(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第３５８回］
●完成してしまいましたよ、というメールをいただきました
クロック信号回路についてのメールをお送りいただいたＭＳ様（前回からそのクロック回路についての説明をはじめたところなのですが）。
そのＭＳ様からメールをいただきました。
もう完成してしまったのだそうです。
めちゃめちゃ早いです！
まだ最後のシリアル通信の部分はお送りしていませんけれど、それ以外は全部組立を終わってしまって、動いているのだそうです！
そうですか！
動きましたか！
多分大丈夫とは思っていながら、それでも、ひょっとしたらまた何かミスがあって誤動作したりはしないだろうか、なんてちょいと不安なところもありましたから、いやあ、安心しました。
ＭＳ様。完成おめでとうございます。
そして、ご苦労様でした。
有難うございました。
うう。残りの作業を急がなければいけません。
ほんとにもうあと少し。詰めの作業だけになってきています。
多分、あと、２〜３日だと思いますので、いましばらくお待ちください。
●さて前回の続きです
クロック信号回路についてなのですが、ストレートに説明をするのは、ちょっとむつかしいようです。
以前どこかで書いたように思いますが、回路というものにも、それを考える人の思想なり性格なりがあらわれているように思います。
今回のＭＹＣＰＵ８０の回路についても、大きく言えば、そこには、私の過去の人生なり経験なりがどうしてもでてきてしまう、と思っています。
開発のコンセプトというものも、結局それを作ろうとする開発者の思想というか考えの傾向を無視しては語れないのではないかと、そう思います。
そこで、昔話からはじめます。
もどかしいのは我慢していただいて、しばらくおつきあいを願います。
●創業間も無いころの雑誌広告です
８０年４月号とメモしてありますから、およそ３０年前の広告です。
この２年ほど前から、会社勤めのかたわら、会社には内緒で土曜、日曜、そして夜間のフルタイムで（いつ寝ていたのでしょう）、ＴＫ８０ソフトコンパチブルのオリジナルマイコンボードＮＤ８０を設計、製作して、電源込み価格４３０００円で売り出したのです（通信販売で）。
まだ宅急便も無い時代で、もっぱら送るのは郵便小包でした。
電源つきで、トランスが重かったので、小包料金もけっこう高くなってしまい、書留小包にすると当時でも１０００円ほどは、かかってしまいました。それでも創業当時から送料サービスでした。
ＴＫ８０は電源は別でしたので（その電源がまたベラボーに高かった）、電源込み価格で比較すると、４３０００円というのはＴＫ８０のおよそ半額でした。
ＮＥＣは当然のことながら自社工場で製造しているわけですし、ＣＰＵもＴＴＬも自社生産ですから、普通に考えたら、その半額で販売して利益が出るわけがない（広告代だって零細企業にとっては大きな負担です）。
でも現実にこうやって売り出したのです。
どうやって？
ＴＫ８０と同じ回路、同じ規格で作ったら、そりゃあ完全なコピーボードですけれど、同じ国内で、個人がそれをやって、ＮＥＣより安く売るなんて、そりゃあ無理というもの。それにいくらなんでも回路まで同じってのは、良くないでしょう。
まあ、面倒だったので、説明書はＴＫ８０のマニュアルの一部をてきとうに無断コピーしたものをつけちゃいましたけど。
どうだ、ＴＫ８０のマニュアルの通りに動作するだろう、って意味も含めて（ＮＥＣ様ごめんなさい）。
回路は徹底的に見直して、省けるものはとことん省いて、安いＩＣで代えられると思ったところは徹底して工夫して代えました。
メカニカルキーの代わりに、タッチキーを使いました。これもコストを下げるための工夫でした（とにかくキーも高かった）。
プリントパターンをそのままタッチキーとして利用したため、キーのコストは０円になりました。
このタッチキー回路には沖電気のＣＭＯＳＩＣゲートを使いました。
当時はまだスタンダードのＴＴＬがはばをきかせていたころで、７４ＬＳももちろん使われてはいましたが、スタンダードに比べるとまだまだ高かったという、そういう時代でしたから、まあ、時代の先端をいっていた、のではないでしょうか。
