２０１３．２．１６
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復活！ＣＰ／Ｍ　ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！
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３２０回］


●ＣＰＵ内部クロックを外部クロックの倍にする

前回からの続きです。
Ｚ８Ｓ１８０は、初期状態では外部から供給するクロック（または外付けするクリスタル）の周波数は内部で実際にＣＰＵが使用する周波数の倍、ということになっています。
当初私はＺ８Ｓ１８０が日立のＨＤ６４１８０のセカンドソースである、と認識しておりましたので、クロック周波数についてはそれ以上何も考えることはありませんでした。

しかしその後にあらためてＺ８Ｓ１８０の英文ＭＡＮＵＡＬを読んでみますと、現行のＺ８Ｓ１８０はＨＤ６４１８０のセカンドソースを越えてＺｉｌｏｇ社が独自の改良を加えたバージョンアップ版であるらしいことがわかってきました（ＳＬ１９６０版を除く）。
その改良はＣＰＵクロックにも加えられていました。
内蔵Ｉ／Ｏレジスタ１ＥＨの説明によると、ビット７を１にすることで、内部クロックを外部クロックの倍にできる、と書いてあります（［第３１８回］）。

しかし実際にそのようにしてテストしてみましても、内部クロックは外部クロックの倍にはなりませんでした。
ただ外部クロックと同じ周波数になることは確認できました。
もともと内部周波数は外部周波数の１／２ということでしたから、それが外部周波数と同一になれば、確かに「２倍」のパフォーマンスではあります。

ですが、それにしては　ｃａｎ　ｄｏｕｂｌｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｃｌｏｃｋ　ｓｐｅｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｃｌｏｃｋ　という表現はどうにも不適切に思えます。
その文章はどう読んでも「内部周波数は外部周波数の倍にできる」としか読めません。
「内部周波数を従来の倍にできる」というように理解するには無理があります。

さらには具体的な数値をあげて、
Ｔｈｉｓ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｎｌｙ　ｏｐｅｒａｔｅｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｗｉｔｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ　ｏｆ　１０－１６ＭＨｚ（２０－３２ＭＨｚ　ｉｎｔｅｒｎａｌ）．　
とも書かれています。

こうなると疑心暗鬼でありまして、ひょっとして１０ＭＨｚがかなりシビアな値であって、正確にその範囲にないと、「倍」にはなってくれないのではないか、などと疑ったりしました。

実はそのほかにも、もうひとつ気になる記述がありました。

Ｚ８Ｓ１８０の端子機能の説明のところで、ＰＨＩについて下のように書かれています。


［出典］Ｚｉｌｏｇ社　Ｚ８Ｓ１８０　ＰＲＯＤＵＣＴ　ＳＰＥＣＩＦＩＣＡＴＩＯＮ

ここには、Ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｏｕｔｐｕｔ　ｍａｙ　ｂｅ　ｏｎｅ－ｈａｌｆ，ｅｑｕａｌ　ｔｏ，ｏｒ　ｔｗｉｃｅ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｏｒ　ｉｎｐｕｔ　ｃｌｏｃｋ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．
とはっきり書かれています。
ｏｎｅ－ｈａｌｆ　と　ｅｑｕａｌ　ｔｏ　はわかりました。
するとあとひとつ、やっぱり　ｔｗｉｃｅ　というのが必ずあるはず、ということになります。
Ｉ／Ｏレジスタ１ＥＨ以外に、どこかにもうひとつ、ＣＰＵクロックに関係しているレジスタがあるのではなかろうか？
そう思ってＭＡＮＵＡＬをひっくり返して調べてみましたら。
やっとみつかりました。

こんなところに、書いてありました。

●Ｉ／Ｏレジスタ１ＦＨ


［出典］Ｚｉｌｏｇ社　Ｚ８Ｓ１８０　ＰＲＯＤＵＣＴ　ＳＰＥＣＩＦＩＣＡＴＩＯＮ

内蔵Ｉ／Ｏレジスタ１ＦＨのビット７を１にすると、内部クロックが外部クロックとイコールになる、のだそうです（この１ＦＨもオリジナルのＨＤ６４１８０にはありません）。
それでやっと疑問は解消できましたけれど。
そういうことなら、レジスタ１ＥＨとレジスタ１ＦＨとを並べて説明するとか、ひとこと注記をつけて、関連するレジスタ、とかなんとかとしてほしいものでありますねえ。
ちなみに１ＦＨの説明は引用しましたＺ８Ｓ１８０　ＰＲＯＤＵＣＴ　ＳＰＥＣＩＦＩＣＡＴＩＯＮの３８ページにありまして、１ＥＨの説明はそれよりもずっと後ろの５２ページに書かれています。
うむむ。
ＣＰＵ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＲＥＧＩＳＴＥＲなんだから最初にしっかり読めよ、ということなのでありましょうか。

