(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１７５回］
●ＲＡＭのバッテリーバックアップ
ＲＡＭのバッテリーバックアップは、電源を切っている間、ＲＡＭのデータを保存しておくために、電池からＲＡＭデータ保持電圧を供給します。
電源を切ったときに、通常電源から電池（「つくるＣＰＵ」では３Ｖのボタン電池を使います）への切換えをシームレスに行うため、ＲＡＭのＶｃｃへは電源と電池の両方からダイオードを介して接続をしています（下図）。
ダイオードを入れることで、電源ＯＮ時に＋５Ｖから電池に電流が流れるのを防ぎ、また逆に電源ＯＦＦ時には、電池からＲＡＭ以外の回路に余計な電流が流れてしまうのを防いでいます。
電源をただ切り換えるだけならば、図のようにダイオードを入れるだけで済んでしまいます。
しかしメモリのバックアップの最大の目的は、ＲＡＭのデータの維持（と保護）です。
電源ＯＦＦの間はＣＰＵ回路は死んでいるわけですから、その間にＲＡＭのＣＥ（ｃｈｉｐ ｅｎａｂｌｅ）とＲ／Ｗ（ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ）がアクティブにならないようにしておく必要があります。
そのようにする簡単な方法は、ＣＥとＲ／Ｗにそれぞれスイッチを入れておいて（スイッチはいずれか一方だけでもよい）、電源ＯＦＦの前にスイッチを切ってしまうという方法です。
これは確実で簡単な方法ですが、電源ＯＦＦに先だって、スイッチを切らなければならないことや、スイッチのＯＮ／ＯＦＦ時のチャタリングによって、一時的にプログラムが暴走してＲＡＭの中身を書き換えてしまうことを防ぐために、スイッチのＯＮ／ＯＦＦはリセットスイッチを押しながら行わなければならない、ことなどの面倒くささを伴います。
前回（［第１７４回］）にも回路図をお見せした、トランジスタと７４ＨＣ１２６による、ＣＥとＲ／Ｗ信号のコントロールは、その面倒なスイッチの処理を自動的にやってしまおう、というものです。
このあたりの動作の説明は、［第１３０回］でしています。
でもまあ、時間がたってしまいましたから、もう一度ざっと説明することにいたします。
そのときの説明で使った回路図です。
シリコントランジスタは、エミッタとベースとの間に０．６Ｖ程度の電圧差がないと、コレクタ電流を流すことができません。
上図の場合、エミッタペース間の電圧が０．６Ｖ程度以下になると、コレクタに電流が流れなくなりますから、コレクタ電圧は０Ｖになります。
Ｖｃｃに＋５Ｖが供給されているときは、抵抗で分圧されたベースとエミッタとの間の電圧は０．６Ｖよりも少し高い程度の電圧になります。しかし、するとエミッタとベース間には電流が流れて、１ＫΩとトランジスタのエミッタベース間抵抗の合成値が小さくなるとともに、ベース電流が４．７ＫΩに流れることで、ベース電位が押し上げられます。
すると、エミッタベース間電圧が小さくなって、ベース電流は小さくなり、結果として、またベース電圧は押し下げられます。
そのような動作によって、エミッタベース間の電圧は、０．６Ｖよりもやや大きいある電圧に落ち着きます。
このとき、エミッタコレクタ間は導通していますから、コレクタ電圧はＶｃｃに近い値になっています。
このコレクタからの出力は、ＲＡＭのＣＥとＲ／Ｗ信号をゲートしている、７４ＨＣ１２６のコントロール端子につながっています。
なお、上図ではＣＥしか見えませんが、Ｒ／Ｗも７４ＨＣ１２６でゲートされています（前回［第１７４回］の説明図参照）。
７４ＨＣ１２６のコントロール端子がＨのときは、ゲートがＯＮになりますから、ＣＰＵ回路とＲＡＭとの間のＣＥ信号とＲ／Ｗ（ＭＥＭＷＲ）信号は、ＣＰＵからＲＡＭにそのまま伝わります。
電源がＯＦＦになると、Ｖｃｃの電圧は次第に低下し、最終的には０Ｖになります。
Ｖｃｃの電圧が低下すると、Ｖｃｃを分圧して得られていた、トランジスタのエミッタとベース間の電圧差も次第に小さくなり、Ｖｃｃが４Ｖ〜３Ｖ程度まで低下したときに、その電圧差が０．６Ｖ以下になって、エミッタコレクタ間が遮断され、コレクタ電圧が０Ｖになります。
