【５】頭から煙が・・・
ＦＰＩＣのポートが回路のどの部品に接続されているか、だいたい解りましたので次に少しソフト寄りのお話に入っていきます。まずは簡単なところから、ポートの状況を読み取るとはどういうことなんでしょうか。
読み取ったポートの状況は〝Ｈ〟や〝Ｌ〟の状態で内部に入ります。ここまでは解りますが、ここから先が真っ暗闇ですね。そこでＦＰＩＣの内部を簡単に図にしてみました。
内部にはたくさんのレジスタファイルというメモリー（ピンク色部分）とプログラムメモリーが並んでいます。各ポートもレジスタファイルに属しています。レジスタファイルはブロック図の中ではあちこちに点在していますが、プログラムメモリーのように０番から２０番まで番号が付けられたメモリーとして並んでいます。また、解析実行部というのは実際にプログラムを読んで実行している部分です。それ以外にＷレジスタやスタックメモリーという特別なメモリーもあります。
補：本によってはレジスタファイルをファイルレジスタと書かれているものあり、混乱してしまいます。
ここでは単に〝レジスタ〟と呼びます。
実際のＰＩＣとＦＰＩＣとの大きな違いは、Ｉ／Ｏ部分のコントローラーしか搭載していないことです。割り込み機能もウォッチドッグタイマー機能もありません。また、プログラムメモリーの大きさとレジスタの数も縮小されていますが、あくまでもプログラムの勉強用ですのでご了承ください。全体の動きは実際のＰＩＣと同じように動きますので基本的な説明は同じになります。
ＰＩＣはリセット信号が〝Ｌ〟から〝Ｈ〟の状態になりますとプログラムカウンタを０にして動き出します。解析実行部はこのプログラムカウンタの指すプログラムメモリーの場所から命令を取り出して実行します。このカウンタの数値のことをアドレスと呼びます。プログラムの所在を突き止める番地（住所の）という意味です。ですのでプログラムカウンタのことをアドレスカウンタとも呼んでいます。アドレスはレジスタにも割り当てられています。プログラムエリアとは別場所に存在しますが、レジスタについては後で書きますので、まずはプログラムメモリーから・・・。
アドレスカウンタの最小値は〝０〟で最大値はＰＩＣの規模により、１６Ｆ８４で〝１０２３〟番地まで、１６Ｆ８７７で〝８１９１〟番地まであります。ＦＰＩＣの場合は〝５１１〟番地までです。０～５１１番地までの小部屋に分かれていると考えられますので、５１２個の命令を入れることが可能です。
解析実行部は取り込まれた命令を解析してイロイロな処理を実行します。例えば、命令が〝ポートＢの全状況を読み込め〟でしたら、すぐさま、指定されたポートＢの全端子の状況をＷレジスタというメモリーに取り込みます。
計算に使う数値やポートに送るデータ、ポートから読み取ったデータ類は必ずこのＷレジスタを経由するようになっています。これがＷレジスタが他のレジスタと異なった位置に配置されている理由です。
さてこれから、ややこしい話が連続しますので、頭から煙が出ないように注意してください。
プログラムの話にはたくさんの数字が出てきます。私たちが一般社会生活で使用している数値は０～９の１０種類の数値を使った１０進表記で、タバコは〝２９０〟円とか表現していますが、プログラムの世界では０～９の数字だけでは表現しにくく、２進数を基本に数値表現が作られています。２進数というのは〝Ｈ〟か〝Ｌ〟の２値だけですべてを表現しようというものです。例えばＦＰＩＣのポートＢのＲＢ７端子からＲＢ０端子の Ｈ／Ｌの状況が仮に下図のようになっていたとします。
