4Bit CPU Simulator

C언어로 작성, 간단한 4비트 프로세스 및 메모리 아키텍처 시뮬레이션.

어셈블리어 해석, 기계어로 번역, 메모리에 로드 후 실행 가능하다.

Fetch-Decode-Execute와 레지스터, 메모리, 처리 장치 간의 상호작용 시뮬레이션 한다.

주요 기능

• 4비트 아키텍처
• 16바이트 메모리
• 레지스터
• 실시간 어셈블러
• 명령어 사이클
• 파일 시스템 연동
• 대화형 시각화

구조

📁 4비트 CPU 에뮬레이터 프로젝트
 │
 ├─📁 CPU 핵심 동작 (Core CPU Cycle)
 │   ├─ fetcher.c      # 메모리에서 명령어를 가져오는 '인출(Fetch)' 단계 구현
 │   ├─ decoder.c      # 인출된 명령어를 해석하는 '해석(Decode)' 단계 구현
 │   └─ executor.c     # 해석된 명령어를 실제로 실행하는 '실행(Execute)' 단계 구현
 │
 ├─📁 CPU 구성 요소 (CPU Components)
 │   ├─ register.c     # R0-R3, PC, SR 등 CPU 레지스터를 정의하고 관리
 │   └─ memory.c       # 16-byte 메모리 공간을 모델링하고, 기계어를 저장
 │
 ├─📁 어셈블러 (Assembler)
 │   ├─ assembler.c    # 사용자가 입력한 어셈블리어를 명령어와 피연산자로 분리(파싱)
 │   └─ (memory.c)     # 분리된 어셈블리어를 기계어 코드로 변환하여 메모리에 적재
 │
 ├─📁 시스템 인터페이스 (System Interface)
 │   ├─ display.c      # ncurses 라이브러리를 사용해 메모리와 레지스터 상태를 시각화
 │   └─ filesystem.c   # 사용자가 작성한 어셈블리 코드를 .asm 파일로 저장하고 불러오는 기능
 │
 └─📁 기타 유틸리티 (Utilities)
     ├─ cpu.c          # CPU 관련 보조 함수
     └─ util.c         # 문자열 처리 등 범용 보조 함수

아키텍처

• CPU: 한 번에 하나의 명령어를 실행하는 4비트 프로세서
• 메모리: 16바이트 크기의 배열. 각 메모리 셀 1바이트 크기. 명령어 또는 데이터 저장 가능
• 레지스터
  • R0, R1, R2, R3: 데이터 조작 위한 4비트 레지스터 4개
  • SR (상태 레지스터): JEQ 연산시에 사용
  • PC (프로그램 카운터): 다음에 실행할 명령어가 저장된 메모리 주소를 가리킴

명령어 형식

M OOO PPPP

• M (1비트): 모드 비트, 피연산자를 어떻게 해석할지 결정
  • 0: 레지스터 모드 (레지스터 끼리 연산)
  • 1: 즉시값 모드 (즉시값 사용)
• OOO (3비트): 명렁어 코드를 나타내는 opcode
• PPPP (4비트): operand

ISA

instruction	bianry	action
MOV	0x0	save to register
LOAD	0x1	load to register from RAM
STR	0x2	store to RAM from register
ADD	0x3	add two register value
SUB	0x4	substract two register value
JMP	0x5	jump to address
JEQ	0x6	jump to address if compare same
HLT	0x7	program exit