標準ＴＴＬだけ（！）でCPUをつくろう！（組立てキットです！）
(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１７３回］

●ついに、完成してしまいましたよー！

今回から、いよいよＣＰＵの中心部、ＡＬＵ回路について、説明を始めるつもりだったのですけれど、その前に、この辺でちょいと一息入れておきましょう。

前回も書きましたように、まだやっと二の丸くらいまで攻略しかかったところです。山登りなら、やっと八合目付近です。

しかし、ですね。本当を言いますとですね。
説明の方はなかなか遅々としてはかどりませんが、バックグラウンドの方では、実は、もう完成してしまっているのです。

そうなのですよ。
じつは、少し前に、本丸まで攻略してしまいました、のです。

ＣＰＵの回路については、全部実装を完了して、全命令回路について、一通りの動作テストも完了しています。
前回お見せした、命令リストの空白になっている命令も全部、完了です。

ＡＮＤもＯＲもＡＤＤもＳＵＢも、そしてあのＤＡＡも、です。
ＩＮＴ（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ、割り込み）も成功しましたよ！
マシン語コードＦＦのＲＳＴ７についてのみですけれど、ちゃーんと動作しましたよ！

そのあたりも、これから少しずつ皆様にご披露申し上げていきますね。
それは、今後のお楽しみということで。

本日、皆様にお見せするのが、これ！

●ああ堂々の、ＤＭＡ、７ｓｅｇＬＥＤのダイナミックドライブ表示ですよ！

リキが入っていますから、いつもより、少し画像サイズが大きいです。

こうやって、見ていると、何か、感動してしまいますねぇ。
とうとう、と言いますか、ついに、と言いますか、「やったぁ！」という感じですね。

７ｓｅｇＬＥＤが加わると、一段と引き立って見えますね。ほんと、感動です。

７ｓｅｇＬＥＤの表示回路については、［第１２０回］から数回にわたって説明をしました。
年末が迫っていて、早く基板を仕上げなくては、と、あせってしまったため、ＴＫ８０の回路は、かなり「やっつけ」のところが多く、基板が出来てきてから、相当手直しが必要でした。
そのあたりも、いずれ説明をいたします。

７ｓｅｇＬＥＤの表示は、ダイナミックドライブです。
こうやって写真で見ても、８個のＬＥＤは同時に点灯しているように見えますが、実際には１秒間に数百回、１桁ずつ順番に点灯させているのです。
しかも、表示させている数字は、その毎回の点灯に合わせて、メモリ（ＲＡＭ）から、直接、表示データを読み出して、点灯表示させているのです。
このあたりは［第１２１回］で詳しく説明しています。

０９．３．１追記（ここから）
ＴＴＬ回路での７ｓｅｇＬＥＤ表示は、大抵は、７４ＬＳ４７（ＢＣＤ　ｔｏ　７ｓｅｇｍｅｎｔ　ｄｅｃｏｄｅｒ　＆　ｄｒｉｖｅｒ）などを使います。
その場合、０〜９の数字の表示はできますが、Ａ〜Ｆは表示できません。
まあ、もともと７ｓｅｇＬＥＤでＡ〜Ｆを表示させるのは、ムリがあるのですが、そこは多少のムリは承知でなんとかそれらしく読める工夫をしています。

メモリと７ｓｅｇＬＥＤの表示データとの関係です。


［第１２０回］〜［第１２４回］にある、７ｓｅｇｍｅｎｔＬＥＤ表示回路図は、最終的にいろいろ変更しましたので、現在の回路は回路図とは異なっています。それについては、いずれ説明をするつもりです。
ただ、上の図の配置と、回路図の７ｓｅｇＬＥＤの配置が左右逆になっていましたので、そのことについてはとりあえずここで訂正しておきます。回路図の７４ＬＳ１４５のｐｉｎ１からの出力は、左端の７ｓｅｇＬＥＤに入り、ｐｉｎ９の出力は右端の７ｓｅｇＬＥＤに入ります。

１６進数を７ｓｅｇＬＥＤに表示するには、デコーダを使わず、メモリデータのビットをそのまま７ｓｅｇＬＥＤのセグメントに割り当てています。


１６進数からセグメント表示データへの変換は、プログラムで行います。
いまはまだ、変換プログラムはありません。
ＦＦＦ８〜ＦＦＦＦに、トグルスイッチをパチパチやって、直接表示データを書き込みました。

書き込んだデータです。

ＦＦＦ８　０６　　”０００００１１０”　−−−１
ＦＦＦ９　５Ｂ　　”０１０１１０１１”　−−−２
ＦＦＦＡ　４Ｆ　　”０１００１１１１”　−−−３
ＦＦＦＢ　６６　　”０１１００１１０”　−−−４
ＦＦＦＣ　７７　　”０１１１０１１１”　−−−Ａ
ＦＦＦＤ　７Ｃ　　”０１１１１１００”　−−−ｂ
ＦＦＦＥ　３９　　”００１１１００１”　−−−Ｃ
ＦＦＦＦ　５Ｅ　　”０１０１１１１０”　−−−ｄ
０９．３．１追記（ここまで）

