無条件HALT命令の実装/試験

ここからは、各々の機械語命令を一つずつ試験します。
具体的には試験をする機械語命令に必要な部品を実装後、手動でクロックを与え、基板上のLEDを見ながらその動きが正しいことを順次確認します。

まずは最も単純な命令である無条件HALT命令の実装/試験を行います。まず、74LS155（U26）とLED1を実装します。LED1は通常は常時点灯ですが、HALT命令を検出した時のみ消灯します。
無条件HAL命令の機械語コードは0C00（下位8bitは任意）ですから、これを主メモリ上の任意の番地（ここでは8000Hとした）に書き込み、その番地から1クロックずつ実行をします。結果は以下の通りとなります。

表中のΦはステージカウンタ（74LS163）の値を示します。他の略称は以下の通りです。
IR：インストラクションレジスタ（命令レジスタ）
PC：プログラムカウンタ
WR：ワーキングレジスタ（アドレス指定レジスタ兼被演算子レジスタ）

Φ	アドレスバスの値	データバスの値	IRの値	補足説明
0	不定	8000	不定	PCの値がデータバスに放出される
1	8000	8000	不定	PCの値がWRに転写される
2	8000	0C00	不定	実行すべき命令のコードがデータバスに放出される
3	0000	0000	0C	命令コードの上位8bitがIRに下位8bitがWRに転写される（WRの上位8bitはゼロクリア）
4～9	同上	同上	同上
10	同上	同上	同上	LED1が消灯するこれ以上STEPボタンを押しても Φの値は変化しない

無条件分岐命令の実装/試験

RETROF-16は様々なアドレッシングモードを有しますが、この時点ではまだ「8bitリテラルアドレッシング」しか使えません。分岐命令は分岐先が00H番地～FFH番地に限定されます。ここでは0010H番地に0010H（10H番地に無条件分岐する命令）を書き込み、0010H番地から実行し、「無限ループ」が形成されることを1クロック単位で確認します。

尚、この命令の試験にはWRの値をPCに与える経路が必要です。74LS138(U25)と、ダイオードG5、G6の実装によりこの経路が形成されます。また他にもF22とF30の実装が必要です。

試験の結果が以下となれば正常です。

Φ	アドレスバスの値	データバスの値	IRの値	補足説明
0	不定	0010	不定	PCの値がデータバスに放出される
1	0010	0010	不定	PCの値がWRに転写される
2	0010	0010	不定	実行すべき命令のコードがデータバスに放出される
3	0010	0010	00	命令コードの上位8bitがIRに下位8bitがWRに転写される（WRの上位8bitはゼロクリア）
4～7	同上	同上	同上
8	0010	0011	00	データバスには+1された PCの値が表示される
9	同上	同上	同上
10	0010	0010	00	データバスには上書きされた PCの値（分岐先）が表示される
11～12	同上	同上	同上	以降はΦ0から無限に繰り返す

実クロックでの無条件分岐命令の試験

OSC1を実装して、前項と全く同じ試験を実クロック（16.000MHz）で行います。手動クロック動作と実クロック動作の切替はSW25で行ないます。この試験の成否はオシロやロジアナがあれば完璧ですが、基板上のLEDの目視のみでも十分可能です。具体的には前項のプログラムに従った無限ループ中はアドレスバス監視用のLEDもアドレスバス監視用のLEDも殆どのステージで0010Hを表示します。データバスは稀に0011にもなりますので最下位のLEDも淡く光ります。IRのLEDは常に00Hを表示します。これらの状態を視認できれば、この試験は合格だと言えます。

この時点で実装されているダイオード
D1、D2、F1～F4、F22、F30、F40～F44、G5、G11

この時点の基板外観

ロード命令の実装/試験

アキュムレータ（以下Acc）に任意の値をセットする試験です。この時点ではまだ「8bitリテラルモード」しか使えませんので、セットできる値も00H～FFHに限定されます。ここでは10（10進）を書き込みます。機械語命令コードは800AHで、これを0番地に書込み、0番地から実行します。

本試験は74LS395の実装が必要です。
試験の結果が以下となれば正常です。

Φ	アドレスバスの値	データバスの値	IRの値	補足説明
0	不定	0000	不定	PCの値がデータバスに放出される
1	0000	0000	不定	PCの値がWRに転写される
2	0000	800A	不定	実行すべき命令のコードがデータバスに放出される
3	000A	000A番地の値	80	命令コードの上位8bitがIRに下位8bitがWRに転写される（WRの上位8bitはゼロクリア）
4～7	同上	同上	同上
8	000A	Accの値 (不定)	80	データバスには+1された PCの値が放出される
9～11	同上	同上	同上
12	000A	000A	00	データバスには更新された Accの値（=10）が放出される

加算命令（10+20=30）の実装/試験

アキュムレータ（以下Acc）に任意の値を加え込む試験です。この時点ではまだ「8bitリテラルモード」しか使えませんので、ここでは20（10進）を加え込みます。この試験は先に前項の「Accに10をロードする命令」と組み合わせて行います。

番地	命令コード	ニモニック	補足説明
0000	800A	LDS 10	Accに10をセットする
0001	8414	ADDS 20	Accに20を加える

試験の結果が以下となれば正常です。

Φ	アドレスバスの値	データバスの値	IRの値	補足説明
0～12	---	---	---	1つ目の命令の詳細は前項参照
0	000A	0001	80	PCの値がデータバスに放出される
1	0001	0001	80	PCの値がWRに転写される
2	0001	8414	80	実行すべき命令のコードがデータバスに放出される
3	0014	不定	84	命令コードの上位8bitがIRに下位8bitがWRに転写される（WRの上位8bitはゼロクリア）
4～7	同上	同上	同上
8	0014	000A	84	データバスには+1された PCの値が表示される
9～11	同上	同上	同上
12	0014	FFFF	84	データバスには上書きされた PCの値（分岐先）が表示される

最後のステップ（Φ=12）でのLEDの表示状態。
上段は加え込んだ値（10）を下段は加え込んだ結果（30）を表示している。

その他の演算命令の試験

同様の手順で他の演算の試験をします。まず、74LS181に与える演算コードを生成するダイオードマトリクスを構成する全てのダイオード（G1~G16）を実装します。

命令コードが異なるだけで試験手順は加算命令の試験と同じですので詳細は割愛します。命令コードの違いは以下の表を参照願います

命令コード（16進）	命令コード（2進）	補足説明
80XX	10000000_XXXXXXXX	Accに00XXを格納
84XX	10000100_XXXXXXXX	Accと00XXを加算しAccに格納
88XX	10001000_XXXXXXXX	Accから00XXを減算しAccに格納
8CXX	10001100_XXXXXXXX	Accに00XXのビット反転値を格納
90XX	10010000_XXXXXXXX	Accと00XXのANDをAccに格納
94XX	10010100_XXXXXXXX	Accと00XXのORをAccに格納
98XX	10011000_XXXXXXXX	Accと00XXのXORをAccに格納
9CXX	10011100_XXXXXXXX	Accと00XXのXORのビット反転値Accに格納

RETROF-16 部品実装（その３）