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３４９回］
●ＭＹＣＰＵ４ＴＲ ＤＥＣＯＤＥ回路試作基板
このところずっとトランジスタロジック回路組立キットについて書いてきました。
トランジスタロジック回路の基礎になる回路キットですからここをおろそかにすることはできません。
しかし何でもそうですが大抵は基礎というものは退屈なものです。
辛抱強く退屈極まりない記事にここまで我慢してお付き合いいただいた皆様に心から感謝申し上げます。
本連載はタイトルにありますように８０８０ＣＰＵをトランジスタで作ってしまうのが最終目的です。
ＨＣＭＯＳＩＣで構成したＭＹＣＰＵ８０のトランジスタ版になります。
当初はＭＯＳＦＥＴで作るつもりで、その基礎になるＭＯＳＦＥＴ版トランジスタロジック組立キットも発売をいたしました（［第７６回］）。
それからなんともう６年も経ってしまいました。
色々紆余曲折がありまして、最終的にＭＯＳＦＥＴではなくてバイポーラトランジスタでやり直すことにして今日に至っています。
前回も案内しました通り、やっとバイポーラトランジスタ版のトランジスタロジック回路組立キットを発売開始できるところまできました。
しかし。
前にもＭＯＳＦＥＴ版トランジスタロジック組立キットを発売したあと何年もの間一向にトランジスタ版ＣＰＵについて進展がなかったではないか。
今回もまた同じことになってしまうのではないか？
結局基礎的な組立キットだけで終ってしまうのか、とお思いの方も多いかもしれません。
まことにごもっともで一言半句もありません。
自分でもこんなに長い間中断したままになっていたなどとは思ってもいませんでした。
まことに光陰矢のごとしであります。
６年もの間いったい何をやっていたのかと思って過去記事を確認してみましたら、途中であれこれやりたいことがいっぱい出てきてしまって、ついトランジスタ版ＣＰＵについてはしばらく棚上げ状態になってしまっていることをあらためて認識いたしました。
これはいけません。
もう何が何でもやってしまいます。
そうしないと、そのうちほんとに寿命が尽きてしまいます。
実は。
そうならないようにということで、トランジスタロジック回路の記事を書くかたわら、トランジスタ版ＭＹＣＰＵ４の準備を進めてきました。
このところ記事の更新が遅くなっておりましたのは、そのせいでもありました。
そちらの作業についてもクリアしなければならないことが次々に出てきて、なかなか作業は思うようにはかどりませんでしたが、やっとなんとか形ができてきました。
もちろんまだ完成ではありませんが、この連休の間に気合を入れてがんばったお蔭でかなり進んだと思います。
そこで前回にも書きましたように、トランジスタロジック回路組立キットの発売開始に先立って、トランジスタ版ＭＹＣＰＵ４回路の試作作業についての近況を紹介することにいたしました。
実際の作業は５月に入るもっと以前からやっていましたので、今ではまだ一部分なのですが試作基板もできて動作確認まで進んでいます。
まずはその大きさにご注目ください。
こちらはＤＥＣＯＤＥ回路の試作基板です。
縦２００ｍｍ×横２４０ｍｍです。
組立後に回路ミスが判明しましたので基板上部にロジック回路基板を利用して追加修正しています。
サイズを比較するために右上にＭＹＣＰＵ４組立キットのＤＥＣＯＤＥ基板を置きました。
こちらは１００ｍｍ×１００ｍｍです。
今回製作したトランジスタ版ＤＥＣＯＤＥ回路試作基板は右上に置いたＭＹＣＰＵ４ＤＥＣＯＤＥ回路基板と同じ動作をします。
右上の基板をトランジスタに置き換えたものです。
ＤＥＣＯＤＥ回路だけでトランジスタを２５０個使っています。
２００ｍｍ×２４０ｍｍの試作基板部分を拡大しました。
なかなかに壮観です。
追加した修正部分です。
ＴＲ８６＋１２６＋０４の旧基板を利用しました。
正式に発売するときまでにこの部分を直して新しい基板を作り直します。
基板裏の写真です。
トランジスタ版ＤＥＣＯＤＥ回路試作基板を動作テスト中の写真です。
上でも書きましたように今回製作したトランジスタ版ＤＥＣＯＤＥ回路試作基板はＭＹＣＰＵ４組立キットのＤＥＣＯＤＥ基板をトランジスタに置き換えたものでどちらの基板も同じ動作をします。
