第6章 第4節 インテル4004 のアプローチ

ではここで、偉大なる先人の知恵を借りましょう。

4004の命令コードはオペコードが4ビット、オペランドが4ビットとなっており、TD4と似ています。これはTD4が4004の真似をしている訳ではなく、4ビットCPU を設計すると概ね同じような仕様に落ち着くと言うことでしょう。

ところが4004の命令数は39個もあります。オペコードが4ビットしかないのに、一体どうやって39個もの命令を実現しているのでしょうか?

それは命令コード表を見れば分かります。

命令	1バイト目		2バイト目	説明
	bit7～4	bit3～0
NOP	0000	0000		何もしない
JCN	0001	cccc	aaaaaaaa	条件分岐
FIM	0010	rrr0	dddddddd	8ビット定数（イミディエイトデータ）読み込み
SRC	0010	rrr1		アドレス送信
FIN	0011	rrr0		テーブル参照
JIN	0011	rrr1		レジスタ間接ジャンプ
JUN	0100	aaaa	aaaaaaaa	無条件ジャンプ
JMS	0101	aaaa	aaaaaaaa	サブルーチンコール
INC	0110	rrrr		インクリメント
ISZ	0111	rrrr	aaaaaaaa	インクリメント&分岐
ADD	1000	rrrr		加算
SUB	1001	rrrr		減算
LD	1010	rrrr		レジスタ⇒アキュムレータ転送
XCH	1011	rrrr		レジスタ⇔アキュムレータ交換
BBL	1100	rrrr		サブルーチンからのリターン
LDM	1101	Imm		イミディエイトデータ読込
RAM命令群	1110	????		RAMへの読み書き・加減算およびROMへの入出力
ACC命令群	1111	????		各種演算

4004 の命令コードで特筆すべきことは、一部の命令のオペコードが8 ビット幅になっている事です。上の表のRAM 命令群とACC 命令群が該当します。また、オペコードが0010 の時と0011 の時は命令コードの最下位ビットによって別の命令として解釈されます。かなり複雑な命令体系だと言って良いでしょう。

それらの結果、4004 では39 個もの命令を実現しています。

この命令セットを嶋正利氏たちがどのようにして作り上げたのか、非常に興味があります。