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内蔵メモリ 内蔵メモリの容量はマイコンによって異なりますが、数百Kbytes程度のROMやRAMがチップ内部に内蔵されています。内蔵ROM／RAMの利点は、 チップ内部にあるのでアクセススピードが速い チップ外部の部品点数が少なくて済む チップ外部にノイズを出さない などが挙げられます。内蔵RAMはユーザー側で書き込みや消去が容易にできますが、内蔵ROM（マスクROMタイプ）は、ユーザーが用意したプログラムを半導体メーカーの製造工程でROMに書き込んでもらう必要があるため、ソフトウェアの改定が難しいという欠点があります。 ただし最近では、フラッシュタイプの内蔵ROMが増えてきました。これにより、半導体メーカーが保証する回数分、ユーザー側でオンボードあるいは市販のフラッシュメモリライタによる書き込みや消去などが可能となり、内蔵ROMの欠点が解消されています。 I/Oポート チップ外部の周辺機器とやりとりを行うためのI/Oポートがマイコンに内蔵されています。I/Oポートに割り当てられた端子は、アドレスやデータバスと兼用（マルチプレクス）されている場合が多いため、マイコンに内蔵されたレジスタを操作することで、該当する端子をポートとして使うか、アドレス／データバスとして使うかを決定します。 例えば、ある端子からデータを入力したい場合は、以下の機能を実行するプログラムを書きます。 ポートI/Oレジスタの特定ビットを操作して、該当する端子を汎用ポートに設定 ポートI/Oレジスタの特定ビットを操作して、該当する端子を入力側に設定 ポートデータを格納したレジスタから入力データをリード 動作モード モード端子の状態を変更することで、マイコンの動作モードを決定できます。例えば、プログラムが内蔵メモリ内に収まらない場合、外部メモリにプログラムを格納することができます。一般的に、図2〜4に示した3つのモードが利用可能です。 http://monoist.atmarkit.co.jp/fembedded/h8/h8primer01/fig02.gif 図2 拡張モード 内蔵ROM／RAMとターゲット基板上の外部ROM／RAMの両方を使用するモード http://monoist.atmarkit.co.jp/fembedded/h8/h8primer01/fig03.gif 図3 ROMレスモード 内蔵ROM／RAMを使用せず、ターゲット基板上の外部ROM／RAMのみ使用するモード http://monoist.atmarkit.co.jp/fembedded/h8/h8primer01/fig04.gif 図4 シングルチップモード 内蔵ROM／RAMのみ使用するモード 周辺I/O機能 シングルチップマイコンには、以下に示すさまざまな周辺I/O機能が内蔵されています。 各種外部メモリインターフェイス：SRAM、DRAM、SDRAMなど タイマコントローラ AD/DAコンバータ DMAコントローラ 割り込みコントローラ これらの機能を使うことで、ハードウェア設計が容易になるだけではなく、ソフトウェア開発も効率よく行うことができます。各機能の詳細は、次回以降のプログラミング編で具体的に解説します。 低消費電力モード 携帯電話やPDAなどのモバイル機器には、低消費電力の機能が必須です。基板に実装されている部品の消費電力を抑える技術と同時に、マイコン自体にも低消費電力を実現するための機能が用意されています。マイコンによって手法は異なりますが、本連載で使用するH8マイコンには、以下に示す低消費電力モードが用意されています。 外部クロックを停止または可変
マイコンに内蔵されたスリープモードを使用 スタンバイコントロールレジスタ＝0のときにSLEEP命令実行 → CPU：停止、内蔵周辺I/O：動作、クロック：動作 マイコンに内蔵されたスタンバイモードを使用 スタンバイコントロールレジスタ＝1のときにSLEEP命令実行 → CPU：停止、内蔵周辺I/O：停止、クロック：停止 外部端子（スタンバイ端子）の状態を変更 内部クロックの逓倍率を落とす |
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H8マイコンは、ルネサステクノロジ社の8／16ビットマイコンです。 http://japan.renesas.com/media/products/mpumcu/h8_family/h8_family_core_roadmap.gif H8マイコンには、8ビットCPUコアのH8/300シリーズと16ビットCPUコアのH8/300Hシリーズがあります。そのほかに、H8/300LやH8/300H Tinyなどもシリーズ展開されています。ここではH8/300H CPUをコアに持つ、H8/3048F-ONEの概要について解説します。 http://www.atmarkit.co.jp/fembedded/h8/h8primer01/fig06.gif H8/3048F-ONEは、H8/300H CPUをコアにしたワンチップマイコン（MCU）です。 ワンチップマイコン(one-chip microcomputer )（MCU）とは？ワンチップマイコンとは、マイコン（マイクロコンピュータ）の一種で、ひとつのICチップ上にCPUからRAM、ROM、各種入出力装置などを搭載した処理装置のことである。ワンチップマイコンは、汎用的な処理を行うことはできないが、小さなIC回路のみで特定機能の処理を一手に行うことができる。そのためコンピュータ制御を必要とする装置の多くに組み込まれている。炊飯器や自動車の制御システムに採用されていたり、あるいはマウスやキーボードにおける入力情報の制御などにもワンチップマイコンが用いられている。 