ＣＰ／ＭがＴＫ－８０互換のワンボードマイコンの上で復活します
ＮＤ８０ＺⅢとＭＹＣＰＵ８０の上でＣＰ／Ｍが走ります！
［第２８５回］
前回の訂正です。
Ｚ８０で追加された命令コードのうちＣＢと書くべきところをうっかりＣＤと書いてしまいました。
読者の方からメールでご指摘をいただいて、誤りに気が付きました。
ＣＤはＣＡＬＬですものね。もうぼけてしまっております。
さっそく訂正をいたしました。
ＡＭ様。ご指摘いただき有難うございました。
今後ともよろしくお願いいたします。
●アドレスセット、インクリメントの仕組みについてもう一度
前回はＩＭＳＡＩ８０８０のフロントパネルの回路を踏襲したＥ－８０（仮称）ミニコンの回路がＣＰＵがＺ８０系（Ｚ８Ｓ１８０）であるがために誤動作する可能性があります、と書きました。
それが一体どういうことなのか、について説明をはじめます前に、今一度Ｅ－８０（仮称）ミニコンのフロントパネルのアドレスセット、アドレスインクリメントの仕組みについて整理しておくことにいたします。
すでに説明しておりますように、その仕組みの基本的な考え方は、ＣＰＵを停止させておいて、データバスに強制的に命令コードを書き込みながら、ＣＰＵを１～３ステップ動かすことで、アドレスセット、またはアドレスインクリメントを実現するというものです。
データバスにＪＰ命令のコードＣ３Ｈを乗せ、続いてパネルスイッチの下位８ビット、上位８ビットを乗せることで、ＣＰＵにパネルスイッチで指定したアドレスにジャンプさせ、結果としてアドレスバスにパネルスイッチの値を乗せることができます。
またデータバスにＮＯＰ命令のコード００Ｈを乗せて、それをＣＰＵに実行させることで、現在表示されているアドレスバスの値を＋１することができます。
ここでもっとも基本的なことは、操作に先立ってまずＣＰＵをＷＡＩＴ信号で停止させておかなければならない、ということです。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンをフロントパネルから操作するモード（パネルモード）に設定した状態で起動（電源ＯＮまたはリセット）すると、メモリにまだプログラムが書き込まれていない状態ならばＣＰＵは初期的に暴走状態になります。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンはＲＡＭの内容をバッテリーバックアップしていますから、もしもそれ以前に００００番地から始まる何らかのプログラムが書かれていた場合には、起動すると同時にＣＰＵはそのプログラムを実行します。
いずれの場合でも、フロントパネルからアドレスセットやメモリ内容の読み出しや書き込みなどの操作を行うためには、ＳＴＯＰスイッチを押して、まずＣＰＵを停止させなければなりません。
このときに大切なことは、必ずＭ１サイクル（ＯＰコードフェッチサイクル）で停止させなければならない、ということです。
ＣＰＵを停止させるにはＷＡＩＴ信号を使います。
ＣＰＵの命令は１個以上のマシンサイクルで構成されます。
そして１個のマシンサイクルは数クロックからなります。
各命令のマシンサイクルは必ず命令コード（ＯＰコード）を読み込むＯＰコードフェッチサイクルが最初に来ます。
ＯＰコードフェッチサイクルだけで終わる命令もありますし、その後にデータを読んだり書いたりするためのマシンサイクルが続く命令もあります。
もともとＷＡＩＴ信号は速度の遅いデバイスに対して読み書きするために用意されたもので、デバイスの速度に合わせて十分な待ち時間をとれるように、各マシンサイクルの実行中にＷＡＩＴ信号の入力を検出して、その信号がなくなるまで、現在の状態を継続する、という働きをします。
つまりＷＡＩＴ信号は、命令のどのマシンサイクルにでも利かせることができるのです。
