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３００回］
●ＩＰＬ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｌｏａｄｅｒ）
このところずっと紹介を続けております８ビットミニコンＥ－８０（仮称）にはプログラムＲＯＭがありません。
ＣＰＵはＺｉｌｏｇ社のＺ８Ｓ１８０でＺ８０コアに周辺ペリフェラル機能を合体させた６８ｐｉｎのＰＬＣＣタイプを使っております。
Ｚ８０が直接アクセスできるメモリアドレスは００００～ＦＦＦＦの６４ＫＢ（６５５３６バイト）ですが、内蔵のＭＭＵ（Ｍｅｍｏｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）によって最大１ＭＢ（１０４８５７６バイト）のメモリ空間（０００００～ＦＦＦＦＦ）をアクセスすることができます。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンのメインボードにはその半分５１２ＫＢのＲＡＭが搭載されています。
それだけ大きなメモリを積んでいるにもかかわらず、ＲＯＭは積んでおりません。
じつはＹ様からこの企画のご提案をいただいた段階では、ＩＰＬ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｐｌｏｇｒａｍ Ｌｏａｄｅｒ）を書き込んだＲＯＭを内蔵するシステムになっておりました。
●ＲＯＭとＲＡＭ
皆様ご存知とは思いますが、ＲＯＭはＲｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略で、これは文字通り「読み出すことだけが出来て書き込むことができない」メモリです。
それに書き込むためには通常は専用のツールか回路および書き込みプログラムが必要になります。
ＲＡＭはＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略語です。
その昔にはＲＯＭに対してＲＷＭ（Ｒｅａｄ Ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）という用語もあったのですが普及しませんでした。
ＲＯＭだってれっきとしたＲａｎｄｏｍにＡｃｃｅｓｓできるＭｅｍｏｒｙなのですけれど、ＲＯＭに対する言葉としてＲＡＭが使われるのが一般的です。
言葉本来の意味としては、ＲＡＭにはＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ）に対するようなＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅの意味はありません。
もともとデータなどを記憶する補助記憶装置としては紙テープ装置や磁気テープ装置などが主体で、これらの装置の総称として、シーケンシャルアクセス記憶装置（Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＳＡＭ）という用語が使われ、それに対してランダムにアクセスできるメモリというところから、ＲＡＭという言葉が使われるようになったのでは、と思われます。
●ＲＡＭとＩＰＬ
ここで、まずはそのＲＡＭとＩＰＬの関係について説明をしておくことにいたします。
ＩＰＬを使う前提は、Ｅ－８０（仮称）ミニコンのように、主メモリがＲＡＭで構成されていることです。
たとえばＴＫ－８０やＮＤ８０ＺⅢ（ＮＤ８０Ｚ３．５）などは、モニタプログラムが最初からＲＯＭに書き込まれていますから、起動と同時にそのＲＯＭのプログラムをＣＰＵが実行することでシステムが動作します。
この場合には、ＲＡＭはシステムのワークエリアやユーザプログラムおよびデータエリアとして使われます。
ＲＡＭは大きいに越したことはありませんが、必要最小限のＲＡＭでもボード機能はまともに動作します。
実際にＴＫ－８０の場合にはＲＡＭはわずか５１２バイトしか実装していませんでした。
まあモニタプログラムも小さくて、それを書き込んだＲＯＭもたったの１ＫＢだったのですけれど。
いずれにしましても、キーボード入力やＬＥＤ表示といった基本的なプログラムが最初からＲＯＭに書かれていますから、パワーＯＮと同時に使うことができるようになります。
そういうシステムにはＩＰＬは不要です。