内部は32ビット構成で、最大25MHzクロックをサポートしています。CPUコアの周辺に、フラッシュROMやRAM、I/Oポート、D/A変換機、A/D変換機、16ビットインテグレーテッドタイマユニット、シリアルインターフェイス、DMAコントローラ、割り込みコントローラなどが内蔵されています。 H8/3048F-ONEは、モード端子（MD2、MD1、MD0）の状態により、モード1〜7までの動作モードが選択できます。 モード1〜6では、外部メモリや周辺デバイスをアクセスできます。バス幅コントロールレジスタ（ABWCR）を操作することで、バス幅はリセット時バス幅から変更できます。内蔵RAMは、システムコントロールレジスタを操作することで無効にできます。これにより、内蔵RAMがマッピングされているアドレス範囲は、外部アドレス空間として使用できるようになります。 レジスタ構成H8/300H CPUは、32ビット長の汎用レジスタ8本、32ビット長のコントロールレジスタ（24ビットのプログラムカウンタと8ビットのコンディションコードレジスタ）を1本持っています。汎用レジスタは、32ビット×8本、16ビット×16本、8ビット×16本としても使用できます。汎用レジスタはすべて同じ機能を持っていますが、ER7レジスタはスタックポインタとして機能します。 http://www.atmarkit.co.jp/fembedded/h8/h8primer01/fig09.gif � �16ビットインテグレーテッドタイマユニット：ITU×5チャネル �◆．廛蹈哀薀泪屮襯織ぅ潺鵐哀僖拭璽鵐灰鵐肇蹇璽蕁�TPC �� ウォッチドッグタイマ：WDT×1チャネル �ぁ．轡螢▲襯灰潺絅縫院璽轡腑鵐ぅ鵐拭璽侫Дぅ后�SCI×2チャネル �ァ�A/D変換器、D/A変換器 �Α�I/Oポート：入出力端子70本、入力端子8本 �А�DMAコントローラ：DMAC×4チャネル リフレッシュコントローラ各レジスタの用途や実際のプログラミングは、次回以降のプログラミング編で解説します。 |
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▼電卓用LSI 型番 PSC-25 メーカー フェアチャイルド社 発表 不明 主な用途 電卓用 特徴 電卓用のLSIセット。 25ビットのレジスタを4本同時に並列処理できる。 搭載 当時の国内電卓メーカーの電卓 CPUが誕生する前から、既にCPUらしく動作をするものがありました。たとえば電卓用に設計されたフェアチャイルド社のPSC-25です。PSC-25は内部に24ビットのレジスタを4本もっていて並列処理できました。しかし内部データ形式がBCDコードなどあまりにも電卓を意識した設計になっていた為にCPUとしては広く使われませんでした。その後アーキテクチャはヒューレットパッカード社の関数電卓用LSIに引き継がれましたが、国内のメーカ数社に使われただけで市場から姿を消していきました。 世界初のLSI電卓(1970)
1970年2月12日 シャープが世界初のLSI電卓「マイクロコンペット」(QT-8D)
この年1970年3月14日から大阪千里で万国博覧会が開かれました。しかしシャを発売。 ープはこの万博には出展せず、代わりにその分の資金で天理にＬＳＩ工場を 建設（千里から天理へ）。ここでELSIを生産し、この電卓の発売にこぎつけ ました。このモデルで、とうとう電卓の価格は10万円を切りました。 1969年アメリカはアポロ計画で月に人類を送り込みましたが、このシャープ
の天理工場はアポロ計画に関わったノースアメリカン・ロックウェル社の技 術支援を受けたものです。マイクロコンペットに使用されたELSIは1875個の 電子部品を3mm角のICの中に納めたもので、この電卓にはこのELSIを4個使用 しています。 |
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その大きさは手のひらに乗ってしまう小さなものから、ビルの1フロアが全部CPUなんてものまで様々です。 手のひらサイズのCPUを特にMPU(Micro Processing Unit)と呼んだりもしますが、このページではCPUという分類の中に含めています。 Motorola系だとMPUって呼び方が普通みたいですが、「Micro processor」という言葉はIntel社がi4004を作った時に作った造語だそうです。例えばデータの転送の時なんかは、ビット数が大きいと一度に転送できるデータの量が大きいのでビット数が小さいCPUよりも速く転送を終える事ができます。 大概8ビットが1バイトですが、そうでない場合もあります。 ▼ アドレスバス本数コンピュターはメモリにデータを記憶するときには必ず「メモリのxxって場所に保存するよ！！」って場所を指定して記憶しているのですが、その場所を指定する為の電線の本数です。この電線の数が多いほど多くのメモリを管理できます。その電線の名前をアドレスバスといい1本、2本……というふうに数えます。 ▼ レジスタレジスタとはCPUの内部にあるデータの記憶場所の事を言います。CPUはこのレジスタという記憶場所に計算するデータをメインメモリから一端読み出してきて計算したりします。レジスタ1つの扱えるビット数を「nビット」といい、レジスタそのものの個数を「本」といいます。32ビットCPUとか16ビットCPUとかいうのはこのレジスタ1本あたりのビット数が何ビットあるかで決まります。 CPU内部にあるというと最近はキャッシュメモリと誤解する方がいらっしゃるかもしれませんがレジスタとキャッシュメモリとは別の物です。一部のCPUではその両方の役割を兼ね備えた物もあります。
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