２０２０．１．２１
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トランジスタでＣＰＵをつくろう！
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１９５回］



●命令デコード回路（３）テストプログラム

前回紹介しましたフラットケーブルを利用して、ＮＤ８０Ｚ３．５の８２Ｃ５５を使って命令デコード回路試作基板をテストするプログラムをＢＡＳＩＣで作りました。
下が前回お見せしたフラットケーブルの結線図です。

前回も書きましたが、本当は０〜７を合わせて結線すればよいのですが、そうすると線を切ってつなぎ直さなければならないのでうんと手間がかかります。
とりあえずはテストができればよいので、そこのところはプログラムで対処することにします。
というように書きましたが、これがたとえば製品に附属するプログラムなどでしたら、そこはやっぱりプログラムのなかできちんとビット列を変換して見かけ上はきれいな並びの出力が得られるようにすべきでありましょう。
でも早い話が、どうせ試作品の回路が正しいかどうかをテストするだけのテストプログラムですから、その確認ができればよいのです。
ということで結局手抜きのプログラムを即席で作ってしまいました。
前にも書きましたが、こういうときにＢＡＳＩＣは実に便利です。
即席で作ってしまったプログラムリストはあとで紹介することにして、まずはその実行結果を先にお見せします。

>r.
11xxxb2b1b0
000          03           00000011     BF           10111111
001          23           00100011     7F           01111111
010          13           00010011     EF           11101111
011          33           00110011     DF           11011111
100          83           10000011     FB           11111011
101          A3           10100011     F7           11110111
110          93           10010011     FE           11111110
111          B3           10110011     FD           11111101
xxb5b4b3xxx
000          00           00000000     BF           10111111
001          40           01000000     7F           01111111
010          04           00000100     EF           11101111
011          44           01000100     DF           11011111
100          08           00001000     FD           11111101
101          48           01001000     FE           11111110
110          0C           00001100     F7           11110111
111          4C           01001100     FB           11111011
end

これだけでは何をやっているのかよくわかりませんでしょう。
出力の先頭にありますように、前半は１１ｘｘｘｂｂｂ回路のテストで後半はｘｘｂｂｂｘｘｘのテストです。
ｂｂｂは０００〜１１１を示していてｘは１でも０でもよいことを示します。
テストではｘ＝０のデータを与えています。
そのような組み合わせのデータをｂｂｂ＝０００〜１１１の順に８２Ｃ５５のＡポートから出力して、回路から得られる出力結果を前半はＢポートから入力し、後半はＣポートから入力します。
表の左端にｂｂｂのビット列を表示しています。
その右側には回路への出力データを、そしてさらにその右側には回路から得られる入力データを、それぞれ１６進数と２進数で示しました。

データの解読には上の結線図を頭に入れておく必要があります。
まずは前半の１１ｘｘｘｂｂｂ回路について考えます。
回路への出力はＣＮ２にＡポートからの出力を与えます。
ＣＮ２のＤ７〜Ｄ０のうち、Ｄ７とＤ６が１、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ３が０で、Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０がｂ２、ｂ１、ｂ０になるような値をＡポートから出力します。
Ａポートの各ビットをＡ７〜Ａ０の順に並べて、そこにＤ７〜Ｄ０を上の結線図に従って当てはめると次のようになります。
Ｄ２、Ｄ３、Ｄ０、Ｄ１、Ｄ５、Ｄ４、Ｄ７、Ｄ６
ここに出力データを当てはめます。
すると下のようになります。
ｂ２、０、ｂ０、ｂ１、０、０、１、１
ここにｂ２、ｂ１、ｂ０＝０、０、０〜１、１、１を当てはめますから、結局下のような出力データを与えればよいことになります（面倒なので「、」は省きます）。
００００００１１（０３）
００１０００１１（２３）
０００１００１１（１３）
以下は省略しますが表の左側のデータがそうなっていることが確認できると思います。

