スタックマシン
スタックマシンとはデータをスタックと呼ばれるデータ構造を用いた計算機である。スタックと呼ばれるLastInFirstOutのデータ構造Push（データの挿入）、Pop（データの取り出し）、演算、という3種類の操作を行うことで計算を行う。このあたりに関しては詳しく解説しているサイトを見てほしい。
多くのインタプリタ型言語の処理系で用いられる中間言語はスタックマシンであることが多い、しかし現在流通しているCPUのほとんどはレジスタと呼ばれるCPU内部の商用呂のランダムアクセスメモリを用いたものである。そこでverilogを用いてスタックマシンを作成してみようという考えに至った。HDLを用いたFPGA上で動作するスタックマシンは別に珍しいものではなく前例も多く存在するが、今回の目的はエクササイズであり、作成するスタックマシンは実用性では無く、なるべくシンプルな命令体系にすることに重点を置く。
今回作成するCPU
今回作成するCPUは命令長と扱える数値の大きさから、16bitCPUとした。命令も16bit、扱える数も16bitである。マルチサイクルプロセッサで、１命令の実行に４クロックの時間を要する。
命令体系
純粋なスタックマシンは基本的にPush,Pop、演算という操作で計算を行うが、それだけではプログラムの制御ができないので、制御命令も必要となる、次の表に示すのが今回設計するCPUの命令セットである。
| 命令 | バイナリ | 機能 |
| ADD | 0b00000100_00000000 | スタックから2つPopし加算結果をPushする |
| SUB | 0b00001000_00000000 | スタックから2つPopし減算結果をPushする |
| MUL | 0b00001100_00000000 | スタックから2つPopし乗算結果をPushする |
| DIV | 0b00010000_00000000 | スタックから2つPopし除算結果をPushする |
| PUSH | 0b100001XX_XXXXXXXX | XXで指定したアドレスの値をPushする |
| POP | 0b100010XX_XXXXXXXX | スタックから1つPopしXXで指定したアドレスに格納する |
| JMP | 0b100011XX_XXXXXXXX | XXで指定したアドレスにプログラムカウンタを飛ばす |
| IZ | 0b000100XX_XXXXXXXX | スタックのトップが0ならXXで指定したアドレスにプログラムカウンタを飛ばす |
| INZ | 0b000100XX_XXXXXXXX | スタックのトップが0でないならXXで指定したアドレスプログラムカウンタを飛ばす |
命令は16ビットから１０ビットまでにかけての命令を示すコードと、10ビット目から１ビット目にかけてのアドレスを示すフィールドで構成する。命令のフィールド先頭の16ビット目が命令のタイプを示しており、このビットが1だとPUSHなどのデータ制御命令とJMPなどのプログラム制御命令である。０だと演算命令である。
次回以降は今回設計した命令セットをVerilogで実装してゆく
