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３６９回］
●ＰＣ（プログラムカウンタ）の回路図（２）
プログラムカウンタはデータセットとクリアができるインクリメントバイナリカウンタです。
データセットはジャンプ命令の実行時に使われます。
インクリメントバイナリカウンタはデータレジスタ回路を発展させたものとして考えられます。
クロック入力時にひとつ前の時点のＱ＿出力をループバックしてラッチ回路の入力に戻すことによってクロックの倍の周期のパルスを出力させることができます。
その回路をビットの数だけ並べることでプログラムカウンタになります。
前回お見せした回路はＱ＿ではなくてＱを入力にループバックしていますが、実はこの回路は反転入力になっているため結果としてＱ＿を入力しています。
下は前回お見せした変更後のＰＣ本体回路です。
「トランジスタ技術」誌２０２０年５月号特集では、カウンタ回路はＤフリップフリップをもとにした回路として解説しています。
そしてそのＤフリップフロップ回路はＮＡＮＤ回路を組み合わせた回路で作り出しています。
しかし上の回路図は同誌で説明されているＤフリップフリップ回路とは全く異なっています。
ＮＡＮＤゲートを使ったＤフリップフロップをもとにカウンタ回路を組むとトランジスタをかなり沢山使うことになります。
もっとも上の回路でもずいぶん沢山のトランジスタを使っていますが、ＮＤＮＤゲートで構成したＤフリップフロップ回路でバイナリカウンタを作ると、この回路よりもさらに多くのトランジスタを使うことになります。
上の回路はトランジスタの特性を生かして「トランジスタのＲＳフリップフロップ」を発展させることで考え出した回路です。
その考えのもとになった回路は［第１５９回］で説明をしています。
その基本的な回路をもとにして［第１６０回］〜［第１６２回］で改良した結果現在のレジスタ回路に近い形になりました。
この時点ではまだカウンタ回路ではなくて７４ＬＳ７５型のデータラッチ回路です。
それを２段組み合わせることでバイナリカウンタを構成する考えについては［第１６５回］で説明しています。
その動作原理については［第１６６回］で説明しています。
その後に［第１６９回］までのところで一部の回路を改良しています。
この時点でのＣＬＲ回路はその後の試行錯誤によって現在の回路に落ち着きました。
その後に少し間を空けて［第１７８回］からバイナリカウンタをさらに発展させた回路としてＩＮＣ／ＤＥＣレジスタについて考えています。
プログラムカウンタはインクリメントレジスタの一種と考えることができます。
プログラムカウンタにはデクリメントは必要ありません。
しかしバイナリカウンタでデクリメントはどうやって実現するのだろうというところに興味があったので、そのままＩＮＣ／ＤＥＣレジスタ回路について考えをすすめていくことになりました。
ＩＮＣ／ＤＥＣレジスタについて検討をすることはそのままプログラムカウンタの検討にもつながると考えたからです。
ＩＮＣ／ＤＥＣレジスタ回路について考えをすすめていく過程で、試作基板を作って動作の確認もしたのですが部分的な試作基板しか製作しなかったことと動作テストも必要十分なものではなかったことなどがあったため、ここへきてさらに試作、テストをしなければならないという結果につながってしまいました。
そのようにあれこれ試行錯誤もあったのですが、バイナリカウンタ本体回路の基本的な部分は［第１８０回］の回路が現在の回路のもとになっています。
その後［第２０１回］での検討によって現在の回路図のＲ２７およびＲ２８の値が４．７ＫΩに定まりました。
また何回かの試行錯誤の過程を経て信号の入力回路にダイオードを入れていたところは［第３４７回］のＴＲ１２６回路の考え方に統一することとしました。
以上プログラムカウンタ回路について今までの流れをざっと説明しました。
当初の簡単な回路から見ると現在の回路はかなり複雑なものになっています。
次回は一見複雑に見える現在のプログラムカウンタ回路をできるだけわかりやすくまとまりごとに分けて説明してみたいと思います。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第３６９回］
２０２１．６．２８ｕｐｌｏａｄ
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