こういったものの説明のアプローチはいろいろあります。
普通はまず基本的な概念とか、全体のアウトラインとかを説明しておいてから、だんだんと細部に説明を進めていくことが多いようです。その方がわかりやすいでしょうね、多分。
でも、基礎とか概念とかは、たいてい退屈でつまらない。
映画なんかでも、シチュエーションとか登場人物の性格とか日常とかを延々と２０分もやられたのでは、たまりません。
面白くもなんともない。
ここは、やっぱり、わかっても、わからなくても、開幕一番、いきなり、ゴジラのギャオーが、画面いっぱいに大写し、てのが楽しくていいと思います。
●なので、まずインパクトのある回路図から、どどっとお見せいたします
前々回（第２３回）に、レジスタの回路図をお見せしました。結構インパクトがあったと思いますが、いかがでしたでしょうか？
●周辺部（データバス、アドレスバス）およびＯＰコードレジスタです
この回路図もインパクトがありますでしょう。
ここはＣＰＵが外部のメモリやＩ／Ｏとデータのやりとりをする、入り口、出口の部分です。
ＬＥＤがずらっと並んでいて、壮観です。
●回路図の簡単な説明です（２００８．８．３追記）
●まずはデータバスです
図の左上から一段下あたりにある７４ＨＣ２４５が外部とＣＰＵとの間でデータ（８ビット）をやりとりする「門」の部分です。
７４ＨＣ２４５はデータの流れをコントロールするために使います。
７４ＨＣ２４５の左側が、外部のコネクタにつながっている部分です。
□で囲った名前はコネクタ端子であることを示しています。Ｄ０〜Ｄ７が外部データバスといわれているラインです。
ＣＰＵ外部のこの端子の外側にメモリ（ＲＡＭとかＲＯＭ）やＩ／Ｏを接続します。
ＣＰＵとメモリやＩ／Ｏとの間でデータは、行ったり来たりします。
つまりＤ０〜Ｄ７は双方向なのです。ラインの右から左へ流れたり、逆に左から右に流れたりします。
一般道の交差点と同じで交通整理をしないとぶつかってしまいます。
じつは、この回路はさらに複雑です。
７４ＨＣ２４５の左側のＤ０〜Ｄ７（外部データバス）は、それ自体が双方向です。必要に応じてデータの向きが変わります。
それだけではなくて、７４ＨＣ２４５の右側のｉＢ０〜ｉＢ７（内部データバス）も双方向なのです。
この２つのラインの間にあって、必要なときだけ外部データバスから内部データバスへ、あるいは逆に、内部データバスから外部データバスへ、８ビットのデータの受け渡しをしているのが、７４ＨＣ２４５なのです。
Ｇ（１９ｐｉｎ）がＬ（アクティブ）のときだけ、７４ＨＣ２４５の「門」が開きます。
ＤＩＲ（１ｐｉｎ）がＨのときはデータの向きがＡ→Ｂ（この回路図では外部データバス→内部データバス）になります。逆にＤＩＲ（１ｐｉｎ）がＬのときには、データの向きがＡ←Ｂ（外部データバス←内部データバス）になります。
（書いていると、簡単な説明のはずだったのに、だんだん詳しい説明になってきてしまいます）
Ｇ（１９ｐｉｎ）がＬ（アクティブ）のときだけ、門（ｇａｔｅ）が開きますから、そのときだけ外部データバスと内部データバスは一致します。
しかしＧ（１９ｐｉｎ）がＨのときは、門（ｇａｔｅ）が閉じていますから、外部データバスと内部データバスには、それぞれ別の要因により別のデータが流れます。
そこで外部データバスＤ０〜Ｄ７と、内部データバスｉＢ０〜ｉＢ７のデータのＬＥＤ表示は、それぞれが別の内容になっても表示できるように、７４ＨＣ２４５の外側と内側で、別々に分離して行っています。
●アドレスバス
データバスの下方、図の左側部分のＡ０〜Ａ１５がアドレスバスです。
このラインは主に外部に接続したメモリのアドレスを指定するために使われます。
データバスは双方向でしたがアドレスバスはＣＰＵ→外部の方向のみです。
８０８０やＺ８０はメモリアドレスを指定するラインをＡ０〜Ａ１５の１６本もっています。
このラインで指定できるメモリアドレスは００００〜ＦＦＦＦで、２の１６乗＝６５５３６ｂｙｔｅ（正確には約６５Ｋバイトですが、一般に６４Ｋバイトといいます）のメモリアドレスをアクセスできます。
またＡ０〜Ａ７のアドレスバス下位８ビットを使って、００〜ＦＦの２５６通りのＩ／Ｏをアクセスすることができます。
Ａ０〜Ａ１５（またはＡ０〜Ａ７）を指定することによって、メモリやＩ／Ｏから出力されたデータがデータバスＤ０〜Ｄ７から７４ＨＣ２４５を経由してＣＰＵの内部バスｉＢ０〜ｉＢ７に運ばれたり、逆にＣＰＵからＤ０〜Ｄ７に出されたデータがメモリやＩ／Ｏに書き込まれたりします。
図の左側、
