16구현 문제

clear와 enable이 있는 카운터

1. 목표와 계약

mkClearEnableCounter는 4비트 상태 q를 유지하고 value로 반환합니다. 호출자는 Action method step(clear, enable)을 한 사이클에 최대 한 번 호출합니다. 두 인자가 다음 사이클의 value를 결정합니다.

`clear`	`enable`	다음 `value`
`True`	무관	0
`False`	`True`	`q + 1`, 15 다음은 0
`False`	`False`	`q` 유지

step이 호출되지 않은 사이클에서도 q는 유지됩니다. mkReg(0)은 모듈 리셋 값입니다. 리셋은 실행 환경이 시작할 때 한 번 적용합니다. clear는 호출자가 언제든 올릴 수 있는 기능 입력이며, 리셋 없이도 동작해야 합니다.

앞의 rule 하나로 세기 문제의 카운터는 스스로 세고 5에서 멈춥니다. 이 문제의 카운터는 계약이 다릅니다. enable이 지시할 때만 세고, 스스로 멈추지 않으며, 15 다음에 0이 됩니다.

수정 범위는 mkClearEnableCounter 안의 TODO 두 곳입니다. 인터페이스, 레지스터 선언, mkTop은 그대로 두세요.

2. starter 읽기와 예측

mkTop은 열 사이클 동안 매 사이클 value를 출력한 뒤 step을 한 번 호출합니다. drive rule의 clear와 enable 식을 읽고, 실행하기 전에 출력될 열 개 값을 표로 적어 보세요. starter의 value는 ?를 반환하고 step은 q에 아무것도 기록하지 않습니다. 모든 줄에 같은 임의 숫자가 출력될 것이라고 예측한 뒤 한 번 실행해 확인하세요.

3. 구현과 실행 결과 해석

value는 레지스터를 반환합니다. step은 레지스터에 최대 한 번 기록합니다. clear를 먼저 판정하고, 그다음 enable을 판정하고, 남은 경우에는 기록하지 않습니다. <=는 기록을 예약하므로 현재 사이클에는 이전 상태가 출력되고 다음 사이클에 새 상태가 보입니다. 수정한 설계를 실행하면 clear가 올라간 다음 사이클에 0이 보여야 합니다. enable이 켜진 사이클마다 1씩 증가하고, 두 인자가 모두 꺼진 구간에서는 값이 유지되어야 합니다.

4. 완료 조건

리셋 직후 value는 0입니다.
step(True, _)은 enable과 현재 상태에 관계없이 다음 value를 0으로 만듭니다. 세는 도중에도 같습니다.
step(False, True)는 정확히 1씩 증가시키고, 15 다음에는 0입니다.
step(False, False)와 호출이 없는 사이클은 value를 바꾸지 않습니다.
clear 뒤에는 0부터 다시 셉니다.
인터페이스와 Bit#(4) 폭은 그대로입니다.

5. 단계형 힌트

힌트 1

표의 세 행 가운데 두 행은 레지스터에 기록하고 한 행은 기록하지 않습니다. Action method 안의 if는 나머지 분기를 비워 둘 수 있습니다. 기록이 없으면 레지스터는 값을 유지합니다.

힌트 2

clear를 enable보다 먼저 검사하도록 조건 순서를 정하세요. enable을 먼저 검사하면 같은 사이클에 들어온 clear가 무시됩니다.

힌트 3

4비트 산술은 이미 순환합니다. 4'd15에 1을 더하면 4'd0입니다. 15와 비교하는 조건은 필요하지 않으며, 그 조건이 세기를 멈추면 계약을 위반합니다.

6. 추가 실험

q와 value의 폭을 함께 Bit#(3)으로 바꾸고 공개 실행으로 clear 우선순위와 값 유지를 다시 확인해 보세요. 공개 실행은 값이 7에 도달하기 전에 초기화하므로 순환은 보여 주지 않습니다. 임시 코드에서 상태 0부터 step(False, True)를 여덟 번 연속 호출하고, 각 호출 뒤의 상태를 예측해 보세요. step을 고치지 않아도 15가 아니라 7 다음에 0으로 순환해야 합니다. 제출하기 전에 Bit#(4)로 복원하세요.