8ビット CPU Z80メモリー
メモリーを Z80 に接続する方法を述べます.
目次
メモリーとは
CPUとメモリーは，コンピューターの最も重要な要素です．コンピューターの動作原理は非常に単純で，それはCPUとメモリーで説明できます．大雑把に述べるとその動作は，(1)CPUはメモリーから命令を読み込む，(2)その命令に従いCPUはメモリーからデータを読み込みデータを加工する,(3)CPUは加工されたデータをメモリーに保存する — の繰り返しです．これらの合間に，時々，CPUは周辺機器とデータの授受を行います．周辺機器もまた，レジスターと呼ばれるメモリーを持っており，CPUはそれにアクセスします．ここでは，周辺機器のレジスターについては述べません．CPUが直接アクセスする主記憶装置と呼ばれるメモリーについて，説明します．
先に述べたようにコンピューターは，メモリーに書かれたプログラムに従い，メモリーに書かれたデータを処理する装置です．その処理を行う装置が CPU で，Z80はそのひとつです．メモリーにはプログラムとデータが区別なく書かれているということ理解しておくべきです．
メモリーは，電源が切れても記憶が残る Read Only Memory(ROM) と，電源が切れると記憶が消去される Random Access Memory(RAM) に大別できます．前者の ROM は，名前の通りCPUから見ると読み込み専用で，書き込むことができません．その内容(プログラムやデータ)は，あらかじめ別の方法で書き込まれます．一方，RAM はCPUにより，読み込みも書き込みも可能です．名前に Random Access と付くのは，奇異な感じがします．ROM も Random Access ですから．
普通のコンピュータの CPU は，データバスを通して 8ビット(1バイト)単位でメモリーにアクセスします，従って，CPU もメモリーも，8本の導線がデータバスになります．メモリーには，この8ビットのデータがひとかたまりで，大量に保管されています．これらのデータはアドレスにより管理されます．Z80 CPU は 64キロバイト[kB]のメモリーにアクセスできます．64[kB]は，216[Byte]です．従って，メモリーのアドレスを指定するために，CPUはアドレスバスと呼ばれる 16本の導線が必要になります．一方，メモリーのアドレスバスの電線は16本とは限りません．1[kB](210[B])のメモリーだとアドレスバスは10本，2[kB]だと11本，4[kB]だと12本になります．CPUとメモリーのアドレスバスの接続については，後述します．
メモリーのハードウェアー
ここでは，参考資料[1]と同様に 32[kB] の ROM と 32[kB] の RAM を Z80 CPU に接続する方法を述べます．ROM は アドレスの 0000h — 7fffh に，RAMは 8000h — ffffh に配置します．
ROM
|
| 図1: ROM |
データを書き込む方法に応じて，様々な ROM があります．ここではその詳細は述べません．一方，読み込み方法はどれも似たり寄ったりです．チップセレクタでメモリを有効にし，メモリーのアドレスを指定し，読み込み信号をあたえると，メモリーはデータを出力します．
自宅に，日立製の UV-EPROM HN27C256G-20 が大量にあります．図1に，その端子配列を示します．
| 端子 | 機能 |
|---|---|
| A0 — A14 (アドレスバス) |
入力: アクティブ High メモリーのデータを読み書きするアドレスを指定します，アドレスバスは15本なので，215=32[kB]のデータの保管が可能です． |
| D0 — D7 (データバス) |
出力: アクティブ High，トライステート ROM内のデータの受け渡しに使われます．受け渡しは，1バイト(8ビット)単位です． |
| CE (Chip Enable) |
入力 アクティブ Low Lレベルにすると，トライステートのハイインピーダンスが解除されます．ROMが使用可能になります． |
| OE (Output Enable) |
入力 アクティブ Low Lレベルにすると，ROM内のデータが出力されます． |
| VPP | 入力 データ書き込みの時，12.5[V]を印可します． |
| VCC | 入力 電源端子(+5[V])です． |
| VSS | グランドレベルに接続します． |
このROMの動作モードを表1に示します．
| ピン | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| CE (20) | OE (22) | A9 (24) | VPP (1) | VCC (28) | Ox (11-13, 15-19) | |
| 読み込み | VL | VL | X | VCC | VCC | Dout |
| 出力禁止 | VL | VH | X | VCC | VCC | ハイインピーダンス |
| スタンバイ | HL | X | X | VCC | VCC | ハイインピーダンス |
| 高速書き込み | VL | VH | X | VPP | VCC | Din |
| プログラム確認 | VH | VL | X | VPP | VCC | Dout |
| オプション確認 | VL | VL | X | VPP | VCC | Dout |
| プログラム禁止 | VH | VH | X | VPP | VCC | ハイインピーダンス |
| Identifier | VL | VL | VH | VCC | VCC | Code |
ROM HN27C256G のデータは，2537[Å]の紫外線を 15 [W·sec/cm2]を照射すると消去できます．照射後は，全てのビットは，「1」になります．
RAM
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| 図2: RAM |
ROMは，フリップフロップで記憶する SRAM と，コンデンサーに記憶する DRAM があります．ここでは，CPU との接続が簡単な SRAM を使います．
自宅には，富士通製の SRAM「MB84256C-70L」が複数有りました．それを使うことにします．図2に，その端子配列を示します．
| 端子 | 機能 |
|---|---|
| A0 — A14 (アドレスバス) |
入力: アクティブ High メモリーのデータを読み書きするアドレスを指定します，アドレスバスは15本なので，215=32[kB]のデータの保管が可能です． |
| D0 — D7 (データバス) |
入出力: アクティブ High，トライステート ROM内のデータの受け渡しに使われます．受け渡しは，1バイト(8ビット)単位です． |
| CS (Chip Select) |
入力 アクティブ Low L レベルにすると，トライステートのハイインピーダンスが解除されます．RAMが使用可能になります． |
| OE (Output Enable) |
入力 アクティブ Low L レベルにすると，RAM内のデータが出力されます． |
| WE (Write Enable) |
入力 アクティブ Low L レベルにすると，RAM内のデータにデータが書き込まれます． |
| VCC | 入力 電源端子(+5[V])です． |
| GND | グランドレベルに接続します． |
CPU がRAM からデータを読み込む場合，(1)アドレスバスに読み込むデータのアドレスを指定，(2)CSを L レベル，(3)OEを L レベルにします．すると，RAM はデータバスにデータを出力します．一方，データを書き込む場合には，(1)アドレスバスに読み込むデータのアドレスを指定，(2)CSを L レベル，(3)WEを L レベルにします．すると，RAM はデータバスのデータを保管します．
Z80との接続
ページ作成情報
参考資料
- 鈴木哲哉，古典電脳物語(マイコン黎明期のコンピューター自作法)
古典電脳物語 8085,Z80,CP/M,タイニーBASIC…
鈴木 哲哉
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