さて。
そういうことでありまして、どうやら内蔵レジスタ１ＥＨと１ＦＨのビット７をともに１にすれば、内部クロック周波数を外部入力クロック周波数の倍にすることができそうだ、ということがわかりました。
さっそく試してみることにいたします。
最初は前回と同じように、レジスタ１ＥＨのビット７のみを１にして、内部クロックが外部クロックと同じになることを確認したうえで、次にレジスタ１ＦＨのビット７も１にして、内部クロックが外部クロックの倍になることを確認してみます。

その確認は前述のＰＨＩ端子をオシロで見ることで簡単に確認できるのでありますが、せっかくですので８２Ｃ５５Ａ－２からＨＬパルスを出力するプログラムを作って、それを実行してその出力波形をオシロで見てみることにいたします。
簡単なプログラムですから、実際にはパネルスイッチから１６進数コードを直接入力して実行しましたが、その入力したプログラムにつきましては参考までに下にプログラムリストとしてお見せすることにいたします。

最初に実行したのはこちらのプログラムです。

2013/2/15  16:15  e80ck.txt
END=901E
              	ORG $9000
              ;
9000 AF       	XOR A
9001 013200   	LD BC,$0032
9004 ED79     	OUT (C),A
9006 0E36     	LD C,36
9008 ED79     	OUT (C),A
900A 3EBF     	LD A,BF
900C 0E1E     	LD C,1E
900E ED79     	OUT (C),A
              ;
9010 3E88     	LD A,88
9012 D3FB     	OUT (FB),A
9014 3E02     LOOP:LD A,02
9016 D3FB     	OUT (FB),A
9018 3E03     	LD A,03
901A D3FB     	OUT (FB),A
901C C31490   	JP LOOP
              ;
              ;END
LOOP         =9014

レジスタ１ＥＨのビット７だけを１にしました。
こちらが実行結果です。



Ｅ－８０（仮称）ミニコンはディップスイッチの設定によって、ＣＰＵクロックを選択することができます。
外部クロックとして１０ＭＨｚ（内部クロック５ＭＨｚ）を選択するつもりで、間違えて８ＭＨｚ（内部クロック４ＭＨｚ）を選択してしまいました。
ですので初期状態でしたら４ＭＨｚでの動作になります。
今回はレジスタ１ＥＨのビット７を１にしましたから、８ＭＨｚでの動作になっているはずです。
Ｌ出力の期間は６＋１１＝１７クロックでＨ出力の期間はそこにＪＰ命令のが加わりますから６＋１１＋９＝２６クロックになります。
８ＭＨｚの１クロックは０．１２５μｓですから、
Ｌの期間は　０．１２５×１７＝２．１２５（μｓ）
Ｈの期間は　０．１２５×２６＝３．２５（μｓ）
になります。
上の写真を見ますと、計算通りの出力になっているようです。

●内部クロック＝外部クロック×２プログラム

次に下のプログラムを実行しました。

2013/2/15  16:15  e80ck2.txt
END=9024
              	ORG $9000
              ;
9000 AF       	XOR A
9001 013200   	LD BC,$0032
9004 ED79     	OUT (C),A
9006 0E36     	LD C,36
9008 ED79     	OUT (C),A
900A 3EBF     	LD A,BF
900C 0E1E     	LD C,1E
900E ED79     	OUT (C),A
9010 3E80     	LD A,80
9012 0E1F     	LD C,1F
9014 ED79     	OUT (C),A
              ;
9016 3E88     	LD A,88
9018 D3FB     	OUT (FB),A
901A 3E02     LOOP:LD A,02
901C D3FB     	OUT (FB),A
901E 3E03     	LD A,03
9020 D3FB     	OUT (FB),A
9022 C31A90   	JP LOOP
              ;
              ;END
LOOP         =901A