当時はＣＭＯＳは壊れやすいなどということがわりとよく言われていたようで、製品に使うことに躊躇するむきもあったようにも思いますが、私は実際にさわった経験から、言われているほどＣＭＯＳはもろいものではないと思っていましたので、平気でＣＭＯＳも製品に取り入れていました。
ですから、私は、ＣＭＯＳには慣れているのです。
電源も今のように＋５Ｖ単一ではありません。
何しろＣＰＵは８０８０でしたから、＋５Ｖのほかに＋１２Ｖと−５Ｖも必要でした。
それを１つのトランスを使って、ブリッジ整流回路と、７８１２、７８０５、７９０５を使って、オンボードで（！）供給したのです。
その電源も含めて４３０００円ですから、安い！といえるでしょう。
プリント基板も、当然レジストは無し、です。ハンダレベラーのみでした。
スルーホール基板はコスト的に無理だったので、両面基板でしたが、スルーピンという両面結合用のピンを基板に１００本以上、一本ずつ手作業で打ち込んでスルーホール基板と同等の仕様にしました。
そりゃあ、見た目も、回路的にも、ＴＫ８０とは比べものになりません。
でも、いいじゃありませんか。
ちっとばかりみっともなくったって、ちゃんとＴＫ８０と同じように動くんですから。
世の中には、８万円はムリだけど、４万円なら出せるから、みてくれなんか気にしないから、いいよ、買うよ、と言ってくれる人だって、それなりにいるはずなのですから。
最初は内職、アルバイトのつもりではじめたのですけれど、毎月結構注文が来て、とうとう寝る時間が無くなってしまいましたので、ついに会社を辞めてしまいました。脱サラです。
まだ、長男が生まれたばかりで、それなのに、新築のマンションまでローンで買ってしまって、今から思えば、背筋が寒くなるような無鉄砲な船出でした。
（次回に続きます）
☆☆☆とうとう、といいますか、ついに、といいますか、ＭＹＣＰＵ８０をご購入いただいた方で組立作業を完了されてしまった、という方も出てまいりました。説明の方も急がなくてはいけません。今回からはいよいよＴＫ８０回路の説明です☆☆☆
●［１３］ＴＫ８０回路の実装です
［第３１８回］で説明した作業です。
今回はＴＫ８０回路を実装します。
実装する部分は、こちらのシルク図で、濃い青色で着色したところです。
だったのですが、［１０］のＩＮ、ＯＵＴ命令の動作テストにＴＫ８０回路を利用することを考えたために、当初は［１３］で取り付けることになっていたＩＣなどの一部は、すでに［１０］の作業で取り付けてしまいました。
リンク先の着色図も直さなければいけませんが、ちょっといまはそこまで手が回りません。
いずれは直すつもりです。
ここまで、［１３］の作業まででＭＹＣＰＵ８０のハードウェアは完成です。
あとはいよいよＴＫ８０モニタＲＯＭを実装して、ＴＫ８０回路の動作テストを行います。
ＴＫ８０回路の動作テストの説明は、要するに、ＴＫ８０モニタの操作説明、ということになりますから、今までの命令回路の説明を行ってきた、ＭＹＣＰＵ８０操作説明書ではなくて、ＭＹＣＰＵ８０（ＴＫ８０回路）操作説明書を見ていくことになります。
そこでＭＹＣＰＵ８０（ＴＫ８０回路）操作説明書の内容の紹介です。
最初は第１章 基礎知識 です。
十分おわかりの方には無用の項目です。読み飛ばしてください。
ちょっとまだ自信がないなあ、という方は復習のつもりでお読みください。
●ＭＹＣＰＵ８０（ＴＫ８０回路）操作説明書 １章 基礎知識
●１． はじめに
この章では、ＴＫ８０回路を使うために、最低これだけは知っていなければならない基本的な事柄について、簡単に説明します。
マイクロプロセッサやプログラムなどについて、ある程度の知識をお持ちの方は、この章は読みとばしても構いません。
●２． コンピュータの命令
コンピュータはプログラムがなければ動きません。
プログラムは命令を順番に書いて並べたものです。コンピュータはメモリに書かれたプログラムの命令をひとつずつ読みだして、実行します。
この場合の命令とはマシン語の命令のことです。