メモリから表示データを読み出す動作には、ＣＰＵ回路は関与していません。
ＣＰＵの命令動作によって、メモリから表示データを読み出すのではなくて、７ｓｅｇＬＥＤ表示回路が、勝手にメモリにアクセスして、表示データを読み出します。

ＣＰＵ以外の周辺回路が、直接メモリにアクセスしますから、こういう動作を、ＤＭＡ（ｄｉｒｅｃｔ　ｍｅｍｏｒｙ　ａｃｃｅｓｓ）と言います。
一般的にＤＭＡと言う場合、短い間、ＣＰＵの動作を、一旦、停止させておいて、その間にメモリをアクセスすることを言う、のが多いのですけれど、この「つくるＣＰＵ」に搭載した、ＴＫ８０回路のＤＭＡは、ＣＰＵを停止させることなく、ＣＰＵがメモリをアクセスしていない、その隙間の時間をねらって、メモリにアクセスしています。
こういう方法をサイクルスチール（ｃｙｃｌｅ　ｓｔｅａｌ）と言います。

この方式の場合、７ｓｅｇＬＥＤ表示のために、１秒間に何百回も、メモリからデータが読み出されているのですが、それでも、ＣＰＵの実行には、全く影響がありません。

実は、この写真は、ＣＰＵ回路に、あるプログラムを実行させているところを撮影したものです。
それは、下のプログラムです。

●実行中のプログラムです

００００　ＡＦ　　　　　　ＸＲＡ　Ａ
０００１　４７　　　　　　ＭＯＶ　Ｂ，Ａ
０００２　４Ｆ　　　　　　ＭＯＶ　Ｃ，Ａ
０００３　５７　　　　　　ＭＯＶ　Ｄ，Ａ
０００４　５Ｆ　　　　　　ＭＯＶ　Ｅ，Ａ
０００５　６７　　　　　　ＭＯＶ　Ｈ，Ａ
０００６　６Ｆ　　　　　　ＭＯＶ　Ｌ，Ａ
０００７　３Ｃ　　　　　　ＩＮＲ　Ａ　（４）
０００８　Ｃ２０７００　　ＪＮＺ　０００７　（６）ｏｒ（４）
０００Ｂ　０Ｃ　　　　　　ＩＮＲ　Ｃ　（４）
０００Ｃ　Ｃ２０７００　　ＪＮＺ　０００７　（６）ｏｒ（４）
０００Ｆ　０４　　　　　　　ＩＮＲ　Ｂ　（４）
００１０　Ｃ２０７００　　ＪＮＺ　０００７　（６）ｏｒ（４）
００１３　２Ｃ　　　　　　　ＩＮＲ　Ｌ　（４）
００１４　Ｃ２０７００　　ＪＮＺ　０００７　（６）ｏｒ（４）
００１７　２４　　　　　　　ＩＮＲ　Ｈ　（４）
００１８　Ｃ３０７００　　　ＪＭＰ　０００７　（６）

●プログラムの実行時間を計算してみましょう

プログラムは以前にも使ったことのある、同じようなテストプログラムです。
Ｈ、Ｌ、Ｂ、Ｃ、Ａを直列につないで作った、４０ビットのバイナリカウンタです。
実行時間の計算は以前にも説明をしていますから、簡単に式と結果だけを書くことにします。

まず最初にＡレジスタが００〜ＦＦまで２５６回カウントするのにかかる時間は、
（４＋６）×２５６−２＝２５５８μｓです。

Ｃレジスタが１回カウントするのにかかる時間は、
２５５８＋４＋６＝２５６８μｓですから
Ｃレジスタが２５６回カウントするのにかかる時間は、
２５６８×２５６−２＝６５７４０６μｓです。

Ｂレジスタが１回カウントするのにかかる時間は、
６５７４０６＋４＋６＝６５７４１６μｓです。

各レジスタの値を見てみましょう。
レジスタの位置は、写真の下から２列目の左から、Ｈレジスタ、Ｌレジスタ、その上の列の左から、Ｄ、Ｅ、Ｂ、Ｃ、Ａレジスタです。
今回はＤ、Ｅレジスタは使っていません。
Ｃレジスタ、Ａレジスタは速すぎて、全点灯しているようにしか見えません。
Ｂレジスタは９Ａ、Ｌレジスタは１０、Ｈレジスタは０６を表示しています。

Ｈ、Ｌ、Ｂをまとめて表示すると、０６１０９Ａという値になります。
時間の計算をするために、これを１０進数に直します。
３９７４６６になります。

スタートしてから、この写真を撮ったときまでの、経過時間を計算してみましょう。
０．６５７４１６×３９７４６６＝２６１３００．５０８（秒）
になります。

２６１３００秒は、何時間でしょうか？

なんと、７２時間３５分です！

実は、スタートしたのは２月２２日１５時２２分０秒で、写真を撮影したのは２月２５日１５時５７分０秒でした。
おお。ちょうど７２時間３５分。ぴったりです。

その間も７ｓｅｇＬＥＤ回路は休むことなく、メモリをアクセスして、表示データを読み出してダイナミック表示を行っていたのですけれど、計算結果からわかるように、ＣＰＵの実行にはわずかの影響も与えてはいません。
自分から言うのも、なにですけれど、すごい！（自画自賛）
２００９．２．２８ｕｐｌｏａｄ
２００９．３．１追記

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