021: 「命令表はコードでもある」の解答

問題 / ヒント

難易度: ☆

方針

命令表を1つ定義し、そこから逆引き用の辞書を作ります。 デコードでは、命令を >> 5 で右にずらしてopcodeを取り出します。 operandは下位5ビットなので、& 0b11111 で取り出せます。

実装

INSTRUCTIONS = {
    "Jump": {"opcode": 0b000, "operand": "address"},
    "Add": {"opcode": 0b001, "operand": "address"},
    "Sub": {"opcode": 0b010, "operand": "address"},
    "Load": {"opcode": 0b011, "operand": "address"},
    "Store": {"opcode": 0b100, "operand": "address"},
    "Read": {"opcode": 0b101, "operand": "address"},
    "Write": {"opcode": 0b110, "operand": "address"},
    "Shift": {"opcode": 0b111, "operand": "bits"},
}

OPCODE_TO_NAME = {}
for name, spec in INSTRUCTIONS.items():
    OPCODE_TO_NAME[spec["opcode"]] = name


def decode_instruction(instruction):
    if instruction < 0 or instruction > 255:
        raise ValueError("instruction must be an 8-bit integer")
    opcode = instruction >> 5
    operand = instruction & 0b11111
    return (OPCODE_TO_NAME[opcode], operand)


def encode_instruction(name, operand):
    if operand < 0 or operand > 31:
        raise ValueError("operand must be between 0 and 31")
    opcode = INSTRUCTIONS[name]["opcode"]
    return (opcode << 5) | operand

確認

assert decode_instruction(0b01100111) == ("Load", 7)
assert encode_instruction("Load", 7) == 103
assert bin(encode_instruction("Shift", 1)) == "0b11100001"
assert decode_instruction(0) == ("Jump", 0)

発展

Jump 0 は opcode=000、operand=00000 の命令です。 命令の値としては0なので、メモリを0で初期化すると未使用領域は停止命令になります。