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！
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
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！
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
［第２７８回］
●４ビットＣＰＵとは？
当社の組立キットを色々ご購入いただいておりますお客様からメールでご質問をいただきました。
ご質問の要点がうまくまとめられていますので勝手ながら原文のまま転載させていただきます。
「お世話になります。
４ビットCPUにとても興味があります。
しかし最近わからなくなってきました。
４ビットCPUとは。８ビットCPUとは。
４ビットCPUとは、レジスタが４ビットのCPUのことですか？
メモリ１つの大きさ（データの大きさ）は、４ビットでも８ビットでもいいのでしょうか？
メモリの大きさ（アドレスの最大値）は８ビットでしょうか？
手元にある ”CPUの創り方”の本の ４ビットCPU は メモリアドレスが １６個ですが、１つのアドレスは ８ビットデータです。
お時間がある時に教えてください。」
お尋ねの文面からしますと大体のところはおわかりになってみえるようです。
ただ４ビットＣＰＵなのになぜデータが８ビットなのか、またメモリアドレスが１６個というのは納得できるが４ビットでもアドレスが８ビットになってもよいのか？
というあたりでお迷いのようです。
一般にＣＰＵが４ビットであるとか８ビットであるとかという場合には、ご質問のようにレジスタのサイズを言うことが多いようです。
もう少し突き詰めて言いますとただのレジスタを言うのではなくてＣＰＵのコアの部分、ＡＬＵ（数値論理演算回路）のビット数を言います。
普通はＡレジスタが演算用レジスタとして使われていて、複数のレジスタがある場合にはそれらのレジスタもＡレジスタのビット数と同じであるのが普通です。
レジスタが８ビットの場合ＣＰＵ内部でレジスタ間にデータを転送するための内部バスラインも８ビットになります。
この場合には外部メモリのデータラインが通常は８ビットなので素直に理解できると思います。
ところが当連載のＭＹＣＰＵ４のようにレジスタが４ビットなのにそれに接続しているメモリのデータ幅が８ビットだったりするとそれでもなぜ４ビットＣＰＵなのだ？という疑問が出てきてしまいます。
この場合にはＣＰＵの「外」なのか「内」なのかということが判断の決め手になります。
ＭＹＣＰＵ４はＣＰＵの入口では確かにメモリから８ビットの「データ」を読み込みますが、実はその８ビットのうち上位４ビットは命令コードでレジスタに入れるデータではありません（上位４ビットは内部データバスにはつながっていません）。
下位４ビットだけがレジスタ間転送や演算に使われる「本当のデータ」です。
ＭＹＣＰＵ４のＡレジスタ、Ｂレジスタ、ＷレジスタとＯＵＴポート、ＩＮポートは全て４ビットでしたがって各レジスタ、ポート間を接続する「内部バスライン」も４ビットです。
ここまではご理解いただけたことと思います。
それではＣＰＵに接続するメモリのアドレスはＣＰＵのビット数と関係があるのか？と言いますとこれはＣＰＵのビット数と切り離して考えていただいたほうがよいと思います。
別の例として８ビットＣＰＵの代表的存在である８０８０やＺ８０について考えてみます。
演算レジスタとして使われるＡレジスタは８ビットなので、そのことからは８ビットＣＰＵであると言えます。
しかし８０８０やＺ８０には１６ビットの加算命令（ＡＤＤ ＨＬ，ＢＣ）などがあります。
この場合にはＨＬレジスタが演算レジスタとして使われていますので、それならば１６ビットＣＰＵといえないのか？ということなのですが、一般にはそれをもって１６ビットＣＰＵであるとは言いません。
８０８０やＺ８０の内部バスは８ビットです。
拡張機能として８ビットレジスタを連結して１６ビットの加算機能をもたせてはいますが、あくまで特定の機能のために８ビットレジスタを連結しているだけでやはりＣＰＵとしては８ビットであるというべきでありましょう。
参考までに８０８０のＣＰＵ内部ブロック図を下に示します。
［出典］Ｉｎｔｅｌ ８０８０ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｕｓｅｒ’ｓ Ｍａｎｕａｌ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９７５
ちょっと見にくいですけれど ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＤＡＴＡ ＢＵＳのところに（８ ＢＩＴ）と書かれています。
またＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ ＬＯＧＩＣ ＵＮＩＴ（ＡＬＵ）のところにも８ｂｉｔであることを示す（８）の表記が見えます。
ところで、Ｚ８０や８０８０が８ビットＣＰＵであるのに、それではアクセスできるメモリアドレスは何ビットなのかと言いますとご存知のように１６ビット（Ａ０〜Ａ１５）です。
これはＺ８０や８０８０のＰＣ（プログラムカウンタ）が１６ビットだからです（上図のＰＲＯＧＲＡＭ ＣＯＵＮＴＥＲのところには（１６）の表記が見えます）。
ＰＣが１６ビットであっても演算レジスタ、内部バスが８ビットならばそれは８ビットＣＰＵであると言えます。
ＭＹＣＰＵ４は「トランジスタ技術」版４ビットＣＰＵの仕様に合わせるためにＰＣを４ビットにしましたから直接アクセスできるメモリアドレスは４ビット１６アドレスです。
そのままの仕様のまま、もう少し大きいメモリアドレスにもアクセスしたいと思ったために当連載のようにＣＰＵの外にＭＭＵ回路を設けました。
もしも独自の仕様にするならば、たとえばＰＣのみを８ビットにすれば４ビットＣＰＵのままで２５６アドレスまでアクセスできますし、ＰＣを１２ビットにすれば１０２４アドレスまでアクセスできることになります。
同様にたとえばデータ幅が１２ビットのメモリを外部に接続して、そのうちの上位８ビットを命令コード、下位４ビットをデータとするようなＣＰＵを考えた場合、このＣＰＵは１２ビットではなくて４ビットＣＰＵということになります。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第２７８回］
２０２０．１２．１６ｕｐｌｏａｄ
前へ
次へ
ホームページトップへ戻る