(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１０４回］
●ＬＨＬＤ命令
またまた、なんともよくわからないニーモニックの命令です。
Ｌｏａｄ Ｈ＆Ｌ Ｄｉｒｅｃｔの略のようです。
ここでＤｉｒｅｃｔというのは、Ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｍｏｒｙ ａｃｃｅｓｓのことです。直接アドレスを指定するメモリアドレス方式の意味です（これに対してメモリアドレスを間接的に示す方式を、”間接メモリアドレス方式”と言います）。
ＭＯＶ命令で、ＭＯＶ ｒ，Ｍ（レジスタにメモリの値を転送する）の場合のＭが間接メモリアドレッシングでのメモリアドレス指定になります。
メモリアドレスを直接指定するのではなくて、ＨＬレジスタの値を使ってメモリアドレスを間接的に指定するから、間接アドレッシングです。
ＬＨＬＤ命令のマシン語コードは”２Ａ”です。
”２Ａ３４１２”のようにＯＰコードのあとに２バイトのデータ部が続きます。
”２Ａ３４１２”の場合で説明すると、メモリアドレス”１２３４”番地にあるデータをＬレジスタに入れ、その次のアドレス”１２３５”番地にあるデータをＨレジスタに入れる、という動作をします。
良く似た動作をする、ＨＬレジスタに１６ビットのデータを直接入れるＬＸＩ Ｈという命令がありました（［第６５回］）。
ＬＨＬＤとＬＸＩ Ｈは、命令コードも動作もちょっと似ています。
ＬＸＩ ＨをＬＨＬＤと同じようにコードで示すと、
”２１３４１２”になります。
ＬＸＩ ＨはＨＬレジスタに”１２３４”が入ります。
これに対して、ＬＨＬＤはＨＬレジスタに”１２３４”番地と”１２３５”番地のデータが入ります。
両者の違いを理解しやすくするために図を用意しました。
ＬＸＩ Ｈ命令では、命令コードに続く２バイトのデータがそのままＨＬレジスタに入りますが、ＬＨＬＤ命令では、命令コードに続く２バイトは、ＨＬレジスタに入れるデータの”メモリアドレス”になっています。
ＬＸＩ命令では、命令に続くデータを読んで、最初のデータはそのまま下位レジスタに入れ、次のデータは上位レジスタに入れれば良かったので、回路は簡単でした。
ところがＬＨＬＤ命令では、命令コードに続く２バイトのデータをメモリアドレスとして使わなければなりません。
今までそのような場合にはＷＫレジスタを使いました。
と、ここまで書いてきて思い出しました。
ＬＨＬＤ命令の動作に最も近い命令がありました。
ＬＤＡ命令（［第６４回］）です。
ＬＤＡ命令はＯＰコードに続く２バイトでメモリアドレスを直接指定して、そのメモリアドレスにあるデータをＡレジスタに入れる命令でした。
Ａレジスタですから８ビット（１バイト）のデータですが、データが１バイトか２バイトかの違いを別にすれば、ＬＤＡ命令とＬＨＬＤ命令は全く同じ動作になります。
ＬＤＡ命令では、２バイトのデータをＷＫレジスタに読み込んで、その後、ＷＫレジスタの値をアドレスバスに出力することで、メモリアドレスを指定しました。
しかしＬＨＬＤ命令では同じ方法は使えません。
ＬＤＡ命令ではメモリアドレスを指定して、一度だけデータを読み込むだけで済みますが、ＬＨＬＤでは２バイト分のデータを読み込まなくてはならないので、指定したメモリアドレスと、その次のメモリアドレスの２回メモリアドレスを指定してデータを読まなければならないのです。
つまりメモリアドレスをインクリメント（＋１）しなければなりません。ＷＫレジスタはただのレジスタ（７４ＨＣ３７３を２個使用）ですから、値のインクリメントはできません。
ＬＤＡのようにメモリアドレスを出力するためにＷＫレジスタを使うことができないのはそのためです。
ＬＨＬＤ命令でもＷＫレジスタは利用しますが、それはメモリアドレスを出力するためではなくて、一時記憶として使用します。文字通りワークレジスタそのものとしての利用です。
ここは、設計の当初かなりあれこれ迷いました。
