RETROF-8とは
わずか20個のTTL(Transistor-Transistor-Logic)で、 「単なる演算器」とか「ノイマン実験機」、あるいは「チューリング模型」ではなく、オセロゲームの相手や円周率の計算もできる本格的なコンピュータを自作するという「超おバカな計画」の計画名であり、その作品の名前でもあります。
本サイトではTI（Texas Instruments）社の74シリーズ（原則74LSシリーズ、入手困難品は74ALSシリーズも併用）をTTLと称しています。 入力ピンが未接続の場合はHとみなされる特性を多用していますので、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)に置き換える場合はプルアップ抵抗挿入等の雑多な修正が必要です。
RETROF-8は2011年８月20に無事完成しました。
西暦2011年8月20日遂に完成、40年前の夢がやっと叶いました
最初の部品を買ったのが2月10日。長くて短かった190日でした。
全命令の動作を確認し、RETORO-FUTUREの名に相応しい昭和の香りがする結束ひもを使って基板上のワイヤーをバインドしたのが8月7日、 更に8月17日にはクロックを750KHzから1.8MHzにUPする事に成功。その後、外気温50℃での連続運転試験もパス。8月20日をRETROF-8の誕生日としました。
PCB(Printed Circuit Board)も自作です。アートワークは専用ソフトではなく一般のドローソフトで作成しました。
ここに達するまでには数多の回路修正があり、自作PCBはカッターでの切断跡やジャンパー線だらけです。途中で製作を投げ出そうと思ったことも１度や２度ではありませんでした。
画像で綴るRETROF-8の製作過程
※日付はいずれも2011年です
7月10日正午
JMPとHALT命令が動作。手動クロック発生回路の作成(左の写真の下部に写っている装置）や試験用LEDを追加して、クロック単位で内部の状態を確認しています。時々、命令認識が異常になることは突き止めましたが、再現性が不安定で、かつ、今週は「冠婚葬祭や展示会」が大量発生し、製作時間が殆ど取れず実質的な進捗は無し。これから一気に挽回予定です。
7月2日午前11時
ALUとアキュムレータは未実装ですが、ソケットは全てハンダ付けを完了しました。不具合で動かなかった、JMP命令とHALT命令も完璧に動く様になりました。
無条件ジャンプの不具合はアドレスバスに対応するPCBパターンの断線でした。また不可能と思われたHALT命令の修復に関しては、詳細を「復活、HALT命令」にまとめてUPしました。
6月26日午後1時
ハンダ付は先週から全く進んでません。ALUとアキュムレータも未実装のままです。無条件ジャンプ命令の動きが不安定で原因究明に苦しんでいるのが作業遅延の原因です。
先週と同じ写真をアップしてもつまらないので、ハンダ面を撮影してみました。今の所ハンダ面は配線修正用のジャンパはありませんが、ジャンパの登場も時間の問題かもしれません。
6月19日午後4時
ALUとアキュムレータ以外は実装が完了。主な箇所の波形をオシロで観察するためにクリップを接続し、オシロスコープでの波形確認作業中です。
昔の２現象オシロで、複数個所の信号を観察するのは大変疲れます。
（誰か16chのデジタルオシロをタダで譲ってください）
6月12日午前０時
74LS02と74LS32を追加し、インストラクションデコーダ(ID)部分が完成。ALUやアキュムレータが未実装のため、まだプログラムは実行できませんが、命令に応じてIDからの信号が変化する所まで確認しました。
「LEDドライバの74LS573が異常発熱する」というトラブルがあり、原因究明に四苦八苦。この顛末も失敗談編に同時アップ。
6月4日午後１時
中央に縦に３つ並んでいるのがプログラムカウンタに用いる74ALS569です。この実装は5月29日に行ったのですが、カウンタが突然変な値になったり、メモリの書き込みもおかしくなったりで、その後の１週間はこのトラブル解決に費やしました。
5月29日午前5時
やっとS-RAMへの手動での書き込みが出きるようになりました。 ロータリースイッチでアドレスとデータ値を指定して、左下にある「書込SW」を押すと書き込めます。
5月28日午前４時
平日は趣味に費やす時間は１時間程度ですので、６日間経過しても殆ど進展していないのがお判りだと思います。
それでも基板左側に74LS74が一個だけだったのが、
74LS161、74LS42、74LS138が増えています。
５００円玉は大きさ比較用。基板サイズはほぼハガキ大です。
5月22日正午
基板左側にRUN/DMAの切替スイッチ（緑と黄色）が並びます。