で囲ったＡ０〜Ａ１７がＣＰＵ内部から出力された信号で、左から右に向かう信号であることを示しています。その右側、図では中央になりますが、□で囲ったＡ０〜Ａ１７は外部メモリやＩ／Ｏに接続するためのコネクタ端子であることを示しています。
この回路図は筆者のきまぐれで、先ほど説明したデータバスは外部バスが左側でＣＰＵ内部バスが右側に位置するように描いてあります。
それに対して今説明したアドレスバスは、ＣＰＵ側が左で、外部アドレスバスコネクタ端子が図の右側に位置するように描いてあります。
データバスとアドレスバスとではＣＰＵと外部バスとの位置関係が左右逆になっていますが、別に深い意図はありません。
たまたま筆者の感性で、そのように位置してしまっただけです。
●ｄ０〜ｄ３、ｓ０〜ｓ３は何の信号か？
アドレスバスの右にｄ０〜ｄ３、ｓ０〜ｓ３という信号があって、アドレスバスと同じように、７４ＨＣ０４でインバートしてその先にＬＥＤがつながっています。
これは？
これから少しずつ説明する予定のＯＰコード解読回路や命令回路で作り出されるレジスタアドレス信号です。
この信号については、もう少し後の方で詳しく説明いたします。
●ＯＰコードレジスタ
図の一番上部にある７４ＨＣ３７３はＯＰコードレジスタです。
メモリからデータバスを経由して読みこまれたＯＰコード（命令コード）は、この８ビットレジスタにラッチされます。
ラッチされた命令コードはＯＰコードバスＯＰ０〜ＯＰ７に出力されます。
ＯＰコードバスに出力された命令コードは次の命令がラッチされるまでの間、ずっと変わらずに出力され続けます。
ＯＰコードもその他のデータも同じ外部データバスＤ０〜Ｄ７から７４ＨＣ２４５を介して読み込まれます。
ＯＰコードだけは、ＯＰコードレジスタ７４ＨＣ３７３にラッチされることによって、その他のデータと分離されます。
ＯＰコードはＯＰコードバスＯＰ０〜ＯＰ７に出力され、その他のデータは内部データバスｉＢ０〜ｉＢ７に出力されます。
ＯＰコードかそれ以外のデータかの区別は、データの中身によって選別されるのではありません。
メモリアドレス上の位置によって、機械的に選別するように回路を組んであります。
その回路についても、もう少し先のところで説明いたします。
以上、 ●回路図の簡単な説明です から、ここまでの部分、２００８．８．３加筆いたしました。
●ＬＥＤを山ほど使います！
今回の基板はせっかくですから「見て楽しみたい」と思い、思い切りＬＥＤをてんこもりにしました。
１５０個くらいは軽く使うことになるのでは！
とりあえず試作基板用にＬＥＤも赤、黄、緑と３色どっさり購入済です。
青色ＬＥＤは使いません。値段が違います。これだけたくさん使うと価格が少し違うだけでもかなり影響がでてきてしまいます。
そこで、残念ですが、昔ながらの赤、黄、緑３色です。
●ＬＥＤ回路について
昔はＬＥＤも消費電流が大きくて、それなりに大変でした。今は２〜３ｍＡでも十分明るく光りますから、特に気にしないで手軽に使うことができます。
ところで、お見せした回路図をよく見ていただくと、ＬＥＤの表示回路に２通りあることにお気づきでしょうか？
レジスタのデータ出力ラインについているＬＥＤ回路と、アドレスバス、データバスなどの７４ＨＣ０４からの出力ラインについているＬＥＤ回路とでは信号に対するＬＥＤの向きが反対になっています。
レジスタからの出力信号に対しては、ＬＥＤのアノードが接続されています。
これに対して７４ＨＣ０４の出力に対してはＬＥＤのカソードが接続されています。
●ＴＴＬの出力にＬＥＤのアノードはつなげない
その昔のスタンダードのＴＴＬ（７４０４など）やＬＳＴＴＬ（７４ＬＳ０４など）ではもっぱらカソード接続が常識でした。
スタンダードのＴＴＬやＬＳシリーズでは、出力がＨの時とＬの時とで、流し出せる（流し込める）電流値に大きな差がありました。
ＬＳＴＴＬでは出力信号がＬの時はなんとか数ｍＡ流し込むことができますから、カソード接続でＬＥＤを点灯させることができます。
出力がＨの時も、取り出そうとすれば数ｍＡ取れないことはないのですが、それをやると、ＩＣにダメージを与える恐れがあります。
そもそもＬＳＴＴＬの出力はＨレベル電圧が低いのです。Ｖｃｃが＋５Ｖだというのに、ＬＳＴＴＬのＨレベル出力はせいぜい３．５Ｖていどしかありません。しかも少し多めに電流を取ろうものなら、２Ｖとか２．５Ｖとかという電圧にまで下がってしまいます。
ＬＥＤは最低でもアノードとカソードの間に２Ｖ以上の電圧差が必要ですから、こうなってくると、とても使えたものではありません。