そのようなモニタＲＯＭあるいはシステムＲＯＭが無くて、主メモリがＲＡＭだけということになりますと、それはキーボード入力とかＬＥＤ表示というようなシステムの大本になる基本的な機能プログラムもパワーＯＮ直後には実行することができない、ということを意味します。
ＣＰＵはプログラムがあってこそ初めて動作することができます。
最初からＲＡＭだけということになりますと、そこにはプログラムは書かれておりません。
厳密に言いますと、メモリですから何かは書かれていますが、プログラムのように意味がある命令としては書かれてはいません。
そういうことになりますと、何らかの手段によって、ＲＡＭにプログラム（当然マシン語コードになります）を書き込まなくてはなりません。
●ＩＰＬのないシステム
お話の順序といたしまして、まずはＩＰＬのないシステムについて説明をいたします。
システムモニタＲＯＭがなくて、ＲＡＭだけというシステムでも、なんらかの手段でＲＡＭにプログラムを書き込む必要があります。
そこでフロントパネルが必要になってきます。
ＣＰＵを停止させておいて、フロントパネルのスイッチ群を操作して、メモリアドレスをセットし、１バイトずつメモリにプログラムを書き込んでいきます。
アドレス設定スイッチやデータ設定スイッチは一般的には１ビットに１個のスイッチが対応します。
つまりアドレスやデータは二進法の通りのビット表現のまま設定をします。
現在設定されているメモリアドレスやメモリから読み出したそのアドレスの値は、やはり同じように二進数でビットごとにＬＥＤに表示されます。
通常は１のピットが点灯し、０のビットは消灯します。
ここではＥ－８０（仮称）ミニコンについて説明をしておりますから、フロントパネルにつきましてもＥ－８０（仮称）ミニコンのフロントパネルを使って説明をいたします。
といいましてもまだ実物は試作品だけです。
この写真は試作品のフロントパネルです。
右にありますＲＥＡＤ、ＲＥＡＤ ＮＥＸＴ等のスイッチはテスト作業のため外してあります。
以下の説明におきましては、この写真を念頭においてお読みください。
あ。
だんだんＩＰＬから離れていってしまうようですが、こんな調子で脱線してしまいますのはいつものことでありますので、ここは我慢していただきまして、しばしおつきあいをお願いいたします。
●サンプルプログラム
それでは、ＲＡＭだけでＲＯＭをもたないシステムでは、どのようにしてプログラムをＲＡＭに書き込んで、そしてそれを実行するのか、ということについて説明をいたします。
例として以下のプログラムをＣＰＵに実行させてみることにします。
００００ ＤＢＦＦ ＬＯＯＰ：ＩＮ Ａ，（ＦＦ）
０００２ Ｄ３ＦＦ ＯＵＴ （ＦＦ），Ａ
０００４ Ｃ３００００ ＪＰ ＬＯＯＰ
たったこれだけの短いプログラムですが、プログラムがＣＰＵによって正しく実行されていることを確かめるためには、なかなかにいいプログラムです。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンのフロントパネルには、すでに説明をしてきました、メモリ読み出し（ＲＥＡＤ、ＲＥＡＤ ＮＥＸＴ）、書き込み（ＷＲＩＴＥ、ＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴ）やステップ操作などの機能のほかにも、簡単な入出力装置としての機能も備わっています。
通常はアドレス設定に使われるパネル左側に配置された上位８ビット（Ａ１５～Ａ８）の設定スイッチは、ＣＰＵがプログラムを実行している時には、８ビットのデータ入力スイッチとして機能します。
このスイッチにはＩ／ＯアドレスのＦＦＨが割り当てられています。
またフロントパネル左上にはプログラムでのデータ出力用に独立した８ビットのＬＥＤがあって、これにもＩ／ＯアドレスのＦＦＨが割り当てられています。
同じＦＦＨですがＩＮ命令を実行したときにはスイッチから設定値が入力され、ＯＵＴ命令を実行したときにはデータ出力用のＬＥＤにＡレジスタの値が出力されます。
●プログラム入力の手順
それでは上のプログラムをフロントパネルを使ってＲＡＭに書き込んでいく手順を説明いたします。
電源を入れたらまず最初にＳＴＯＰスイッチを押して、ＣＰＵを停止させます。
今回のプログラムはアドレスの００００Ｈから順に書き込んでいきますから、アドレス設定スイッチは使う必要はありません。
１）ＲＥＳＥＴスイッチ（ＣＰＵ ＲＥＳＥＴ）を押します。
アドレスＬＥＤが００００を表示して、ＲＡＭのアドレス００００Ｈが選択されていることが示されます（このときデータバスＬＥＤにはＲＡＭの００００Ｈの内容が表示されます）。