ＷＫレジスタを７４ＨＣ３７３ではなくて、７４ＨＣ１９１などのプリセッタブルなアップタ゜ウンカウンタにすることも考えました。
でもこの命令だけのために、７４ＨＣ３７３の代わりに７４ＨＣ１９１を使うというのは、どうにも面白くありません。
ＩＮＲ、ＤＣＲ命令の回路を利用することも考えました（［第５８回］ＩＮＲレジスタ回路）。
しかしその回路は８ビットです。
メモリアドレスをインクリメントするためには、１６ビットのインクリメント回路が必要です。
ＩＮＸ命令（［第９５回］）は１６ビットのインクリメントを行っていますが、それは８ビットの回路を２回繰り返して利用するような回路になっています。８ビットのＩＮＲ回路を１６ビットのインクリメントに利用するためには、ＩＮＸ命令と同じような回路を付加しなければなりません。
そんなくらいならば、最初からＷＫレジスタを１６ビットのアップカウンタ（７４ＨＣ１９１を４個使う）にした方がずっと簡単です。
●ＳＰ（スタックポインタ）を利用する
ＳＰ（スタックポインタ）を利用することを思いつきました。
１６ビットありますし、もともとアドレスを指定するためのレジスタですから目的にぴったりです。もちろんインクリメントも問題なくできます。
１）最初にまず現在のＳＰ（スタックポインタ）の中身をＷＫレジスタに保存します。
２）そうしておいてから、命令コードの次の２バイトの値をＳＰ（スタックポインタ）に読み込みます。
３）ＳＰ（スタックポインタ）の値をアドレスバスに出力します。
４）ＳＰ（スタックポインタ）で指定するメモリアドレスにあるデータを、まずＬレジスタに入れ、ＳＰ（スタックポインタ）を＋１して、そのメモリアドレスにあるデータをＨレジスタに入れます。
５）最後にＷＫレジスタに保存しておいたＳＰ（スタックポインタ）の値をもとに戻します。
●ＬＨＬＤ命令のタイミングチャートです
ＳＰ（スタックポインタ）の値をＷＫレジスタに退避、復帰するために、２０クロックもかかってしまいました。
Ｔ４〜Ｔ７がＳＰ（スタックポインタ）の値をＷＫレジスタに保存、
Ｔ８〜Ｔ１１が命令コードに続く２バイトをＳＰ（スタックポインタ）に読み込み、
Ｔ１２〜Ｔ１５がＳＰ（スタックポインタ）の値をアドレスバスに出力して、そのメモリアドレスにあるデータをＬレジスタに、次のメモリアドレスにあるデータをＨＬレジスタに読み込み、
Ｔ１６〜Ｔ１９がＷＫレジスタの値をＳＰ（スタックポインタ）に戻す、作業です。
ＷＫレジスタ、ＳＰ（スタックポインタ）はｓ３−ｓ０とｒｅｇＲＤ、ｄ３−ｄ０とｒｅｇＷＲによって選択され、値の読み出し、書き込みが行われます。
ｓ３−ｓ０、ｄ３−ｄ０とレジスタの関係については、「レジスタコード表」（［第２７回］）を参照してください。
●ＳＨＬＤ命令
ＬＨＬＤ命令はメモリアドレスをダイレクトに指定して、そのメモリアドレスにあるデータをＨＬレジスタに読み込む命令ですが、ＬＨＬＤ命令と対になる命令としてＳＨＬＤがあります。
Ｓｔｏｒｅ Ｈ＆Ｌ Ｄｉｒｅｃｔです。
命令コードは”２２”です。
ダイレクトに指定したメモリアドレス（とその次のアドレス）にＨＬレジスタの値を書き込みます。
ＬＨＬＤとＳＨＬＤのタイミングチャートは、Ｔ１２〜Ｔ１５でメモリから読み出す作業と、メモリに書き込む作業との違いがあるだけで、残りの部分は全て同じです。
したがって回路もほとんど共通にできます。
●ＳＨＬＤ命令のタイミングチャートです
Ｔ１２〜Ｔ１５で、ＨＬレジスタからのデータをＳＰ（スタックポインタ）で指定するメモリアドレスに書き込んでいます。この部分が異なっているだけで、あとの部分はＬＨＬＤ命令のタイミングチャートと同じです。
●ＬＨＬＤ命令とＳＨＬＤ命令の回路図です
回路図の右半分がＬＨＬＤ命令とＳＨＬＤ命令の共通部分の回路です。
２００８．１０．２９ｕｐｌｏａｄ
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