コンピュータアーキテクチャ 第 2 回

COMET II の機械語（マシン語，命令語） 命令語長： * 命令数： 38 個 種類： 8 種類 （１）ロード，ストア，ロードアドレス命令 （２）算術，論理演算命令 （３）比較演算命令 （４）シフト演算命令 （５）分岐命令 （６）スタック操作命令 （７）コール，リターン命令 （８）その他（ノーオペレーション命令，スーパバイザコール命令） １ワードまたは２ワード 下線付き命令：　基本的命令としてはじめに解説

ニモニックレベルの命令形式（再） 命令内容を表す記号（ニモニック） 命令コード： オペランド： 命令操作の対象となるレジスタやメモリアドレス 機械語と同レベルの抽象度 人間にとっての了解性良好 オペランド： 命令コード 第１オペランド，第２オペランド ニモニック r,adr[,x]　　　　　　・・・ 2 ワード命令 ニモニック r1,r2　　　　　　　　　・・・ 1 ワード命令 命令内容を表す記号（ニモニック） 命令操作の対象となるレジスタやメモリアドレス 3 3

ロード命令 (LoaD) … レジスタ間 LD GR2, GR5 *

ロード命令 (LoaD) … メモリ・レジスタ間 LD 　GR0, #1000

アドレス修飾 LD GR0, #1000, GR2 * * アドレス #1000 に GR2 の #000A を加えた #100A が インデックスレジスタ アドレス #1000 に GR2 の #000A を加えた #100A が (effective address) 実効アドレス * 注意： GR0 はインデックスレジスタとして使えない

機械語レベルの命令形式（再） オペレーション (Op) フィールド： 命令に対応したコードを割り付ける 汎用レジスタ (r) フィールド：　0000 ～ 0111 （ GR0 ～ GR7 ） インデックスレジスタ (x) フィールド： 　 アドレス (adr) フィールド：　#0000 ～ #FFFF 命令に対応したコードを割り付ける 0001 ～ 0111 （ GR1 ～ GR7 ） 7 7

ロード命令 （メモリ・レジスタ間） に対する機械語 ロード命令　（メモリ・レジスタ間）　に対する機械語 ニモニック 第１オペランド 第２オペランド LD GR, 　　 adr　 [,XR] * * **** には レジスタ番号 アドレス修飾なし なら　0000 第１ワード 0001 0000 **** **** * 第２ワード ++++ ++++ ++++ ++++ ＜例＞　LD GR5, #1007 第１ワード 0001 0000 0101 0000 (#1050) 第２ワード 0001 0000 0000 0111 (#1007) ・・・　逐次制御方式の実行例参照

フラグレジスタ (Flag Register) 演算命令の実行結果によって値を設定 ３ビット構成 OF(Overflow Flag): 演算命令毎に設定が異なる SF(Sign Flag): 演算結果の符号が *が原則 ZF(Zero Flag): 演算結果が 0 のとき 1 が原則 SF, ZF の原則から外れる命令もあり 負のとき 1

ロード命令とフラグレジスタ LD GR3, #1000 ・・・ (LoaD) * #8000 = -32768 < 0 LD 命令では OF は常に 0 #8000 = -32768 < 0

ストア命令（STore） ST GR1, #530B * ST 命令では フラグレジスタは変化しない

ストア命令に対する機械語 ST GR, adr [,XR] ニモニック 第１オペランド 第２オペランド ニモニック 第１オペランド 第２オペランド ST GR, 　　 adr　 [,XR] **** には レジスタ番号 アドレス修飾なし なら　0000 第１ワード 0001 0001 **** **** 第２ワード ++++ ++++ ++++ ++++ ＜例＞　ST GR5, #1009 　・・・　逐次制御方式の実行例参照 第１ワード 0001 0001 0101 0000 (#1150) 第２ワード 0001 0000 0000 1001 (#1009) ・・・　逐次制御方式の実行例参照

ロードアドレス命令（Load ADdress）…(1) * LAD 　GR0, #1000 * アドレス値（実効アドレス値）を直接レジスタに転送 LAD 命令では フラグレジスタは変化しない この場合の #1000 のように，命令内に直接 書かれた値を 　　　　　 という * 即値(immediate)

ロードアドレス命令（Load ADdress）…(2) LAD 　GR0, #1000, GR2

ロードアドレス命令（Load ADdress）…(3) LAD 　GR2, 1, GR2 * レジスタの値を１増やすのに使用

比較 （前項と似て非なる命令） LD 　GR2, 1, GR2

演習問題 2.1 COMETⅡに，次の一連の動作を実行させる命令列 を示せ． メモリの #0100 番地の内容を汎用レジスタ GR1 に転送する． 汎用レジスタ GR1 の格納する値を汎用レジスタ GR0 およびメモリの #0101 番地にコピーする． 汎用レジスタ GR1 の格納する値を 0 にする． 汎用レジスタ GR1 の格納する値を 1 増やす． 汎用レジスタ GR1 の格納する値を 2 減らす．

演習問題 2.2 GR1 から GR0 へのデータ転送は， LAD命令でアドレス修飾を 使えば LAD GR0, 0, GR1 とすることはできない．その理由を説明せよ．また，どのように COMETⅡの機械語の仕様を変えればこれが可能になるのか 述べよ．

演算結果が –32768 ～ 32767 に収まらなくなったとき OF が 1 算術加算命令・減算命令 ADDA GR2, #1000 ・・・ (ADD Arithmetic) SUBA GR2, #1000 ・・・ (SUB Arithmetic) 被演算データを とみて加算・減算 符号つき２進数 * レジスタ間命令 メモリ・レジスタ間命令 の両方あり 演算結果が –32768 ～ 32767 に収まらなくなったとき OF が 1

