これを解決する手段として、SD-CARDに保存したCMT形式のファイルを実機で短時間でロードできる 基板を開発した猛者 ( マニアックな方) がいまして、それを利用させていただこうというのが今回のトライです。

GitHub – yanataka60/PC-8001_SD: PC-8001でSD-CARDからCMT形式ファイルのロード、セーブ機能を実現するものです。

さて、話を戻しますが、実はこの素晴らしいデバイスを利用するにあたって、BASIC ROM のバージョンが 1.0 だとバグにより、前述の拡張ROMが認識できないため初期化がされないという問題があるそうで ( 回避方法はありますが ひと手間必要) 、それならばと Ver1.1 にすることにしました。

バイナリデータで違いを比較

PC-8001のBASIC ROM は、下の写真のように 8KB ROM × 3 = 24KB で構成されています。

(その下の空いているソケットは拡張ROMを刺すところ 8KB)

このどの部分に差異があるか、吸い出した ROMデータからバイナリ・エディタで確認します。

ちなみに、それぞれの先頭アドレスは 8KBなので、 $0000, $2000, $4000 です。

ROM0 ($0000-$1FFF)

ROM0 の範囲では、 14バイト 違う箇所がありました。

ROM1 ($2000-$3FFF)

この範囲には、差異はありませんでした。

ROM2($4000-$5FFF)

28バイト違う箇所がありました。

ちなみに、末尾付近を逆コンパイルしたところ、

5FED: INC HL
5FEE: LD A,(HL)
5FEF: CP 42h ; 'B'
5FF1: RET

となっていたので、拡張ROMの仕様として 電源投入時に先頭に $AB があったら拡張ROMのプログラムを実行するというような仕様があったとおもうので、その話の部分かなと勝手に想像。

$17A5で cp 41h した後に、$17A9 で call $5FED されていて、 次が Bなら特別処理という流れになっているので、おそらく間違いないでしょう。

交換対象のROM

ということで、交換対象の ROM は 0と2 の二つであることが判明。

EPROMとEPROMライターを準備

レトロな EPROM の読み書きができるものは、限られているので、Webで事前にリサーチ。

GQ-4×4 というのがいいらしい。

Amazon.co.jp: PRG-112 True USB GQ-4X V4 (GQ-4X4) Programmer + ADP-054 16 Bit EPROM 40/42 pin : パソコン・周辺機器

ちょいと高いけどね。 ちなみに BASIC ROM Ver1.1になっている PC-8001をヤフオクで落としたほうが安い (笑)

でも、それでは好奇心が満たされないので、ROMを焼くことにする!

因みに、サポートしているEPROMのリストは下記の通り。2732があるので大丈夫かな。

https://www.mcumall.com/comersus/store/mcumall_TrueUSBWillemsupportICs.asp

ツールのダウンロード

MCUmall a online store for cost for value mcu EPROM EEPROM ATMEL PIC programmer

https://www.mcumall.com/comersus/store/mcumall_download.asp

#2 の USBドライバをダウンロードして、

USBドライバのインストール

GQUSBdriver3.0Win10.64bit.EXEを右クリックして、管理者として実行します。

GitHub – yanataka60/MZ80K_SD: MZ-80KシリーズでSD-CARDからのアプリケーション起動、BASICなどのアプリケーションからSD-CARDへのロード、セーブを実現するものです · GitHub

これに基づいて、製作された基板を手に入れて、MZ-80Kで試したのだが、FDLコマンドによる ファイルリストの表示が途中でとまってしまったり、FDでファイル名指定で読み込み開始までこぎつけても途中で通信エラーになってしまったりで、一度も成功しませんでした。

一方、同志によるMZ-700向けやPC-8001向けの基板はすんなり動いていますので、この基板固有の何か問題があるんだろうなと思って、Arduino pro や micro-SD ユニットなどを疑って、交換してみたものの、逆に症状が悪化したりしていました。

