(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第５１回］
●ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の説明です
前回、前々回と２回、ＭＶＩ命令のうち、レジスタにデータを書き込む、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８について説明をしました。
ＭＶＩ命令は、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８と、データをメモリＭに書き込むＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の２種類あります。
命令コードはどちらも、 ００ｄｄｄ１１０ です。
命令コードのビット７とビット６が、ともに０で、さらにビット２〜ビット０が”１１０”にのとき、ＣＰＵはＭＶＩ命令であると認識します。
ｄｄｄはデータを書き込むレジスタを指定する３ビットの値０００〜１１１です。
ｄｄｄ＜＞１１０のときはレジスタにデータを転送するＭＶＩ命令、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８になります。
ｄｄｄ＝１１０のときはメモリＭにデータを書き込むＭＶＩ命令、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８になります。
ＭＯＶ命令の回路は改良により、ＭＯＶ ｒ，ｒ’とＭＯＶ ｒ，ＭとＭＯＶ Ｍ，ｒと３つの回路に分かれていたのを、まとめて１つの回路にすることができました。
しかし残念ながら、ＭＶＩ命令の回路は、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８と、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の２つをまとめて１つにすることはできません。
ＭＶＩ ｒ，Ｉ８とＭＶＩ Ｍ，Ｉ８はターゲットがレジスタかメモリかという点では、ＭＯＶ ｒ，ｒ’とＭＯＶ Ｍ，ｒとの相違と同じように思えますが、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８とＭＶＩ Ｍ，Ｉ８はＭＯＶ命令よりも大きな相違点があるために、１つの回路にはできない、ということを［第４９回］で書きました。
どこが違うのでしょうか。
●ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８はダイレクトに実行することができません
じつは、ＭＯＶ Ｍ，ｒと違い、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８はそのままダイレクトに実行することができないのです。
なぜ？
ＭＯＶ Ｍ，ｒはレジスタのデータをメモリ（アドレスはＨＬレジスタで指定）に転送します。
それとはデータの向きは逆ですけれど、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８もメモリ（アドレスはＰＣで指定）のデータをレジスタに転送します。
どちらも送り手のデータを内部データバスに出力するのと同時に、受け手がその内部データバスのデータを読み取ります。
一方、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８はメモリ（アドレスはＰＣで指定）のデータを、メモリ（アドレスはＨＬレジスタで指定）に転送します。
どうやって？
メモリを指定するためには、そのアドレスを外部アドレスバスＡ０〜Ａ１５に出力する必要があります。そしてそのメモリアドレスからデータを読み出すためには、ＭＥＭＲＤをアクティブにしなければなりません。
一方、そのようにしてデータバスに出力されたデータを、同じメモリ（の違うアドレス）に書き込むには、やはりそのアドレスを外部アドレスバスＡ０〜Ａ１５に出力しなければなりませんし、今度はメモリにデータを書き込むのですから、ＭＥＭＷＲもアクティブにしなければなりません。
ＣＰＵ内部にあるレジスタに対しては、送り手のレジスタと受け手のレジスタを同時に選択し、そしてｒｅｇＲＤとｒｅｇＷＲを同時にアクティブにすることができました。
