8080マイコンをつくろう！（ＴＫ－８０完全復活！）
なんと８０８０です！
もちろん、ＢＡＳＩＣからＣＰ／Ｍまで、できます！
３６年の時を経ていまよみがえる８０８０ＣＰＵマイコン組立キット！
なんたってはるか昔の生産中止品を集めて作る組立キットです。
生産前から堂々予告です。
入手できなくなったら即生産終了！売り切れ御免！
［第１２回］
●ＴＫ－８０は遅かった！
ＮＤ８０８０のシステムＲＯＭにはＴＫ－８０モニタプログラムのほかにＮＤ８０ＺモニタとＺＢ３ＢＡＳＩＣシステムが含まれています。
ＴＫ－８０モニタ以外の部分はＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）のシステムプログラムがもとになっています。
ＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）のＣＰＵはＺ８０ですから、そのシステムプログラムもＺ８０のためのプログラムとして作成したものです。
その中には８０８０にはない命令やレジスタを使ったものがかなり含まれていますから、もとのプログラムを８０８０で実行できるように書き直して、ＮＤ８０８０用のシステムプログラムを作成しました。
もっともそのかなりの部分はＭＹＣＰＵ８０用に作成したプログラムを流用しています。
そのあたりのところがかなりややこしいことになっていて、最後の詰めのところで苦戦しています。
なにしろプログラムによってはＮＤ８０Ｚ３．５用とＭＹＣＰＵ８０用が入り混じってしまっていて整理するのも一苦労です。
そんな作業をしているなかでちょっと気になったことがありました。
それはＴＫ－８０モニタプログラムの中で使われているチャタリングタイマーです。
これは命令の実行クロックを利用して、指定した回数を繰り返し実行することで、目的のタイマーを作り出しているものです。
とうぜんＣＰＵクロックに依存します。
またＺ８０と８０８０では同じ命令でもクロック数が異なるものもあります。
ＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）はＴＫ－８０互換ということで、ＴＫ－８０と同じモニタプログラムを実装しているのですが、ＴＫ－８０のＣＰＵクロックは約２ＭＨｚだったのに対してＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）は６ＭＨｚですから、同じプログラムのままではチャタリングタイマーとしては時間が短すぎます。
そこでＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）ではそこの部分だけを補正してあります。
今回のＮＤ８０８０はＴＫ－８０と同じ１８．４３２ＭＨｚのクリスタルを実装していて、それを８２２４で１／９分周して２．０４８ＭＨｚをＣＰＵクロックにしています。
そこまでしなくても１８ＭＨｚのクリスタルを使えばちょうど２ＭＨｚのＣＰＵクロックになってそのほうがよいとも思ったのですが、ここはやっぱりオリジナルに敬意を表して同じ１８．４３２ＭＨｚクリスタルを使いました。
そういうことなのでチャタリングタイマーについてはＴＫ－８０のモニタプログラムを手直ししなくても全く同しタイマーになるはずだったのですが。
念のために命令のクロック数をもとにしてプログラムの実行時間を計算してみたところ、意外な結果になってしまいました。
下はＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）のＴＫ－８０モニタプログラムのチャタリングタイマーです。
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;CHATTERING TIMER
;
ORG $02DD
02DD 1624 D1:MVI D,24;=36 ck=7 124.83*36+(7+10)/6=4496.71microsec
02DF 1E34 D1_2:MVI E,34;=52 ck=7 7+14*52+14=749 749/6=124.83microsec
02E1 1D D1_3:DCR E; ck=4
02E2 C2E102 JNZ D1_3; ck=10
02E5 15 DCR D; ck=4
02E6 C2DF02 JNZ D1_2; ck=10
02E9 C9 RET; ck=10
02EA 1648 D2:MVI D,48;=72 124.83*72+(7+10+10)/6=8992.26microsec
02EC C3DF02 JMP D1_2
02EF 16D8 D3:MVI D,D8;=216 124.83*216+27/6=26967.78microsec
02F1 C3DF02 JMP D1_2
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ＴＫ－８０のチャタリングタイマーとだいたい同じ時間になるようにループ回数を調整してあります。
そしてこちらがＮＤ８０８０のモニタプログラムのチャタリングタイマーなのですが…。
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;CHATTERING TIMER
;
;D1=4.5112ms
;D2=9.0176ms
;D3=27.0176ms
ORG $02DD
02DD 1624 D1:MVI D,24;=36 ck=7 (7+202*36+10)/2.048=7289/2.048=3559.082microsec
02DF 1E0C D1_2:MVI E,0C;=12 ck=7 7+15*12+15=202
02E1 1D D1_3:DCR E; ck=5
02E2 C2E102 JNZ D1_3; ck=10
02E5 15 DCR D; ck=5
02E6 C2DF02 JNZ D1_2; ck=10
02E9 C9 RET; ck=10
02EA 1648 D2:MVI D,48;=72 (7+10+202*72+10)/2.048=14571/2.048=7114.746microsec
02EC C3DF02 JMP D1_2