次に回路から得られる結果について考えます。
回路からの出力はＣＮ４で、それは８２Ｃ５５のＢポートに入力されます。
これも上の説明にならって、Ｂ７〜Ｂ０にｓ７〜ｓ０を当てはめます。
ｓ１、ｓ０、ｓ３、ｓ２、ｓ５、ｓ４、ｓ７、ｓ６
この回路からの出力はｂｂｂ＝０００の入力に対してｓ０＝０、ｂｂｂ＝００１に対してｓ１＝０、ｂｂｂ＝０１０に対してｓ２＝０のようになります。
そのときそれぞれ残りのビットからの出力は１です。
この動作は７４ＨＣ１３８に相当します。
これを上に示したｓ１〜ｓ６の並びに置き換えると下のようになります。
１０１１１１１１（ＢＦ）
０１１１１１１１（７Ｆ）
１１１０１１１１（ＥＦ）
以下は省略しますが表の右側のデータがそうなっていることが確認できると思います。

上の出力表の後半はｘｘｂｂｂｘｘｘ回路についてのテスト結果ですが、これも上で説明した考え方と全く同じです。
説明については省略しますが、正しい出力結果が得られていることは確認済みです。
下はプログラムリストです。

    10 OUT $83,$8B
    20 PRINT "11xxxb2b1b0"
    30 A%=3:OUT $80,A%
    40 B%=IN($81)
    50 PRINT "000 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
    60 A%=$23:OUT $80,A%
    70 B%=IN($81)
    80 PRINT "001 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
    90 A%=$13:OUT $80,A%
   100 B%=IN($81)
   110 PRINT "010 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   120 A%=$33:OUT $80,A%
   130 B%=IN($81)
   140 PRINT "011 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   150 A%=$83:OUT $80,A%
   160 B%=IN($81)
   170 PRINT "100 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   180 A%=$A3:OUT $80,A%
   190 B%=IN($81)
   200 PRINT "101 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   210 A%=$93:OUT $80,A%
   220 B%=IN($81)
   230 PRINT "110 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   240 A%=$B3:OUT $80,A%
   250 B%=IN($81)
   260 PRINT "111 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(B%,2),BI$(B%)
   270 PRINT "xxb5b4b3xxx"
   280 A%=$00:OUT $80,A%
   290 C%=IN($82)
   300 PRINT "000 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   310 A%=$40:OUT $80,A%
   320 C%=IN($82)
   330 PRINT "001 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   340 A%=$04:OUT $80,A%
   350 C%=IN($82)
   360 PRINT "010 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   370 A%=$44:OUT $80,A%
   380 C%=IN($82)
   390 PRINT "011 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   400 A%=$08:OUT $80,A%
   410 C%=IN($82)
   420 PRINT "100 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   430 A%=$48:OUT $80,A%
   440 C%=IN($82)
   450 PRINT "101 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   460 A%=$0C:OUT $80,A%
   470 C%=IN($82)
   480 PRINT "110 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   490 A%=$4C:OUT $80,A%
   500 C%=IN($82)
   510 PRINT "111 ",HEX$(A%,2),BI$(A%),HEX$(C%,2),BI$(C%)
   520 PRINT "end"

リストだけを見ると随分手間なことをやっているように思えるかもしれません。
そりゃあ上の各行をいちいち全部入力したりしたら手間でしょう。
そんな面倒なことはしませんです。
最初に雛形になる数行を書いておいて、あとはそのコピーに対して行番号部分と変更が必要な部分のみを書き換えて追加していくという方法で作りましたので、ちょいちょいという感じでできてしまいました。
この作業はＮＤ８０Ｚ３．５のＺＢ３ＢＡＳＩＣに標準で備わっているスクリーンエディタを利用すると実に簡単にできてしまいます。
まあ目的によりますけれど、今回のように簡単な出力と入力を得るためのプログラムを書くのでしたら、ＢＡＳＩＣに勝る言語はないと思います。
そして自画自賛、手前味噌の宣伝ですけれど、
いゃあ、ＮＤ８０Ｚ３．５って、ほんとうに便利です。

次回に続きます。

トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１９５回］
２０２０．１．２１ｕｐｌｏａｄ

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