しまいには、Arduino pro の プログラムソースを書き換えて、通信速度を落としたりもしたのですが、ダメでした。

そこで、こうなったらできることはすべてやってみるかということで、ロジックIC 74LS30と 74LS04 について、調べたところ、74HCT シリーズのほうが出力波形が綺麗であるという情報があったので、74LS30, 74LS04 の代わりに 74HCT30, 74HCT04 を購入して、差し替えたら、なんと一発でエラー解消。

MZ-80K2、MZ-80C、MZ-80K2E を所有していまして、どれも同じ症状でしたらので、MZの個体の問題ではないと思いますので、MZ-80K/Cシリーズでは、ノイズの話や通信制御の能力という点で結構きわどいのか? その辺はよくわかりません。

もし同様の悩みを持っている、またはこれから基板作成に挑戦するという方はぜひ 74HCT シリーズをご検討ください。

ちなみに、ノイズも疑って、ノイズ除去のデカップリング用途を狙って、いくつかコンデンサも同時に購入しましたが、今回は不要のようでした。

詳しくは、下記サイトをご確認ください。

GitHub – yanataka60/PC-8001_SD: PC-8001でSD-CARDからCMT形式ファイルのロード、セーブ機能を実現するものです。

さっそく手持ちの PC-8001 で実行しようと思ったら、N-BASIC の バージョンが 1.0 (初期の複数バグありバージョン) であったため、拡張ROM の検出ができないというPC-8001側の致命的なバグにより、そのまま実行できないことが判明。 (回避方法もありますが)

それじゃ、ROMのバージョンを 1.1 にということで、秋葉原のラジ館 Bit-INNに買いに行こう!
と思ったけど、それは45年以上前の話で、2026年現在では自分でなんとかするしかありません。

まずは、PC-8001の御開帳ということで、本体裏の 四つ角のネジを外してオープン。

写真の基板の中央より左側に、縦に3つ PROM (2364)が並んでいますが、これが N-BASIC のROMです。

2364 は、その型番からわかるように、64KBit (8KB) のPROMで、3つで 24KB。その下の拡張ROMソケットに青いソケットに刺さった 2516がありますが、これは何でしょうね? と思って中身を軽く解析したら当時のドットインパクトプリンタのコントロール用の何かが書いてあるようでした。不要なので外しちゃいます。

EPROM 2764 に換装する

今回使う EPROM は、富士通の MBM2764-30 (30と25がありますがこれは、応答速度で 300msと 250ms) です。
ヤフオクでまとめて購入したので、消費しないとね。

窓から見える細い配線がきれいですね。

EPROMライター GQ-4×4 でチェックしたらすべて何か書き込み済みだったので、紫外線で消去する ERASER で一気に消去。

30年ぶりくらいの倉庫から探し出してきました。使えるかな?

両サイドに EPROMを並べて差し込んで、蓋を閉めてスイッチオン!