しかしＣＰＵの外部にあるメモリに対しては、同時に２通りのアドレスを指定することはできませんし、ＭＥＭＲＤとＭＥＭＷＲを同時にアクティブにすることもできません。
ＣＰＵの外部に複数のメモリをつないだとしても、同じことです。
ＣＰＵの命令を使わないで、複数のメモリ間やメモリ、Ｉ／Ｏ装置間でダイレクトにデータを転送する、ＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｓｅｓｓ）という方法があります。
この方法は最新のペンティアムパソコンでも使われていますが、ＣＰＵを使わないで、ＤＭＡのための特殊なＬＳＩ（ＤＭＡＣ。ＤＭＡコントローラ）とそのための回路によってデータを転送しているので、ＣＰＵがメモリに対して同時にＲｅａｄ／Ｗｒｉｔｅをすることができないという点では８０８０でもＰｅｎｔｉｕｍでも同じことです。
●ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８を実行させるためには、ワークレジスタが必要
あるメモリアドレスから別のメモリアドレスにデータを転送するには、送り手のメモリアドレスのデータを一度レジスタに書いておいて、それから受け手のメモリアドレスにそのレジスタのデータを転送する、という２段階の動作がどうしても必要になります。
しかし、そのためにＡ〜Ｌのレジスタを使うことはできません。
どのレジスタを使っても、そのレジスタの値がメモリのデータに書き換えられてしまうからです。
そこで、「つくるＣＰＵ」の回路には、そういう特別の目的のためのワークレジスタが用意されています。
ＷＫＨとＷＫＬです。
このレジスタはＣＰＵの命令（マシン語の命令）によってアクセスすることはできません。
ＣＰＵの外からは見えない、内緒のレジスタです。
多分８０８０でもＺ８０でも同じようなワークレジスタが存在している、と思います。
じつは、「つくるＣＰＵ」のワークレジスタ回路はすでに［第２３回］●内緒のレジスタですで、ご紹介済みです。
ＣＰＵの命令ではアクセスできないとすると、内部回路はどうやって、このワークレジスタをアクセスするのでしょうか。
その秘密は、「レジスタ選択回路」（［第２７回］）にあります。この回路もすでに何回か紹介しています。
レジスタ選択回路はその後ＭＯＶ命令回路の改良によって、一部を変更しました。
改良後の「レジスタ選択回路」（［第４５回］）です。
ワークレジスタについては改良前でも改良後でも変わりありませんから、どちらを参照していただいても構いません。
レジスタ選択回路を見ていただくと、今までレジスタを選択するのに使用していたｓ０〜ｓ２、ｄ０〜ｄ２のほかに、ｓ３、ｄ３が使われていることがわかります。
ｓ３、ｄ３については、今までは「通常はＨになります」とだけ説明してきました。
じつは、このｄ３、ｓ３をＬにすることで、ワークレジスタやその他の特殊なレジスタを選択することができるのです。
ｓ０〜Ｓ３、ｄ０〜ｄ３によって選択されるレジスタの一覧については、［第２７回］●ｓ０〜ｓ３、ｄ０〜ｄ３（レジスタアドレス）を参照してください。
レジスタの一覧表とレジスタ選択回路を見ることにより、ワークレジスタ（ＷＫＨレジスタ）が、ｓ３〜ｓ０またはｄ３〜ｄ０が、”０１１０”のときに選択されることがわかります。
以上で、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の説明の前に必要な予備知識の説明が済みました。
そこで、いつものように、回路図とタイミングチャートを見ながら、説明をしていきます。
●ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の回路図です
ＭＶＩ ｒ，Ｉ８の説明のところで、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８の回路は、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の回路にほとんど含まれてしまいます、と書きました。
含まれないのは、どの部分かというと、Ｔ６のタイミングでＭｃｌｒを出力しているゲートだけが、ＭＶＩ ｒ，Ｉ８にあって、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８にはありません。
ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８のタイミングチャートで説明することにします。
●ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８のタイミングチャートです
ＭＶＩ ｒ，Ｉ８はＴ６にＭｃｌｒがあって、そこで命令の実行が完了しましたが（［第４９回］ＭＶＩ ｒ，Ｉ８のタイミングチャート参照）、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８では、ＭｃｌｒはＴ８になっています。
ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８命令では、まずＴ４、Ｔ５でＰＣ（プログラムカウンタ）で示されるメモリのデータを一旦ワークレジスタ（ＷＫＨ）に保存したうえで、次のＴ６、Ｔ７で、ＨＬレジスタで示されるメモリアドレスに、ＷＫＨに一時的に保存したデータを書き込むという、２段階の動作をしています。
Ｔ４、Ｔ５の期間をＭＶＩ ｒ，Ｉ８とＭＶＩ Ｍ，Ｉ８のタイミングチャートで比べてみると、ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８ではｄ０−ｄ３が”０１１０”になっています。
ここのところはＭＯＶ ｒ，Ｉ８では明示していません。ｄ０−ｄ２がｄｄｄになっています。
ｄ３とｓ３は回路を組んで”０”を出力しない限り、通常は”１”になります。ＭＯＶ ｒ，Ｉ８では、ｄ３もｓ３も出力していないので、”１”です。
ｄ０−ｄ２はＯＰコードのｄｄｄがそのまま出力されています。このｄｄｄとｒｅｇＷＲでデータを書き込むレジスタを選択するためです。
ＭＶＩ Ｍ，Ｉ８では、ｄｄｄは”１１０”です。そしてＭＶＩ Ｍ，Ｉ８の回路図で見ると、中ほど右側で、Ｍ２の時に、ｄ３にＬ（”０”）を出力しています。そのためＭＶＩ Ｍ，Ｉ８のタイミングチャートにある通り、ｄ０−ｄ３が”０１１０”になります。
ｄ０−ｄ３が”０１１０”のときにはＷＫＨが選択されます（このことについては、今回の、前の方で説明しました）。
ｄ０−ｄ２は命令コードのｄｄｄをそのまま出力すればよいので、あとは、ただｄ３を”０”にする回路（ＮＡＮＤゲートを１つ）を用意するだけで、ＷＫＨを選択してデータを書き込むことができるのです。
なおこの段階では、まだｓ０−ｓ３は使いませんが、次のタイミングでは必要になるので、Ｔ４〜Ｔ７の期間中、ｓ０−ｓ３も”０１１０”にしています。そのための回路はｄ３に”０”を出力しているゲートのすぐ上にあります。
ｓ３の出力はインバータ１個で済んでいます。なぜｄ３の出力もそうしないのか、は次のタイミングの説明で明らかになります。
Ｔ６、Ｔ７のタイミングはかなり複雑になります。
ＰＣｓｅｌに代わってｒｅｇＲＤがＬになります。
ｒｅｇＲＤがＬでｓ０−ｓ３が”０１１０”なので、ＷＫＨが選択されて、そのデータが内部データバスに出力されます。
Ｔ６の期間はｒｅｇＷＲもＬになります。
ｄ３はＴ４とＴ５の期間だけＬにしていました。Ｔ６ではＨになります。
ですから、タイミングチャートのようにｄ０−ｄ３は”１１１０”になります。
ｒｅｇＷＲがＬでｄ０−ｄ３が”１１１０”の時は、ＨＬｓｅｌとＭＥＭＷＲがアクティブになります（「レジスタ選択回路」（［第４５回］）参照）。
そこで、ＷＫＨから出力されたデータがＨＬレジスタで選択されたメモリアドレスに書き込まれることになります。
ｄ３をｓ３のようにインバータ１個で出力せずに、Ｍ２の期間だけ”０”にしたのは、同じｄ０−ｄ２を利用して、ｄ３の出力だけで、Ｍ２の期間はＷＫＨにデータを書き込み、Ｍ３の期間はメモリにデータを書き込むという動作を簡単に実現するための工夫だったのです。
なおＨＬｓｅｌの立下りに傾きがあるのは、ここだけが遅いという意味ではなくて、タイミングチャートの表現として、ｄ０−ｄ３、ｓ０−ｓ３の変化を示すのに勾配がついてしまうため、ｄ０−ｄ３の変化によってＨＬｓｅｌが出力されることをはっきりと示そうとするとこうなってしまうからです。ただそれだけの理由ですから、この傾きにはそれ以上の意味はありません。
２００８．８．２９ｕｐｌｏａｄ
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