今度はレジスタ１ＥＨと１ＦＨのビット７を１にしました。
下が実行結果です。



外部入力クロックは先ほどと同じ８ＭＨｚです。
今回は内部クロックは外部クロックの倍の１６ＭＨｚになったはずです。
１６ＭＨｚの１クロックは０．０６２５μｓです。
Ｌの期間は　０．０６２５×１７＝１．０６２５（μｓ）
Ｈの期間は　０．０６２５×２６＝１．６２５（μｓ）
になります。
そのようになっているようですが、ちょっと見難いようですね。

スケールを倍にしてみました。



大体そんな数値になっているようですね。

次は外部クロックを１０ＭＨｚ（内部クロック５ＭＨｚ）にしてみました。
以後のテストはレジスタ１ＥＨと１ＦＨのビット７を共に１に設定しています。
下が実行結果です。



内部クロックは２０ＭＨｚになったはずです。
２０ＭＨｚの１クロックは０．０５μｓです。
Ｌの期間は　０．０５×１７＝０．８５（μｓ）
Ｈの期間は　０．０５×２６＝１．３（μｓ）
になります。
確かに。
写真を見ますと、ちゃんとそのようになっています。

ディップスイッチの設定では、以上のほかに外部クロック４ＭＨｚ（内部クロック２ＭＨｚ）も選択できます。
ことのついでですから、それもテストしてみました。
下はその実行結果です。



外部クロックが４ＭＨｚですから、内部クロックは８ＭＨｚになったはずです。
８ＭＨｚの１クロックは０．１２５μｓですから、
Ｌの期間は　０．１２５×１７＝２．１２５（μｓ）
Ｈの期間は　０．１２５×２６＝３．２５（μｓ）
になります。
上の写真を見ますと、計算通りの出力になっているようです。

以上のテストでは、外部入力クロックとして、４ＭＨｚ、８ＭＨｚ、１０ＭＨｚの３通りを選択して、レジスタ１ＥＨと１ＦＨのビット７をともに１にすることで、内部クロックを８ＭＨｚ、１６ＭＨｚ、２０ＭＨｚにすることができました。
さて、そうなりますと［第３１８回］でちょいと疑問でありました以下の記述なのですが、
Ｔｈｉｓ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｏｎｌｙ　ｏｐｅｒａｔｅｓ　ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｗｉｔｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ　ｏｆ　１０－１６ＭＨｚ（２０－３２ＭＨｚ　ｉｎｔｅｒｎａｌ）．

ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙをｏｎｌｙと合わせて「有効に」と訳すと、誤解してしまいます（でもそういう意味に取ってしまいそうです）。
ここは「効果的に」とでも訳すべきなのでしょう。

上で行ないましたテストでは、外部クロックが１０ＭＨｚ以下であっても設定は有効に働きました。
つまりｏｎｌｙは制約や限定を意味しているのではなさそうです。

Ｚ８Ｓ１８０には３３ＭＨｚ版もありますから、２０ＭＨｚ、３３ＭＨｚで使う場合に、２０ＭＨｚクリスタルはともかくとしまして、それ以上の周波数のクリスタルや３２ＭＨｚ、３３ＭＨｚのクリスタルはちょいと入手しづらいと思います。
そのような場合に１０ＭＨｚ～１６ＭＨｚのクリスタルが使えるというのは、確かに「効果的」です。
それに比べますと、それ以下の周波数、たとえば１０ＭＨｚ～１６ＭＨｚのときに５～８ＭＨｚのクリスタルが使えたとしてもさほどうれしくはありますまい（おそらくは１０～１６ＭＨｚのクリスタルのほうが楽に入手できるはずですから）。

おそらく上の英文は、そのようにＣＰＵクロックが２０ＭＨｚ～３２ＭＨｚのときには、１０ＭＨｚ～１６ＭＨｚのクリスタルを使うことができるので、コストパフォーマンスが上がりますよ、という意味なのだと思います（それ以下の周波数のときにこの機能を使うメリットは余り無いかもしれません、という意味も含んでいるようです）。

なにはともあれ、これでやっと一件落着です。
あ。
まだもう少し書き残したことがありました。
それにつきましては次回にて。

ワンボードマイコンでＣＰ／Ｍを！［第３２０回］
２０１３．２．１６ｕｐｌｏａｄ

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