めざせ4004! IC24個で電卓用CPUを作ってみた: Chapter 5 EX4-2024のハードウエア

　いつもの事ですがEX4-2024はブレッドボードで製作しました。そのため信号の品質に問題があり、特に最高動作周波数が低くなっています。目標としては100kHzで動作させたかったのですが、実際に試したら10kHzが限界でした。そのため高速動作はあきらめて、筆者がこれまで制作したCPUと同じ1kHzで動作させることにしました。 ただ、タイミング関係のトラブルを避けるために、いくつかの改良はしました。

Chapter 5-1 CLOCK ユニット

　図17には掲載していませんが今回もクロック生成はSPG8640BNを使用しています。これは0.1Hz～1MHzまでのクロックを生成できる便利なICです。EX4-2024ではこれをベースに図18のような3種類の派生クリックを生成しています。
　CLKは基本クロックであり、各種タイミングとプログラムカウンタのインクリメントを行います。
　H0とH1は命令1個の動作周期を表し、またQ0～Q3は各種タイミングを制御しますが、実際にはH0とQ3しか使っていません。
　クロックは全ての回路の動作タイミングを司る重要な信号なのですが、筆者はこのようなタイミング設計が非常に苦手です。今回のEX4-2024の開発ではまずシミュレーター（Logisim）の段階で苦労し、さらに実機で苦労する羽目になりました。