Yamamoto's Laboratory
はじめに
 
Lesson
   1.Numbers
   2.Memory
   3.RAM
   4.Ports
   5.Timer
   6.ROM
   7.8085A
   8.Instruction
   9.Monitor
 10.Initialization
 11.Display
 12.Scan
 13.Function
 14.Keybord
 
Appendix
 1.List
 2.Detail
 3.Flow chart
 4.Diagram
 5.Layout
 
 
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．

photo 8085
8085MPU(NEC 8442HD D8085AC)

目次

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
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
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
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．

  10101110
+ 01110100
 100100010

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．

  10101110  101110100
- 01110100 - 10101110
  00111010   11000110

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
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

  1. OKIセミコンダクタ株式会社のMSM80C85AHRS/GS/JSのデータシート．8085のデータシートいろいろ探しましたが，OKIのものが結構詳しかったので参考にしました．
  2. 鈴木哲哉著の「古典電脳物語」は大変参考になります．8085の詳しい説明があり，ハードからソフトまでマイコンの作り方がかかれています．
    古典電脳物語―8085,Z80,CP/M,タイニーBASIC…古典電脳物語―8085,Z80,CP/M,タイニーBASIC…

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  3. UNIXシステム(Linuxも動作可)で動作する8085のエミュレーター EZ8085．動作を確認するときに，エミュレーターがあれば大変便利です．

更新履歴

2010年01月10日 ページの新規作成

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