標準ＴＴＬだけ（！）でCPUをつくろう！（組立てキットです！）
(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１１回］

●新しい組立キットを考えました！

今回は先回の続きでＤＡＡについて説明をするつもりだったのですが、突然に、新しい企画を思いついてしまったものですから、今回は予定を変更して、そちらの紹介をしたいと思います。

８０８０のＴＴＬモデルをつくる、ということでスタートしたのですけれど、いざやってみると、なかなかどうしてすごいことになってしまいました。すでに書きましたように、とりあえず回路図もできあがり、基板図も一部未チェックながらおおむねできあがりました。
が、基板サイズもベラボーなら、使用ＩＣもベラボーで、なんと３００個！
これじゃあとても商品にはならないわ！
といっぺんにめげてしまいました。

それでもせっかくここまでやってきたのですから、なんとかモノにしてみたい。
そこで思いついたのが、規模を縮小すること。
８０８０の完全なコピーにこだわるから、こんなすごいことになってしまったのですが、たとえば教材とか趣味でとか、トレーニングで、とかというような目的ならば、何もいまさら８０８０に完全にこだわる必要もないのでは、と思ったわけです。

では、どこをどう削ろうか、と考えてみたのですが、どこをどのように削っても、なにしろレジスタだけでも相当な面積を占めてしまうのですから、命令を削った程度ではそれほどＩＣの数も減らないし、基板面積もそれほど小さくはなりません。

いっそ、思い切って４ビットにしてみたら…。

●４ビットＣＰＵの組立キットです！

これならば、レジスタ部分の面積もＡＬＵ（数値論理演算）回路部分の面積も半分になります。ついでにレジスタの数も思い切って減らすことにしました。
命令の種類も当初はぐっと減らして、４ビットだから１６種類でいいか、と考えました。

しかし、命令がたった１６ではいかにも少ない。まったく面白くない。
４ビットＣＰＵというと、８０８０以前に４００４なんてＣＰＵがあったそうですが（詳細はまったくわかりません）、一方、なんですか、ＩＣ数個でつくるお手軽ＣＰＵのつくりかた、などという本もあったりするようです。

しかし、しかし、たとえ初志を曲げて、８ビットを４ビットに落としてしまったとしても、プラモデル的なおもちゃをつくろう、とはまったく思いません。あくまで、限りなくホンモノに近いキットをつくりたい！
レジスタは４ｂｉｔにしたとしても、いまどき４ｂｉｔ幅のメモリなんて、入手不能。どうせメモリは８ｂｉｔ。ということは命令コードも一度に読みこむのは８ｂｉｔ。それなら何も命令コードまで４ｂｉｔにむりやり押さえなくてもよいのでは？
おお、すると、あの命令も使いたい、この命令も捨てがたい、ということで、当局の不拡大方針はあえなく無視されて、またぞろあやしくも規模拡大の轍をふむことになってしまいました。大丈夫でしょうかねぇ…。ひょっとすると、また、企画倒れになってしまうのでは…。

そもそも、そのようなものが、ちゃんとできるかどうか。あれこれ命令を並べるのはよいが、結局、だめだ、できないわ、では余りに情けない話です。皆様にこうやって公表するからには、とりあえずは、じっさいにせめて回路図くらいは描いてみてからにすべきです。
そこで、さっそくコードの設計からとりかかり、各命令の回路図を例によって、ノートに一生懸命描いてみました。
７月１６日、１７日の２日間で、やってしまいましたよ！（ほんま、かいな？）

まずは企画した４ビットマイコン（マイコンピュータということで、ＭＣ４と、とりあえず名づけました）の命令コード表とレジスタ一覧を紹介することにいたします。

●４ｂｉｔマイコンボードＭＣ４命令コード表

４ｂｉｔレジスタＢとＣは結合して、８ｂｉｔのレジスタとしても使用できる。目的はＢＣの内容を８ビットのメモリアドレスとして、メモリを間接的に示すことに使用する。ＭＯＶ命令における、ｍはＢＣによる間接アドレッシングで示される。
またＪＰ（ＢＣ）命令では、ＢＣで示す８ｂｉｔのアドレスにジャンプする、間接ジャンプ命令のためにも使用される。
この間接ジャンプ命令と条件付ジャンプ命令を組み合わせることによって、プログラム作成時点でジャンプ先を固定することなく、データ処理の過程で必要な複数の分岐先にジャンプすることが可能になる。

どうです、すごいモノでしょう？
こうなると、ＤＯＳ／Ｖ上で実行できる、クロスアセンブラも作ってしまいたくなってきます（いずれ、作りましょうか？）。

●ところで、ＩＣの使用個数は減ったのでしょうか？

減ったことは減ったのですけれど、でもまだ少し多いかも…。ざっと数えてみると１３０個ほど…（まだ、実際に基板設計にはとりかかっていませんから、最終的には多少の増減はすると思いますが）。

でも、これならば必ずしも実現不可能ではないと、思います。
今回の設計では、アクセスできるアドレスも８ｂｉｔに制限してしまったために、プログラム、データエリアとして使用できるのは、わずかに２５６バイトしかありません。でもまあ、トレーニングとか趣味、教養としては、とりあえずは、それでもよいのでは？
まだプログラムの入力方法については、確定していませんが、基本的にはスイッチをパチパチやりながら、１バイトずつ命令コードを入力していくことを考えています。それなら、２００バイトくらいが作業の限界と思いますから、十分でしょう。

一方それに比べて、命令機能の方はご覧いただいた通り、これなら８ビットＣＰＵと比較し得る十分な機能をそなえている、と言えると思います。
演算命令としても、ＡＤＤ、ＳＵＢに加えてキャリーつき演算のＡＤＣおよびＳＢＢももっていますし、論理演算のＡＮＤ、ＯＲ、ＸＯＲもちゃんとそなわっています。サブルーチンコールは言うに及ばず、ＰＵＳＨ、ＰＯＰといったスタック操作まで可能です。
さらには、なんと８０８０と同じ割り込み機能と、主に割り込みで利用される１バイトのサブルーチンコール命令ＲＳＴまでついているのです！
こういった全ての機能について、回路図つきの解説書をキットに付属させようと考えています（これは、大変な作業量になりそうです）。

しかし中には、
サブルーチンとか割り込みとか、そんなところまでは、いらん！
と、おっしゃる方もいらっしゃるかもしれません。
そこで、できれば、この回路を２〜３枚の基板に分割して、初級、中級、上級のように機能をクラス分けして、初級基板のみでも十分動作可能なものにしたいと思います。それなら、いきなり１００個以上ものＩＣをハンダづけするような、組立キットにしなくてもすみます。
このボードについては、ぜひとも実現したいと思います（まだ、８０８０の基板の試作も完了していないのに…）。
２００８．７．１８ｕｐｌｏａｄ

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