004. Инициализация CPU

Создать базовое состояние CPU и вспомогательные функции выборки.

Урок 4 из 356 · tests/chapter_01_cpu/test_004_cpu_init.py

Файл для обновления

emulator/cpu/cpu.py

Расположение

class CPU

Ссылка

https://www.nesdev.org/wiki/CPU_registers

Почему этот шаг существует

Прежде чем CPU сможет выбирать или выполнять инструкции, ему нужны явные регистры и зависимость от шины. Выборка продвигает счётчик команд, поскольку байты инструкции считываются последовательно.

Полная эталонная реализация

from dataclasses import dataclass

from emulator.bus.cpu_bus import CpuBus


@dataclass
class CPU:
    bus: CpuBus
    a: int = 0
    x: int = 0
    y: int = 0
    pc: int = 0
    s: int = 0
    p: int = 0

    def fetch_byte(self) -> int:
        value = self.bus.read(self.pc)
        self.pc += 1
        return value

    def fetch_word(self) -> int:
        low = self.fetch_byte()
        high = self.fetch_byte()
        return low | (high << 8)

Важные инварианты

CPU сохраняет именно тот объект шины, что передал вызывающий код
fetch_byte продвигает PC на единицу
fetch_word сначала считывает младший байт и продвигает PC на два

Распространённое заблуждение

Хранение little-endian меняет порядок байтов в памяти, а не числовой результат. Байты $34, затем $12 дают целое число $1234.

Вне рамок

поведение вектора сброса
декодирование опкодов
точные аппаратные значения регистров при включении питания

Запустить этот урок

uv run pytest tests/chapter_01_cpu/test_004_cpu_init.py -v

from dataclasses import dataclass from emulator.bus.cpu_bus import CpuBus @dataclass class CPU: bus: CpuBus a: int = 0 x: int = 0 y: int = 0 pc: int = 0 s: int = 0 p: int = 0 def fetch_byte(self) -> int: value = self.bus.read(self.pc) self.pc += 1 return value def fetch_word(self) -> int: low = self.fetch_byte() high = self.fetch_byte() return low | (high << 8)

import pytest from emulator.bus.cpu_bus import CpuBus from emulator.cpu.cpu import CPU @pytest.fixture(scope="session") def cpu(): bus = CpuBus() default_cpu = CPU(bus) return default_cpu def test_cpu_can_be_created(): bus = CpuBus() cpu = CPU(bus) assert cpu.bus is bus def test_cpu_has_registers(cpu): assert hasattr(cpu, "a") # Accumulator register assert hasattr(cpu, "x") # Index register X assert hasattr(cpu, "y") # Index register Y assert hasattr(cpu, "pc") # program counter assert hasattr(cpu, "s") # stack register assert hasattr(cpu, "p") # status register (Flags) def test_cpu_registers_are_initialized_to_0(cpu): """ Initial register values set to 0 Later on future tests we will implement cpu.reset() that put the starting values """ assert (cpu.a, cpu.x, cpu.y, cpu.pc, cpu.s, cpu.p) == (0, 0, 0, 0, 0, 0) def test_cpu_fetch_byte(cpu): cpu.pc = 0 # Temporal PC value for testing """Get current value from register PC and then pc+=1""" cpu.bus.write(0x0000, 0x42) value = cpu.fetch_byte() assert value == 0x42 assert cpu.pc == 1 def test_cpu_fetch_word(cpu): cpu.pc = 0 # Temporal PC value for testing cpu.bus.write(0x0000, 0x34) cpu.bus.write(0x0001, 0x12) # Write 0x34 , 0x12 (Little endian 0x1234) assert cpu.fetch_word() == 0x1234