レガシー8051で引っ張るのももう限界、そろそろ別な「レガシー」ネタも設定しておかないと、ということで「４ビット」マイコンを取り上げさせていただくことにしました。ご存知かとも思いますが、世界初のマイクロコンピュータ、インテル４００４は４ビットでした。ですから、マイコン業界で４ビットマイコンは「元祖」とか「本家」とか言われるべき本流だった筈なのですが、いまや絶滅危惧種になっています。
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しかし、４ビットマイコン、今の「若い人」にはまったく知られていません。ま、知る必要もなかった分けですが。しかし、ちょっと見てみると、ある意味凄く合理的な世界でもあるのです。
４ビット機の機械語は４ビットじゃない！
８ビットのマイコン(CISC)であると、機械語を格納するプログラムメモリも８ビット幅です。８ビットで収まらない複雑な命令を格納する場合には、２つの連続するアドレスの８＋８で16ビットとか、８＋８＋８で２４ビットとか、８ビット幅のメモリを複数個、可変長で処理するのが普通です。そのアナロジーからすれば、4ビットのプログラムメモリは4ビット幅なのか、というと違います。機種にもよりますが、12ビットとか、16ビットとか4ビットよりはずっと幅が広いです。この幅をプログラムの語長でワードと数えます。4の倍数という縛りもなく、中には13ビットとかオッドなビット幅の機種さえ存在します。そして１命令はその幅１ワードの中で完結するのが普通です。８ビット機のように可変長、などということはまずありません。ある意味、後から出てくるRISCに近い割り切りようが４ビットの機械語でありプログラムメモリです。
これに対してデータを格納するデータメモリはというと、この部分こそ４ビット幅です。データはこれがワード幅となります。そして計算処理も４ビット単位。４ビットあると、１０進数で０から１５までの数を表現できますが、４ビット機の場合、せっかく１５まで表現できるのに０から９までに制限する使用方法を中心にしていることが多いです。ＢＣＤ（バイナリ・コーデッド・デシマル、２進化１０進数）という使い方です。これは４ビットの活用が、電卓（１０進数の計算が主）、時計（１０進数を使った６０進で単位が変わる表記）、７セグメント表示のリモコンや制御パネルなどが中心であった、という歴史的な経緯から来ています。ハーバード・アーキテクチャなどと唱えればかっこいいですが、アプリにとって必要最小限のプログラムメモリとデータメモリの幅を決めた、ということでしょう。
幅だけでなく深さ（ワード数）も必要最小限です。１Ｋワードのプログラムメモリ、１２８ワードのデータメモリといった機種から存在します。最近でこそ１Ｋワードのプログラムメモリをリニアに使うことができる機種ばかりですが、昔は、２５６ワード毎のページの中で処理をして、別なページに移るためには特別なジャンプ命令が必要、といった機種が普通でした。実行中のプログラムアドレスを管理するプログラム・カウンタが８ビットしかない機種がほとんどだったからです。
こうして説明してくると、４ビットマイコンでプログラムを書くというのが、普通にパソコン上でプログラムを書くのとは別次元の世界だ、ということが想像されるでしょう。Ｃ言語じゃかけないですね。だいたいＣのネイティブな変数型で一番小さいものは普通８ビット幅のchar型ですから。小さな空間にゴリゴリとテクニックを駆使してアセンブラで書く、というのが４ビットの世界です。また、当然、ＯＳが何かしてくれることもありません。なにからなにまで自分で書かねばなりません。
そんな４ビット機は、「小さい」「安い」という点で長らく生き延びてきました。家電製品などで大量に使われていた時代は、日本全国で大量に作られ組み込まれていました。しかし、半導体の製造プロセスが進むにつれ、上位の８ビットとか１６ビット、それこそ３２ビット機とかとの大きさの差というものが「どうでもよくなっ」ていったのでした。ゴマ粒でも塩粒でもコストからしたら５０歩百歩で４ビット使うメリットが消え、反面、プログラム作るのが大変、といったネガティブな面が表だってしまいます。そして消えていったわけです。
しかし、今だに残る４ビット機もあります。 多くはリモコンや時計といったＬＣＤ表示パネルなどを使用する分野で生き残っています。７セグメントなどの液晶にマイコンが直接インタフェースする場合、複数のレベルの比較的高い電圧を出力しないといけないことなどから、あまり最先端の製造プロセスではかえって作り難いということが挙げられます。そこに活路を見出すわけですが、じゃ８ビットでダメかと言えばそうでもなく、この際、４ビットなど止めてしまえ、という感じになってしまうことが多かったのだと思います。
どこまで生き残ることができるのか、近い将来、絶滅の憂き目を見るのか。こちらのレガシーも探索したいと思います。