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１９１回］

●こんどこそ本当に、ＡＤＤ、ＳＵＢ、ＣＭＰ命令の回路の説明です

ずいぶんと時間がたってしまいましたが、こんどこそ本当に、算術演算命令（ＡＤＤ、ＳＵＢ、ＣＭＰ）の回路の説明をいたします。
［第１７９回］で、論理演算命令（ＡＮＤ、ＯＲ、ＸＯＲ）も、算術演算命令も、ほとんどが共通の回路になっている、という説明をしました。
もちろん、全部が共通ではありません。
算術演算回路が、論理演算回路と大きくことなっているところは、加算回路（Ａｄｄｅｒ）があるというところです。

これが、その加算回路です。

４ｂｉｔの加算器（Ｆｕｌｌ　Ａｄｄｅｒ）７４ＨＣ２８３を２個使っています。
７４ＨＣ２８３は［第１３１回］と［第１３２回］で説明をしていますので、忘れてしまわれた方は、そちらのページをもう一度ご参照ください。
［第１７９回］で説明した、ＡＬＵのレジスタ”Ａ”とレジスタ”Ｂ”からの出力を加算して、その結果をただちに出力します。
加算結果の出力は、７４ＨＣ２４４でゲートされています。
ＡＤＤｒｄ信号をアクティブにすると、加算結果が内部データバスに出力されます。
じつに簡単で、もうそのまんま、という回路です。

しかし、そのまんま、ではない回路がくっついています。
加算に加えられる、下位桁からのキャリーと、加算の結果出力される上位桁へのキャリーの処理です。
回路を見ていただければわかりますように、これがなかなかに大変な回路なのです。
どうしてこんなに面倒な回路になっているかといいますと、算術演算の命令は、その命令ごとにキャリーの処理が異なっているからです。

各命令によって異なるキャリーフラグの処理をコントロールするために、命令コードの特定ビットを、そのスイッチに使っています。
加算前のキャリーフラグの処理と、加算後のキャリーフラグの処理は、それぞれ同じ１個の７４ＨＣ１５７を利用して行っています。
７４ＨＣ１５７は２ｔｏ１　ｄａｔａ　ｓｅｌｅｃｔｏｒです。
ｐｉｎ１入力のＨ／Ｌによって、Ａ入力、Ｂ入力のいずれかを選択してＹから出力します。
１個のＩＣに４組のセレクタが入っています。

●７４ＨＣ１５７のデータシート（部分）です


［出典］Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｕｒｕｍｅｎｔｓ社ＳＮ７４ＨＣ１５７ＤａｔａＳｈｅｅｔ

●算術演算命令の命令コード

ＡＬＵ演算命令の命令コードについては［第１７９回］で説明しましたが、ずいぶんと時間がたってしまいましたので、もう一度説明をすることにいたします。

ＡＤＤ、ＡＤＣ、ＳＵＢ、ＳＢＢ、ＡＮＡ、ＸＲＡ、ＯＲＡ、ＣＭＰは、命令コードの上位２ビットが１０の命令群です。

ニーモニック	命令コード
ＡＤＤ	10 000 sss
ＡＤＣ	10 001 sss
ＳＵＢ	10 010 sss
ＳＢＢ	10 011 sss
ＡＮＡ	10 100 sss
ＸＲＡ	10 101 sss
ＯＲＡ	10 110 sss
ＣＭＰ	10 111 sss

ｓｓｓはレジスタＡ〜Ｌ、Ｍ（メモリ）を示す、０００〜１１１の値

そして、ＡＤＤ〜ＣＭＰは、命令コードのＯＰ５〜ＯＰ３の３ビットによって選択されます。
このなかで、ＡＮＡ〜ＯＲＡの３命令は論理演算命令で、すでに説明済みです。
今回は残る５つの命令ＡＤＤ、ＡＤＣ、ＳＵＢ、ＳＢＢ、ＣＭＰについての説明です。
８０８０の算術演算はこのほかにもあります。
レジスタではなくて、定数とＡレジスタの間の演算をおこなう、ＡＤＩ、ＡＣＩ、ＳＵＩ、ＳＢＩ、ＣＰＩです。
ＡＤＩ〜ＣＰＩは、上位２ビットが１１で、かつ下位３ビットが１１０の命令群です。

ニーモニック	命令コード
ＡＤI	11 000 110
ＡＣI	11 001 110
ＳＵI	11 010 110
ＳＢI	11 011 110
ＡＮI	11 100 110
ＸＲI	11 101 110
ＯＲI	11 110 110
ＣＰI	11 111 110

ＡＤＩ〜ＣＰＩが、命令コードのＯＰ５〜ＯＰ３の３ビットによって選択されることは、ＡＤＤ〜ＣＭＰと同じです。

以上の１０個の命令は、キャリーの扱いによって整理すると、（１）ＡＤＤとＡＤＩ、（２）ＡＤＣとＡＣＩ、（３）ＳＵＢとＳＵＩ、（４）ＳＢＣとＳＢＩ、（５）ＣＭＰとＣＰＩ、の５組に整理されます。
なお、最後のＣＭＰとＣＰＩは、ＳＵＢ、ＳＵＩと動作は同じですが、結果はフラグのみ変化して、Ａレジスタには影響を与えないところが、ＳＵＢ、ＳＵＩと違っています。

さて、この５組の動作の違いが回路にどのように反映されているか、そこのところをどうやって説明しようか、悩んでいます。

先に、もうひとつ、回路図を見せてしまいます。
論理演算と同じように、算術演算にも固有の回路部分があります。
その回路図です。


本日もどうやら時間がなくなってしまいそうです。
説明の続きはまた次回、ということにさせていただいて、タイミングチャートだけ、ばさっばさっと、お見せすることにいたします。

●ＡＤＤ命令、ＡＤＣ命令、ＡＤＩ命令、ＡＣＩ命令のタイミングチャートです

●ＳＵＢ命令、ＳＢＢ命令、ＳＵＩ命令、ＳＢＩ命令のタイミングチャートです

●ＣＭＰ命令、ＣＰＩ命令のタイミングチャートです

２００９．３．２５ｕｐｌｏａｄ

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