上の写真ではＭＹＣＰＵ４のＤＥＣＯＤＥ回路基板を外してその代わりに今回製作したトランジスタ版ＤＥＣＯＤＥ回路試作基板を接続して動作確認をしています。
この状態で［第２５９回］から［第２８４回］までのすべてのテストをクリアしました。
今のところ試作基板は上のＤＥＣＯＤＥ回路基板のみですが、そのほかの回路についても基板発注前の段階まで作図はできています。
下はＲＥＧＩＳＴＥＲとＡＬＵ回路の基板アートワーク図です。
こちらの基板はＤＥＣＯＤＥ回路基板よりもさらに大きいサイズです。
縦は２００ｍｍですが横は３８０ｍｍもあります。
最初はＲＥＧＩＳＴＥＲ部分とＡＬＵ部分を分けて２枚の基板として作図をしていたのですが、途中で基板を積み重ねた方が扱いが楽になることに気が付いてこのように合体させてしまいました。
こちらはシルク図です。
トランジスタは４８２個使っています。
ＨＣＭＯＳＩＣで構成したＭＹＣＰＵ４組立キットのレジスタ回路基板は１００ｍｍ×１００ｍｍの１枚に全回路が収まっていますが、それを全部トランジスタに置き換えると２００ｍｍ×３８０ｍｍでもとても収まりません。
ＰＣ（プログラムカウンタ）とＩ／Ｏ回路がはみ出してしまいました。
さすがにこれ以上大きい基板にするのはいかがなものかと思いましたので、もう１枚別の基板を製作することにしました。
下はＰＣ＋Ｉ／Ｏ回路基板のアートワーク図です。
サイズは２００ｍｍ×３３０ｍｍです。
こちらはシルク図です。
トランジスタは２５２個使っています。
全部を合計するとトランジスタは９８４個になります。
それと同数の５１ＫΩ抵抗と２２ｐＦセラミックコンデンサを使用します。
そのほかにもＬＥＤや５１ＫΩ以外の抵抗や２２ＰＦ以外のコンデンサも使います。
以上の３枚の基板でＭＹＣＰＵ４組立キットのＤＥＣＯＤＥ基板とＲＥＧＩＳＴＥＲ基板を置き換えます。
ＭＹＣＰＵ４組立キットのクロック／ＲＡＭ基板とスイッチ基板はＣＰＵ回路ではありませんからトランジスタ化はせずにそのまま利用します。
さてそれで。
上の２枚の試作基板も発注直前までいっていたのですがＰＣ（プログラムカウンタ）回路の考え方に重大な落ちがみつかってしまったために、とりあえずは２枚の試作基板については発注を一時保留しました。
ＰＣ回路については今まで考えていた回路が大幅に変わってしまいました。
ＰＣ回路についてはその一部分を試作基板にして動作確認済みだったのですが、それがそっくりひっくり返ってしまいました。
もう一度新しい回路で試作基板を作って動作確認をしなくてはいけません。
上のＰＣ＋Ｉ／Ｏ回路基板のＰＣ部分をそっくり新しい回路に入れ替えてそれを試作基板にすることも考えたのですが、Ｉ／Ｏ回路をくっつけたままではいかにも無駄が多い感があります。
あれこれ悩んだ末に結局ＰＣ回路のみの使い捨ての試作基板を作ることにしました。
下がＰＣ回路の動作確認のためだけに作ることにした試作基板のアートワーク図です。
サイズは縦１８０ｍｍ×横２００ｍｍです。
トランジスタは１９８個使います。
それだけの数のトランジスタを使ってやっと７４ＨＣ１６１相当になります。
レジスタＩＣも集積度が高いのでそれをトランジスタに置き換えるとそれなりにトランジスタの数が増えますが、さすがに４ビットバイナリカウンタは（特にプリセッタブルカウンタは）集積度が違います。
とにかくまずはこの試作基板を発注して、それができてきたら動作確認をします。
残りの試作基板を発注するのはそれが済んでからになります。
いい加減な基板を作ってしまうと２００個ものトランジスタや抵抗やコンデンサとそれを組み上げるために要する労力が全て無駄になってしまいますから、発注前には回路図とつきあわせながら１本１本の配線を確認します。
確認するには基板配線パターン図を２倍に拡大してプリントアウトします。
今回の基板ではＡ４用紙４枚になります。
それをつなぎ合わせたうえで蛍光ペンを使って１本１本の配線を回路図と照らし合わせながらチェックしていきます。
自分では間違いなく丁寧に配線したつもりでもやっぱりミスがみつかりました（赤鉛筆で印をつけています）。
みつかった誤配線を全て直したあと最後のチェックです。
上のような配線チェックをするときは表側の部品面の配線と裏側のハンダ面の配線を同じ紙に印刷したものを使います。