30分程度で、消去完了。

変換基板をつくる

2364 と 2764 はピン数が違いますが、アドレス バスとデータ バスの位置はほとんど一緒 (A12以外)なので、回路図はそんなに難しくありません。

上記の図では、ジャンパ線だけ書いてあります。その他は同じ位置でブリッジ ハンダです。

とりあえず、1つ分だけ作成して、N-BASICの 1番目だけテストで換装してみる。

3つの ROMの間は、2ピン分しか空いていないので、かなりコンパクトにぴっちり作成しないと干渉しちゃいますね。

もしくは、1枚の基板にすべて乗せてという手もありますが、ハンダ付けが結構難しい。これはちょっと悩みどころ。

電源投入してテスト

1つのROMだけ換装して、ちゃんと機能するかテスト。わかりやすいように (C) を (@) に書き換えてEPROMに書き込みました。

無事うまくいきましたね。

あとは、3つ分の換装でOKですね。

microSDからマシン語ゲームをロード

最初に紹介した、microSDから .cmtファイルを読み込む基板を取り付けて、当時衝撃的だったラリーXの読み込みテストをしてみました。無事に動きました。

これで、ようやく PC-8001の快適な環境が出来上がりました。

PC-8001のマシン語開発について

今は 2026年です。21世紀に入ってから四半世紀が立ってしまった現在、正直なところ実機でプログラム開発はしんどすぎるので、私は、秀丸でソースコードを書いて、AILZ80ASM でコンパイルして、DumpListEditor で .cmt ファイルを作成して、XM8 というエミュレータで動作テストという手順でクロス開発しています。なかなか快適です。

また、画面の設計も方眼紙ではきついので、IORI を利用させていただいております。

あとは、PC-8001でグラフィカルなタイトル画面を作成するときに、凝ったものを描画するのは大変なので、Photo Shop や Illustrator で作成した画像ファイルを最終的には Photo Shop で8色の GIFファイルにします。

これをDelphi で自作したツールで、読み込んで 160×100 (PC8001のグラフィックス解像度) の16進数データに変換して、マシン語データとして組み込みます。

実際 PC8001 で画面いっぱいのグラフィクスを描くとなると、テキスト画面で 40×25の 1000byteとアトリビュートエリア (色付けなどの装飾データ) 1,000byte の 合計2,000byte をデータとして持たなければならないので、フル増設 32KBしたPC-8001でもフリーエリアは最大で27KB前後しかありませんので、ゲーム本体をかなりコンパクトにつくらなければなりません。

この制約の中での開発はなかなか痺れます。

現状、ほぼこれ一択です。

それと、私の場合は、ノートPCに多数のものがインストールされていたり、様々なデバイスを接続するので、USBコントローラーが同じで、誤認識して違うものとしてつながってしまうという現象があり、原因究明に苦労しましたので、そんな方のために対処法も書いておきます。

GQ-4×4 の USBコントローラーは、 Cypress（Infineon）のUSBチップを使用しています。これと同じチップのドライバが以前インストールされていたりするとエラーになります。

認識しないときの対処方法

イベントビューワーの Windowsログ –> システムを開いて、GQ-4×4 のUSBを抜き差しする。
F5で最新情報を表示。私の場合は次のようなエラーが発生します。

つまり「IntraoralRYIWinSvc」サービスでエラーとなっています。GQ-4×4 とは全く関係のないデバイスとして認識して、エラーとなっています。そして、そのエラーの次のイベント　「情報」には、次のような記述があります。

はい。これが原因です。 VID_04B4&PID_8613 これはGQ-4×4 の USBコントローラーのチップと同じです。

Win + X で開くメニューから、ターミナル (管理者) を選択して、ターミナルを管理者モードで開きます。

sc.exe stop IntraoraRYlWinSvc
sc.exe delete IntraoraRYlWinSvc

これで、サービスの停止と削除となります。

しかし、これだけでは不十分で、何かのタイミングでゾンビのように復活してしまうので、

pnputil /enum-drivers

でドライバーを列挙するとすべてのドライバーが列挙されますので、このテキストをコピーして、エディタなどに貼り付けて、文字列を検索します。私の例では、 Intra や oral という文字を含むものを探します。

公開名: oem220.inf
元の名前: intraoralsensor.inf
プロバイダー名: IOS Manufacturer
クラス名: Image
クラス GUID: {6bdd1fc6-810f-11d0-bec7-08002be2092f}
ドライバー バージョン: 12/12/2022 11.19.39.922
署名者名: Microsoft Windows Hardware Compatibility Publisher
属性: Declarative

公開名: oem221.inf
元の名前: intraoralsensor.inf
プロバイダー名: IOS Manufacturer
クラス名: Image
クラス GUID: {6bdd1fc6-810f-11d0-bec7-08002be2092f}
ドライバー バージョン: 01/30/2026 17.7.11.901
署名者名: Microsoft Windows Hardware Compatibility Publisher
属性: Declarative

