emu8080on4004

Intel 8080 Emulator on 4004 Evaluation Board

This document is written mostly in Japanese. If necessary, please use a translation service such as DeepL (I recommend this) or Google.

概要

自作の4004実験用ボードと，その上で動作する8080エミュレータです．Palo Alot Tiny BASIC(4K整数型BASIC)や，Grant Searle's BASIC(8K浮動小数点BASIC)の8080移植版がほぼそのまま動くレベルの機能が実現できています．動作速度は8080実機の1/700程度です．

制限事項等

• P(パリティ)フラグの実装は正確ではありません．{J,C,R}{PO,PE}実行時にAレジスタの値から計算されます．
• DAA命令の実装は正確ではありません．
• IN命令(コントロールレジスタ)はACC=0xFF(データあり)を返します．
• IN命令(データレジスタ)は4004ボードのソフトウェアで実装されたUARTのGETCHARを呼ぶので，入力されるまで止まります．
• OUT命令はAレジスタを4004ボードのシリアルポートに出力します．
• 割り込み関連命令(DI, EI)は未実装です．

実験ボードの仕様

ブレッドボード版プロトタイプの仕様

• CPU: Intel 4004
• Clock: 740kHz
• DATA RAM: 4002-1 x 2 + 4002-2 x 2 (計320bit x 4)
• Program Memory
  • ROM: AT28C64B (8k x 8bit EEPROM)
    • 000H〜EFFHの3.75KB利用可能
  • RAM: HM6268(4k x 4bit SRAM)x 2個
    • 物理メモリ F00H〜FFDHの254byte x 16バンク (上記を論理メモリ 000H〜FDFHにマッピングしてアクセス)
• 通信ポート: 9600bps Software Serial UART (TTL level)

Rev.2.1版の仕様(ブレッドボード版との差分)

• Program Memory
  • DATA RAM: ピンヘッダの設定により4002-1 x 4の構成も可能ですが，その場合はソフトウェアでRAM2, RAM3をアクセスしている部分を修正する必要があります．
  • ROM: AT28C64B, AT28C256, 2764, 27256をDIPスイッチで選択可能なように設計しましたが，動作確認はAT28C64Bで実施．それ以外は未確認です．
  • RAM: HM624256(1Mbit(256k x 4bit) SRAM)x 2個
    • 物理メモリ F00H〜FFDHの254byte x 256バンク (上記を論理メモリ 0000H〜FDFFHにマッピングしてアクセス)

ToDO

• メモリ64KBに拡張 → Rev.2.1で実現(2023/4/12)
• プリント基板作成 → Rev.2.1で実現(2023/4/12)
• IN命令時にTESTキーを使ったSTOPボタン相当の機能の実装

動画

Youtubeで関連動画を公開しています．

• https://www.youtube.com/@ryomukai/videos

ブログ

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4004関連開発事例

• Intel 4004 50th Anniversary Project
  • https://www.4004.com/busicom-replica.html
  • http://www.4004.com/2009/Busicom-141PF-Calculator_asm_rel-1-0-1.txt
• https://github.com/jim11662418/4004-SBC
• https://www.cpushack.com/mcs-4-test-boards-for-sale
• https://github.com/novi/4004MainBoard

データシート

• http://www.bitsavers.org/components/intel/
• https://www.intel-vintage.info/intelmcs.htm

開発環境

• The Macroassembler AS

画像集

• ブレッドボード版のプロトタイプ
• プロトタイプでPalo Alto BASIC実行
• Rev.2.1基板
• ブレッドボード版とRev.2.1基板
• 8K BASIC 起動画面

更新履歴

• 2023/3/21: 初版公開
• 2023/4/3: SUBフラグ(NEC uPD8080A, uCOM-80用)に関するコードを削除
• 2023/4/12: 基板(Rev.2.1)に合わせていろいろ更新．ブレッドボード版はprototypeフォルダに移動
• 2023/4/15: emu.asmにレジスタ表示しながらの連続実行とTESTボタンでの停止機能を追加
• 2023/4/16: ADC, ACIにバグ(0+FFH+Carrry(1)でCarryが立たない)があったので修正．