２）データスイッチ（アドレス下位８ビットＡ７～Ａ０の設定スイッチがデータ設定スイッチＤ７～Ｄ０を兼ねています）を操作して最初の命令コード（ＤＢＨ）を設定します。
ＤＢＨは二進数表現では １１０１１０１１ になります。
そこでデータ入力スイッチは ＯＮ ＯＮ ＯＦＦ ＯＮ ＯＮ ＯＦＦ ＯＮ ＯＮ というように設定します。
３）ＷＲＩＴＥを押します。
データバスＬＥＤにはデータスイッチに設定した値ＤＢＨが表示されます（アドレスＬＥＤの表示は００００Ｈのまま変わりません）。
４）次の命令コード（この場合には命令のオペランドですが）ＦＦＨをデータスイッチに設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押します（次からはデータスイッチ設定後はＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押します）。
アドレスＬＥＤの表示が０００１Ｈになって、データバスＬＥＤにはデータスイッチに設定した値ＦＦＨが表示されます。
５）続いて、Ｄ３Ｈ、ＦＦＨ、Ｃ３Ｈ、００Ｈ、００Ｈまで順に入力します。
６）最後の００Ｈを入力したら、もう一度ＲＥＳＥＴ（ＣＰＵ ＲＥＳＥＴ）を押します。
アドレスＬＥＤの表示が００００Ｈになります。
ここで入力したプログラムを確認することもできます。
データバスＬＥＤには、アドレス００００Ｈの内容ＤＢＨが表示されているはずです。
ここでＲＥＡＤ ＮＥＸＴを押すと、押すたびにアドレスが＋１されて、そのアドレスのメモリ内容がデータバスＬＥＤに表示されます。
●プログラムの実行
プログラムを実行するには、まずＲＥＳＥＴスイッチ（ＣＰＵ ＲＥＳＥＴ）を押してアドレスを００００Ｈにしておいてから、ＲＵＮスイッチを押します。
アドレスＬＥＤやデータバスＬＥＤはぼんやりと光っているだけで、本当にプログラムが正しく実行されているのかどうか、そこを見ただけではわかりませんが、フロントパネル左上のデータ出力用ＬＥＤ（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＯＵＴＰＵＴ）には、プログラム実行中のデータ入力スイッチ（アドレス設定用スイッチの左半分Ａ１５～Ａ８、ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＩＮＰＵＴ）の設定内容がそのまま表示されます。
ここでＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＩＮＰＵＴスイッチを操作すると、その値が直ちにＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＯＵＴＰＵＴの表示に反映されて、正しくプログラムが実行されていることがわかります。
●プログラム入力～実行までの写真
せっかくですので、上で説明をしましたプログラムの入力～実行までの様子を写真でお見せすることにいたします。
最初にリセットしました。
アドレス表示ＬＥＤ（Ａ１５～Ａ０）は全部消灯して現在のアドレスが００００Ｈであることを示しています。
データバス表示ＬＥＤにはメモリの００００Ｈ番地の現在の値（３ＣＨ）が表示されています。
下側に並んでいるアドレス設定スイッチは、何も影響していません。
左上のデータ出力用ＬＥＤ（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＯＵＴＰＵＴ）にはＦＦＨが表示されていますが、これはたまたまこのように表示されているだけで、いまのところここに何が表示されていても意味はありません。
パネルスイッチの右側８個はアドレスの下位８ビットの設定とデータ（命令コード）設定を兼用しているスイッチです。
そこにＤＢＨを設定してＷＲＩＴＥを押しました。
データバス表示ＬＥＤにＤＢＨが表示され、その値がメモリの００００Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
データスイッチにＦＦＨを設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
データバス表示ＬＥＤにＦＦＨが表示され、その値がメモリの０００１Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
データスイッチにＤ３Ｈを設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
