2021.8.23
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トランジスタでCPUをつくろう!
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388回]



●CPUクロックを4MHzに!

HCMOSIC版MYCPU4のCPUクロックは1MHzです。
トランジスタ版MYCPU4(MYCPU4TR)もHCMOS版MYCPU4のCLOCK/MEM回路基板をそのまま使っていますからCPUクロックは同じ1MHzです。
HCMOS版MYCPU4もトランジスタ版MYCPU4TRも基本動作は同じです。
ここで言うCPUクロックというのはCPUに供給するクロックでCPUはそのクロックをもとにして動作します。
MYCPU4の場合CPUクロックを2分周した500KHzをマシンクロックとして使います。
CPUクロックと言い、マシンクロックと言うのはまぎらわしい表現ではあります。
それに特別の定義があるわけではありません。
MYCPU4では1つの命令を2CPUクロックで実行するので、それをマシン語を実行するクロックという意味でマシンクロックと呼ぶことにしました。

今まで特に気にしてはいなかったのですが、せっかくCPUクロックについて書き出しましたので「トランジスタ技術」誌の4ビットトランジスタCPUのクロックはいかほどかと思って確認してみました。
なんと!
え?
20Hz(!)
動作確認した最高周波数は200KHzだそうです。
1命令を2クロックで実行するとのことですから(一部の命令は1クロックで実行するとのこと)、MYCPU4と同じ尺度で言えば「トランジスタ技術」誌の4ビットトランジスタCPUのCPUクロックは20Hz(最高周波数200KHz)ということになります。

まあ、普通にトランジスタでCPU回路を組めばそんなものでしょう。
しかし。
私はそんなものでは満足できませぬのです。
MYCPU4TRが完成したらいよいよ8ビットCPUに突き進まなければなりません。
8080互換CPUをトランジスタで作るのが当連載の最終目的なのです。
そのように考えてみますと4ビットCPUでクロック1MHzというのはどうにも面白くありません。
ここでもうちょっと頑張っておきませんと8ビットCPUはもっとクロックダウンしたものになってしまいそうです。

ということで。
トランジスタ版MYCPU4(MYCPU4TR)のクロックUPを試みることにしました。
現行の周波数が1MHzですから、その倍の2MHzにはしてみたい。
欲を言えばさらにその倍の4MHzにしてみたい!

ちなみに。
古い資料で確認してみましたところ、8080Aのクロックサイクルは0.48μS〜2μSとあります。
8080のCPUクロックは大体2MHzというところでしょう。
そういうことならばなおさらMYCPU4TRは4MHzで動かしてみたい。

ということでCLOCK/MEMボードにクロック回路を追加してみました。


そのように追加改造をおこなったCLOCK/MEMボードです。

上の回路図では最終的にプリント基板を作り直すつもりですので水晶発振回路には74HCU04を使っていますが、とりあえずは動作確認のための試作ですから基板上で空いていた74HC00を使っています(基板中央近くにクリスタルが見えます)。
基板上部に追加したジャノメ基板は前回説明しました74HC00を使ったRSフリップフロップです。

基板裏側です。

こんな配線で動いてくれるかどうか、ちょっと心配ではありますが。

配線のせいではなくて、やっぱりクロックアップはすんなりとはいきませんでした。

トランジスタでCPUをつくろう![第388回]
2021.8.23upload

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