ワンボードマイコンをつくろう！（パソコンの原点はここから始まった）
ＴＫ８０ソフトコンパチブル！８０８０、Ｚ８０マシン語からＢＡＳＩＣまでこれ１台でこなせます
| 当記事は２００９年１１月から「ＴＴＬでＣＰＵをつくろう！」というタイトルの もとにほとんど毎日連載をしてきたものを再編集したものです。 |
２０１１．６．２９ 前へ 次へ 目次へ戻る ホームページトップへ戻る |
| ☆特注品Ｚ８０ボードＮＤ８０ＺＨの機能説明 ＴＫ８０コンパチブルで、その上中日電工オリジナルのＮＤ８０Ｚとしても動作するというＺ８０ＣＰＵのワンボードマイコンを企画し、その開発準備をしていたところに、ＮＤ８０Ｚの特注品の開発依頼をいただきました。製品名はＮＤ８０ＺＨです。 新企画のＺ８０ボード（ＮＤ８０ＺⅢ）はこのあとで製作することになりますが、基本的な機能はＮＤ８０ＺＨと共通していますから、まずはＮＤ８０ＺＨの機能を説明します。 |
［第２２回］
［第６回］で、ステップ回路の説明に入りかけたところで、ＩＮＴ信号とＮＭＩ信号の説明に行って、そこで終わってしまって、その続きについて、書いてありませんでした。
そういえば、ＮＭＩについても、まだもう少し書くことがありました。
あちこちずいぶんやりっぱなしで、きてしまっています。
●ふたたびステップ回路の説明です
今回も引き続いて、Ｚ８０版ＴＫ８０ボード（ＮＤ８０ＺＨ）のお話です。
お話の流れとしては［第６回］の続き、ということになります。
ＴＫ８０のステップ動作はＩＮＴ信号入力による割込みを利用していました。
ＴＫ８０は、ＩＮＴ信号と同時にデータバスに乗せられるＲＳＴ７命令（１６進コードはＦＦ）によって、００３８番地からの割込み処理プログラムが実行されることで、ステップ動作の処理をおこなっていました。
その仕組みについてはＣＰＵをつくろう！［第２４１回］あたりで説明をしています（ここの説明はＴＫ８０のステップ動作というよりも、ＭＹＣＰＵ８０の「ＴＫ８０回路」のステップ動作の説明、ということなのですけれど）。
８０８０は、ＩＮＴ信号を受け付けると、その直後にデータバスから８ビットの命令コード（ＲＳＴ命令）を読み込みます。
そのＲＳＴ命令によって、００００～００３８に、８バイトおきに配置された割込み処理ルーチンを実行します。
Ｚ８０も８０８０のＩＮＴ割込み処理と全く同じ動作をさせることができます。
ただし、８０８０のＩＮＴ信号はＨアクティブでしたが、Ｚ８０のＩＮＴ信号入力はＬアクティブであることだけが異なっています。
さらに、Ｚ８０では、この８０８０互換の割込み処理のほかに、２つの異なる割り込み機能を備えています（ＮＭＩ割り込みのことではありません）。
ですがそれについての説明をはじめると、また話が横にそれていってしまいます。
ですから、Ｚ８０の、８０８０互換の割込み以外の割込みについてはもう少し後で説明することにいたします。
Ｚ８０は８０８０の全ての命令をそのまま実行できます。
またＴＫ８０のステップ動作で使われている、ＲＳＴ７割込みも、Ｚ８０は同じように実行することができます。
それなら、ステップ動作の回路も、ＴＫ８０と同じ回路にすればよいか、といいますと、そういうわけにはいかないのです。
ＲＳＴ７割込みの動作や、ステップ動作の仕組みはＴＫ８０と同じですけれど、８０８０とＺ８０とでは、そのステップ動作で使う信号が異なっているために、ＴＫ８０と同じ回路は使うことができません。
そのことを説明するために、まずＭＹＣＰＵ８０でのＴＫ８０回路のステップ動作について復習をしてみましょう。
ＭＹＣＰＵ８０のＴＫ８０回路のステップ動作の説明はＣＰＵをつくろう！［第２４８回］にあります。
回路図とタイミングチャートを使って説明をしています。
ＲＳＴ７命令の割込み動作をさせるためには、ＥＩ命令を実行して割込みを受付可能にしておかなければなりません。
このＥＩ命令の実行と、それによって実際に割込みが受付可能になるタイミングとの間には、１命令のタイミングラグがとられています。
割込みが受け付けられると、自動的に割込み禁止状態になってしまうため、割込み処理が終わって、次の割込みを受付可能にするためには、割込み処理ルーチンの終わりのところで、ＥＩ命令を実行することになります。
通常の割込み処理ルーチンはサブルーチンになっているはずなので、割込み処理ルーチンの最後の命令はＲＥＴ命令になります。
するとＥＩ命令は、そのＲＥＴ命令の前に置くことになります。
ところで、もしＥＩ命令の実行直後に割込みが受付可能にされたとすると、そのときまでにＩＮＴ信号がすでに入力されていた場合、割込み処理プログラムの最後のＲＥＴ命令の実行前に、次の割込みが受け付けられてしまいます。
これでは多重割込みが発生してしまいますから、ＥＩ命令の実行によって、割込みが受付可能になるのは、そのＥＩ命令の次の命令（つまりＲＥＴ命令）が実行されたあと、になるようにＣＰＵ内部の回路が組まれているのです。
ながながと割込み許可のタイミングについて説明をしたのにはわけがあります。
じつは、ＴＫ８０回路のステップ動作の仕組みは、その割込み許可のタイミングをもう１命令延長することによって実現しているからです。
ステップ動作の処理プログラム（じつはＲＳＴ７割込みプログラム）の終わりに、ＥＩ命令が実行されて、最後のＲＥＴ命令で、ユーザプログラムに戻った直後に、次の割込みが受け付けられるのではなくて、そこでユーザープログラムが１命令実行されたあとに、次の割込みが受け付けられるようにできれば、ステップ動作をさせることができます。
ＣＰＵをつくろう！［第２４８回］で説明をしたＭＹＣＰＵ８０のＴＫ８０回路のステップ動作は、割込み許可状態を保持しているフリップフロップの出力信号と、ＯＰコードフェッチ信号をもとにフリップフロップを使って、さらにもう１命令分の遅延回路を構成しています。
しかしこの仕組みをそのままＺ８０ＣＰＵ回路で使うわけにはいきません。
なぜなら、ＣＰＵをつくろう！［第２４８回］で説明をした、ＭＹＣＰＵ８０のＴＫ８０回路のステップ回路で使用した、割込み許可状態を保持しているフリップフロップの出力信号も、ＯＰコードフェッチ信号もＣＰＵ内部の信号だからです。
ＭＹＣＰＵ８０はＣＰＵそのものの回路ですから、そのＣＰＵ回路の内部にＴＫ８０のステップ回路を組み込んでしまうことができたのですが、そのステップ回路をＣＰＵの外に作るためには、当然それなりの工夫が必要になってきます。
では、８０８０ＣＰＵのＴＫ８０では、ステップ回路をどのようにして実現していたのでしょうか？
というところまで、やっとのことでお話をしてきましたが、本日はタイムアウトになってしまいました。
この続きは、また次回にいたします。
ＣＰＵをつくろう！第４５４回（２０１０．３．１１ｕｐｌｏａｄ）を再編集
ワンボードマイコンをつくろう！［第２２回］
２０１１．６．２９ｕｐｌｏａｄ
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