02EF 16D8 D3:MVI D,D8;=216 (7+10+202*216+10)/2.048=43659/2.048=21317.871microsec
02F1 C3DF02 JMP D1_2
|
プログラムの先頭部分のコメント文のところに書いてあるのがＴＫ－８０のチャタリングタイマーの数値です。
そしてその下のプログラムはＴＫ－８０モニタプログラムとそっくりそのままの同じプログラムです。
各命令のクロック数はｃｋ＝のところに記しました。
その横に繰り返し回数から算出した総クロック数を記して、それに１クロックあたりの時間（１／２．０４８μｓ）を掛けて実行時間を算出しています。
そうしましたら、そこにありますように、全然計算が合いません。
計算で求めた実行時間は本来のＴＫ－８０の実行時間よりも２割ほど短くなってしまいました。
そんなばかな。
計算間違いではないかと思いました。
あるいは命令のクロック数を間違えているのではないか、とも思いました。
しっかりと確かめてみましたけれど、どこにも間違いはありません。
まさかＮＥＣの技術者が計算間違いをするわけはなし…。
この計算結果に間違いはないとすると、ＴＫ－８０は２ＭＨｚよりも遅いクロックで動いていたことになります。
ここでもういちど。
そんなばかな。
そこで、ＴＫ－８０ユーザーマニュアルをしっかり読んでみましたら。
謎が解けました。
そういうことだったのか。
ＴＫ－８０の時代にはＲＯＭもＲＡＭも高価でしかもアクセスタイムも遅かったのです。
実際メモリによってはＣＰＵクロックが２ＭＨｚでもアクセスタイムが遅くて間に合わないものもありました。
そこでＴＫ－８０はメモリをアクセスするときに１クロックのウェイトをかけていたのです。
下はＮＤ８０８０のＣＰＵ回路の一部です。
ＣＰＵ回路の全体の回路図は［第７回］にあります。
８０８０のＲＥＡＤＹ端子は８２２４のＲＥＡＤＹに接続してあります。
これが普通の配線です。
ところがＴＫ－８０の回路図を見ますと、ＲＥＡＤＹとＷＡＩＴが下のように接続されています。
このように接続すると、８０８０がメモリをアクセス（ＲＥＡＤ、ＷＲＩＴＥ）するときに１クロックが余分に挿入されて、遅いメモリでも間に合う設計になっています。
これでやっと謎が解けました。
そこでメモリアクセスのたびに１クロック余計にかかることを考慮して各命令のクロック数を補正したうえで、もう一度計算してみました。
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;CHATTERING TIMER
;
;D1=4.5112ms
;D2=9.0176ms
;D3=27.0176ms
ORG $02DD
02DD 1624 D1:MVI D,24;=36 ck=7+2 (9+256*36+13)/2.048=9238/2.048=4510.742microsec
02DF 1E0C D1_2:MVI E,0C;=12 ck=7+2 9+19*12+19=256
02E1 1D D1_3:DCR E; ck=5+1
02E2 C2E102 JNZ D1_3; ck=10+3
02E5 15 DCR D; ck=5+1
02E6 C2DF02 JNZ D1_2; ck=10+3
02E9 C9 RET; ck=10+3
02EA 1648 D2:MVI D,48;=72 (9+13+256*72+13)/2.048=18467/2.048=9017.09microsec
02EC C3DF02 JMP D1_2
02EF 16D8 D3:MVI D,D8;=216 (9+13+256*216+13)/2.048=55331/2.048=27017.09microsec
02F1 C3DF02 JMP D1_2
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おお。
今度は計算が合いました。
あっと。
惜しい。
ほんの少しだけ違っています。
どのくらい違っているかと言いますと、
４５１１．２－４５１０．７４＝０．４６μｓ
９０１７．６－９０１７．０９＝０．５１μｓ
２７０１７．６－２７０１７．０９＝０．５１μｓ
約０．５μｓの差です。
これはＣＰＵクロックの丸めによる誤差ではなさそうです。
約０．５μｓといえばＣＰＵクロックが２ＭＨｚのときの１クロックの時間です。
ということは上のプログラムの中で、繰り返さなくて１回しか実行されない命令のクロック数が、ＴＫ－８０では本来のクロック数よりも１クロック多くなっている、と考えられます。
このプログラムの中で１回しか実行されない命令は…。
ＲＥＴです。
ＲＥＴは８０８０のｄａｔａｓｈｅｅｔでは１０クロック（ウェイトをかけたときは１３クロック）です。
ただしＲＺなどの条件付リターンは１１クロックになっています。
むむむむむ。
ひょっとすると、ＮＥＣの技術者がＲＥＴのクロック数を間違えて１１にしてしまったのか、それともＮＥＣはＩｎｔｅｌの８０８０ではなくて、自社で開発したＮＥＣオリジナルの「８０８０」を作って使っていたらしいので、ＮＥＣ製の８０８０ではＲＥＴが１１クロックだったのか、そのどちらかのように思えます。
ともあれこれで疑問は解決しました。
そして、ＴＫ－８０が本来の実行クロック（２ＭＨｚ）よりも約２割ほど遅いクロックで動作していた、という意外なことがわかりました。
ＮＤ８０８０の実行速度がＴＫ－８０よりも２割も速いなんて、これではせっかくＴＫ－８０と同じ１８．４３２ＭＨｚクリスタルを使った意味がないじゃありませんか。
そうかといって、ＴＫ－８０と同じようにＲＥＡＤＹとＷＡＩＴを接続して、クロックを２割ほどダウンさせるっていうのは、いやいくらなんでも、それはないでしょうよ。
ここは素直にＣＰＵクロックはウェイトをかけない２．０４８ＭＨｚのままでいくことにします。
チャタリングタイマーについてはＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）と同じようにＴＫ－８０のチャタリングタイマーと同じぐらいの値になるように調整することにします。
８０８０マイコンをつくろう！［第１２回］
２０１６．３．３１ｕｐｌｏａｄ
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