(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第３８０回］
●ＩＣが増えてしまいました
オリジナルの８ビットマシンの命令コードでＴＫ８０モニタを書き換えてみようとしましたら、途端につかえてしまいました。
やっぱりもう少し欲しい命令がありました。
いずれ詳しく説明するつもりですが、今回設計したＣＰＵボードでは８０８０に比べて８ビットのレジスタを削減してしまいました。
８０８０にはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｌの７個の８ビットレジスタとＰＣ、ＳＰの２個の１６ビットレジスタがあります。
今回のＣＰＵは、８ビットレジスタはＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４個しかありません。
その代わりに、１６ビットレジスタはＰＣ、ＳＰの他に、ＤＡ、ＡＤの２個の特殊レジスタを用意しました。
ＡＤ、ＤＡといってもＡＤコンバータではありません。
その用途からつけた名前です。
８０８０ではＨＬレジスタをメモリの間接アドレッシングに使っています（ＢＣ、ＤＥも制限つきで使用できます）。
今回のＣＰＵでは回路を簡略化するために、８０８０のＨＬレジスタの役割を、ＳＰで代用しています。
レジスタが少ないのでＰＵＳＨ、ＰＯＰ命令を省きましたから、スタックはＣＡＬＬ、ＲＥＴでしか使いません。
ですからＳＰを一時的に避難させれば、それをメモリアドレスを示すレジスタに利用することができると考えたのです。
ところがうっかりしていて、そのＳＰのための命令を作るのを忘れていたのです。
で、さっそく作ってしまいました。
追加したのは、以下の命令です。
ＭＯＶ ［ｉｍ１６］，ＳＰ …ＳＰをメモリアドレスｉｍ１６とｉｍ１６＋１にＳＡＶＥします（ｉｍ１６は２バイトの即値）
ＭＯＶ ＳＰ，［ｉｍ１６］ …ＳＰをメモリアドレスｉｍ１６とｉｍ１６＋１からＬＯＡＤします（ｉｍ１６は２バイトの即値）
ＭＯＶ ＳＰ，ｉｍ１６ …ＳＰにｉｍ１６を与えます（ｉｍ１６は２バイトの即値）
ＩＮＲ ＳＰ
ＤＣＲ ＳＰ
前回お見せしたあとで作成したノートです。
↓に上記５命令の回路を作成しています。
この追加のためにＩＣの数が増えてしまいました。
１４５個前後になると思います。
●やっぱり４ビットも作ることに…
ＳＰ回路のあとのノートには何が書いてあるのかといいますと、実は４ビットについてあらためて検討してみたのです。
８ビットのボードを考えたうえで、それをまずとりあえずは４ビット部分のみ実装できるようにしたらどうだろうか、ということを前回書きました。
でも全ての回路を４ビットにできるものではありませんから、４ビットにしたとしてもＩＣの個数が半分になるわけではありません。
どのくらい減らせるかは、まあ、やってみないとわかりません。
この２週間ほどの試行錯誤の過程で、４ビットのみのボードは使い物にならない、と考えて、初め４ビットあとから８ビット、という案にたどりついたわけなのですが…。
あらためて考えてみると、４ビットも作ってみてもよいのでは、という気持ちになってきました。
４ビットについては、それを無理やりＴＫ８０機能と結びつけようとしたところに、無理があったのではないか。
４ビットは拡張性などまでは考慮しないで、とにかく入門的、あるいは学校などでの教材と位置付けて、それでできること以上のものは望まない、というあたりに限定すれば、それなりのものが作れるのでは、と考えました。
で、昨日と今日の２日間で、あらためて、完全４ビット版について設計作業を行いました。
それが上のノートです。
