コンピュータアーキテクチャと 機械語演習 3年次前期 （第5回） 条件分岐命令 中島 克人 情報メディア学科 [email protected] 1 COMET Ⅱマシンの機械命令 2 COMET Ⅱマシンの機械命令 PR：Program Register z 条件分岐命令 z 用途 無条件分岐（jump）命令 z [書き方] JUMP adr[,xr] [機能] e → PR – データや演算結果により，処理を切り替える – ループ（繰り返し） 番地eをPRにセット ＝e番地に分岐 機能 – FRのいずれかのフラグの値により，オペランドで示した番地に分岐 z z COMET Ⅱマシンの機械命令 と 分岐の条件 無条件分岐（jump）命令 … 無条件 正分岐（jump on plus）命令 … SF＝0 and ZF＝0 負分岐（jump on minus）命令 … SF＝1 零分岐（jump on zero）命令 … ZF＝1 非零分岐（jump on non zero）命令 … ZF＝0 オーバフロー分岐（jump on overflow）命令 … OF＝1 [書き方] JZE adr[,xr] [機能] if ZF＝1 then e → PR この番地（通常ラベルで 指定）に分岐する 正分岐（jump on plus）命令 z [書き方] JPL adr[,xr] [機能] if SF＝0 and ZF＝0 then e → PR z 負分岐（jump on minus）命令 [書き方] JMI adr[,xr] [機能] if SF＝1 then e → PR 3 零分岐（jump on zero）命令 非零分岐 （jump on non zero）命令 [書き方] JNZ adr[,xr] [機能] if ZF＝0 then e → PR z オーバフロー分岐 （jump on overflow）命令 [書き方] JOV adr[,xr] [機能] if OF＝1 then e → PR 4 アセンブリ言語CASLⅡ z COMET Ⅱマシンの機械命令 演習BIGR ... 素直だが上手とは言えないプログラム例 BIGR START LD GR0,DAT1 z 演算か比較により FR をセット ＝<DAT2> ＝<DAT1> 条件分岐命令の使い方 ; <GR0> と <GR1> の大小比較 ; 結果が＋（プラス）ならジャンプ FR による 条件分岐 NO L1 DAT1 DAT2 RSLT ST GR0,RSLT RET DC 001 DC 002 DS 1 END FR による 条件分岐 YES 条件不成立 時の処理 NO 条件不成立 時の処理 z 条件分岐命令の上手な使い方 演算か比較により FR をセット YES FR による 条件分岐 NO 条件不成立 時の処理 RET RET 条件成立時 の処理 条件成立時 の処理 共通の処理 RET RET 5 アセンブリ言語CASLⅡ z 演習BIGR ... CPL と JPL を使って，大きい方を求めるプログラム を作成し，WCASL Ⅱで実行せよ なお，ラベル DAT1 には自分の学籍番号下3桁を，DAT2 には隣席学生の学 籍番号の下3桁を DC せよ BIGR L1 DAT1 DAT2 RSLT START LD GR0,DAT1 CPL JPL LD GR0,DAT2 ST GR0,RSLT RET DC DC DS 1 END YES RET 6 アセンブリ言語CASLⅡ z 演習 JZE ... 下記のプログラムのDATに自分の学籍番号を入れて 完成させ， RSLTに格納される結果を確かめよ JZE START LD GR0,DAT ; 学籍番号のロード AND GR0,MSK1 ; 最下位ビットの取り出し JZE EVEN LAD GR0,#FFFF ; #FFFF → GR0 EVEN ST GR0,RSLT ; <GR0> → RSLT RET DAT DC ; 自分の学籍番号を10進数で入力 MSK1 DC 1 RSLT DS 1 END ＝<DAT1> ; <GR0> と <DAT2> の大小比較 ; 結果が＋（プラス）ならジャンプ ; 自分の学籍番号の下3桁 ; 隣席学生の学籍番号の下3桁 z 7 このプログラムJZEの機能（何をしているのか）を言葉で説明せよ 8 アセンブリ言語CASLⅡ z アセンブリ言語CASLⅡ 演習 JUF ... 