS寄り」な部分を説明となるので、 OSの歴史として説明を行う。

古くはOSを起動するときのモニタであり、 次の8bitパソコンの時代では、 BASICがOSの役割を担っていたことを説明。 その後、16bit CPUの出現で Intel 8086 がIBM-PCの OSとしてMS-DOSを紹介。 その後、Apple社のMacintoshのGUIに触発されて、 Windowsが開発された点を説明。 しかしながら、この時代までは、「シングルタスク・シングルユーザ」のOSであった。

この後、Windows/95 あたりでインターネットの普及が起こるが、 このあたりから32bit CPUの普及がはじまる。 32bitCPUでは、メモリ保護機能が実装され、「マルチユーザ･マルチタスク」のOSが 普及していく。　IBMのOS/2に始まり、Windows NT,2000と開発されていく。

これと並行して、汎用機の世界では、マルチタスク･マルチユーザの取り扱いでは、 Multics というOSが作られるが、ミニコンで使うために規模を縮小した unix が開発される。 unix は、研究機関のBSD系,企業でのSystemV系と分かれて開発がすすむが、 その中で、教育用のMINIXに触発され、Linux が開発され、オープンソースの流れのなか、 サーバ分野で普及していく…

この話の中で、「ハッカー」とは「コンピュータの世界で崇拝される専門家」であり、 「コンピュータの犯罪者」は「クラッカー」だよ…といった説明も行う。

mallocの課題で、独学でリスト構造を勉強している人が、すでにリスト構造で 課題を提出してきたひともいたりするんだが….

前回の講義に引き続き、必要に応じてメモリを確保するリスト構造について 説明を行う。list要素の全印刷の説明のあと、簡単なサンプルプログラムを 黒板で書いてもらう。int sum(List*); int max(List*); int find(List*,int); などの プログラムを出題するが、次に説明する予定の再帰によってプログラムを 書く人もいて、授業に熱心な人が増えている結果だと思える。

ループによるsum,max,findの後、再帰によって処理の例を示す。 再帰によるプログラミングは、単純リスト構造ではあまり必要ではないが、 再帰関数の処理速度のオーダなどの説明でも、再帰に慣れてほしいし、 後で出てくる2分木構造での導入にもなるので、解説を行った。

データ構造の宣言の説明では、古い教科書でtypedefを使った宣言の例も多いので、 typedefによるList宣言や、C++での構造体タグ名が型名として使えることを説明する。

仮想関数と派生を理解した後の、グラフィックスの演習で、 図形クラスより、より具体的な四角クラス・丸クラスを作り、 この処理に色を使うクラスを追加するのが演習の目標。 これにより、色の取り扱いを、様々なクラス階層で作れることを考えてもらいたい。

しかし、C++初体験組が多いし、上位クラスのメソッドを呼び出すために、 クラス指定子「クラス::メソッド()」なんかの説明も足りないので、 ヒントをWebに掲載する。

単純に基底クラスが色を持つ

色を追加する際に、サンプルで示した処理の中に色を埋め込ませる事例。 色の取り扱いのために追加した部分が、元プログラムの中に色々と組み込まれる。

// 基底クラスが色の情報を持つ
//      Figure(color)
//        ↓派生
//      FigureBox(width,height)
class Figure {
private:
int color ;  // 色を追加(元サンプルでは、何も無かったけど)
public:
Figure( int col )  // 色付き基底クラスのコンストラクタ
: color( col ) {}
virtual void draw( int , int ) {
// 描画の前に色を設定
GWsetpen( color , 1 , 1 , -1 ) ; // 色以外は基本設定
}
} ;
class FigureBox : public Figure { // 派生クラスで色の処理を追加
private:
int width , height ;
public:
FigureBox( int col , int w , int h )
: Figure( col ) ,  // 色付き基底クラスを初期化
width( w ) ,
height( h ) {}
virtual void draw( int x , int y ) {
Figure::draw( x , y ) ; // 基底クラスで色を設定
// ここに四角を描く処理
}
} ;
int main() {
FigureBox cbox( 13 , 100 , 100 ) ; // 赤い100x100のBox
cbox.draw( 10 , 10 ) ; // (10,10)にBoxを描く
:
}

既存クラスを流用し色の扱いを追加

元のプログラムを触らず、追加した色のクラスをさらに派生させる考え方。

// 色を持った派生クラスを作る
//      Figure(無し) 純粋基底クラス
//        ↓派生
//      FigureBox(width,height)
//        ↓派生
//      FigureBoxColor(color)
class FigureBoxColor : public FigureBox { // FigureBoxに色を追加
private:
int color ;
public:
FigureBoxColor( int x , int y , int col )
: FigureBox( x , y ) , // 基本となるクラスを初期化
color( col ) {}  // 追加された色を初期化
virtual void draw( int x , int y ) {
GWsetpen( color , 1 , 1 , -1 ) ;  // 描画の前に色を設定
FigureBox::draw( x , y ) ;
}
} ;
int main() {
FigureBoxColor cbox( 100 , 100 , 13 ) ;
cbox.draw( 10 , 10 ) ;
:
}

既存クラスを流用し多重継承を使ってみる

元のプログラムを触らず、追加した色のクラスも多重継承を用いる考え方。 Javaならば、インタフェース機能などを使わないとダメなケース。

ただし、FigureBoxColorと、FigureBoxCircleを派生させたあとで、 「指定した色で四角の中に丸が描かれるような1図形」などといった 要求がでてきたら、ダイヤモンド型の派生となる。 こういう場合がどういったデータ構造になるのかが、注目すべき事例。

// 多重継承で動かしてみる
//      Figure(無し)
//       派生↓
//      FigureBox   Color(color)
//          派生＼  ／派生
//         FigureBoxColor
class Color {
private:
int color ;
public:
Color( int col )  // 色を初期化
: color( col ) {}
void setcolor() { // 描画前に色を設定するメソッド
GWsetpen( color , 1 , 1 , -1 ) ;
}
} ;
class FigureBoxColor : public FigureBox , public Color {
public:
FigureBoxColor( int w , int h , int col )
: FigureBox( w , h ) , // 基底クラスの初期化
Color( col ) {}  // 色クラスを初期化
virtual void draw( int x , int y ) {
色を設定する処理を呼び出す。
FigureBoxのdrawを呼び出す。
}
} ;