マシン語というのはコンピュータが直接理解できる命令のことです。
これに対してＢＡＳＩＣなどの命令は、コンピュータが直接理解することはできません。
ＢＡＳＩＣのような言語はインタプリタとかコンパイラなどの翻訳プログラムによってマシン語に直してから実行します。
それではそのマシン語とは、どんな命令なのでしょうか。
以下簡単に説明をします。
なお以下の説明の大部分はコンピュータ全体に共通する事柄ですが、マシン語コードは８０８０固有のものです。
●コンピュータと２進法
具体的な命令について説明する前に、２進法について理解しておく必要があります。
２進法とは０と１しか使わない計算方法のことです。
私達は一般に10進法を使っています。
10進法では１＋１＝２です。しかし２進法では１＋１＝１０になってしまいます。
そんなべらぼうな、と思うかもしれません。
しかしちょっと考えると私達も普段べらぼうとも何とも思わないで、10進以外の計算をしている場合があります。
下の計算をよく見て下さい。
５９＋１＝１００
ちょっと見にはべらぼうにみえますが、これに少し細工をして、こう表現してみたらどうでしょうか。
５９＋１＝１ ００
さらにこうすれば、なあんだ、そうか、わかりますね。
５９＋１＝１：００
そうです。分や秒の計算は10進表記をしていますが、５９の次は６０にならずに上の桁（単位）に繰り上がる、60進法なのです。
さてそこでもう一度先程の計算を見てみます。
２進法の１＋１＝１０は、１０（十）ではなくて、１, ０（イチ、ゼロ）と考えて下さい。仮に ,（カンマ）をつけましたが、実際には10進と同じように１０と表記します。
２進法では０と１しか使わないので、１＋１＝２ですぐに桁上がりをする結果、１０になるのです。
同様にして10進の３は２進では１１、４は１００と表現します。以下５は１０１、６は１１０、７は１１１、８は１０００、９は１００１になります。
このように10進の１桁を表記するのに２進では４桁も必要になります。
しかし桁数は増えても、コンピュータにはこのほうが都合が良いのです。
電気には＋と−の2通りしかありません。＋を1 、−を０と考えて、コンピュータは計算をするのです。
●16進法
ところで10進の１０以上の数は２進ではどう表現されるでしょうか。
９＋１＝１０の計算は、２進では１００１＋１＝１０１０になります。
この調子で計算して行くと、２０は10100 、５０は110010、１００は1100100 となります。これだけ大きい数になると、２進←→10進の換算も厄介ですし、０と１がだらだら続いていて、見ているだけで疲れてしまいます。
コンピュータはこれでも良いのでしょうが、これではプログラムを組むのが大変です。
そこで上の２進数を見易くするため、４桁毎に区切って表示してみます。
10進の20→0001 0100 、50→0011 0010 、100→0110 0100 となって少し見易くなりました。
さてこうして４桁毎に区切って見ると、４桁の２進数はなんとなくそれぞれ１０進数に置き換えができそうな気がします。
そこで置き換えてみるとつぎのようになります。
0001 0100 → 14 、0011 0010 → 32 、0110 0100 → 64
これが16進法なのです。マシン語はこの16進法で表記します。
ところで上の例はたまたま良かったのですが、このままでは表現できない数が出てきます。たとえば、1010 1110 はどう表現すればよいのでしょうか。
1010は10、1110は14というので、1014と表現したいところですが、これは0001 0000 0001 0100 のことになってしまいます。
そこで図１-1 を見て下さい。1010〜1111にはＡ〜Ｆの文字を当てています。
これならさきほどの1010 1110 も AE とすっきり表現できます。
そして10進←→16進の換算は比較的簡単に行うことができます。
10進→16進の場合は割れなくなるまでどんどん16で割って行きます。
例) 10進の1234を16進に換算します。
16)1234
