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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