たとえばＯＵＴ （ＦＦ），Ａという命令の動作を考えてみます。
この命令をマシン語で書くと、Ｄ３ＦＦになります。
この命令は３個のマシンサイクルからなります。
最初にＯＰコードフェッチサイクルが実行され、メモリからＤ３が読み込まれます。
そのコードは直ちにＣＰＵによって解読され、続いてＩ／Ｏアドレスを読み込むためのメモリリードサイクルが実行され、ＦＦが読み込まれます。
最後はＩ／Ｏアウトサイクルです。
Ｉ／ＯアドレスＦＦにＡレジスタの値が出力されます。
この３つのマシンサイクルのいずれのタイミングにでもＷＡＩＴ信号をアクティブにすることで、ＣＰＵをそのマシンサイクルを実行中のまま停止（ウエイト）させておくことができます。
以上の説明によって、ＳＴＯＰスイッチによってＣＰＵを停止させるのは、必ずＯＰコードフェッチサイクル（Ｍ１サイクル）でなければならない、という理由がお分かりいただけたことと思います。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンのフロントパネルのアドレスセット、アドレスインクリメントの機能は、ＳＴＯＰスイッチの入力によってＣＰＵがメモリからＯＰコードを読み込もうとしているところで停止させておいて、横から強制的に命令コードＣ３または００を読み込ませなければならないからです。
たとえば上のＤ３ＦＦの例で、ＣＰＵがＤ３を読むタイミング（Ｍ１、ＯＰコードフェッチサイクル）ではなくて、次に来るメモリリードサイクルでメモリからＦＦを読んでいるときに停止させて、Ｃ３を読み込ませたとしたらどうなるでしょうか。
その結果は容易に想像がつくと思います。
ＣＰＵはＤ３ＦＦを実行する代わりにＤ３Ｃ３を実行してしまいます。
当然のことながら、Ｃ３＋パネルスイッチアドレス（パネルスイッチアドレスへのＪＰ）は実行されず、期待に反する結果がパネルＬＥＤに表示されることになるでしょう。
そのように、ＳＴＯＰスイッチの入力によって、ＣＰＵを必ずＯＰコードフェッチサイクルで停止させなければなりませんから、Ｅ－８０（仮称）ミニコンのＳＴＯＰ回路にはそのための回路が組み込んであります。
下の図は［第２７４回］の回路図からＳＴＯＰ回路のみを取り出したものです。
ＯＰコードフェッチサイクルでは、ＭＲＥＱとＭ１（およびＲＤ）がアクティブになります。
そのＭＲＥＱとＭ１が同時にアクティブになったときにＳＴＯＰスイッチの状態が７４ＨＣ７３にラッチされて、同時にそのＱ＿出力がＷＡＩＴ信号になります。
以上長々と説明をしてきましたことが、「Ｚ８０では不都合なことがおきる」ということの説明の伏線でありますから、皆様、上記の説明をよーくご理解願います。
さて、そこでいよいよ前回の○○○の答えです。
●Ｚ８０で追加された命令が問題
誤動作のもとになってしまうのは、Ｚ８０で追加された命令群の存在です。
○○○には命令群が入ります。
Ｚ８０では８０８０にはなかった非常に沢山の命令が追加されています。
その追加された命令のほとんどは８０８０では未定義だったマシン語コードＣＢ、ＤＤ、ＥＤ、ＦＤで始まります。
たくさんの命令をその４つのコードだけでは表現することはできませんから、Ｚ８０はこの４つのコードで始まる命令を２バイトに拡張しました。
２バイトの命令は８０８０にもありますが、たとえば上で説明しましたＯＵＴ （ＦＦ），Ａ マシン語コードＤ３ＦＦ は、命令コードはＤ３の１バイトだけで、ＦＦは単なるデータ部分で命令コードではありません。
これに対してたとえばＺ８０で追加された命令 ＩＮ Ａ，（Ｃ） マシン語コードＥＤ７８ は、ＥＤも７８もともに命令コード（ＯＰコード）です。
ここまでの説明をお読みいただいて、察しのよい読者諸賢でしたならば、すでに全ての事情をご理解いただけたことと思います。