データバス表示ＬＥＤにＤ３Ｈが表示され、その値がメモリの０００２Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
データスイッチにＦＦＨを設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
データバス表示ＬＥＤにＦＦＨが表示され、その値がメモリの０００３Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
データスイッチにＣ３Ｈを設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
データバス表示ＬＥＤにＣ３Ｈが表示され、その値がメモリの０００４Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
データスイッチに００Ｈを設定してＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
データバス表示ＬＥＤが全部消えて、００Ｈがメモリの０００５Ｈ番地に書き込まれたことを示しています。
もう一度ＷＲＩＴＥ ＮＥＸＴを押しました。
００Ｈがメモリの０００６Ｈ番地に書き込まれました。
ここでＲＥＳＥＴ（ＣＰＵ ＲＥＳＥＴ）を押しました。
アドレス表示ＬＥＤが全部消灯して、ＣＰＵのプログラムカウンタがクリアされて、アドレスが００００Ｈに設定されたことがわかります。
データバスＬＥＤにはアドレス００００Ｈのメモリの内容ＤＢＨが表示されています。
ＲＵＮスイッチを押しました。
アドレス表示ＬＥＤがぼんやり光っています。
それによってプログラムを実行中であることがわかります。
左上部の８個のＬＥＤ（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＯＵＴＰＵＴ）には、左下の８個のスイッチ（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＩＮＰＵＴ）に設定した値（５６Ｈ）が表示されています。
この状態（プログラムを実行中の状態）のままで、ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＩＮＰＵＴスイッチの設定値を変えてみました。
スイッチを７８Ｈにしたところ、ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ ＯＵＴＰＵＴにも同じ値が表示されました。
ところで、このように写真を撮って、説明を書きながら写真を眺めていましたら、ちょっとおかしなことに気が付いてしまいました。
それはアドレス表示ＬＥＤの上位Ａ１５～Ａ８の表示です。
今回のプログラムはアドレス００００Ｈ～０００６Ｈという短いものですから、それを実行したときのアドレスＬＥＤも本当はその範囲しか光らないはずです。
が。
よく考えて見ますと、ＩＮ Ａ，（ＦＦ）とＯＵＴ （ＦＦ），Ａを実行するときは、アドレス下位８ビットにはＦＦＨが出力されますし、リフレッシュも禁止していませんから、下位アドレスにはリフレッシュアドレスも出力されます。
ということで、下位８ビットがぼんやり光っていることは納得できました。
しかし上位８ビットは？
ここは消灯してしかるべきはず、と考えたのですが。
どうもスイッチの設定と同じ表示になってしまうように見えます。
さては回路に何かミスが？
回路を調べてみたのですが、ミスはありませんでした。
アドレス設定スイッチはデータバスにはつながっていますがアドレスバスにはつながっていないことを確認しました。
それならばなぜ？
なんとなく赤ＬＥＤだけが連動しているように見えますが、これは青ＬＥＤと赤ＬＥＤの輝度の違いで、近くでよく見ますと青ＬＥＤもスイッチの設定値に連動して薄く光っていることがわかりました。
うむむむ。
なぜか？
あっ。
そういうことか。
しばらく考えて、やっと納得いたしました。
回路の誤動作でも、設計ミスでもなんでもなかったのです。
これは当たり前のことでした。
さて。
皆様はお分かりになりましたでしょうか？
Ｚ８０に相当詳しい方でしたならば、お分かりかと思います。
ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第３００回］
２０１３．１．２４ｕｐｌｏａｄ
前へ
次へ
ホームページトップへ戻る