すると、ＲＡＭのＣＥとＲ／Ｗをゲートしていた７４ＨＣ１２６がＯＦＦになって、ＣＰＵとＲＡＭとの間のアクセスが遮断され、ＲＡＭデータの書き換えが禁止されます。
Ｖｃｃがどの程度まで低下したときに、トランジスタがＯＦＦすればよいか、というタイミングは重要で、余り早くＯＦＦしてしまうと、Ｖｃｃがわずかに変動しただけで、ＲＡＭへのアクセスが禁止されてしまうため、結果としてＣＰＵが暴走してしまうことになります。
また、逆に余り遅くなってしまうと、ＣＰＵの回路がまともに動作しなくなって、暴走するかもしれず、その結果、ＲＡＭのデータが書き換えられてしまうかもしれません。
そのタイミングはエミッタとベースに入れた２本の抵抗の比で決まります。
図の値はカットアンドトライによって、トランジスタがＯＦＦになるときのＶｃｃが、通常の許容値よりも低いが、ＣＰＵ回路はまだ十分に動作できる範囲の４Ｖ〜３Ｖ程度になる、ように決めたものです。
なお、トランジスタはアナログ素子ですから、その電圧値のある一点で突然にＯＮからＯＦＦになるのではなくて、徐々にＯＮからＯＦＦに変わります。したがって、コレクタの電圧はゆっくりと（といってもＴＴＬやＨＣに比較しての話ですが）低下していきます。
そのような原理の回路ならば、ＲＡＭのバックアップは完璧、と思ったのですが…。
思わぬ、というか、またしても、つい、うっかりしていて、見事に落とし穴にはまってしまったのですねぇ。
●そこで、前回の「犯人捜し」の続きです
完璧のはず、だったのに、思わぬトラブルで、ＭＥＭＷＲがポロリ、というのを発見してしまった、というのが前回のお話でした。
なぜ微妙なタイミングでポロリが出てしまうのかは、「謎」だったのですけれど、どう回路を工夫してもそれがなくならないらしいことがわかったので、今度は７４ＨＣ１２６の入力を調べてみると、なんとこれまた微妙なタイミングを境にして、突然ＣＰＵからＭＥＭＷＲが連続して出力されていることがわかりました。
さては電圧が低下したため、ＣＰＵのどこかの回路が暴走して、ＭＥＭＷＲが出力されているに違いない。
なにはさておき、とにかく、まずは、その発信元を突きとめよう、というところまでが、前回のお話でした。
回路図を調べてみたところ、ＭＥＭＷＲを出力する、命令回路は以下の通りであることがわかりました。
ＭＯＶ、ＭＶＩ、ＰＵＳＨ、ＣＡＬＬ、ＳＴＡ、ＳＴＡＸ、ＸＴＨＬ、ＳＨＬＤ、ＲＳＴ
この中に、真犯人が、いるはず…（ほんとに、いるかなぁ…）。
ひとつずつ、順番にオシロでストレージしながら調べていきました。
みつかりません。全然。
みんな、シロです。
やっぱりね。
完璧なはずなんだから、そんな、誤動作なんて、するはず、ないんだよね。
とうとう、最後のＲＳＴの回路になってしまいました。
うーん。だめだろうなぁ。
でも、そうだとすると、いったい、発信元はどこなんだろう…。
やれやれ、しんどいこっちゃ、と思いながら、オシロを見てみましたら…。
や、や、や、や、や！
いた！いましたよ！犯人が！
●ついに！犯人を、発見！
上側（ＣＨ１）はＲＳＴ、下側（ＣＨ２）はＭＥＭＷＲです。
ＲＳＴが突然Ｈになって、そのときから、ＭＥＭＷＲが出力されています。
ＲＳＴ命令については、まだ説明はしていませんが、回路図だけは、じつは［第１３７回］でチラリとお見せしています。
でも、もう一度、お見せします。
●ＲＳＴ命令の回路図です
赤で囲ったところが問題の回路です。
ある時点から、ＲＳＴ信号がアクティブになってしまうため、７４ＨＣ０３のｐｉｎ５とｐｉｎ１０がＨになって、結果として、ＭＥＭＷＲ信号が連続して出力されていたのです。
でも、なぜ？
●ＲＳＴ命令とは？（とりあえず、簡単に）
ＲＳＴは１バイトのＣＡＬＬ命令です。
ＲＳＴ０〜ＲＳＴ７の８種あります。
ＲＳＴ命令のマシン語コードをビット表現で示すと、
１１ｖｖｖ１１１
になります。
ｖｖｖは３ビットのｖｅｃｔｏｒ（ベクトル）で、メモリの固定アドレスを示します。
