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３回］

●８０８０はこんなＩＣなのだ！

と、まあ、大上段に振りかぶってみたのですけれど、さて、困った。
手元には、８０８０に関する資料がまったく残っていない。全部捨ててしまったらしい。
いや、ひょっとすると、先年亡くなった、じい様の家の物置をちょいと拝借しているので、そこに押し込んであるのかもしれない…。
しかし、わざわざでかけていって、ほこりだらけの物置を引っ掻き回すのも、いかにも面倒な話だ…。
とりあえずレジスタと命令については、Ｚ８０の資料から逆に類推して整理しなおすことも可能だが、それにはかなり面倒な作業を覚悟しなければならない。
というわけで、はやくも企画はみごとに暗礁に乗り上げてしまったか…。

こんなときにインターネットというのは、まことに便利で、本当に助かってしまいます。
最初には、神楽坂製作所さまのサイトにいきつき、そのサイト内のご紹介によって、半導体コレクション展示会場さまというまことにありがたいサイトを拝見させていただきました。
両サイトさまにあった８０８０全命令表はじつに簡潔にして十分なものでしたので、さっそくありがたく参考にさせていただくことにいたしました。
両サイトの管理者さまに、あつく御礼申し上げます。

という次第でからくも座礁は切りぬけることができました。

さて、そこで、８０８０の内容紹介です。

まずは８０８０のレジスタです。
８０８０には８ビットのレジスタがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｌと７個あり、このうちＡは加減算、論理演算の結果の格納やローテイト、入出力などの命令に唯一使用できるレジスタで、主レジスタともいうべきものです。
またＨ、Ｌレジスタは両者をつないで１６ビットのレジスタとして、ＭＯＶ命令などで外部メモリを参照する際のアドレッシングレジスタとして利用することができます。
ＢＣ、ＤＥレジスタも同じようにメモリアドレスを示すレジスタとして使うことができますが、ＨＬレジスタとは異なり特定の命令においてのみ限定的に使用されるにとどまります。
この説明のように、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｈ、Ｌの各レジスタはそれぞれ独立した８ビットのレジスタとして使われますが、特定の命令では、Ｂを上位８ビット、Ｃを下位８ビットとして結合し、１６ビットのレジスタＢＣとして使用されます。
同様にＤ、Ｅは１６ビットレジスタＤＥとして、Ｈ、Ｌは１６ビットレジスタＨＬとして使用されますが、Ａレジスタはつねに８ビットのレジスタとして単独に用いられます。
また１６ビットレジスタＨＬは１６ビット加算命令ＤＡＤの加算結果格納用レジスタとしても使われます。
ＢＣ、ＤＥも１６ビット加算命令ＤＡＤの対象レジスタとして使用されますが、ＨＬとは異なり加算結果の格納用には使用できません。
１６ビットのレジスタペアＨＬとＤＥにはその内容を交換する命令、ＸＣＨＧが用意されていますが、ＢＣにはその機能は用意されていません。
このように、８０８０のレジスタには汎用である面と専用である面の両方の役割が与えられています。
このことは、レジスタ回路を設計するうえで、かなりの面倒を予想させます。
なお、８０８０にはこのほかに同じく８ビットのフラグレジスタがあります（といっても実際に使われているのは５ビットのみなのですが…！）。ここまで書いてきてはじめて気がつきました。そうだったのか！

実はＺ８０ではフラグは６ビット使われているのです。
すでに書きましたように、手元には、もう８０８０の詳しい資料が何も残っていません。しかし、Ｚ８０に関する資料ならばいっぱいありますし、何よりこの頭の中に知識と経験としていっぱいつまっています。
幸いＺ８０は８０８０の上位互換ＣＰＵですから、Ｚ８０の命令機能のうち、８０８０にも存在するものについて、Ｚ８０の資料をもとに作業してもよい、と考えられます。
ところが、このフラグの数の違いについては、最初はピンときませんでした。Ｚ８０の動作から考えると、やはりフラグは６個必要なはずなのですが…。
ここではＩＱサプリよろしく、思わせぶりに書くことにします。
Ｚ８０では、ある命令を実行するには、８０８０にはないフラグが必要になります。その命令とは何で、そしてその理由とは何でしょうか？
この答えについては、後ほど説明いたします。
回路を考えながら、いったい８０８０の開発者はこのフラグなしでどうやってこの動作を実現させたのだろう？
当初、その答えはみつかりませんでしたが、しかしフラグの数まで８０８０に完全に合わせなくても、要は８０８０の動作と同じことがＴＴＬでできればよいわけですから、それ以上は踏み込んで考えないで、フラグについてはＺ８０と同じ６個でいくことにしました。

今この文を書く過程で、あらためて半導体コレクション展示会場さまのサイトにある、８０８０についての記述を読み直していて、はじめて気がついたのです。そこで、もう一度、そうか！そうだったのか！（まるで、名探偵コナン、ですね）
後ほど、詳しく説明するまで、このことについてはしばしお待ちください。

８０８０にはさらに１６ビットの専用レジスタが２個あります。命令コードをメモリから順に読み出すための、メモリアドレスを格納するプログラムカウンタと、レジスタなどの内容をメモリに一時的に退避格納するためのメモリアドレスを保持するスタックポインタです。
それぞれ役割も働きもかなり異なるレジスタがこれだけあるわけですから、このレジスタ群の回路を設計するだけでも相当にホネの折れる作業を覚悟しなければなりません。

そしていよいよ８０８０の命令コードです。
こちらの方は、上でご紹介させていただいた神楽坂製作所さまのサイトに余りに簡潔な形で整理されておりましたものですから、思わずそのままコピペさせていただいてしまいました。あしからずご了承を賜りたくお願い申し上げます。

このコード表をあらためてじっくりと見てみると、個別にざっくりと切り崩せそうなところが何箇所かあることに気がつきます。それはそのはずで、８０８０の設計者が思いつくままに命令をコードに割り当てていった、などということはなかったはずで、当然機能別にデコードし易いようにコードを割り振っていったと考えられるからです。
しかしながら８０８０の内部回路とそっくり同じ回路をＴＴＬで実現できるとは思われないので、いろいろ都合が悪いところがでてきて、なかなかすっきりした回路にはならないところもでてくるだろうことも当然に予想されます。

なかなかに、前途多難ではあります。
２００８．７．１１ｕｐｌｏａｄ
２００８．７．１５加筆訂正

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