Intel 4004 (その2) クロックの巻

注文した部品が届くまでだいぶ時間がかかりそうなので、とりあえず電源とクロックを食わせて何らかの反応を示すか試してみることにしました。8Bit-MuseumのCPU NOP tester(Hardware Projekte – CPU NOP-Tester – 8Bit-Museum.de)のようにLEDを光らせようかと思いましたが、4004のアドレスバスは4bit×3に時分割されている上に、データバスも兼ねているためちょっと面倒くさそうです。というわけで、手始めにオシロで観測することにしました。
実は私、信号レベルが+5Vのデジタル回路以外はほとんど経験が無く、+5V, GND, -10V(データシートにはVSS=GND, VDD=-15Vという記載もあり)という回路は初めてです。変なことをして大事な4004を壊しては悲しいので、できるだけデータシートに忠実に組むことにしました。

ユーザーズマニュアルで見つけたクロックジェネレータはこんな感じでした。

発振部分のマルチバイブレーターは抵抗で周波数を調整、駆動部分はディスクリートのトランジスタ。かなりアナログっぽい回路です。デジタル回路ですら+5Vしか扱ったことがない私には敷居が高いです。

別の資料に載っていたのがこれ。

水晶で発振してカウンタで7分周して、クロックドライバICでレベル変換。これなら私にも理解できました。
9316というカウンタは入手困難っぽいので、手元にあった74LS163で代用。74H04は若松に注文しましたが、いつ届くかわからないので74S04で代用しました。MH0026の代用のDS0026も若松に注文中なのですが、4004が入っていたパーツ箱にたくさん入ってるのを発見。買わなくても良かったのか・・・。(若松にはメタル缶タイプとDIPを注文中。)


ちなみにトラ技に下記のような簡単な回路が紹介されていたのですが、ちょっとこれは・・・と思ったので見送りました。


2相クロックを作る部分はただのカウンタと組み合わせ回路なので簡単です。DS0026によるレベル変換の仕組みを理解しようとデータシートを読んだところ、「TTL/DTL compatible inputs」と書かれています。なるほど、TTLレベルで受けてV+, V-の振幅に変換するのね。と思ったのですが。


GNDがありません。入力の電圧どうなってるの？という疑問がわきました。

表を見ても理解できず。


クロック波形みるだけなら4004は使わなくていいのでとりあえず回路を組んで見てみることにしました。上から、カウンタ用クロック(TTLレベル)、φ1, φ2(DS0026の出力)、φ2(DS0026の入力)です。


なるほど。コンデンサによって入力のフロアがV-になっているのね。理解しました。(私のアナログ回路のレベルはこの程度なのです。)

綺麗な二相クロックが出来たので、4004に通電する準備が整いました。念のため、電流の上限値は低めに設定。


4004搭載。


電源ON! ちゃんとSYNC(Ch.1)が観測できました。


D0～D3はこんな感じ。


とりあえずそれっぽい信号が出てるので、壊れてはなさそう。もう一つの4004も同様でした。
続きはメモリインターフェースD4289が届いてからかな。(むしろそれがちゃんと動くかどうかが心配。)