ｖｖｖの値と、それによって示されるメモリアドレスです。ｖｖｖはビット表現で、メモリアドレスは１６進数で示します。
ｖｖｖ メモリアドレス 命令コード ニーモニック
０００ ００００ Ｃ７ ＲＳＴ０
００１ ０００８ ＣＦ ＲＳＴ１
０１０ ００１０ Ｄ７ ＲＳＴ２
０１１ ００１８ ＤＦ ＲＳＴ３
１００ ００２０ Ｅ７ ＲＳＴ４
１０１ ００２８ ＥＦ ＲＳＴ５
１１０ ００３０ Ｆ７ ＲＳＴ６
１１１ ００３８ ＦＦ ＲＳＴ７
ＲＳＴ命令は、１バイト命令で、ｖｖｖで示すアドレスのプログラムをＣＡＬＬする命令です。
このうちでもＲＳＴ７は、マシン語コードがＦＦで、データバスがプルアップされていて、メモリから何も出力されていないときは、バスがＦＦになることを利用して、最も簡便なＩＮＴ割り込みとして利用されるほか、ＲＡＭ上での命令のブレーク動作としても利用されます。
今回は、なぜか、電源ＯＦＦのある時点から、このＲＳＴ命令がデコードされてしまうため、そのときからＭＥＭＷＲが出力されてしまうらしいことがわかりました。
デコードされた結果でなければ、ＲＳＴがアクティブになることは考えられないのですけれど、ではなぜ、電源ＯＦＦされたときに、こんな変なタイミングでＲＳＴ命令がデコードされてしまうのでしょうか？
デコードされるからには、そのコードがＯＰコードとして、ＯＰコードレジスタにフェッチされなくてはならないはずなのですが…。
●そうか、わかったぞ！
そうか！そうだったのか！わかったぞ！
そういうわけだったんだ！
名探偵コナンは突然叫びます。
大抵の名探偵は、実に超人的な推理力と観察力の持ち主です（ただ一人の例外は、もちろん、名探偵毛利小五郎のおっちゃん）。
ンなぁ、小学生のガキがそんな推理、できるわけはないじゃないのぉ。
そこは、それ、マンガですから。
オトナは、そんなんじゃあ、とても納得しません。
それはそうなのですけれど、でも、昔の推理小説ファンは今よりも寛大でした。
ホームズ名探偵が、読者の知らない謎解きの鍵を突然とりだして、快刀乱麻を断つごとく、あっという間に事件を解決してみせても、素直に拍手喝采を送ったのですから。
しかし、推理小説ファンの目が肥えてくると、次第にブーイングの声が高まります。
それって、ズルイよぉ。ネタを隠しといて最後に出してくるなんて、アンフェアじゃないのさぁ。
いっそのことそれなら、ということで、最初から犯罪の進行を読者に全部公開してしまって、それから、探偵がいかにして、犯人にたどりつくかを記述する、という手法のものがあらわれました。
どうだ？これなら、文句ねぇだろう？
こういうのを、倒叙モノというのだそうです。
「刑事コロンボ」とか「古畑任三郎」がそれですね。
一方、本格的な謎解きを仕掛けて、読者に挑戦する、という作品も出てきました。
かのエラリークイーンの「国名シリーズ」がその代表格です。
事件が次々と発生して、謎が謎を呼び、ついに、クライマックス、そしていよいよ探偵の謎解きがはじまる、というところまでくると、
「読者への挑戦」というページがあらわれます。
作者は、ここまでのページにおいて、犯人を示す手がかりを隠すことなく、その全てを読者に公開しているのである。
聡明なる読者ならば、犯人が誰なのか、すでにお気づきであろう。
うむむ…。
確かに。最後まで、読んだら、ああ、そうか、あれが伏線だったのか、ってわかりますけれど。
結末までいかないことには、なかなかそうはわかるもんじゃぁありませんよ、ねぇ。
うわぁ。めちゃめちゃ、脱線してしまいました。
こちらの記事の方は、本格的推理小説でもなんでもありません。
でも、ちょいと、エラリークイーンの真似をして、聡明な読者ならば…、ってやつをやってみましょうか。
なぜ、電源ＯＦＦの過程でＲＳＴ命令が実行されてしまうのか。
その手がかりは、隠すところなく、今回の文章中に全てが示されているのである。
果たして、その原因、その理由は何だったのか？聡明なる読者諸君ならば、すでにお気づきであろう。
２００９．３．３ｕｐｌｏａｄ
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