コンピューター MPU基礎システム(はじめに) Lesson 7.

Lesson 7Functinal Description of 8085

Elenco Electronics社のコンピュータートレーニングボード MICRO-MASTER MM-8000 の Lesson 7 に関するメモです．ここでは，主にIntel社のMPU 8085のハードウェアー構成について学習します(参照：MM=8000のマニュアルのLesson 7)．8085の命令は，次のLesson 8で説明します．

8085MPU(NEC 8442HD D8085AC)

目次

• 1970年代の状況
  • 歴史
  • 8085Aとは
• 8085Aの機能
  • 8085Aの内部構造
  • レジスター
  • 演算論理装置(ALU)
  • 命令レジスターとデコーダー
  • ピンアサイン
• 回路の説明
• テスト順序
• ページ作成情報
  • 参考資料
  • 更新履歴

1970年代の状況

歴史

8ビットMPUが次々と開発された1970年代中頃までの歴史を振り返ってみましょう．Intel社の最初のMPUである4004が完成したのは1971年ことです．これは，4ビットのMPUで当初は電卓用に開発されました．次に，8ビットのMPU 8008が1972年に完成します．これは用途が制限されたため，あまり普及しませんでした．無理に18ピンのパッケージに詰め込んだことが大きな問題だったようです．そこで，大幅に改良加えられた40ピンの8080が1974年に登場します．この8080は80系の元祖といわれるCPUで，8085，Z80へつながります．この8080は，世界初のパーソナルコンピューターであるMITS社のAltair 8800を生むわけで，その後のPCの発展に大きな寄与を果たしたと思います．ただ，8080にも電源の問題(±5と12Vが必要)などがあり，8085はそれらを解決しました．8085のマイナーなバージョンアップしたものがここで使う8085Aです．その後，8ビットMPUの勝者であるZilog社のZ80が発売されたのが1976年です．

ここでの作るMM-8000は，1970年代半ばのアマチュアが作っていたコンピューターと似ています．普通のアマチュアが作れるパーソナルコンピューターの限界は，8ビットのMPUを使ったものでしょう．部品点数は少ないし，その動作も単純だからです．そのため，「学習教材に最適」と思うのは私だけではないはずです．現在の64/32ビットのパーソナルコンピューターでも，その基本は大きく変わったわけではありませんので，簡単な教材で基礎を学習することは大きな意味があります．

その他のMPUについても，簡単に話しておいた方が良いでしょう．8ビットMPUには，80系以外の68系や65系があります．68系の最初のMPUは，MC6800で8080に数ヶ月遅れて発売されたとのことです．ミニコンのPDP-11のアーキテクチャーを参考に設計したと言われています．65系は，MOS Technology社のMOD 6502というMPUが1976年に発売されました．これは，価格が安かったことから，Apple IIに搭載され，一躍メジャーになりました．

8085Aとは

8085Aは，8ビットの汎用MPUです．動作させるための外付け部品が少ないので，小さなシステムでは大変コストパフォーマンスが良かったようです．64Kバイトのメモリーが使え，また大きなシステムを制御するためのステータスラインがあります．

8085Aの機能

8085Aの内部構造

8085Aの詳細情報が必要であれば，いろいろなWEBサイトからデータシートがダウンロードできます．私は，OKIセミコンダクタ株式会社の「MSM80C85AHRS/GS/JSのデータシート」を参考にしました．

以下は，ほとんどマニュアル(WHAT'S IN THE 8085A)の訳です．

8085Aには，本来のMPUの役割である命令セットの実行に加えて，クロック発生とシステムバス制御，割り込み機能があります(下図のブロックダイアグラムを参照)．8085Aのデータ転送は，8ビット単位で行われ，双方向の3ステートバス(AD₀〜AD₇が使われます．このバスは時間分割され，アドレスの下位8ビットの転送にも使われます．MPUが直接64Kバイトのメモリーにアクセスするためには，16ビットのアドレス指定が必要です．残りの上位の8ビットの指定には，AD₈〜AD₁₅が使われます．8085Aは，適当な外部デバイスを選択と「読み込み」と「書き込み」の動作の実行，メモリーとI/Oポートの選択のための制御信号を発生します．8085Aには256のI/O用のアドレスがあります．これらのアドレス(00H〜FFH)は，メモリーの最初の256のアドレスと同一です．これは，8085AのIO/Mピンの出力で区別できます．I/Oポートは，メモリーと同じように扱うことができます．

8085のブロックダイアグラム

レジスター

レジスターは，MPU の中にある記憶場所みたいなものです．8085 には，8 ビットと 16 ビットのレジスターがあります (図3)．8 ビットのレジスターは 8 個(A, B, C, D, E, H, L, フラグ)あり，そのうち 6 個はレジスターペアとして使うことができます．レジスターペア (BC, DE, HL) は，16 ビットのレジスターとして使うことができます．これらのレジスターペアに加えて，8085A は 2 個の 16 ビットレジスター (スタックポインター, プログラムカウンター) があります．