この2件がヒットしました。 oem220 と oem221 が探しているものとなります。
以下のコマンドで撃退します。

pnputil /delete-driver oem221.inf /uninstall /force
pnputil /delete-driver oem221.inf /uninstall /force

これで、GQ-4×4を認識します。

ついでといってはなんですが、 CG-ROMの 2316 → 2732 の回路図も後半に掲載します。

最初は、 EPROMに書き込んで、差し替えればいいのかなと思っていたのですが、ピン配列の差異があるため、そのままというわけには行きませんでした。PROMの2332 を EPROM 2732 に換装するという事例は、海外のCommodore PET-2001や C64 をターゲットにした記事がいくつかあるのみ。日本でも紹介されている記事はあるものの具体的な配線については言及されていませんでした。

仕方ないので、まずはそれぞれのデータシートのピン配列を確認して、結線について考えました。

2332と 2732 は、その「32」が示す通り、 32KBit すなわち 4KByte のROMですので、容量は一緒。そしてピン配列もおおよそ一緒。違うのは 3ヵ所のみ。

2332 の /CE1 と M2732Aの E̅ は、両方とも Low で ROM が有効 (Active Row) という意味なりますので、これを結線。
M2732Aの ピン20 ( G̅Vpp) は、2332 の ピン12 (GND) に繋ぎます。
それと、それぞれの A11を結線。

ということで簡単なのですが、ユニバーサル基板にコンパクトに作成することを考えると、少し工夫が必要でした。
実は、基板作成には 2回失敗して、3回目にうまく行きました。しっかりとMZ-80K/C側のICソケットに刺さることが必要です。不安定になってしまいます。

うまくいった作成方法

最初に失敗だったのは、手持ちの角ピンのピンヘッドを使ったこと。これが結構 ICソケットに対しては刺さりが悪いです。Arduino や ESP32などの Break out 作成やジャンパ用には良かったのですが、適材適所ということで。

秋月で、両端がピンのものと、片側が丸穴ソケットになっているものを購入。

ユニバーサル基板の端っこに、写真のようにハンダ付け。ピン位置が同じ部分は「渡しハンダ」(言い方が古い? ) 、今風に言えば ハンダ ブリッジ (solder brigde) かな?
作成手順

① 基板をランド側 (ハンダ付けする側) を上にしてテーブル上に置いて、片側丸穴ソケットのピンを刺します。つまり、ピンの脚が浮いた状態で、基板の逆側に飛び出さない形にしてハンダ付け。垂直になるように一カ所だけハンダ付けして、垂直を調整して固定します。そのあと残りのピンをすべてハンダ付け。これを2つ分。 ( 2732を刺しますのでピッチに注意 )

② 両端がピンになっているものをハンダ付け。ピンをブレッドボードに差して、そこに基板を乗せてハンダ付けするとかなり垂直になります。ブレッドボードがあれば是非そうしてください。

③ 同一ピンは、渡しハンダで導通させます。テスターで1つずつ確認しましょう。

④ 18,20,21ピンを写真のように配線。

とりあえず以上でハンダ付け完了です。

そのままトライしてみる

基板が大きいままなので、コンデンサに当たってしまうため、2段下駄を履かせて高さ調整。

そして MZ-80K2の電源をON!

モニターのプログラムを改造したことがわかるように、SP-1002A (Aの文字を追加) としましたので、配線がうまく行ったことが確認できました。

基板を加工する

作成した基板のままでは大きすぎるので、コンターマシン (エンドレスのバンドソー) でおおよその大きさに切り出し。
写真では2つありますが、これは 2316 → 2732 (キャラグラROMの換装 ) 基板も同時に作ったためです。こちらはまた配線が少し違いますので、別途紹介いたします。

