第1章 第3節 ROMとRAMを別々に接続する方法

CPUにRAMを接続する際に、ROMとは別の場所に接続する方法もあります。ハーバード・アーキテクチャなどと呼ばれることもあるので、ご存知の方もいらっしゃるでしょう。

この場合ROMとRAMは別回路になっていれば何でも良く、ハーバード・アーキテクチャの語源となったHarvard Mark IというコンピューターではROMは紙テープ、RAMはリレーだったそうです 。現代のCPUでもハーバード・アーキテクチャは多くのCPUで使われており、有名なところではAtmel社のAVRシリーズやMicrochip社のPICシリーズなどがあります。

図7　ROMとRAMを別々に接続する方法

このハーバード・アーキテクチャの利点は幾つかあります。

• ROMとRAMへの同時アクセスが可能

  ROMとRAMは別回路でCPUに接続されているので、アクセス時に互いが干渉しません。そのためROMからの命令フェッチとRAMへの読み書きを同時に行うことができます。これはTD4の1命令1クロックという設計と相性が良く、TD4EX3に最適です。

• ROMおよびRAMの容量の自由度の高さ

  ROMとRAMが別回路に接続されているため、アドレスバスのビット数を任意に決めることができ、互いに干渉することなく容量を決定できます。

  TD4EX3はROMを4KBに拡張したTD4EX2をベースにしています。もしTD4EX3をノイマン型で設計した場合、RAMのサイズはROMのサイズに干渉されます。なぜなら同じアドレスバスを共有するため、ROMとRAMの合計サイズが4KBとなるからです。もしRAMのサイズを1KBにしたならば、ROMの最大サイズは3KBに制限されてしまいます。

  しかしROMとRAMが別々の回路に接続されているハーバード・アーキテクチャならば、そのような制限はありません。ROMを何キロバイト搭載しようとも、自由な容量のRAMを搭載できます。そしてRAMに接続するアドレスバスのビット数もROMとは無関係に決定できます。もしRAM容量を256語にするならば8ビットのアドレスバスで十分ですし、逆に16ビットのアドレスバスを採用すれば65536語もの大容量を搭載できます。

  本プロジェクトではRAMの容量は少なくて構わないので、この方法は最適です。

図8　RAMの容量が少なくて構わないのならばアドレスバスも細くて構わない