16) 77 余り2
4 余り13(D)
上の計算により10進の1234は16進では4D2 になります。
また２進数で表現すると0100 1101 0010になります。
逆に16進→10進の場合は各桁ごとに16のn-1乗 を掛けて最後に合計します。ここで n は桁位置を示します。
例) 16進の4D2 を10進に換算します。
このように２進数よりも16進数のほうが扱いやすいので、マシン語のプログラムは16進数で表記しますが、これはあくまで表現上の約束事であって、コンピュータの内部ではすべて２進数で処理されています。
たとえば上の例で使った16進数 4D2は、ＴＫ８０回路のキーから入力するときは、そのまま 4 D 2と入れますし、ＬＥＤ表示器にもそのまま 4D2と表示されますが、ＣＰＵの内部には010011010010というように区切なしの２進数で入っていきます（もう少し正確に言うと、８０８０は８ビットのＣＰＵで、２進数の８桁を一区切りとして扱っています。したがって上の 4D2は頭に0 をつけて、04D2にして、00000100 11010010 という形で実際は扱われています）。
２進数と16進数とは４桁毎に区切って表現するかしないかの違いがあるだけで、数そのもののもつ値は同じです。
というわけで、プログラムを組むときは普通は16進だけで扱っていればよいのですが、もともとＣＰＵ内部では２進で処理しているために、16進で考えているとよく理解できない命令にぶつかることがあります。
そのような時には、図1-1 を見ながら２進数に置き換えて考えてみて下さい。
●マシン語コード
ＣＰＵ内部には区切なしの２進数で入る、と説明しましたが、正しくは８桁ごとにまとめて処理される、ということはすでに説明しました。
４桁だったり８桁だったりややこしい話が続きますが、かんじんのところですから、もうしばらく我慢して下さい。
さきほどの16進数で４桁毎に区切って表現したのは、そのほうが（人間が）理解し易いという理由からで、言わば便宜的な表記に過ぎません。
しかしこれから説明する、８桁毎の処理、というのはハード上の制約からで、とにかく回路がそうなっているのです。
ＴＫ８０回路の回路図を見て下さい。ＣＰＵとメモリやＩ／Ｏポートをつなぐ線が沢山引かれています。このうちD0〜D7の８本のラインがＣＰＵとメモリやＩ／Ｏが命令コードやデータをやりとりする線で、データバスといいます。
この線が８本なので、８０８０は一度に８桁のデータを読んだり、書いたりします。
この１か０で示される２進数の桁のことを、ビットといいます。
８桁ですから８ビットです。
８ビットのパソコンとか16ビットのパソコンとかいうのは、ここからきています。
そしてこの８ビットを１バイトとよぶこともあります。
さてそこで、命令コードに戻ります。そのように一度に８桁(8ビット）のデータを扱うように作られたＣＰＵなので、命令コードも８ビットが単位になります。
言い換えれば、１バイトが命令の単位になります。
ここに、00111100という２進数があります。16進で表せば3Cです。（10進数と間違えないように、普通16進数は、3CH というように、最後にH をつけて表しますが、これが命令コードである場合には、ただ3Cと表すだけでH はつけません)
これは数値として考えれば、10進に換算して60という値になります。
一方これをＣＰＵが命令コードとして受け取った場合には「Ａレジスタの中身を＋１せよ」という命令になります。
ある16進数(2進数）をＣＰＵが命令として受け取るか、数値として受け取るかは、プログラムをルール通りに書きさえすれば、はっきりと区別されるので、誤ることはありません。
●命令の長さ
このような命令、データは決められた順序で予めメモリの中に書いておきます( これがプログラムです) 。
ＣＰＵはメモリから１バイトずつ命令コードを読んで実行して行きます。
上で説明した命令コードは８ビット(1バイト）でした。つまりこの場合ＣＰＵはメモリから１回命令コードを読むだけで、ただちに実行します。
しかし命令の中には、一度では読めなくて２〜３回読んで初めて実行できるものもあります。
