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計算機の基本原理を味わおう2 - メモ用紙代わりにメモリ

 この記事は、計算機の基本原理を味わおう1 - 最小計算機ミニビットマシンの仕様 の続きです。前回は最小計算機の仕様を定義しました。今回は、メモリの実装を行います。
 計算する人にはメモ用紙が必要です。計算機理論では、メモ用紙の代わりに、メモリというものを使用します。先ずは、簡潔な実装を見てみましょう。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

namespace MiniBitMachine.V1
{
    //メモリ( メモ用紙 )。
    public class Memory
    {
        //「1」が保持された場所を記憶。
        List<byte> _oneIndexs;

        //アドレス。
        private byte _address;
        public byte Address
        {
            get { return this._address; }
            private set { this._address = value; }
        }

        //値。
        public bool Value
        {
            get
            {
                var hit =
                    from i in this._oneIndexs
                    where i == this.Address
                    select i;
                bool result =
                    hit.Count( ) != 0 ? true : false;
                return result;
            }
            private set
            {
                if ( value &&
                    !this._oneIndexs.Contains( this.Address ) ) {
                    this._oneIndexs.Add( this.Address );
                } else if ( !value &&
                    this._oneIndexs.Contains( this.Address ) ) {
                    this._oneIndexs.Remove( this.Address );
                }
            }
        }

        //インスタンスを生成する。
        public Memory()
        {
            this._oneIndexs = new List<byte>( );
        }

        //指定したアドレスのデータを読み取る。
        public bool Read( byte address )
        {
            this.Address = address;
            return this.Value;
        }

        //指定したアドレスのデータを書き換える。
        public void Write( byte address, bool value )
        {
            this.Address = address;
            this.Value = value;
        }
    }

    //お試し
    class Sample
    {
        static void Main()
        {
            //1と0を交互に設定しつつ確認
            Memory m = new Memory( );
            byte address = 100;
            m.Write( address, true );
            Console.WriteLine( "{0}にある値は{1}",
                address, m.Read( address ) );
            m.Write( address, false );
            Console.WriteLine( "{0}にある値は{1}",
                address, m.Read( address ) );

            //終了
            Console.ReadLine( );
        }
    }
}

C#プログラミングの経験者は、文法そのものは分かると思います。そこで、意味について解説することにします。
 メモリは、要求された場所にある値(ビットマシンでは1と0)を読み書きします。直実(仕様を直訳して実装する事。実務ではお勧めしません。)すると、255個の領域が必要ですが、非効率的なので普通はそこまで用意しません。初期値は0(false)なので1の場所を覚えておくだけでOKです。計算する人が、メモ用紙にあるメモを見ながら、読み書きしている様子をイメージしてください。そうすれば、よくわかると思います。
 細かいことを言えば、メモリは主記憶記憶装置とも呼ばれます。仕組みは3つの要素からなります。メモリは主記憶制御装置( memory controller )に、読み書きの指示を行い操作します。場所の指定は、メモリ・アドレス・レジスタ( memory address register )に場所の指定値を書き、データはメモリレジスタ( memory aregister )に置かれます。こういった細かいことは、今のところ頭の隅に置いておくだけでよいと思います。続く・・・
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