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１７４回］
●マシンクロック（Ｔクロック）回路
前回までＣＰＵクロック回路について書いてきました。
ＣＰＵクロック回路はトランジスタＣＰＵ回路の中でも最重要な回路ですが、実はそのクロックは直接使われるものではありません。
前回までのＣＰＵクロック回路の出力をもとにして、実際にＣＰＵ回路で使われるクロックを作る必要があります。
それがこれから説明するＴ、Ｍ、Ｗの各クロックです。
ＣＰＵクロックについては［第１６４回］で、ＭＹＣＰＵ８０の回路図を参考のためにお見せしました。
下に再掲します。
もとになるＣＰＵクロックを分周して得られるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの出力クロックからＴ、Ｍ、Ｗを作り出します。
たとえばＴ０はＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｔ１はＡ＝１、Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｍ０はＢ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｍ１はＢ＝１、Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｗ０はＣ＝Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｗ１はＣ＝１、Ｄ＝Ｅ＝０の期間に１になります。
Ｔクロックは別名マシンサイクルのクロックです。
ＣＰＵの命令動作の最小単位です。
ＣＰＵの命令はＴクロックの進行にしたがって必要な処理を行ないます。
ＭクロックはＴクロックの倍幅の信号です。
２マシンサイクルを使って処理する命令動作のためのクロックです。
ＷクロックはＭクロックの倍幅の信号です。
４マシンサイクルを使って処理する命令動作のためのクロックです。
さてそれではマシンクロックＴを作り出す回路についてですが、ＭＹＣＰＵ８０では上の回路図のように７４ＨＣ２３８を使って作り出しています。
しかしトランジスタ版ＣＰＵ回路では全てをゲートロジック回路で作らなければなりません。
そこでＴ０をゲートロジックＩＣで作る回路を考えてみます。
Ｔ０はＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝Ｅ＝０のときに１になりますから下の左の回路になります。
７４ＨＣ０２と７４ＨＣ０４と７４ＨＣ１１の組み合わせです。
このほかにも７４ＨＣ１０と７４ＨＣ１１でも作ることができますし、そのほかの組み合わせも考えられます。
ところでトランジスタロジック回路は基本的に入力と出力が反転する回路がもとになります。
ですから上左図のように７４ＨＣ１１そのものの回路を作ることはできません。
ここは上右図のように一旦７４ＨＣ１０で受けてそれを７４ＨＣ０４で反転させることになります。
上図右のロジック回路をそのままトランジスタロジック回路で表したのが、上図の下側の回路です。
Ｔ０だけの出力でトランジスタを１８個も使ってしまいます。
ＴクロックはすくなくともＴ０〜Ｔ２０まで必要ですからいくらなんでもこのままの回路はちょっといただけません。
幸いトランジスタのゲートロジック回路はＴＴＬロジックＩＣのように２入力とか３入力に限って考える必要はありません。
５入力のロジック回路を考えることもできます。
そこで５入力のロジック回路をトランジスタで考えてみました。
トランジスタ版５入力ＮＯＲ回路です。
使用トランジスタはほぼ半減して１０個になりました。
この回路をもうひとひねりして作ったのが下の回路です。
トランジスタＣＰＵ回路のＴクロック回路の回路図です。
ジャンパピンでＤ入力とＤ＿入力を切り換えることで、同じ回路基板を２枚使ってＴ０〜Ｔ７とＴ８〜Ｔ１５を出力することができます。
Ｔ０〜Ｔ１５ではクロックＥは常にＬです。
Ｔ０〜Ｔ３（Ｔ８〜Ｔ１１）とＴ４〜Ｔ７（Ｔ１２〜Ｔ１５）をひとつの回路図で示しています。
ちょっとわかりにくいかもしれません。
３つあるトランジスタ回路の一番上の回路はこの回路１つだけでＴ０〜Ｔ３（Ｔ８〜Ｔ１１）とＴ４〜Ｔ７（Ｔ１２〜Ｔ１５）のすべてに共通する回路になっています。
この回路はＴ０〜Ｔ７（Ｔ８〜Ｔ１５）回路基板にただ１回路しかありません。
４個のトランジスタのうちＴ１、Ｔ２、Ｔ３がＴ０〜Ｔ３（Ｔ８〜Ｔ１１）に対して共通の回路で、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４がＴ４〜Ｔ７（Ｔ１２〜Ｔ１５）に対して共通の回路です。
その下の２つの回路はＴ０〜Ｔ３（Ｔ８〜Ｔ１１）とＴ４〜Ｔ７（Ｔ１２〜Ｔ１５）のそれぞれに個別の回路です。
つまりそのうちの上側の回路はＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（Ｔ８、Ｔ９、Ｔ１０、Ｔ１１）の４回路として、また下側の回路はＴ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７（Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１５）の４回路としてクロックＴ０〜Ｔ７（Ｔ８〜Ｔ１５）回路を構成しています。
個別の回路のトランジスタは７個で、それに共通部分のトランジスタ３個を加えると１０個になります。
なんだかややこしいことをしているようですが、実はさきほどのトランジスタ版５入力ＮＯＲ回路と同じ回路になつています。
共通部分を作ったことで８回路でトランジスタを８０個使用するところを６０個に削減できました。
下が作成したプリント基板です。
サイズは１００ｍｍ×１００ｍｍです。
パーツを実装しました。
次回に続きます。
トランジスタでＣＰＵをつくろう！［第１７４回］
２０１９．１１．４ｕｐｌｏａｄ
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