１６ビットマイコンボードの製作
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いつか使ってみるつもりで入手してそのまま置いてあった１６ビットＣＰＵのことを思い出しました。
ＡＭＤ社のＡＭ１８８です。
その名の通り、ＣＰＵコアは８０１８８互換の１６ビットＣＰＵです。
そのＡＭ１８８を使った１６ビットマイコンボードの製作記事です。
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［第５回］


●セグメントおよびセグメントレジスタ

８０８６は１６ビットＣＰＵですが８０８０の影響を色濃く残しています。
あるいはＩｎｔｅｌが意図的にそのように８０８６を設計したのかもしれません。
８０８０のプログラミングについてある程度以上慣れた人でしたら、８０８６のプログラミングは割と楽に習得できると思います。
ただ一定規模を超える８０８６のプログラムを組もうとすると、あるいはセグメントの概念が障害になるかも知れません。

８０８６は１６ビットのＣＰＵで、アドレスラインはＡ０〜Ａ１９の２０本あります。
ハード的に見れば１０２４ＫＢ（１ＭＢ）のメモリを直接接続することができます。
しかしソフトの側から見ると、実は連続したメモリアドレスとしては８０８０やＺ８０と同じように６４ＫＢのメモリ空間をアクセスすることしかできません。

８０８０ではメモリアドレスを主に示すレジスタとしてＨＬレジスタを使います。
８０８０は８ビットのＣＰＵなのですが、Ａレジスタ以外は、２つをつないでＨＬ、ＤＥ、ＢＣとすることで１６ビットのレジスタとして使うことができます。
この１６ビットのレジスタにメモリアドレスを入れることで８ビットのＣＰＵでありながら６４ＫＢのメモリ空間をアクセスすることができます。

８０８６にはＨＬ、ＤＥ、ＢＣレジスタと同様なレジスタとして、ＡＸ、ＢＸ、ＣＸ、ＤＸの４個の１６ビットのレジスタがあって、それぞれはＡＨ、ＡＬ、ＢＨ、ＢＬ、ＣＨ、ＣＬ、ＤＨ、ＤＬのように８ビットのレジスタとしても使うことができます。
そのほかに８ビットに分けられない１６ビットのＳＩ、ＤＩやＢＰといったレジスタもあります。
これはＺ８０のＩＸ、ＩＹレジスタに近い使い方のレジスタです。
ここで注目したいのは、８０８６でもそのレジスタはいずれも１６ビットということです。
つまりレジスタを使ってメモリをアクセスしようとすると、１６ビットＣＰＵなのに８０８０やＺ８０と同じように６４ＫＢのメモリ空間しかアクセスできません（レジスタを使わないで直接アドレスを指定する場合でもやっぱり１６ビットのアドレスしか指定できません）。
［２０１７．１．３注記］
昨晩は時間がなくて走り書きになってしまったなかで、レジスタが１６ビットであることを強調する余りに、ついうっかりして舌足らずなことを書いてしまいました。
ＣＡＬＬ命令、ＪＭＰ命令でジャンプ先を直接指定する場合には、アドレス部が２４ビットのｆａｒ　ＣＡＬＬ、ｆａｒ　ＪＭＰ命令がありますので、その場合には１ＭＢのメモリ空間のどこでも直接指定することができます。
この場合でも厳密にいえば、オペランド部は２４ビットのアドレスを示すのではなくて、１６ビットのアドレス＋１６ビットのセグメント値の組み合わせになります。
セグメントについてはこれから説明をします。
［注記ここまで］

川崎製鉄のＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はその制約の中で６４ＫＢを越えるメモリ空間をアクセスするために、ＭＭＵの助けを借りてバンク切換えの方法でそれを実現しています。
８０８６はメモリバンクの窓を６４ＫＢいっぱいに広げたセグメントという概念を取り入れ、それを扱うためにＣＳ、ＤＳ、ＥＳ、ＳＳという１６ビットのレジスタを用意しました。
このレジスタも１６ビットです。
１６ビットのレジスタを使って、それを越える２０ビットのメモリアドレスを示すために、初心者には理解しにくいものになっていますが、これはやむを得ないことでしょう。

セグメントというのはその下限アドレス（ベースアドレス）がＡ１９〜Ａ４の１６ビットで示されＡ３〜Ａ０の４ビットが００００であるような６４ＫＢのメモリ空間のことをいいます。
たとえば０００００〜０ＦＦＦＦは下限アドレスをＡ１９〜Ａ４の上位１６ビットで示したときに００００であるセグメントです。
０００１０〜１０００Ｆは下限アドレスの上位１６ビットが０００１のセグメントです。
また０００２０〜１００１Ｆは下限アドレスの上位１６ビットが０００２のセグメントです。
このようにメモリバンクの窓を６４ＫＢの枠一杯に広げたものがセグメントです。
そしてその１６ビットのベースアドレス値を保持するためのレジスタがセグメントレジスタです。

ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はＭＭＵによるバンク切換えを使って６４ＫＢを越えるメモリにアクセスできますが、その窓のサイズの合計は６４ＫＢを越えることはできません。
たとえば同時にＲＯＭとＲＡＭにアクセスできるようにした場合、ＲＯＭの窓とＲＡＭの窓のサイズの合計は最大６４ＫＢです。
これに対して８０８６は４本あるセグメントレジスタを使って相互に重なりのないメモリ空間（セグメント）を指定することによって直接アクセスできるメモリ空間を最大で６４ＫＢ×４＝２５６ＫＢに広げることができます。

まだ経験の浅いプログラマの負担を軽減するためでしょうか、小規模なプログラム（一般的なプログラムはそうであることが多いはずです）を書くときに、セグメントを意識しなくてもよいような配慮がなされています。
８０８６のセグメントにはあらかじめ用途が決められています。
コードセグメントはプログラム命令コードがあるメモリ範囲を示すセグメントで、そのベースレジスタはＣＳ（Ｃｏｄｅ　Ｓｅｇｍｅｎｔ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ）です。
データセグメントはデータを入れるためのメモリ範囲を示すセグメントで、そのベースレジスタはＤＳ（Ｄａｔａ　Ｓｅｇｍｅｎｔ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ）です。
スタックセグメントはスタックのためのメモリ範囲を示すセグメントで、そのベースレジスタはＳＳ（Ｓｔａｃｋ　Ｓｅｇｍｅｎｔ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ）です。
このほかにエクストラセグメントというフリーのセグメントが指定可能で、これはたとえば大量のデータのブロック転送などのように２つのデータセグメントを定義できるとありがたいようなときの予備として使えるセグメントで、そのベースレジスタはＥＳ（Ｅｘｔｒａ　Ｓｅｇｍｅｎｔ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ）です。

この仕組みによって、あらかじめＣＳにプログラムＲＯＭ領域を、ＤＳにＲＡＭ領域を設定しておけば、あとはセグメントの存在は意識せずに、たとえば
ＭＯＶ　［ＢＸ］，ＡＬ
などのような命令を書いて、普通に実行させることができます。

上の命令は８０８０の
ＭＯＶ　Ｍ，Ａ
Ｚ８０の
ＬＤ　（ＨＬ），Ａ
に相当する命令です。

本日は時間がなくなってしまいました。
次回に続きます。

１６ビットマイコンボードの製作［第５回］
２０１７．１．２ｕｐｌｏａｄ
２０１７．１．３注記

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