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３１３回］
●Ｚ８Ｓ１８０２０のタイミングチャート
前回からの続きです。
Ｚ８Ｓ１８０は電源ＯＮまたはリセット直後には、デフォルトでメモリアクセスに３クロック、Ｉ／Ｏアクセスに４クロックのウェイトが挿入されます。
通常の命令ではメモリアクセスは３クロックなので、そこにさらに３クロックのウェイトが加わると、倍の６クロックになってしまいます。
前回のテストではＣＰＵクロックが１０ＭＨｚであるにもかかわらず、実際の動作速度は４．５ＭＨｚという結果になってしまいました。
おそらくＨ６４１８０（Ｚ８Ｓ１８０のオリジナル）が開発された当時にはメモリのアクセスタイムは遅いものが一般的で、アクセスタイムが速いメモリはあったとしても高価であったために、そのような仕様がデフォルトになっていたのだろうと思われます。
当時に比べると現在ではメモリの集積度も上がり、アクセスタイムもうんと速くなりました。
そういうことからしますと、デフォルトのように３クロックものウェイトはおそらく不要であると推測されます。
しかし、それならばノンウェイトでもよいか、ということになりますと、それはやっぱり確認しておくに越したことはないでしょう。
そこで実際のテストに先立ってまずはデータシートによって確かめてみることにします。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンではＣＰＵにＺ８Ｓ１８０の２０ＭＨｚ版（Ｚ８Ｓ１８０２０）を使います。
当初Ｙ様と打ち合わせておりました基本仕様では、ＣＰＵクロックは１０ＭＨｚあれば十分ということでした。
ではなぜ２０ＭＨｚかといいますと、たまたま仕入れの都合で、１０ＭＨｚ版よりも２０ＭＨｚ版のほうが入手し易かったというだけの理由でした（これは現在でも同じ状況のようです）。
しかし実際に２０ＭＨｚで動くＣＰＵが搭載されているということになりますと、やっぱり２０ＭＨｚでも動かしてみたい、と考えたくなるのが人情でありまして、結局隠し機能としてではありますが、２０ＭＨｚクロック回路（ＣＰＵへの入力周波数は４０ＭＨｚ）も作ってしまいました（［第２６７回］参照）。
ということで見出しにもありますように、まずはＺ８Ｓ１８０２０のタイミングチャートを確認してみました。
Ｚ８Ｓ１８０のＤａｔａｓｈｅｅｔです。
タイミングチャートにはびっしりと細かいタイミングの数値が記載されています。
しかし大体が２５ｎｓ－３０ｎｓ程度の小さい値で、しかもそれはワーストの場合の数値ですから、とりあえずはそれらは０と考えて、クロックの立ち上がりから○クロック、とか立ち下りから○クロックというようにすると、分かりやすいと思います。
そのようにＣＰＵクロック（上のチャートではＰＨＩと記されている）を尺度にして考えてみることにします。
すると、ＯＰコードフェッチサイクルが一番きびしくて、ＭＲＥＱ、ＲＤの立下りからＤＡＴＡ ＩＮまでが１．５クロックです。
クロックが１０ＭＨｚ（１クロック＝１００ｎｓ）のときに１５０ｎｓ、２０ＭＨｚ（１クロック＝５０ｎｓ）のときに７５ｎｓです。
ＤＡＴＡ ＲＥＡＤのタイミングはそれよりも０．５クロックゆるくなります。
ＤＡＴＡ ＷＲＩＴＥについてはＷＲＩＴＥパルス幅が決め手になると思います。
ＷＲＩＴＥパルス幅も１．５クロックですから１０ＭＨｚでは１５０ｎｓ、２０ＭＨｚでは７５ｎｓです。
Ｉ／Ｏについては後で検討をしますが、図の下部のＮｏｔｅを見ますと、Ｉ／Ｏ ＲＥＡＤ、Ｉ／Ｏ ＷＲＩＴＥは、ＭＥＭＯＲＹ ＲＥＡＤ、ＭＥＭＯＲＹ ＷＲＩＴＥと同じである、と書いてあります。