さきほどＣＰＵが命令コードを読み込むＯＰコードフェッチサイクルではＭＲＥＱとＭ１がアクティブになります、と書きました。
では、Ｚ８０で追加された命令コードが２バイトの命令をＣＰＵが読むときには、いったいＭＲＥＱとＭ１はどのように出力されるのでしょうか？
そう。
そのときＣＰＵは２回、ＭＲＥＱとＭ１をアクティブして、連続する２バイトの命令コードを読み込むのです。
おそらく２度目のＭ１出力は、先行するＣＢ、ＤＤ、ＥＤ、ＦＤをＣＰＵが読み込んだときに決定されるのだと思います。
すると。
一体何が問題なのでしょうか。
こういう状況を想像してみてください。
ＣＰＵがすでにメモリに書かれているプログラムを（あるいはでたらめに書かれているメモリデータをプログラムだと解釈して）実行しているときに、ＳＴＯＰスイッチを押したら、たまたま先ほど例にあげました ＩＮ Ａ，（Ｃ） マシン語コードＥＤ７８ をＣＰＵが読み込んだところで停止したとします。
一番目のＯＰコードＥＤを読み込み中にウエイトした場合には、そのＥＤがＣ３に置き換えられますから問題は発生しません。
しかしたまたまその次の７８を読み込み中に（このときもＭ１がアクティブになります）ウェイトしたとしたら、一体どういうことがおきるでしょうか？
７８の代わりにＣ３を読み込んだとき、ＣＰＵはそれをＪＰ命令だと解読するでしょうか？
そんなことはありえません。
ＣＰＵはすでに第一ＯＰコードＥＤを読み込み済みです。
するとその次にＣＰＵが読み込んだＣ３はＪＰ命令としてではなく、ＥＤＣ３という拡張命令として解読されることになります。
その結果は？
実は、Ｚ８０にはＥＤＣ３という命令コードは存在しません。
Ｚ８０の場合、未定義の命令コードでも、おそらくその設計過程で派生的に存在することになった何らかの「隠し命令」として実行されることが知られています。
Ｚ８０でＥＤＣ３がどのように実行されるのか、試してみたことがありませんので、私は知りません。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンのＣＰＵ、Ｚ８Ｓ１８０はＺ８０互換ですが、このような未定義の命令は実行されずに未定義命令割り込みが発生します。
その結果ＣＰＵは現在の実行アドレスをスタックに退避したあと、アドレス００００に無条件にジャンプしてしまいます。
当然のことながら、予期に反してＣ３＋パネルスイッチは実行されず、パネルＬＥＤにパネルスイッチの値が反映されることはありません。
一般にこのようなことが発生する頻度はそれほど高くはないと思われます。
しかし、たとえばプログラムに次のような部分があって、それを繰り返し実行中にＳＴＯＰスイッチが入力された場合には、かなりの頻度で発生することが推測されます。
ＬＯＯＰ：ＩＮ Ａ，（Ｃ）
ＪＰ Ｚ，ＬＯＯＰ
このような不都合な問題を避けるひとつの解決法は、ＳＴＯＰスイッチで停止させたあと、すぐにアドレスセットの操作を行うのではなくて、必ずＲＥＳＥＴスィツチを押してＣＰＵをアドレス００００で停止させてから、アドレスセットの操作をするというルールにすることです。
それによってＣＰＵは必ず最初のＭ１で停止しますから、上の説明のような誤動作は発生しないことになります。
実は、上記の誤動作は実際にロジアナで観測して確かめてあります。
そのロジアナの観測波形もお見せするつもりだったのですが、本日は時間がなくなってしまいました。
次回「ロジアナでとらえた実際の誤動作波形」、必見です。
ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第２８５回］
２０１３．１．６ｕｐｌｏａｄ
２０１３．１．７誤記訂正
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