レジスタは４ビットのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと８ビットのＰＣ、ＳＰ、ＡＤ、ＤＡです。
ＰＣ、ＳＰが８ビットということは、メモリアドレスとしてはわずか２５６バイトしか使用できません。
でも考えてみれば、ＴＫ８０だって、５１２バイトしかなかったわけで、それでもそれなりにプログラムは組めたわけですから、４ビットＣＰＵで２５６バイトのメモリ空間しかなくても少なすぎるということにはならない、と割り切りました。
データは当然８ビットのうち下位４ビットしか扱えません。
でもそれではメモリの上位４ビットが完全に死んでしまいます。
ここをどうするか、で半日頭を抱えて悩んでいました。
あ。４ビットというのはあくまでデータのビット数のことで、命令コードは８ビットで考えています。
それにしてもメモリの上位４ビットがデータとして扱えない、というのは余りにもったいないですし、それではやれることがかなり制限されてしまいます。
そこで、８ビット版の命令に、さらに４ビット版のみの機能追加をおこない、メモリとレジスタとの間のＭＯＶ命令は、メモリの上位４ビットのデータか下位４ビットのデータかを指定することができるようにするとともに、レジスタからメモリに値を書き込むときには、レジスタ２個の値をつないで８ビットの値として書き込むことができるように考えました。
とりあえずは８ビット版で考えた全ての命令を４ビット版でも実行できるように回路を考えてみましたので、ＩＣの数はけっこう多くなってしまいました。
ざっと拾ってみたところでは８５個程度になると思います。
このボードを入門用とか教育用というあたりに位置付けたとしますと、８５個でもちょっと多いかな、という気もします。
回路基板は８５個で設計したうえで、さらにさらにスタンダードな命令回路だけに絞り込んで、たとえばＩＣ４０個程度を実装する基本キットにして、それにあとから残りのＩＣを追加して全命令が使えるようにする、ということなら、かなり簡単な組立てキットになるのではありませんでしょうか。
本日は、またまた時間が無くなってしまいましたので、とりあえずは今回の８ビット（および４ビット）のＣＰＵの命令セットをアセンブラニーモニックのみ、まずはご披露いたします。
（８ビット、１６ビットのデータを扱う命令は４ビット版では異なっているものもありますが、その差異についての説明はここでは省きます）
詳細はいずれ少しずつ説明していくことにいたします。
●命令セット（アセンブラニーモニック）
ＮＯＰ
ＲＳＴ
ＣＣＦ
ＳＣＦ
ＭＯＶ ｒ，ｒ’
ＭＯＶ ｒ，［ＤＡ］
ＭＯＶ ｒ，［ＳＰ］
ＭＯＶ ｒ，［ｉｍ１６］
ＭＯＶ ｒ，ｉｍ８
ＭＯＶ ［ＤＡ］，ｒ
ＭＯＶ ［ＳＰ］，ｒ
ＭＯＶ ［ｉｍ１６］，ｒ
ＭＯＶ ＤＡＬ，ｒ
ＭＯＶ ＤＡＨ，ｒ
ＭＯＶ ＤＡＬ，ｉｍ８
ＭＯＶ ＤＡＨ，ｉｍ８
ＭＯＶ ｒ１６，ｒ１６’
ＭＯＶ ｒ，ＡＤＬ
ＭＯＶ ｒ，ＡＤＨ
ＭＯＶ ［ＤＡ］，ＡＤＬ
ＭＯＶ ［ＤＡ］，ＡＤＨ
ＭＯＶ ［ＳＰ］，ＡＤＬ
ＭＯＶ［ＳＰ］，ＡＤＨ
ＡＤＣ ｒ
ＳＢＢ ｒ
ＣＭＰ
ＡＮＤ ｒ
ＯＲ ｒ
ＸＯＲ ｒ
ＩＮＲ ｒ
ＤＣＲ ｒ
ＩＮＶ ｒ
ＲＲ ｒ
ＪＮＣ
ＪＮＺ
ＪＭＰ
ＪＣ
ＪＺ
ＣＡＬＬ
ＲＥＴ
ＭＯＶ Ｆ，ｒ
ＭＯＶ ｒ，Ｆ
ＯＵＴ ［ｉｍ８］，ｒ
ＩＮ ｒ，［ｉｍ８］
ＭＯＶ ＳＰ，［ｉｍ１６］
ＭＯＶ ［ｉｍ１６］，ＳＰ
ＭＯＶ ＳＰ，ｉｍ１６
ＩＮＲ ＳＰ
ＤＣＲ ＳＰ
２００９．１１．１１ｕｐｌｏａｄ
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