ただＭＥＭＯＲＹアクセスとＩ／Ｏアクセスで異なっているのは、Ｉ／Ｏアクセスでは自動的に１クロックのウェイト（ＴＷ）が挿入される点である、とも書いてあります。
つまりＩ／Ｏアクセス時には少なくとも１クロックのウェイトが挿入されることになります。
ということになりますと、Ｉ／Ｏに対するＲＥＡＤパルス幅は３クロックですから、ＣＰＵクロックが１０ＭＨｚのときは３００ｎｓ、２０ＭＨｚのときは１５０ｎｓになります。
またＩ／Ｏに対するＷＲＩＴＥパルス幅は２．５クロックですから１０ＭＨｚでは２５０ｎｓ、２０ＭＨｚでは１２５ｎｓです。
●ＩＳ６１Ｃ５１２８ＡＳ－２５のアクセスタイミング
次にメモリのアクセスタイムについて確認してみることにします。
Ｅ－８０（仮称）ミニコンに搭載するＲＡＭはＩＳ６１Ｃ５１２８ＡＳ－２５です。
ＩＳ６１Ｃ５１２８ＡＳのＤａｔａｓｈｅｅｔです。
まずはＲＥＡＤのタイミングから見てみます。
昔のメモリからはとても想像もできないほど速い数値です。
ＯＥ、ＣＥが立ち下がってからデータが出力されるまでの時間が最大で２５ｎｓですから、ＣＰＵクロック２０ＭＨｚでのＯＰコードフェッチタイミング７５ｎｓにも十分間に合います。
次はＷＲＩＴＥのタイミングです。
ＷＲＩＴＥパルス幅は、なんとたったの１５ｎｓですから、ＣＰＵクロックが２０ＭＨｚのときのＷＲＩＴＥパルス幅７５ｎｓでも十分な値でしょう。
どうやらメモリについてはＣＰＵクロック２０ＭＨｚで、かつノンウェイトで動作しても大丈夫そうです。
しかしＩ／Ｏについてはどうでしょうか？
●８２Ｃ５５Ａ－２のタイミングチャート
Ｅ－８０（仮称）ミニコンでは沖電気のＭＳＭ８２Ｃ５５Ａ－２を使います。
ＭＳＭ８２Ｃ５５Ａ－２のＤａｔａｓｈｅｅｔです。
昔を知る人でしたら、おそらく８２Ｃ５５といえばＮＥＣか東芝の製品を思い浮かべることと思います。
なぜ沖なのか？
はっきり言いまして、もうモノがないのですよ。
各社が生産を中止してしまって久しいものですから、いわゆる流通在庫に頼るしかないのです。
実は、ＮＥＣも東芝も生産を中止してしまって、さてどうしようか、と困っていたときにみつけたのが沖電気の８２Ｃ５５でした。
最初は沖電気の８２Ｃ５５なんて使えるのか？
と少々疑ったものでしたが、ためしに使ってみましたら、十分使えます。
以来ずっと沖電気の８２Ｃ５５を使ってきました。
その沖電気も今ではやはり生産を中止してしまいました。
しかしまだ今のところ当社の仕入れルートでは入手できています。
なんといってもＺ８０と組み合わせてずっと８２Ｃ５５を使ってきたものですから、入手できる限り使っていきたいのですよねえ。
たしか海外のメーカーで生産しているところもあったと思いましたが、沖の８２Ｃ５５もかなり長いこと使ってきていますから、やっぱりこれが入手できるならば、このままでいきたいと思っています。
ですので、当社も一度の発注で、金額にしてン十万円単位で仕入れています。
でもさすがにちょっと心配になって、今回仕入れましたときに、ついでに仕入れ元に聞いてみました。
そこもその先の取引業者から仕入れていて、その先の取引業者もまたどこか別の業者から仕入れているようです。
まあ。
ジャの道はヘビといいますものねえ。
で。
「ほんとのところ、どうなの？ぼちぼち底を尽きそうってことはない？」
「大丈夫みたいですよ。なんでも、まだ○万個ぐらい持っているらしいってことですから」
まだ当分は大丈夫なようです。
そういうわけで、沖電気の８２Ｃ５５Ａ－２を使います。
それでお話を元に戻しまして、８２Ｃ５５Ａ－２のタイミングチャートについての検討です。
まずはＲＥＡＤのタイミングについて見てみましょう。
