いまさらなんでＭＳＸ？

第２回
ＭＳＸの増設ＲＡＭにおける考察
web Ver 98.06.01

注意事項
この文章は２年ほど前にサークルの会誌のために書かれた文章です。
当時の知識で書かれていますのであちこちで過ちがあることが
わかっています。またweb化に際して図のほうも書いておりませんので
分かりづらい所が多いと思います。
なるべく早く修正したいと思いますので正式版はもう少々お待ちください。


１　ＭＳＸとメモリ

　ＭＳＸのメインＣＰＵはいわずと知れたＺ８０である。
このＣＰＵはメモリ空間が６４Ｋバイトという空間しかない。
確かにこのＣＰＵが開発された１９７４年当時はこの空間でも十分に広かった。
現在でもこの空間を１バイトずつ埋めていくことを考えるとぞっとするぐらいの広さである。
しかし拡張性を考えるとこの空間は非常に狭いものであり、どうにかして空間を広げなければならない。
　そこで考えられたのがメモリバンク方式である。
これはメモリ空間をいくつかに分け必要に応じてメモリを取り替えるという考え方である。
　ＭＳＸにもこの考えは取り入れられた。
ただしＭＳＸの場合メモリバンクとは言わずにスロットと言う。
このスロットの概念がＭＳＸに最大１Ｍバイトのメモリ空間を与え、拡張性を高めているのである。

２　ＭＳＸのスロット

　スロットは大量のアドレス空間を確保するためのインターフェイスの役目をしていて、ＭＳＸのアドレスバスに接続されるメモリやデバイス（ＦＭ音源やＲＳ２３２Ｃなど）は、すべてスロットを介してつながっている。
これにはＢＡＳＩＣのＢＩＯＳＲＯＭだろうとメインＲＡＭであろうと例外はなく、ゲームカートリッジのＲＯＭもスロットでＭＳＸ本体とつながる。
　ＭＳＸで言うスロットとはよく目にする（ゲーム）カートリッジを挿入する場所だけではない。
目には見えないが本体内に隠れている。
　言葉で説明するのは非常に面倒なのだが、図１を御覧頂きたい。
ＭＳＸのスロットは基本的にはこうなっている。
図２−１がＭＳＸ１のスロットマップの１例である。
スロット＃１、２はカートリッジ用のスロットで＃１のほうにＦＭ音源のＦＭＢＩＯＳ−ＲＯＭがある。
ＭＳＸのすべてのメモリ（ＲＯＭとＲＡＭ）がスロットを介して繋がっているのがわかる。
　さらにＭＳＸはＺ８０の６４Ｋバイトのアドレス空間を１６Ｋバイトずつ４つの「ページ」にわけており、必要に応じてページを切り替えて様々なプログラムを実行しているのである。
　例えばＢＡＳＩＣ上（図２−２）でＦＭＢＩＯＳを使いたくなったらページ２を切り替えてＦＭＢＩＯＳをＺ８０の実アドレス空間に呼び出す（図２−３）。

３　２種類のスロット

　さて図３ではスロットがさらに拡張されている例である。
ＭＳＸのスロットには「基本スロット」と「拡張スロット」の２種類がある。
基本スロットはＣＰＵのアドレスバスに直結するスロットを指し、ＭＳＸの使用では最大４個持つことができる。
またその基本スロットはスロット拡張ボックスなどで１つの基本スロットが４つにまで拡張できる。
そのスロットを拡張スロットという。
　４つの基本スロットをそれぞれ４つの拡張スロットに拡張したとき、スロットは最大の１６個となり１６スロット×６４ｋバイト＝１Ｍバイトのメモリ空間をアクセスできる。
　図４−１のＭＳＸｔｕｒｂｏＲ（ＧＴ）の基本的なスロットマップである。
現在筆者は図４−２のようにＳＣＳＩや増設ＲＡＭ（これが本題ね）をつなげているが、まだあとＳＣＣ音源、ゲーム用ＳＲＡＭ（冒険の書だね）、将来的にＲＳ−２３２Ｃもつないでみようと考えているが、今のままではスロットが足りない。
そこでまだ拡張されていないスロット＃１や＃２を拡張しようとなる訳である。
ただし筆者は拡張スロットを買ったり作ったりする余裕がない（回路図はあるから作ろうと思えば作れるが）ので、手軽にできる＃０−１、＃０−３の拡張改造をする予定である。