下記のプログラムのDATに自分の学籍番号下3桁を 入れて完成させ， RSLTに格納される結果を確かめよ z JUF START LD GR0,DAT ; 学籍番号のロード CPL GR0,CMP1 ; 50 との大小比較 JMI UDR50 SUBA GR0,CMP1 ; <GR0>－50 → GR0 CPL GR0,CMP1 ; 50 との大小再比較 JMI UDR50 SUBA GR0,CMP1 ; <GR0>－50 → GR0 UDR50 ST GR0,RSLT ; <GR0> → RSLT RET DAT DC 105 ; 自分の学籍番号下3桁を10進数で入力 CMP1 DC 50 RSLT DS 1 END 演習 LDST3 ... DAT～DAT+2番地の内容をADR～ADR+2番地 に格納するプログラム作成し，WCASL Ⅱで実行せよ LDST3 START ; ; ; ; ; ; ; ; DAT ADR 9 DAT 番地の内容を GR0 に <GR0> → ADR 1 → GR1 <e>（＝<DAT＋1>） → GR0 <GR0> → ADR＋1 2 → GR1 <e>（＝<DAT＋2>） → GR0 <GR0> → ADR＋2 RET DC #0001,#0002,#0003 ; 定数#0001～#0003 を連続配置 DS 3 ; 3語分の領域 をここに確保 END 問題：DAT～DAT+9番地の内容をADR～ADR+9番地に格納するには？ 10 アセンブリ言語CASLⅡ z DAT～DAT+9番地の内容をADR～ADR+9番地に格納 LDST10 START する LDST10 START <DAT> → GR0 <GR0> → ADR 1 → GR1 <DAT＋1> → GR0 <GR0> → ADR＋1 2 → GR1 <DAT＋2> → GR0 <GR0> → ADR＋2 ： ： ： 9 → GR1 <DAT＋9> → GR0 <GR0> → ADR＋9 RET 0番目 1番目 2番目 9番目 0 → GR1 1 → GR2 <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 ： ： ： <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> （<GR1>＋<GR2> → GR1） RET 0番目 ループの構成 1番目 9番目 11 12 アセンブリ言語CASLⅡ z アセンブリ言語CASLⅡ DAT～DAT+9番地の内容をADR～ADR+9番地に格納する LDST10 START 0 → GR1 1 → GR2 <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 ： ： ： <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> （<GR1>＋<GR2> → GR1） RET 問題：上記の z LDST10 START 0 → GR1 1 → GR2 0番目 LP（ラベル） <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 1番目 0～9番目 if <GR1> 10 then ラベルLPまでジャンプ 9番目 DAT～DAT+9番地の内容をADR～ADR+9番地に格納する 実際 のプログラム LDST10 START 0 → GR1 1 → GR2 LP <DAT＋<GR1>> → GR0 <GR0> → ADR ＋<GR1> <GR1>＋<GR2> → GR1 if <GR1> 10 then ラベルLPまでジャンプ RET RET LDST10 START LAD GR1,0 LAD GR2,1 LP LD GR0,DAT,GR1 ST GR0,ADR,GR1 ADDA GR1,GR2 CPA GR1,TEN JMI LP RET TEN DC 10 DAT DC X,X,X, …, X ; 定数を10連続配置 ADR DS 10 ; 10語分の領域確保 END に入る大小記号はどれ？ (a) ＞ (b) ≧ (c) ＜ (d) ≦ 13 アセンブリ言語CASLⅡ COMET Ⅱマシンの機械命令 z 比較（または演算）命令と条件分岐命令によるループの実現 同じ処理をn回繰り返す z ループカウンタ（i：ループインデックスとも） で何回目かを制御 i ＝ 1～n の場合 i ＝ n～1 の場合 i=n 処理（2回目） ・・・ 処理（n回目） i回目の処理 i回目の処理 i＋1→ i i－1→ i i≦n ? i≧1 ? NO RET RET YES NO 演習 STNUM ... 1,2,3～N を ADR～ ADR+（N－1）番地に格納 するプログラム作成し，WCASL Ⅱで実行せよ （1） 繰り返し処理をまず考える （2） ループカウンタやインデックス・レジスタを導入する （兼用できないか検討する） （3） ループする（同じ所に戻る）か，終了するための条件分岐法を決定する （4） ループ回数に留意しながら，初期化部分を追加する 処理（1回目） i=1 14 格納すべき数K（1,2,3～N） は初めに 1 にしておく（初期化） インデックス・レジスタ i は初めに 0 にしておく（初期化） （ループカウンタは K を兼用する） K → ADR＋< i > K番目の値 → ADR＋（K－1）番地 if （K＞N） then 終了 K＋1→ K i ＋1→i YES RET 15 これを K＝1 から K＝N まで繰り返す 16 アセンブリ言語CASLⅡ z アセンブリ言語CASLⅡ 演習 STNUM ... 1,2,3～N を ADR～ ADR+（N－1）番地に格納 するプログラム作成し，WCASL Ⅱで実行せよ z 演習 STNUM ... 1,2,3～N を ADR～ ADR+（N－1）番地に格納 するプログラム作成し，WCASL Ⅱで実行せよ STNUM START START LOOP FIN DAT ADR JUMP LOOP RET DC N DS N END ; 1 → GR1 ; 0 → GR2 （インデックスレジスタ） ; <GR1> → ADR＋<GR2> ; GR1 と Nの値の比較 ; <GR1> = N ならば FIN にジャンプ ; <GR1> ＋ 1 → GR1 ; <GR2> ＋ 1 → GR2 ; LOOP に無条件ジャンプ 1→K 0→i i回目の処理 K → ADR＋<i> YES K＝N? NO K＋1→ K i ＋1→ i 無条件分岐 ; Nに適当な数を指定 ; N（上記と同じ数）を指定 ; 1 → GR1 ; 0 → GR2 （インデックスレジスタ） ; <GR1> → ADR＋<GR2> ; GR1 と Nの値の比較 ; <GR1> = N ならば FIN にジャンプ ; <GR1> ＋ 1 → GR1 ; <GR2> ＋ 1 → GR2 ; LOOP に無条件ジャンプ ; Nに適当な数を指定 ; N（上記と同じ数）を指定 RET 17 アセンブリ言語CASLⅡ z アセンブリ言語CASLⅡ 自習 演習 STNUM ... ジャンプ命令を1箇所だけに用いて，よ り少ない行数のプログラムに書き直して見よ． START 1→K 0→i i回目の処理 K → ADR＋<i> K＋1→ K i ＋1→ i i＜N? z 演習 SUMN ... 1,2,3～N の合計を SUM番地に格納するプログラ ム作成せよ．なお，N は DAT番地に格納されている． SUMN START DAT SUM DC N DS 1 END ; 1 → GR1 ; 0 → GR2 （インデックスレジスタ） ; <GR1> → ADR＋<GR2> ; <GR1> ＋ 1 → GR1 ; <GR2> ＋ 1 → GR2 ; if （<GR2> ＜ N） ; then LOOP に条件ジャンプ YES NO RET 18 ; Nに適当な数を指定 ; N（上記と同じ数）を指定 19 ; Nに適当な数を指定 ; 合計の格納場所 20 アセンブリ言語CASLⅡ z アセンブリ言語CASLⅡ z 演習 SUMN ... 1,2,3～N の合計を SUM番地に格納す るプログラム作成せよ．