次にグラインダーで細かく、できるだけ小さくなるように加工。

出来上がり。

実装

写真の下側が モニタROMを換装したもので、上部は CG-ROM を換装したものです。モニタROM が4KBなのに対して、CG-ROMは2KBですので、配線は少し違います。

起動そして確認

今回は、MZ-80K/C で SDカードから mztファイルを読み込む基板を手に入れたので、それを利用するため モニタROMの改造をしました。また CG-ROMについては、MZ-80Aという海外版に実装されたキャラクター ROM の内容に差し替えてみたかったからです。海外向けは「カタカナ」が不要ですので、そこに結構面白い記号や図形が登録されています。PCGがなくても面白いキャラグラができそうな感じです。

二つの ROMを換装して電源を入れて、キー入力で表示できるものを表示してみまたした。

あとで、256個のキャラをすべて表示するプログラムを作成して公開いたします。

CG-ROM (2316 → 2732) の換装

CG-ROMは、 8×8ドットのキャラ文字 256種ということで、2046byte (2KB) のPROM 2316 となっています。これを EPROM 2732に換装するということで、前半2KBだけ利用します。ということで A11はGNDに固定。

切り替えスイッチを付けて 日本版と輸出版のCG-ROMデータを切り替えなんてこともできると思いますが、とりあえずは換装するだけの回路図となります。こちらはとてもシンプルです。

道具は重要

最初の2回の失敗は、基板の設計や部品に問題がありましたが、そのほかも重要でした。

ちょっと良いハンダこて、フラックス、ハンダ吸い取り線、テスター

失敗の巻 (第一回トライ)

初回、2回目は、基板の設計の問題、ハンダ付け、ピンの刺さり具合など問題だらけでした。反省の念を込めて写真をアップ。

さて、8253 PIT とは何なのかというと、カウンタです。設定した値からカウントダウンして0になると終わったよと知らせてくれます。このカウンタが C0～2 の3 つのカウンタが搭載されていて、それぞれ動作モードや値を設定して独立したカウンタとして機能します。カウントダウンは外部からクロックを入れることでカウントダウンを行います。GATEピンでカウントダウンする、しないを制御することもできます。

MZ80Kでは、この8253 を サウンド出力とタイマに利用しています。

MZ80K2に付属してきた取扱説明書のページで、MZ80Kがどのように利用しているか解説されています。

MZ80Kでは、メモリマップドI/O という方式が採用されていて、メモリの E000h～E008h が 8255と8253 につながっていて、そこのアドレスに値に読み書きして 8255と8253 を制御するわけです。

MZ80Kに電源を入れて表示される モニタ SP-1002 では、8253の C0 にサウンド・コントロール用にコントロールワードをセットしています。

MZ80Kの8253 周辺の回路図を見てみましょう。

CLK1 に 31.25Kのクロックが入っていて、そのOUT1 がCLK2 に接続されています。つまりこの二つのカウンタは回路上で連携しているのです。

細かい挙動

1. コントロールワードを設定しただけではカウントダウンはスタートしない
2. カウントダウンしているときにコントロールワードを設定してもカウントダウンは続いている
3. 1byte または 2byteのカウンタ値が与えられたらカウントダウンスタート
4. カウンタの値はカウントラッチしてもしなくても読みとれるが2byteのときは値がずれる
5. カウントラッチした値があれば、その値を返して、カウントラッチを解除する
6. カウントラッチしたまま、カウントダウンがつづいて0になってもカウントラッチの値はそのまま
7. コントロールワードで再ラッチしても値は元のまま
8. コントロールワードで新しくタイマの設定がされたらラッチは解除