４　大容量メモリ

　ところで図４−２の＃３−０や＃１にＲＡＭがつながっているが、１スロットの最大容量は６４Ｋバイトなので全体でこのシステムは６４Ｋ＋６４Ｋ＝１２８ＫのＲＡＭしか積んでないようにみえる。
しかしＭＳＸにはスロットとは別にＲＡＭ専用の拡張仕様である「メモリマッパー」という規格がありＭＳＸシステム全体で最大４ＭバイトのＲＡＭをシステム（ＭＳＸＤＯＳ２）でサポートしている。
　ＭＳＸはＺ８０の６４Ｋバイトのアドレス空間を１６Ｋバイトずつ４つの「ページ」に分けているのだが、このメモリマッパーでは大容量ＲＡＭを１６Ｋバイトごとに最大２５６個（２５６セグメント）にわけて（この作業もシステムが勝手に行う）管理していて、それは１６Ｋ×２５６セグメント＝４Ｍバイトである。
そしてさらに好きなページ（ページ３だけは不可）に好きなＲＡＭを置くことができるのである。
　現在＃３−０には本体内蔵のプライマリＲＡＭ５１２Ｋバイトが＃１に増設ＲＡＭが１Ｍバイトあり、ＭＳＸシステムは基本的には内蔵ＲＡＭと増設ＲＡＭの区別はないのでメインＲＡＭ１５３６Ｋバイトとなる。

５　メモリマッパー対応拡張ＲＡＭ

　マッパーＲＡＭはＭＳＸのＩ／Ｏ空間のＦＣｈ〜ＦＦｈ（これはマッパーセグメントレジスタと呼ばれる）に出力されるセグメントＮｏで切り替えられる（図５参照）。
実際には直接Ｉ／ＯをいじるのはＭＳＸでは基本的には禁止されていて、さらにメモリマッパー用のＢＩＯＳが用意されているのでＩ／Ｏを直接利用することはない。
　さて図４−２のスロット＃１の１Ｍバイト増設ＲＡＭは筆者の自作のＲＡＭカートリッジである。
回路図は図６−１であり、材料は表１の通りである。
今後はこの回路について書いていきたい。
この回路の主な目的はＩ／ＯにセグメントＮｏが出力されたときにＲＡＭを切り替えることである。
つまり追加アドレス情報を製作するのが重要なのである。
今回は１Ｍバイトなので追加アドレス情報はＭＡ１４〜ＭＡ２０が必要である。
　マッパーＲＡＭを作成するときは、Ｉ／ＯのＦＣｈ〜ＦＦｈが選択さてれいて（１）そのときの出力された（２）データによって（３）ＲＡＭを切り替えればよい（４）ことになる。

６　回路の解説

　ＮＡＮＤゲートである７４ＬＳ３０（以下３０）は、アドレスバスのＡ７〜Ａ２がＨレベルのときのみ出力がＬレベルになる。
これはつまりアドレスバスがマッパーセグメントレジスタ、すなわちＩ／ＯのＦＣｈ〜ＦＦｈ（11111100ｂ〜11111111ｂ）が選択されたのを確認するために用いられるのである。
これが（１）に相当する。

　７４ＬＳ１３９（以下１３９）の半分で／ＩＯＲＱ（Ｉ／Ｏリクエスト）、／ＷＲ（ライトタイミング信号）がＨレベルの時Ｌレベルを出力する。
つまり先ほどのアドレスバスがＩ／Ｏ空間を指し示していて、なおかつ、データバスにデータを出力している時にＬレベルになるのである。
これが（２）に相当する。