一度で読めてしまう命令は１バイト長だといいます。したがって一度で読めない命令は２バイト長、３バイト長、ということになります。
たとえば3Eというコードは「Ａレジスタに、数値を入れよ」という命令ですが、これだけでは実行できません。 どういう数値を入れるかを指定してやらなければなりません。3Eに続けて25と書いておくと、Ａレジスタに25H が入ります。これはメモリには、図1-2 のように続けて書き込みます。
3Eが命令コードで25が数値になります。またC3と言うコードは「次に示すアドレス( メモリ番地) に無条件にジャンプせよ」という命令ですが、このコードに続いて、ジャンプ先のアドレスを指定してやらなければなりません。 これは図1-3 のように全部で 3バイトになります。はじめのC3が命令コードでそのあとの07、80が数値です
●マシン語プログラムの表記法
図1-2 と図1-3 の命令をメモリに書き込む作業を考えます。普通はいきなりメモリに書き込んだりしないで、まずノートなどに下書きしてから、書き込みます（これをコーディングといいます)。
この場合に図1-2 や図1-3 のように１バイトずつ縦に並べて書いてしまうと、あとで見たときどれが命令コードで、どれが数値だか分からなくなってしまいます。
そこで下のように書きます。
8000 3E 25
8002 C3 07 80
こうするといつも一番前に命令コードがきて、その後ろに数値がならぶので、理解し易くなります。
なお、命令コードのことを「ＯＰコード」、数値のことを「オペランド」ともいいます。
●ニーモニック
慣れてくると、上のようにマシン語コードでいきなりコーディングすることもできるようになります。
しかしはじめのうちは、そんなに簡単にはできません。
それにマシン語だけでは、あとから見た時、どんな命令だったのか分からなくなってしまいます。（それこそ暗号表を見ているようなものです)
じつは命令コード全てに、理解し易いように、英語名（省略形）がつけられているのです。この英語名のことをニーモニックといいます。
先程の例をこのニーモニックで書いてみると、下のようになります。
ＭＶＩ Ａ，２５
ＪＭＰ ＄８００７
ＭＶＩはＭｏｖｅ Ｉｍｍｅｄｉａｔｅの略で、ＪＭＰはＪｕｍｐの略です。
８００７の前に＄がついているのは、当社オリジナルの８０８０アセンブラのルールです（一般的なルールではありません）。
なんだい、少しも分かり易くないじゃないか、と思われたかもしれません。
でも少し慣れてくると、ニーモニックでプログラムを書いたり、読んだりすることが楽にできるようになります。
なにしろマシン語コードの場合には、00から始まってFFまで、256 個もあって、そのうち８０８０で命令として使われているコードだけでも１００個以上あるのですから全部覚えるのは不可能です。
ニーモニックも結構沢山ありますが、同じ性質のものには同じニーモニックがつけてあるので、マシン語コードよりはずいぶんまとまりやすくなります。
たとえば、MOV A,B、MOV A,C、MOV A,D、MOV A,E、MOV A,H、MOV A,L、MOV A,M など全部MOVですが、マシン語コードはひとつひとつ異なっています。
それによく使う命令は数が限られているので、それさえ覚えてしまえば、あとはうんと楽になります。(参考までに代表的なものを下にあげておきます)
MOV、ＭＶＩ 、ADD 、SUB 、ANA 、ORA、XRA 、CMP、INR 、DCR 、INX、DCX、PUSH、POP 、JMP、CALL、RET 、IN、OUT 、NOP
できるだけニーモニックに慣れるようにして下さい。
以上で、最低限必要と思われる事柄についての説明は終りです。
じつはまだまだ色々知っておかなければならないことは多いのですが、後は次章以降の説明の中で、必要になったときに少しずつ説明を加えることにします。
２００９．１０．１０ｕｐｌｏａｄ
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