細かい挙動については、今後も継続メンテ。

このページもまだ途中なので、継続メンテ

ずっと行方不明だったのですが、 重ねてあった古い I/O の間にありました。よかったよかった。

何年か前に、MZ-80K2のエミュレータを作り出したつきに色々と資料を漁っていたのですが、

これが見つからなくて、Web上で公開されていたぼやけたの文字を読んでました。

とりあえず、さっそくデータ化ということで、PDFにしてみました。

この中で重要なのは、8255と8253 の メモリマップド I/O の部分です。これがはっきりしないとエミュレータが完成しない。

著作権上はちょっと問題ありますが、重要な情報ということで公開します。

問題がある場合は、お知らせください。すぐに非公開いします。

キーボードの実装に当たっては、MZ80K がマップドI/O方式について理解する必要がある。

今、この瞬間に押されてるキーボードは何か? あのキーボードは押されているのか押されていないのか? リアルタイムなゲームを作るうえでは欠かせない情報である。MZ80KのBASICでは、キーの状態をリアルタイムに検知する機能はない。

MZ80KのBASIC ( SP-5030等) の場合、INKEY$ でキー入力が発生するまで、ループして押された瞬間を検知することはできるが、今どんな状態かを知ることができない。しかしマシン語を使えば、簡単である。
メモリの $E000 と $E001 に接続された Intel 8255 ( Programmable Peripheral Interface ) PPI の対して、操作を行えばいいのである。

具体的には、メモリの$E000 の 上位4ビットは常に1111B として、下位4ビットには下図の知りたいキーがある場所のKEYSTROBE番号をセットして、$E0001 のDATAビットの状態をしらべれば良い。 MZ700やMZ1500のキーマトリクスはネットでもちらほら散見するが、今となっては MZ80Kのキーマトリクスの情報が無いと思われるので、ここに情報を公開しておこう。だれかの役に立つかもしれないので。

例えば、【V】キーが押されているかどうか知りたかったら、$E000 に F7h (11110111B) をセットして、$E000 の値が FDh (1111 1101B) ならば、Vキーがおされているということになる。

Z80のマシン語だとこんな感じ。BITの状態を調べて条件分岐。

LD ($E000),$F7
LD A,($E001) 
BIT 2,A
JP Z,V_KEY_PRESSED

もしくは、AND (論理積) を使って明示的に下記のようにするのも良い。

LD ($E000),$F7
LD A,($E001) 
AND %00000100     ; Bit2だけマスク（0b00000100）
JP Z,V_KEY_PRESSED

鋭い人であれば、これが複数キーの状態も検知できそうだと気づくだろう。つまり同時押しも検知できるのである。

ただし、キーマトリクスの回路の弱点として、ある特定のパターンで3つ以上のキーを押すと回路のショートルートができ、違うキーが押された誤検知するという現象があり、ゴーストキーと呼ばれています。

エミュレータでどのように組み込むか

エミュレータでは、マップされたI/O $E000～$E008 のメモリに対して読み書きがあったら、上記処理をすれば良い。

その原因が、いわゆる V-Sync (垂直同期) の問題と思っていて、どうやって Raspi Zero 2Wから V-Sync完了の情報をもらうか、そしてどれだけ速く書き込むか (次のV-Syncまでの間に画面生成完了させる。) 、Double Buffer にしてどうするとか。。

さんざんいじくりまわした挙句、元に戻すこともできなくなり、前回の投稿のように Z80エミュレート部分のスピードアップにいそしんだというわけです。

まぁしかし、怪我の功名。Z80のスピードは3.5倍になっただけでなく、新たなアプローチで原因を探すきっかけとなり、見事解決。

結果からいうと、CPUのL1 キャッシュの問題でした。

どういうことかというと、現代のCPU は、プログラムを先読みしてキャッシュしたり分岐の予測をしりして動作スピードをアップさせているわけなんですが、その先読み部分のデータについては、画面描画プログラムは高速で随時書き換えているわけです。

ですから、CPUが先走って読み込んだあとに対象の部分をプログラムが書き換えているので、データの不整合がおきるわけですね。

その結果画面はゴミが残ったような状態になったり、文字が欠けていたりしたわけです。

そこで、VRAM書き換え直後に キャッシュクリアしたら、あっさり解決。勉強になりました。