基板右側はバスの手動制御回路で、DMAでプログラミング（機械語入力）をするためのLEDとSWが並んでいます。実行時には入出力装置の役割も兼ねさせています。
回路や部品の詳細は「試験編」を参照願います。
5月14日16時
穴あけ完了時の写真です。0.7mm径で約700箇所です。
専用のドリルスタンド等一切使わなかったため、貴重な特殊鋼ドリル刃を４本も折ってしまいました。
それにしても、物作りとHTML作りを同時進行するのは、一方の作業のみに集中できないため、効率がとても悪いです。
今更ながら、オバカなことを初めてしまったと後悔しています。
５月10日時刻不明
材料費483円のフットスイッチ
自作プリント基板の穴あけを開始しましたが、
購入したルーターは手元でON/OFFができないので位置あわせがとても面倒です。そこでフットスイッチを作ってみた所、快適になりました。
材料費はケース100円、延長コード（中央を片側切断してスイッチに半田付）200円、スイッチ160円と消費税です。
裏面拡大画像です。
100円ショップで購入した延長ケーブルの途中を裂き、コードを引き出し、スイッチに繋げただけです。
（スイッチは125V 5A を使用）
※この工作は緊急避難的に作ったものであり、感電事故の危険も極めて大です。
危険性を十分理解の上で自己責任で行える方以外は、市販のフットスイッチを購入してください。（2011年10月2日追記）
）
５月７日時刻不明
感光基板を６枚作成、結果は２勝２敗２引き分け。
感光基板でのPCB作成はまさかの2回連続失敗で相当落ち込みました。（２枚しか買っていなかった）
急きょ、紙フェノール2枚とガラスコンポジット2枚、計４枚を買いリベンジ。内２枚は自作フィルムの遮光不足のせいか数箇所パターン切れました（半田を盛れば何とか使える状態）。続く２枚は無事成功。
写真は無事完成した２枚。左は紙フェノール、右がガラスコンポジット。ガラコンは1mm厚だけど十分丈夫。（紙フェノは1.6mm厚）
失敗の原因とか、成功のコツとかの詳細は現在HTMLを作成中。後日UP予定です。
ガラスコンポジットの上部の黒い部分はマジックインキでマスク補強した跡です。
５月５日時刻不明
パターンはOO(オープンオフィス)のドローツールを使って書いています。PCB用の専用レイアウトツールがあるのは存じてますが、あえて汎用ドローツールを使ってみました。
（基板は片面で実サイズは150mm×100mm）
透明フィルムシートの種類や、プリンタの設定等をいろいろと変え、一番きれいに印字できたものを露光に使う予定です。写真は最終候補に残った２種類を虫眼鏡で見比べている所です。
黒い部分も若干光を通すので、露光がうまくいくかどうかはまだわかりません。
両者共にA社の0.11mm厚のフィルムに印字されてます。
コメントやジャンパー線の位置(色が付いている)をも含むパターンデータです。
ここまで達するのに、下書きだけでも方眼紙に数十枚書きました。正直言って、気が狂いそうになる作業でした。「もう一度同じ物を書け」と言われても、絶対に無理だと思います。
おまけ（4月21日）
材料費600円（写真の１万円札は除く）の感光PCB露光用密着器
回路図やパターン図を書くのも楽しいのですが、やはり「何か実体のあるもの」も作らないと落ち着きません。画像は数日前に作った感光PCBとフイルムを密着させる装置(?)です。3mm厚のアクリル板と6mm厚のMDF板をネジで締める方式です。
画像の「諭吉」は大きさ比較用です。ニセ札作りの原版ではありませんので誤解無き様願います。（4月21日製作）
詳細記録
設計期間も含む、製作記録です。 RETROF-8の作成と同時に執筆していた記事も順次公開予定です。
2011-08-25 １号機完成の御礼を本頁左上にUP
2011-08-20 ハードウエア完成宣言を行う。 （完成式典の料理はビール２本と焼鳥５本）
もちろんこれで終わりではありません。頭の中は新作の構想で溢れかえっております
2011-08-17 試験編第13話更新 ← クロックを750KHz→1.8MHzへUPしました。
2011-08-16 試験編第13話仮公開 クロックの倍速化への挑戦を始めました。
2011-08-14 本頁にRETROF-8のPCBの完成画像（レイアウトコメント付）をUpしました。
2011-08-13 回路図を現状に一致するように大幅更新（ついでに、命令一覧表を付加）
2011-08-12 円周率編第４話公開 人間プリプロセッサでマクロ展開を行ってみました。
2011-08-09 円周率編第３話公開 ８bitの変数のみで円周率を150桁求めるプログラムを公開。
2011-08-07 試験編第12話完結 ← 試験完了。ナイトライダーの機械語プログラムを公開。
2011-08-06 本頁上部にナイトライダープログラムの実行結果（動画）をUpしました
2011-08-05 円周率編第２話公開 加減算のみで円周率を150桁求めるプログラムを公開。