この場合〝Ｈ〟を〝１〟に、〝Ｌ〟を〝０〟に置き換えますと、〝０００１０１０１〟となります。ひとつの〝１〟や〝０〟が基本の２進数で、これをビットという単位で呼びます。ただ何ビットも並べると長ったらしく解りにくなり、ひと目見て何のことか瞬間的に解りません。そこで昔の人は工夫しました。１ビットで表現できる数値は〝０〟と〝１〟の２種類ですが、２ビット単位にしますと、〝００〟〝０１〟〝１０〟〝１１〟の４種類です。同様に４ビット単位にすると１６種類の表現ができるようになります。この１６種類に数値を割り当てて、人間に解りやすくしました。０～９まではそのままですがその先の数値がありませんので、〝Ａ〟～〝Ｆ〟を割り当てます。これが１６進数と呼ばれる新しい数値表現方法です。だらだらと〝０〟と〝１〟を羅列するより飛躍的に解りやすくなります。基本は２進数のビット単位ですが、それを４ビット単位で括り、１６進数に直してプログラムで使おうというものです。
では、先ほどのポートＢが〝０００１０１０１〟となっていた場合を１６進数に変換して見ましょう。４ビットで括って１６進表で調べると〝１ ５〟となります。
このように、レジスタ９番地のポートＢの端子状況は８ビットの２進数〝０００１０１０１〟で、１６進数なら〝１５〟となりますが、１０進数の〝１５〟と混乱しますので、１６進数を表す数値の時は、頭に〝０ｘ〟（ゼロと小文字のエックス）をつけるようにします。
Ｗｉｎｄｏｗｓをお使いの方なら、付属の電卓アプリケーションを立ち上げて［表示］→［関数電卓］に変更すると簡単に１０進→１６進→２進変換が可能ですのでお奨めします。１６進数〝０ｘ１５〟は１０進数で〝２１〟となることを確認してみてください。
２桁の１６進数は４ビット単位で括った８ビットの２進数になることから、８ビット単位の２進数をバイトと呼びます。ちなみに、４ビット単位で括ることをニブルと呼びます。
もうお解かりになりましたでしょうか。ポートがなぜ８本の端子でグループ別けされていたのか・・・。そうです。ミッドレンジＰＩＣではデータの通り道、データバスが１バイトになっているために、各ポートが８本の端子でグループ別けされていたのです。
ブロック図のラインに斜線を引いて描かれている数値がそのラインが何ビットの数値が流れているかを表しています。
プログラムメモリーから吐き出される命令はプログラムバスという１４ビットのラインに乗って流れてきます。これがミッドレンジＰＩＣが１４ビット命令と呼ばれる理由です。
ＰＩＣを動かすプログラムは１４ビット命令ということですので、〝０〟や〝１〟が１４個並んだ数字の羅列です。１６進に直しても数字は数字で理解しがたいモノです。でもひとつひとつに意味があります。詳しくは【７】Ｆｌａｓｈ ＰＩＣの起動・・・で述べます。
アドレスカウンタもプログラムの中では１６進表記で進めます。ＦＰＩＣの場合は最大５１１番地ですので１６進で〝０ｘ１ＦＦ〟となります
１６Ｆ８７７のプログラムアドレスの最大値は８１９１番地まででしたので、Ｗｉｎｄｏｗｓの電卓アプリケーションで２進数に変換してみますと〝１１１１１１１１１１１１１〟と１が１３個並びます。そこで下位桁から４ビットずつに括って〝１_１１１１_１１１１_１１１１〟 これを１６進表に照らし合わせますと〝１_Ｆ_Ｆ_Ｆ〟となります。電卓アプリケーションでもその通りの答えが出ます。
２進→１６進の変換は１６進表さえ暗記してしまえば簡単ですので、なるべく頭に焼き付けましょう。慣れてくると２進の〝１０１０〟は１６進で〝０ｘ０Ａ〟で偶数、〝１１０１〟が〝０ｘ０Ｄ〟で奇数だというのが瞬時に解るようになります。
プログラムではポート端子１本だけを指す時もあります。このような時はビット位置の番号で指定します。例えばＲＢ３の端子だけを〝Ｈ〟にする場合は、ＲＢ０をビット０としますので〝ポートＢのビット３を〝Ｈ〟にせよ〟となります。
【５】頭から煙が・・・ ----------（ここまで）
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