２０１８．７．１５
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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５７回］



●ＡＭ１８８ＥＭのＣＬＯＣＫ（７）

下のリストのプログラムの一部を書き換えた２本のプログラムを実行して、その実行時間の差を求めたところ、計算上の命令の実行時間よりも多くの時間がかかっていることがわかりました。
それはなぜなのか？
当初はその理由がわからず、とうとうカメレオンロジアナまで引っ張り出してきて、波形を観測してみたのでした。
その波形をよくよく確認してみたところ、やっと謎が解けました。

2018/7/1  7:226  86cktst.LST
[00001]                     ;;; clock test for am188
[00002]                     ;
[00003]                         ORG=8000
[00004]                     ;
[00005] 8000  B080              MOV AL,80
[00006] 8002  E683              OUT 83,AL
[00007] 8004  32C0          LOOP:XOR AL,AL;3
[00008] 8006  E680              OUT 80,AL;9  +1.5us
[00009] 8008  E80C00            CALL T5US;7us <8017>
[00010] 800B  FEC8              DEC AL;3
[00011] 800D  E680              OUT 80,AL;9  +0.6us
[00012] 800F  E80500            CALL T5US;7us <8017>
[00013] 8012  FEC0              INC AL;3
[00014] 8014  EBEE90            JMP LOOP;14 <8004>
[00015]                     ;
[00016]                     ;5us timer clock 20MHz
[00017] 8017  B106          T5US:MOV CL,06
[00018] 8019  FEC9          T5US2:DEC CL;3
[00019] 801B  75FC              JNZ T5US2;13,,,16*6=96 0.05*100=5us <8019>
[00020] 801D  C3                RET;20  CALL=19,,,0.05+140=7us
[00021]                     ;
[00022]                     ;END
LOOP         =8004  T5US         =8017  T5US2        =8019


下は［第５５回］でお見せした、カメレオンロジアナでの記録波形の一部です。
問題のサブルーチンの先頭からＲＥＴするまでの波形です。


２４００ｎｓあたりでスタックへのＰＵＳＨが行なわれています。
スタックＰＵＳＨ後の２７００ｎｓ近辺からはＴ５ＵＳサブルーチンの続きが読み込まれています。
８０１８、８０１９、８０１Ａ、８０１Ｂ、８０１Ｃです。
８０１７はスタックＰＵＳＨ前に読み込まれています。
８０１７、８０１８がＭＯＶ　ＣＬ，０１です。
この命令は３クロックです。
上のチャートのどこで実行されているかはわかりませんが、８０１８の読み込み後であることは間違いありません。
８０１８の読み込みには４クロックかかっています。
その後の８０１９、８０１ＡはＤＥＣ　ＣＬです。
ＤＥＣ　ＣＬも３クロックです。
この命令もどの時点で実行されているのかわかりませんが、８０１Ａの読み込み後であることは間違いありません。
８０１９、８０１Ａの読み込みには８クロックかかっています。
８０１Ｂ、８０１ＣはＪＮＺ　Ｔ５ＵＳ２ですが、今回のプログラムはＣＬに０１を入れていますから、ＤＥＣ　ＣＬでＺフラグが立つため、このＪＮＺ命令はスルーされることになります。
スルーしたときのクロック数は４クロックです。
この命令もどの時点で実行されているのかわかりませんが、８０１Ｃの読み込み後であることは間違いありません。
８０１Ｂ、８０１Ｃの読み込みには８クロックかかっています。


８０１ＤがＲＥＴですが「先読み」によって、次の８０１Ｅが無駄に読み込まれています。
８０１Ｄ、８０１Ｅの読み込みには８クロックかかっています。

さて。
スタックＰＵＳＨ後からスタックＰＯＰ前までの時間を確認すると、２６００ｎｓ〜４２００ｎｓの間ですから１６００ｎｓ（１．６μｓ）かかったことになります。
前にも計算しましたように、ＣＰＵ内部での命令の実行時間はわずか１０クロック０．５μｓなのですが、その命令をメモリから読み込むために少なくとも２８クロック（１．４μｓ）の時間が必要なのです。
これで謎が解けました。
実はこのことは［第５５回］の終わりのところに書いていました。

「基本的にメモリからの読み込み時間（１回４クロック）がネックになっていて、内部でのトータルの実行クロック数が計算上はいくら短くても、必要なメモリからの総読み込みクロック数を下回ることはできない。」

そういうことだったのでした。
これにて一件落着です。

１６ビットマイコンボードの製作［第５７回］
２０１８．７．１５ｕｐｌｏａｄ

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