8085のレジスター構成

アキュムレーター (ACC あるいはAレジスター) は,算術演算や論理演算，データの転送，I/O の命令で使われます．汎用レジスターと呼ばれることもあります．

プログラムカウンター (PC) は，次に実行する命令が格納されているメモリーのアドレスを保持します．8085A のメモリーアドレスしては16ビットなので，プログラムカウンターも 16 ビットです．

BC と DE，HL は汎用レジスターで，命令により 8 ビットレジスターあるいは 16 ビットのレジスターになります．HL レジスターは，命令の操作対象のソース(元)やデスティネーション(目的)のメモリのアドレスを表すデータポインターとして使われます(具体的には，Lesson 8 の HL レジスターを使っている命令を参照してください)．少ないですが，BC あるいは DE レジスターを間接アドレッシングに使う命令もあります．

スタックポインター (SP) は，スタックのトップ (次に利用可能なスタックのアドレス) を示す特別なデータポインターです．16 ビットのレジスターで8ビットに分割することはできません．アドレスを表すため，必ず 16 ビット必要だからです．

8 ビットのフラグレジスターには，5 つの 1 ビットのフラグが含まれています．これらのフラグは，MPU の状態を表し，MPU の動作を制御します．

フラグレジスター

図4に，8085のフラグレジスターの構成を示します．

フラグレジスター

桁上げフラグCY(carry flag)は，算術演算命令や論理演算命令の結果によって，セットやリセットされます．たとえば，次のような1バイト同士の足し算で桁上げが生じた場合に，桁上げフラグCYがセット(1)されます．このフラグを使うことで，演算結果が8ビットに収まらない加算でも正しい結果を得ることができます．

加算演算の計算結果が8ビットでオーバーフローした場合，キャリーフラグがセット(CY=1)されます．オーバーフローが起きない場合には，リセット(CY=0)されます．減算演算の場合には，キャリーフラグは「上位の桁からの借り(ボロー)」になります．下の左側の例は，減算される数(10101110)よりも減算数(01110100)の方が大きいので，「上位の桁からの借り」は生じませんので，CY=0となります．一方，右側の例では借り(赤字)が生じますので，CY=1となります．

ACフラグは，ビット3が桁上げや上位桁からの借りが生じた場合に，セット(AC=1)されます．キャリーフラグ(CY)がビット7で動作したのと同じことが，ビット3で起きます．このACフラグは，10進数演算の時に使います．

演算結果の正負を表すサインフラグ (S) は，算術演算命令や論理演算命令の実行結果が格納されるアキュームレーター (Aレジスター) の最上位ビットがセットされます．整数を 2 の補数で表すシステムでは，最上位ビットが 1 になると，その整数は負として取り扱われます．したがって，アキュームレーターの最上位ビットを調べることで演算結果の正負が分かります．コンピューター内部での負の整数の表現については，私の講義ノート「負の整数の表現」を参照ください．

ゼロフラグ (Z) は，アキュームレーター (Aレジスター) の全てのビットがゼロの時，セット (Z=1) されます．反対にどれかのビットが 1 の時，クリアー (Z=0) されます．+1 加算命令 (INR) や -1 減算命令 (DCR) の結果にも，ゼロフラグは反映されます．

アキュームレーター (Aレジスター) のビットの1の数が偶数の場合，パリティフラグ (P) がセット (P=1) されます．偶数の場合，クリアー (P=0) されます．

スタックポインター

スタックポインターは，スタックの最上位のアドレスが格納されます．スタックは，メモリー(RAM)の一部を使い，データの格納(PUSH)とデータを取り出し(POP)を行います．初期化時には，使用可能なメモリー最大の番地(最下位番地)をスタックポインターの値とします．スタックにデータがプッシュ(PUSH)されるとスタックポインターの値は減らされ，ポップ(POP)されると増やされます(スタックは，メモリーの下位から上位に向かって伸びます)．スタックには，常に2バイトずつデータが格納されるので，スタックポインターは2ずつ増減します．

演算論理装置(ALU)

ALUには，アキュームレーターやフラグレジスター，プログラマーがアクセスできないいくつかのテンポラリーなレジスターが含まれます．算術演算や論理演算，ローテート演算は，ALUによって実行されます．それらの演算結果は，アキュームレーターに格納されるか，他の場所で使うために内部のデータバスに送られます．

命令レジスターとデコーダー

フェッチサイクルの間，命令の最初のバイト(オペコードを含んでいる)は，内部バスを通して8ビットの命令レジスターに送られます．つぎに，命令レジスターの内容は命令デコーダーが使います．タイミング信号によって発生させられるデコーダーの出力は，レジスターとALUとデータとアドレスバッファーを制御します．命令レコーダーと内部クロック発生器は，ステートとステートとマシンサイクルのタイミング信号を発生します．

ピンアサイン

8085のピン

回路の説明

テスト順序

ページ作成情報

参考資料

更新履歴

last update:2016/03/06 17:18:30