トランジスタで８０８０をつくってしまおうというまさにびっくり仰天、狂気のプロジェクトです！
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見事にできましたら、もちろんＴＫ−８０モニタを乗せて、それからＢＡＳＩＣ、ＣＰ／Ｍを走らせましょう！
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［第１５９回］
●ＲＳフリップフロップ
すでに書いておりますように、連載再開前はＢＳ２５０とＮ７０００の組み合わせか、Ａ１０１５とＮ７０００との組み合わせで進むつもりでした。
しかし連載再開の準備をする過程で方針を変更し、ＢＳ２５０とＮ７０００を使う代わりにＡ１０１５とＣ１８１５を使うことになりました。
基本的なゲートロジック回路については、前回までのところに書きましたようにＣＭＯＳＦＥＴからバイポーラトランジスタにそっくり置き換えても特に問題はないということを確認しました。
問題がないどころか、むしろＣＭＯＳＦＥＴからバイポーラトランジスタに置き換えたほうがかえって都合がいい、という結果を得ました。
それは検証を始める前からおおよそは見当がついていたことで、予想通りの結果だったのですが。
実はＣＭＯＳＦＥＴからバイポーラトランジスタに単純に置き換えることができなくて、最初から考え直さなければならない回路がありました。
ストレージ（レジスタ）回路です。
ＣＭＯＳＦＥＴで構成したレジスタ回路については［第８１回］〜［第９４回］あたりに書いています。
小容量のコンデンサにデータを蓄えるというアイデアで、これはダイナミックＲＡＭで使われている手法です。
この回路のポイントはコンデンサに蓄えた電荷をどうやったら維持できるかというところにあります。
コンデンサにつながるデータ読み出し回路に置いたＭＯＳＦＥＴは電圧動作なので（電流を必要としないため）、コンデンサの電荷を消費することなく、値を維持することができます。
またコンデンサが自然放電してしまわない限り、コンデンサに蓄えた電位をそのまま維持することができます。
それに対してバイポーラトランジスタはＭＯＳＦＥＴと違って電流動作です。
たとえ大きなベース抵抗をつないだとしてもベース電流をゼロにはできません。
データ保持用コンデンサにバイポーラトランジスタをつないだ途端に、その電荷はベース抵抗を通してベースからエミッタに流出して消費されてしまいます。
念のためにＣＭＯＳＦＥＴ用のレジスタ回路基板に、代わりにＡ１０１５とＣ１８１５を実装してテストしてみたのですが、やはり予想した通り、使い物になりませんでした。
すぐにコンデンサが抜けてしまいます。
そういうことになりますと、レジスタ回路については最初から考え直さなければなりません。
データを保持するということになると、その基本はフリップフロップです。
さらにフリップフロップの基本型はＲＳフリップフロップです。
ロジックＩＣでＲＳフリップフロップを構成する場合には７４ＨＣ００などのＮＡＮＤゲートを２個使うのが通例ですが、トランジスタの場合にはたとえばＣ１８１５を２個組み合わせて作ることができます。
しかしそのような一般的な回路では応答速度が遅くなるので、今まで説明してきましたロジック回路と同様に、Ａ１０１５とＣ１８１５をペアにして、それを２組組み合わせてフリップフロップを構成しました。
下がその回路図です。
インバータ２個の入力と出力を互いに相手の出力と入力につないだ形です。
上の図でたとえばＤがＨだったとするとＱはＬになります。
するとその出力は下のインバータの入力ですからＱ＿はＨになります。
このＱ＿は上のインバータの入力につながっていますから、結局はＱ＝Ｌで固定することになります。
しかしこの回路ではＤが変化すればただちにそれにつれてＱ、Ｑ＿が変化してしまいますから、このままでは使えません。
Ｄの入力は一時的なものにして、データのラッチ後はＤを切り離すなどの工夫が必要になります。
一般的なトランジスタ２個で構成するＲＳフリップフロップ回路は入力部にコンデンサを使ったりするようですが、それでは不安定なことと応答速度の問題などのためにコンデンサの容量がかなりシビアになったりするため、トランジスタＣＰＵ回路にはとても使えません。
トランジスタＣＰＵ回路としては高速であることと動作が確実であることがなによりも求められます。
しかしいざそれを追求しようとすると、このＤ入力部が非常に難しくて、結局試作を３回も重ねてしまいました。
最終的になんとか安定動作する回路に行き着いたのですが、本稿を書くためにあらためて回路図をながめていて、もう一工夫できることに気が付きました。
せっかくとりあえずの最終的な試作基板のつもりで作図して発注したばかりだったのですが、基板の出来上がりを待たずして、またしても廃棄することになりそうです。
本日は時間がなくなってしまいました。
この続きは次回にいたします。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１５９回］
２０１９．９．１９ｕｐｌｏａｄ
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