(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第５３回］
●ＨＬＴ命令の説明です
ＨＬＴ命令は、Ｈａｌｔ（停止する）の言葉通り、停止命令です。
しかし停止しているように見えるだけで、本当は同じ命令（ＨＬＴ命令）を繰り返し実行しています。
ＨＬＴ命令のマシン語命令コードは、０１１１０１１０（”７６”）です。
命令コードのｂｉｔ７とｂｉｔ６が０１の命令はＭＯＶ命令でした。
ＭＯＶ命令のマシン語コードのルールでは、０１１１０１１０は、ｄｄｄ＝１１０、ｓｓｓ＝１１０なので、ＭＯＶ Ｍ，Ｍになります。
ｄｄｄ＝ｓｓｓである、ＭＯＶ Ｍ，Ｍ以外の命令、たとえばＭＯＶ Ａ，Ａ（０１１１１１１１）とかＭＯＶ Ｈ，Ｈ（０１１００１００）はその通りに実行されます。
しかし、０１１１０１１０はＭＯＶ Ｍ，Ｍにはならないで、ＨＬＴ命令になってしまいます。
なぜ？と聞かれても答えられません。
それは、８０８０の設計者がそのように命令コードを組んだからで、ＨＬＴがＭＯＶ Ｍ，Ｍの意味のマシン語コードでなければならない、というものでは決してありません。
ＨＬＴ命令は、ＭＯＶ命令と同じコードになるため、ＭＯＶ命令の回路図に含めて作図しました。
その回路図は［第４０回］にお見せしたＭＯＶ命令と一緒になった回路図です。
［第４０回］の回路図はＭＯＶもＭＶＩもＨＬＴも全部一緒になっているため、とてもわかりづらい回路図になってしまいました。
そこで、ＨＬＴ命令の部分だけ抜き取って、お見せすることにしました。
●ＨＬＴ命令の回路図です
なんだかＬ字型の変な回路図になってしまいました。
これはもとの「ＭＯＶ命令と一緒の回路図」から、ＨＬＴ命令の部分だけを抜き出して、そのままに近いレイアウトでまとめたからです。
そうすることに、特に深い意味はありません。
ただ単にズボラだっただけです。
図の左側部分は”０１１１０１１０”をデコードして、ＨＬＴ命令を検出するためのＡＮＤ回路です。
図の右側部分の回路については、タイミングチャートを見ながら、説明をしていきます。
●ＨＬＴ命令のタイミングチャートです
ＨＬＴ命令には、いままで説明した、ＭＯＶ命令やＭＶＩ命令などと根本的に異なっているところがあります。
どこでしょうか？
それは、他のほとんどの命令が、レジスタかメモリのデータの変更、移動を伴うために、Ｔ０〜Ｔ３のＯＰコードフェッチサイクルに続く、Ｔ４以後のマシンサイクルを必要としているのに対して、ＨＬＴ命令はＯＰコードフェッチサイクル（Ｔ０〜Ｔ３）だけで終わってしまっているというところです。
本当は、ＨＬＴ命令の動作だけを考えると、Ｔ０〜Ｔ３の４クロック全部は必要ありません。
Ｔ０、Ｔ１の２クロックだけで済ますこともできます。
その方が少しだけですが回路も簡単になります。
ここは迷ったところで、困ったところも出てきたために、そのように直してみたりもしたのですが、他の命令が少なくとも４クロック以上であるのに、ＨＬＴ命令だけが２クロックというのもなんとなくしっくりこなくて、結局ここは当初の設計のまま、Ｔ０〜Ｔ３の４クロックとすることにしました。
しかし今でも、ＨＬＴ命令は２クロックあればいいはず、という考えは残っていますので、いずれ改良版などを作るときがあれば、ひょっとすると、そのようにするかも知れません。
ＨＬＴ命令の回路図の中にＲＳフリップフロップがあります。
ＲＳフリップフロップについては、前に説明をしました（［第４５回］●ＲＳフリップフロップ）。
ここではＨＬＴ状態を継続するためと、外部にＨＬＴＡ信号を出力し続けるために、ＲＳフリップフロップを使っています。
●ＨＬＴはＰＣのカウントアップを禁止することで、ＨＬＴとなる
ＰＣ（プログラムカウンタ）はＴ３が終わるタイミングで＋１されます。
プログラムカウンタが進んでしまうと、ＨＬＴではなくなってしまいます（次のＴ０になると、次の命令が読み込まれてしまいます）。
そこで、ＨＬＴ命令が認識されると、命令解読直後のタイミング（Ｔ２の開始と同時）に、ＲＳフリップフロップがｓｅｔされます。
なおＲＳフリップフロップのｓｅｔ、ｒｅｓｅｔはその回路の目的によって、そう呼ぶだけで、どちらがｓｅｔでどちらがｒｅｓｅｔかという固定した決まりはありません。
ＲＳフリップフロップがｓｅｔされると、プログラムカウンタをカウントアップするためのパルス入力（ＰＣｃｌｋまたはＰＣｉｎｃ）を禁止するための信号として、ＰＣｃｌｋＤＥ２がアクティブになります。
ＰＣｃｌｋＤＥ２がＰＣｃｌｋを禁止している（ゲートしている）回路部分は、［第３９回］●プログラムカウンタの回路図です を見ていただくとわかります。
あ。ですけれど、その部分だけ、抜き出して、ここでお見せした方がいいですよね。多分。
●プログラムカウンタの回路図（カウントアップを禁止している部分の回路）
ＰＣ（プログラムカウンタ）の最下位４ビット（Ａ０〜Ａ３）をカウントするバイナリカウンタ７４ＨＣ１９３のクロック入力回路です。
７４ＨＣ１９３はｐｉｎ５（ＵＰクロック入力）にＬ→Ｈのパルスを入れると、カウントアップします。
ｐｉｎ５の入力回路は負論理のＯＲになっていて、命令回路から出力されるＰＣｃｌｋと、Ｔ３（ＯＰコードフェッチサイクルの終わり）のときに自動的にカウントアップするための回路からの信号が入力されています。
ＰＣｃｌｋＤＥ２はＴ３からの信号をゲートする７４ＨＣ１２６のコントロール入力（ｐｉｎ１３）につながっています。
ＰＣｃｌｋＤＥ２がＬになると、Ｔ３になっても７４ＨＣ１９３のｐｉｎ５には、パルスが入力されなくなりますから、ＰＣ（プログラムカウンタ）はカウントアップされません。
したがって外部アドレスバス（Ａ０〜Ａ１５）からは、現在のアドレスが出力されたままになりますから、永久にＨＬＴ命令を読んで実行することを繰り返すことになります。
ここで７４ＨＣ１２６を使っているのは、たまたまこの近くに空いているオープンコレクタゲートが他にはなかったからです。
しかし、それがあとでトラブルの原因になってしまいました（そのお話はまた、別の回にすることにいたします）。
ＨＬＴ命令がＨＬＴであり続けるための回路についての説明は以上です。
ＨＬＴ命令については、もう少し説明しておきたいことがあるのですが、ちょっと長くなってしまいそうですので、本日はここまでにしておきたいと思います。
２００８．８．３１ｕｐｌｏａｄ
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