ＲＥＡＤパルス幅（ｔＲＲ）は１００ｎｓですから、ＣＰＵクロックが２０ＭＨｚのときの１５０ｎｓでもいけそうです。
またＲＥＡＤの立ち下りからＤＡＴＡの出力までの遅延時間（ｔＲＤ）が最大１２０ｎｓというのも、なんとかセーフということになります。
問題はアドレスセットアップタイム（ｔＡＲ）の２０ｎｓです。
この存在がＺ８０と８２５５との相性を悪くしていました。
８２５５（８２Ｃ５５でも同じ）のＣＳを作るときに、メモリ回路のときのＭＲＥＱと同じ扱いで、ＩＯＲＱとアドレスを抱き合わせにしてデコードしてしまいがちですが、それをやりますと、８２５５（８２Ｃ５５）が正しく反応してくれなくなります。
８２５５（８２Ｃ５５）に対してはＩＯＲＱはＣＳに入れるのではなくて、ＲＤ、ＷＲに入れなくてはいけません。
ＣＳはアドレスＡ０～Ａ７のみをデコードして作ります。
そのようにしたとしても、ｔＡＲ＝２０ｎｓはきびしい値です。
もう一度Ｚ８Ｓ１８０のタイミングチャートを見てみましょう。
アドレスは第１クロックの立ち上がりで変化しますが、ＩＯＲＱ、ＲＤは第１クロックの立ち下りでアクティブになります。
その差は０．５クロックです。
ＣＰＵクロックが１０ＭＨｚのときは０．５クロックは５０ｎｓですから、なんとか間に合いますが、２０ＭＨｚということになりますと、０．５クロックは２５ｎｓですからぎりぎりの値です。
しかもその０．５クロックというのは、各信号の遅延時間を無視しての話です。
こういうぎりぎりの値になってきますと、１０ｎｓずれてもアウトということになります。
おまけにこの値は、ウェイトクロックの挿入には関係しないのです。
つまりいくらウェイトを挿入してもダメなものはダメということになります。
このあたりのところが、人によってはＺ８０で８２Ｃ５５がうまくコントロールできない、と言わしめるもとになっているのではないかと思います。
え？
私はどうか？
ですか。
私はＺ８０の初期のころから８２５５をくっつけて設計してきていますので。
ええ。
Ｚ８０と８２５５、８２Ｃ５５が不仲になったというようなことは記憶にありません。
ずっと仲良しです。
ま。
それはともかく、この数値からはちょっと２０ＭＨｚはきびしいかも、という気がいたします。
それではＷＲＩＴＥのほうはどうでしょうか。
ＷＲＩＴＥパルス幅（ｔＷＷ）は１５０ｎｓです。
ＣＰＵクロックが１０ＭＨｚのときのＷＲＩＴＥパルス幅は２５０ｎｓですから、これは問題はありませんでしょう。
しかし２０ＭＨｚのときは１２５ｎｓですから２５ｎｓ足りません。
むむ。アウトですなあ。
なおＷＲＩＴＥのときのアドレスセットアップタイム（ｔＡＷ）は０になっています。
さて以上の結果からいたしますと、８２Ｃ５５に対する入出力プログラムにおいても、多分ＣＰＵクロックが１０ＭＨｚならば、メモリアクセスだけではなくて、Ｉ／Ｏアクセスについてもノンウェイトでもいけそうです。
しかし２０ＭＨｚではメモリについてはノンウェイトでも多分いけるでしょうが、８２Ｃ５５に対するアクセスについては、ＲＥＡＤが間に合わない可能性があって、それはウェイトの有無とは無関係です。
またＷＲＩＴＥについては１ウェイトが必要なようです。
以上でタイミングチャートの上での検討はだいたいできましたので、次回はいよいよ実際にノンウェイトでのテストをしてみることにいたします。
ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第３１３回］
２０１３．２．９ｕｐｌｏａｄ
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