なお，N は DAT番地に格納され ている． START START 例題 MULT0 ... ラベルDAT番地の内容（mとする）をラベルN番地 の内容（nとする）倍して，ラベルRSLT番地に格納する． MULT0 START 0→S 1→i S＋i → S i ＋1→ i YES i,N比較 NO LOOP LOOP S＋i → S i ＋1→ i i≦N? YES YES DAT N RSLT NO S→ SUM S→ SUM RET RET NO RET 21 アセンブリ言語CASLⅡ z LOOP このプログラムで LOOP 番地の ADDA は何回実行されるか？ まずはプログラムを読んで予想し，次に WCASL-IIで実行して確かめよ． カウンタ i ≧ 1 の判定の代りに JNZ，即ち i ≠ 0 の判定を行っている事に注意 DATやNを変えて，実行して見よ． z ループするプログラムの準備 i ＝ 1～n の場合 ; 0 → GR0 （結果の格納用レジスタを初期化） LAD GR2,1 ; カウンタ i の加算用の1 ADDA GR0,DAT ; 「処理＝GR0にmを足し込む」 i=1 ST GR0,RSLT ; <GR0> → RSLT RET DC 100 ; 被乗数 m DC 3 ; 乗数 n （ループ回数） DS 1 END i＋1→ i i≦n ? NO RET GRx ... ループカウンタ i のためのレジスタ GRy ... 値1の入ったレジスタ（ i を＋1するため） label ... ループ処理の先頭の命令に付与 分岐方法 ... どんな演算で FR をセットし， どの条件分岐命令でそれをテストするか？ ヒント（1） ： CPL i,n （ i－n に相当）の後， SF,ZF＝0,0ならば i＞n SF,ZF＝0,1ならば i＝n SF,ZF＝1,0ならば i＜n i回目の処理 DAT N RSLT 22 COMET Ⅱマシンの機械命令 演習 MULTN ... プログラムMULT0 を 0 から n－1 まで（n はルN 番地の内容）ループするように書き換えよ． MULTN START LAD GR0,0 START LAD GR0,0 ; 0 → GR0 （結果の格納用レジスタを初期化） LD GR1,N ; n → GR1 （ループの回数を数えるカウンタ i） LAD GR2,1 ; カウンタ i の減算用の1 ADDA GR0,DAT ; 「処理＝GR0にmを足し込む」 SUBA GR1,GR2 ; カウンタ i の減算 <GR1>－1→GR1 JNZ LOOP ; カウンタ i が 0 でなければ LOOPに戻り繰り返し ST GR0,RSLT ; <GR0> → RSLT RET DC 100 ; 被乗数 m DC 3 ; 乗数 n （ループ回数） DS 1 END YES ヒント（2） ： JZE ... ZF＝1 ならば jump JNZ ... ZF＝0 ならば jump JMI ... SF＝1 ならば jump JPL ... SF,ZF＝0,0 ならば jump JMI を使ったカウンタ i ＜<N> の判定の代りに JNZ，即ち i ≠<N> の判定を行って も良い 23 24 条件分岐命令の使い分け COMET z Ⅱが備える条件分岐命令の分岐条件 JPL（jump on plus） 直前の演算結果 ＞ 0 直前の比較 <gr1> ＞ <gr2>｜<e> z 直前の演算結果 ＜ 0 直前の比較 <gr1> ＜ <gr2>｜<e> z JZE（jump on zero） 直前の演算結果 ＝ 0 直前の比較 <gr1> ＝ <gr2>｜<e> z 1→i 0→i i回目の処理 i回目の処理 i＋1→ i i＋1→ i JMI（jump on minus） JNZ（jump on non zero） 直前の演算結果 ≠ 0 直前の比較 <gr1> ≠ <gr2>｜<e> i≦n ? i＜n ? YES NO YES NO RET RET 実現したいアルゴリズムで ≦ や ≧ がある時，ループカウンタ値 をずらして ＜ や ＞ に置き換えられることもある． 可能なら，ループカウンタ値の増減を逆に使用しても良い． 25
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