通常は表と裏の配線を区別するために色分けして表示、印刷するのですがうっかりして表と裏で交差する配線を同じ面に描いてしまうことがあります。
上のような確認図ではそういうところをまま見落としてしまうことがあります。
そこで最後の確認では表と裏を別々に版下として印刷して確認をします。
不自然に縦と横の線が交差していないかを確認するためです。
こちらは部品面です。
この基板では部品面の配線は基本的に縦方向に行なっています。
こうしてよく確認してみましたら。
ほら、ありました。
赤矢印の２箇所です。
気が付いてよかったです。
危ないところでした。
このまま発注してしまうところでした。
その部分を修正しました。
あとは大丈夫のようです。
こちらはハンダ面です。
こちらは横方向に配線しています。
こちらは問題はないようです。
シルク図です。
これでやっと準備ができましたので、ＰＣ回路のみの試作基板として発注します。
それができてくるまでの間、まずはトランジスタ版のＤＥＣＯＤＥ回路から説明をしていくつもりです。
今回は現在作業を進めておりますトランジスタ版ＭＹＣＰＵ４組立キットについてざっと見ていただきました。
トランジスタ版ですからキットの名称はＭＹＣＰＹ４ＴＲ組立キットにするつもりです。
ええ。
もちろん組立キットです。
「いやいやいや。そんなすごいもの、とても無理だよお」
そんな声が聞こえてくるようであります。
なんたってトランジスタと抵抗とコンデンサだけでも合計３０００個以上のパーツになりますから、それをハンダ付けするとなるとこれは確かにハンパではありません。
しかし。
ちょっと視線を変えてみますと、世の中にはもっともっとハンパではないものがごく普通に存在しています。
昔私達が子供だったころはものが乏しい時代でしたから親は子育てにはさぞや苦労したことと思います。
子供が大きくなるにつれて着れなくなった毛糸のセーターをほぐして糸にしてそれをもう一度編み直して再利用するなどどこの家庭でもよく見られたことではありませんでしょうか。
私も小さい頃はよく母の手伝いで両腕を前に伸ばしてそこに輪にした毛糸の束をかけて、それを母がからまないように玉にまるめていたことを覚えています。
そこまでの作業も大変だったでしょうが、それを竹の編み棒でセーターに編んでいく作業はさぞや根気の要る作業だったかと思います。
当時は多くの家庭婦人が普通にこなしていたと思われる作業です。
それはさすがに昔の話ですが、今日でも編み物や刺繍などは多くの人が趣味として行なっているようです。
布にあらかじめ印刷した下図をもとにしてそこに刺繍をしていくものなどはプリント基板にパーツをハンダ付けしていく組立キットとよく似ているような気がします。
おそらくちょいとした刺繍などでもトランジスタ１０００個程度の組立キットをはるかに越えているのではありますまいか。
そうそう。
暇つぶしに１０００ピース程度のジグソーパズルなどをやられる方もおいででは。
戦艦などのプラモデルでもちょいとスケールが大きいものではパーツの数もハンパではありませんでしょう。
そういった多くの趣味は皆それなりに手間と時間がかかります。
むしろ手間と時間がかかるほどなおのこと面白いのではありませんでしょうか。
しかしてそれらの趣味は多くの手間と時間をかけて完成した暁には勝利と満足の証として飾り物などにするのが一般的であります。
トランジスタ組立キットも同様に労苦と満足の証として飾るにふさわしいものでありますが、さらにその上なんと動くのであります。
なんとトランジスタで組んだ回路がＣＰＵとして動作するのでありますよ。
ええ。
ちゃんとプログラムを実行するのであります。
ラーメンタイマープログラムだってちゃんと実行できてしまうのですから、泣けるじゃありませんか。
いささか不謹慎ではありますが。
コロナのせいでどちら様も外出を控えて家の中にこもってしまうことの多い昨今。
テレビばかり見て家でごろごろしてばかりいますと精神と身体によろしくありませんです。
こういうときだからこそ、健康と長寿のために。
トランジスタ組立キットこそ一番のお勧めであります。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第３４９回］
２０２１．５．９ｕｐｌｏａｄ
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