算術加算命令 （メモリ・レジスタ間） に対する機械語 算術加算命令　（メモリ・レジスタ間）　に対する機械語 ニモニック 第１オペランド 第２オペランド ADDA GR, 　 adr　 [,XR] **** には レジスタ番号 アドレス修飾なし なら　0000 第１ワード 0010 0000 **** **** 第２ワード ++++ ++++ ++++ ++++ ＜例＞　ADDA GR5, #1008 第１ワード 0010 0000 0101 0000 (#2050) 第２ワード 0001 0000 0000 1000 (#1008) ・・・　逐次制御方式の実行例参照

演習問題 2.3 次の(1)～(2)について，ふたつの命令の違いを説明せよ． (1) LAD GR1, 1, GR1 ADDA GR1, 1, GR1 (2) LD GR3, -1, GR3 LAD GR3, -1, GR3

リターン命令 RET ・・・ (RETurn from subroutine) * プログラムの実行終了を制御 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　* プログラムの実行前の PR（プログラムレジスタ） の内容 　　　⇒　メモリの他の保管場所へ退避 プログラム終了時に PR（プログラムレジスタ）へ書き戻す 第１ワード 1000 0001 0000 0000 (#8100) ・・・　逐次制御方式の実行例参照 プログラムの実行終了を制御

ニモニックレベルの命令 前回の機械語プログラム例 ニモニックレベルの 命令列 LD GR5,#1007 ADDA GR5,#1008 * LD GR5,#1007 ADDA GR5,#1008 * ST GR5,#1009 * RET *

機械語プログラムの決定手順

アセンブリプログラムから 機械語プログラムへ

アセンブリ言語 CASLⅡ 命令書式 命令の種類 ラベル ニモニック 第１オペランド,第２オペランド ；コメント 　　ラベル　ニモニック　第１オペランド,第２オペランド　；コメント 命令の種類 　機械語命令: COMETⅡ の命令（ニモニックレベル） 　アセンブラ命令:　START, END, DS, DC 　　　　　　　　　　　　　　　 * * 　マクロ命令: IN, OUT, RPUSH, RPOP プログラム範囲の宣言 データ，メモリ領域の設定を指示 機械語の命令系列を集約

アセンブリプログラム記述例 * * * * * プログラム名 始まりの定義 メモリ領域を確保して RESULT でラベル付け 終わりの定義 DATA1 でラベル付けされたメモリ領域にデータを格納 *

2 パスアセンブラ ２回の走査（２パス）で機械語に変換 START ↓ 1 パス目： 2 パス目： ラベルーアドレス対応表作成 END 　　　　　　　　↓ 1 パス目： 2 パス目： 　　　　　　　 END ラベルーアドレス対応表作成 * ビットパターン作成 *

アセンブラ実行例（実行前） ソースプログラム オブジェクトプログラム ラベル ニモニック オペランド アドレス：機械語 PLUS START ラベル　　　ニモニック　オペランド PLUS START LD GR5,DATA1 ADDA GR5,DATA2 ST GR5,RESULT RET DATA1 DC 20 DATA2 DC 12 RESULT DS 1 END オブジェクトプログラム アドレス：機械語 　↓　　　　↓　 PLUS : 　DATA1 : DATA2 : RESULT : ラベル－アドレス 対応表　

アセンブラ実行例（１パス目） ソースプログラム オブジェクトプログラム ラベル ニモニック オペランド アドレス：機械語 ラベル　　　ニモニック　オペランド PLUS START LD GR5,DATA1 ADDA GR5,DATA2 ST GR5,RESULT RET DATA1 DC 20 DATA2 DC 12 RESULT DS 1 END オブジェクトプログラム アドレス：機械語 　↓　　　　↓　 #1000: #1001: #1002: #1003: #1004: #1005: #1006: #1007:　 #1008:　 #1009:　 * * PLUS : 　DATA1 : DATA2 : RESULT : #1000 ラベル－アドレス 対応表　 #1007 * #1008 * * #1009

アセンブラ実行例（２パス目） ソースプログラム ラベル ニモニック オペランド PLUS START LD GR5,DATA1 ラベル　　　ニモニック　オペランド PLUS START LD GR5,DATA1 ADDA GR5,DATA2 ST GR5,RESULT RET DATA1 DC 20 DATA2 DC 12 RESULT DS 1 END オブジェクトプログラム アドレス：機械語 　↓　　　　↓　 #1000: #1001: #1002: #1003: #1004: #1005: #1006: #1007:　 #1008:　 #1009:　 #1050 #1007 #2050 #1008 #1150 #1009 #8100 #0014 #000C #0000 * PLUS : 　DATA1 : DATA2 : RESULT : #1000 ☆機械語の構成は 　　テキスト p26 参照 ラベル－アドレス 対応表　 #1007 #1008 #1009

演習問題 2.4 次のプログラムは，VALUE1 でラベル付けされたメモリ領域の格納する値から，VALUE2 でラベル付けされたメモリ領域の格納する値を引いた結果を ANSWER でラベル付けされたメモリ領域に格納するアセンブリプログラムである．これを 2 パスアセンブルせよ． SUBTRA START LD GR3,VALUE1 SUBA GR3,VALUE2 ST GR3,ANSWER RET VALUE1 DC 18 VALUE2 DC 24 ANSWER DS 1 END