　その出力先に接続されている７４ＬＳ６７０（以下６７０）は４×４ファイルレジスタと呼ばれている。
４ビットのレジスターが４組入っていて、書き込みアドレスと読み込みアドレスが別々に指定できるというものであり、今回のこの回路が非常にシンプルなのはこのＩＣによるところが大きい。
　さてこの６７０のＧＷに先ほどの１３９の出力がつながっている。
これはＧＷがＬレベルの時に６７０の内部レジスタへの書き込みを許可することになる。
６７０のレジスタへの書き込みには、ＦＣｈ〜ＦＦｈの４バイト分、つまりアドレスバスの下位２ビットのＡ０〜Ａ１のみに対応させればよい。
これは上位の６ビットはメモリ選択のときは不変だからである。
またこのデータは６７０の内部に記録される。
これは後に使うこととなる。
　よってアドレスバスのＡ０〜Ａ１が６７０のＷＡ、ＷＢに接続されている。
この出力が追加アドレス情報となる。
Ｕ１の方にはデータバスの下位４ビットが入力され、追加アドレス情報のＭＡ１４〜ＭＡ１７が出力される。
またＱＵ２の方はデータバスの上位４ビットが入力され、ＭＡ１８〜ＭＡ２１が出力される。
このデータバスにはセグメントＮｏが出力されており、例えばページ１にセグメントＮｏ８２のセグメントが指定されたとき、追加アドレス情報ＭＡ２１〜ＭＡ１４には01001000ｂが出力され、今後ページ０のＲＡＭを読み書きするときは01001000??????????????ｂの総合アドレスが参照されることになる。
これが（３）にあたる動作である。

　なおＧＲはプルダウンされているが、６７０からデータの出力（データ読み出し）をする必要が常にあるからであり問題はない。
ＲＡ、ＲＢにアドレスバスのＡ１４、Ａ１５がつながっているのはさきほどのＡ０〜Ａ１の記録したデータをそこに出力するためである。
これはＡ０〜Ａ１のから出力されたデータはそのままアドレスバスの最上位２ビットと対応しているためである。
　マッパーセグメントＩ／Ｏ、ＦＣｈ〜ＦＦｈはそれぞれＭＳＸのメモリの0000h〜3FFFh，4000h〜7FFFh、8000h〜BFFFh、C000h〜FFFFhのページ０からページ３にそれぞれ対応していてる。
このＩ／Ｏの下位２ビットとメモリの上位２ビットがちょうどぴったり合う。
データをＲＡＭに書き込みのときはマッパーセグメントを参照して書き込み、読み込むときマッパーセグメントに対応したメモリアドレスに読み込むためにこのようになる。

　さて今回使用している疑似ＳＲＡＭの容量は１つ５１２Ｋバイトである。
５１２Ｋバイト以上の総合アドレスが指定されたときは対応できない。
そのため５１２ＫバイトＲＡＭ２つを使うときは、ＭＡ１９がＬレベルかつＭＡ２０がレベルのときにはＵ１のＲＡＭ、ＭＡ１９がＨレベルＭＡ１９がＬレベルのときＵ２のＲＡＭが選択されるようでなくてはならない。
　それを制御するのが１３９（の半分）である。
これは／ＳＬＴＳＬ（スロットセレクト信号）がＬレベルのときつまりはこの増設ＲＡＭが接続されているスロットが選択されているときに動作し、入力であるＭＡ１９、ＭＡ２０の状態によって４ビット出力の１つだけが選択される。
その内の２つ／Ｙ１、／Ｙ２がそれぞれＵ１、Ｕ２の／ＣＥ（チップセレクト信号）につながっているのである。
このように（４）は行われる。