ですから以前はＬＥＤ表示回路は、一度ラインの出力をインバータ（７４０４、７４ＬＳ０４など）で反転させてからＬＥＤのカソードにつなぐようにしていたのです。
私もそのクセが抜けなくて、７４ＨＣシリーズを使うのが普通になってからも、つい７４ＨＣ０４でインバートしてからＬＥＤのカソードにつなぐという回路にしてしまいます。
もっとも今回の回路は、そういうクセで７４ＨＣ０４でわざわざインバートしているわけではありません。
その理由についてはのちほど（多分また次回以降になってしまいそうです）、説明します。
●７４ＨＣシリーズの出力にはＬＥＤのアノードをつなぐことができる
７４０４などのスタンダードＴＴＬや、７４ＬＳ０４などのＬＳＴＴＬではＬＥＤのアノード接続ができなかったのに、７４ＨＣ０４などのＨＣタイプではなぜ、そうすることができるのでしょうか？
その理由は、じつは、７４ＨＣは、７４シリーズや７４ＬＳシリーズとは構造が全く違うからなのです。
そのことは、名前にはっきりと示されています。
ＴＴＬとは、トランジスタ・トランジスタ・ロジックの略（だったと思います）で、トランジスタで構成されたロジックだったわけです。
ＴＴＬの出力段を模式的に簡略化して示すとこんな感じになります。
コレクタ側に抵抗が入っていますから、どうしてもＨ出力が弱くなります。
ではＬＳＴＴＬはどうなのか、といいますと、これもＴＴＬですから基本的な違いはありません。
ＬＳというのは、ローパワー・ショットキーの略語で、ショットキーバリアダイオードを使って高速化を図ったのだそうで、スタンダードＴＴＬに比べて消費電流の減少とファンアウト（１個の出力がいくつのゲートを駆動できるか、という接続可能な最大ゲート数のこと）の増加によって、広く使われるようになりました。
いっぽうＨＣはどうかといいますと、ハイスピード・ＣＭＯＳの略で、その名の通り、ＣＭＯＳのＩＣなのです。
さきほどのＴＴＬにならって、出力段を模式的に示すとこんな感じです。
Ｐ型ＦＥＴとＮ型ＦＥＴが組み合わされて出力段を構成しています。Ｈ出力の時は上側のＰ型ＦＥＴがＯＮしてＯＵＴにＶＤＤからの電流を供給し、Ｌ出力のときは下側のＮ型ＦＥＴがＯＮしてＯＵＴからＧＮＤへと電流を流します。互いに動作を分け合って補うような働きから、ｃｏｍｐleｍｅｎｔａrｙ（相補型）と言われる理由はそこにあります。
TTLなどと異なり、Ｈ出力はほぼＶＤＤと同じ高さの電圧値の出力が得られ、Ｌ出力もほぼ０Ｖです。
７４ＬＳなどではできなかった、ＬＥＤのアノードを接続してのＬＥＤ表示も、この特性だから可能になりました。
●オープンコレクタまたはオープンドレイン
なお今回の回路で多用している７４ＨＣ０３および７４ＨＣ０５はちょっと変わった出力をしています。
今までの説明のまったく逆のようなお話になります。
じつは７４ＨＣ０３や７４ＨＣ０５の出力には、上側のＦＥＴが無いのです。
このような出力のＩＣゲートをＴＴＬではオープンコレクタと呼びます。
出力トランジスタのコレクタ側がオープンになっている、という意味です。
７４ＨＣではＦＥＴですからオープンドレインと言ったりしますが同じ意味です。
上側のトランジスタがありませんから、Ｈ出力が出せません。
それじゃあ、困るだろう？
そりゃあ普通の回路には使えません。でも、これでなくては困る、という回路もあるのです。
じつは、そこのところが、今回の回路のキモとも言うべきところですから、その辺のお話については、次回以降に詳しく説明をいたします。
●ＴＴＬとＨＣは違うじゃないの
あ、そう言えば、今、気がつきました。
そうでした。ＨＣはＣＭＯＳなので、ＴＴＬとは違う別物でした。
すると、このお話のタイトル「標準ＴＴＬだけで…」というのは、正確な表現ではありませんですね。
正確に言うと「標準的な７４ＨＣシリーズだけで…」ということになります。
７４ＨＣはＴＴＬではない、と説明しておきながら、肝心のタイトルでそれを混同しているなど、技術的な解説をしようなどという姿勢とはおよそ縁遠い不正確きわまりない表現です。
でも、もう１ヶ月近くこのタイトルでやってきてしまいましたので、いまさら全部変えるっていうのも、なんですし、ここは、曲げて、ＴＴＬもＨＣもこの際、同じなのだ！といういきあたりばったりな表現に、なにとぞご賛同をお願いいたします。
うう…。やっぱりみっともない話ですね。近日中にタイトルはなんとか直すように考えます。
２００８．８．２ｕｐｌｏａｄ
２００８．８．３加筆訂正
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