2011-08-04 円周率編第１話更新 Ｃプログラムをヂヂィの意地で150桁算出に改良しました。
2011-08-02 試験編第12話更新 ← なんとかトラブルのリカバリ(HW修正)を終えました。
2011-07-31 試験編第12話 ← 仮公開中なるもトラブル発生中です。
2011-07-30 円周率編公開開始。WindowsとC言語でアルゴリズム検証中。C++ソースを公開
2011-07-26 試験編第11話公開。存在価値を再考しつつもAND,OR,XORの動作を確認
2011-07-24 試験編第10話公開。SUB命令と条件付ジャンプ命令の動作を確認
2011-07-23 キャリー保存の悲劇とリカバリを公開。JKの都市伝説を公開
2011-07-18 8bit機に特化した円周率算出アルゴリズムを考え始める。(本欄直下の記事参照)
2011-07-16 試験編第９話公開。ADD命令とキャリーフラグの動作を確認
2011-07-15 試験編第８話公開。LDI,LDの２命令の動作を確認
2011-07-12 試験編第６話、第７話公開。NOP,JMP,ST,IN,HALTの５命令のみ動作中
2011-07-10 本欄の真下の記事に「手動クロック」「LEDキャップ」へのリンクを張りました。
2011-07-02 失敗編・リカバリ編に「復活、HALT命令」を追加、新規公開しました
2011-07-01 コラム「NOP命令の都市伝説」を公開しました
2011-06-26 試験編第５話「全命令空間をオシロで観測」を公開しました
2011-06-19 本頁に最新画像を追加（今週はヤボ用で多忙に付、文章の追加公開できず）
2011-06-12 試験編第４話「インストラクションデコーダ」を公開しました
１週間以上悩んだトラブル「激熱TTL,74ALS573との激闘」を初公開
2011-06-04 動作原理編を新設しました。「失敗談Best10」に新3位を挿入。
2011-05-29 「SRAMとプログラムカウンタ」を公開。「失敗談Best10」に3位,5位を挿入。
2011-05-28 「クロック周辺」書き終えました。「プログラミングはDMA」を公開しました。
「失敗談」を新規公開。 記事が増えたので本サイトのツリー構造を全面変更。
2011-05-22 プログラミング編書き始めました。試験編第２話(現在進行中）を公開しました。
2011-05-21 掲示版開設しました。「ゴム足装着」と「BUS占有」の話を公開しました。
2011-05-15 「TTL間の配線方法」と「PCBの穴あけ方法を考える」をUPDATE。
2011-05-14 「OOでPCBパターンを描画する」と「PCBの穴あけ方法を考える」を書きかけ、未校正のままとりあえず公開、後日手直しします。（本頁左のサイトマップから入れます）
2011-05-08 「プリント基板も当然自作です」と「PCBの露光現像、エッチング」を公開。
2011-05-07 プリント基板の露光とエッチングを終える
2011-05-05 プリント基板のパターンをインクジェットプリンタで透明フィルムに無事印刷。
2011-05-04 プリント基板のパターンを書き終えました。
2011-04-30 本ぺージに書きかけのプリント基板のパターンを掲載（←5月4日、 削除しました）
「TTL間の配線方法」のページを公開、「使用した部品の詳細解説」のコーナーを新設し公開。
2011-04-24 「インストラクションデコーダ」を書き終え、「CPUを自作する夢を追う日々」に画像と文書を追加、「回路図の解説」を新設し全回路図（未校正）と全命令（決定稿）を仮公開。
2011-04-17 回路図の清書作業（下記画像参照）に注力中に付、各頁の更新が止まってます。
2011-04-10 回路図を清書開始、とPCBパターン図を作成中。
2011-04-03 「インストラクションデコーダ」を加筆。でもまだ途中。
2011-03-27 「インストラクションデコーダ（と近況報告）」を途中まで書いた。
2011-03-20 「タイミングジェネレータ」の頁を追加
2011-03-13 「ALU用TTL」と「自作TTLケース」の頁を追加
2011-03-12 「プログラムカウンタ」の頁と本頁（トップ頁）を追加。
2011-03-10 「TC55257PL-10を主メモリに」を追加
2011-03-06 「CPUアーキテクチャ設計前編・後編」を追加
2011-03-03 「SN74181の内部は芸術作品」を追加
2011-02-12 「TTLとLEDの接続の都市伝説」等、３頁を一気に執筆しアップ
2011-02-10 東京都の郊外の店でSN74LS382の在庫を発見。残り1０個全てを買い占める
2011-01-01 長年の夢であったTTLコンピュータの作成を決心する