　マッパーＲＡＭ規格としてのＲＡＭの選択の仕方は以上であるが、疑似ＳＲＡＭにはＳＲＡＭであってＳＲＡＭにあらず。
ＤＲＡＭのようなリフレッシュが必要なのである。
　リフレッシュするときは／ＲＦＳＨ（リフレッシュ信号）、／ＭＥＲＱ（メモリリクエスト信号）が共にＬレベル、かつＲＡＭのアドレスが確定されていないときに／ＯＥ／ＲＦＳＨ端子にＬレベルを出力する。
ちなみにこのＲＡＭにデータを書き込むときは、アドレスバスが確定した後にデータバスにデータを確定させ、／ＣＥをＬレベルにしてから／ＷＥをＬレベルにすればよく、また、読み込むときはアドレスバスが確定した後に／ＣＥが確定させ（つまり１３９のＹ０〜Ｙ１がＬレベルになったとき）その後に／ＯＥ／ＲＦＳＨをＬレベルにすればよい。
これらのタイミングはＣＰＵが勝手にやっているのメモリアクセスのタイミングが満たしてくれる条件なので気にしなくてよい。
　

７　おまけ

　１Ｍバイトにあきたらず４Ｍバイト拡張ＲＡＭを作るんだ！というなら、図６−１の１３９の辺りを図６−２のように変えればよい。
ただし疑似ＳＲＡＭが８個必要なことと３２や０８の回路もそのＲＡＭも数だけ必要であるが。
またそのときにはＭＳＸのファインインを考慮する必要がある。
　さて、ここまで書いてとんでもないことに気付いた。
ＭＳＸのＲＡＭはシステム全体で４Ｍバイトだと思い込んでいたのだが、それはＤＯＳ２のサポートするＲＡＭディスクの上限であって、システムＲＡＭの上限ではないのだ。
簡単に書くと１スロットごとに４バイト分のマッパーセグメントレジスタがあり、それはずべての基本、拡張スロットに存在しているので、１スロットのＲＡＭの上限が４Ｍバイトなだけであったのだ。
　ＭＳＸの基本的にあいているスロット＃１、２をそれぞれ拡張して８スロットにしてかつその８スロットにすべて４ＭバイトＲＡＭをつなげることも可能である訳だ。
その場合総ＲＡＭ容量は４Ｍバイト×８スロット＝３２Ｍバイト（！）。
本体を改造すればあと２つ拡張スロットが作れるからＭＳＸは本当は最大で４０Ｍバイト（！！）も実装出来ることになる。
そんなにＲＡＭをつんでも全く意味はないのだが（笑） 　ということは同様に考えてＭＳＸは最大１６スロットまで増設出来るから、４Ｍバイト＊１６スロット＝６４Ｍバイトもつなげることができる。
これはＭＳＸ１からのシステムであるから、１９８３年当時からからＭＳＸは９８すら考えてなかった６４Ｍバイトという広大な領域を示唆していたことになる。


エミリア：すごく難しいお話だったね。
デイヴ　：全然わかんないや。
じーさん：こんなのわからんでよいぞ（わしにだってわからんわい）。
エ：でもＭＳＸに６４ＭバイトもＲＡＭつけれるってなんかすごいね。
デ：ウインドウズ９５も１６Ｍバイトあれば快適だっていうしね。
じ：わしらの創造主はそんなにＲＡＭをつけてどうしようっていうのじゃろうなぁ。
全く分からんわい。
エ：最近ＳＣＳＩカートリッジ作った所から４ＭＲＡＭカ−トリッジの回路が発表になったらしいわよ デ：やっぱり作るかなぁ。
なんか超高速ＲＳ２３２Ｃも発表になったとかとも聞いているからそれもつくるらしいし。
じ：またＭＳＸの拡張機器が増えていくんじゃのう。
まったくやれやれじゃわい。


あてにならない（？）次回予告 　コナミの驚異のウェーブ音減ＬＳＩ「ＳＣＣ」を使ったＳＲＡＭディスク、通称似非ＳＣＣディスクの作成をやろうかなっと思っていたりして。


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