ＣＡＳＬ入門[14]

(since 1998/11)(更新　2004/02/26)

ＴＮＯ_２:ＣＡＳＬ入門[14]

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本ページは、「Ｒｏｏｋ」仕様に対応済みです。

　今まで作成していたサブルーチン「ＭＵＬ」は、レジスタＧＲ０とＧＲ１を使って掛け算をして結果はＧＲ０に入りました。つまり、ＧＲ０とＧＲ１を入力して、ＧＲ０を出力するサブルーチンだったわけです。
　ところで、サブルーチンの実行の結果、レジスタの内容はどう変化するでしょうか？出力されるＧＲ０は当然変化するとして、他のレジスタがどうなるかは、考えていませんでした。
　プログラムの実行後、操作ボタン群の右側に表示されるレジスタの内容を確認してみて下さい。
　次の出力例は、４と６を入力した場合です。ＧＲ１が、入力した値（この例では「６」）から変化して、「０」になっています。

　レジスタに入れたのと同じデータを、二度三度と繰り返して使うことは良くあります。ですから、サブルーチンを呼び出す側からすると、元の内容が保存されていた方が都合が良いですね。
(chapter14-page2)
　次の様にサブルーチン「ＭＵＬ」を修正して下さい。

ＭＵＬ	ＳＴＡＲＴ
	ＳＴ	ＧＲ１，ＳＡＶＥ	；ＳＡＶＥＧＲ１
	ＳＴ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＶＡＬ
ＬＯＯＰ
	ＳＵＢＡ	ＧＲ１，＝１	；ＣＯＵＮＴ－１
	ＪＺＥ	ＬＥＮＤ	；IF COUNT＝0
	ＡＤＤＡ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＳＵＭ＋ＶＡＬ
	ＪＵＭＰ	ＬＯＯＰ	；ＬＯＯＰ
ＬＥＮＤ
	ＬＤ	ＧＲ１，ＳＡＶＥ	；RECOVER GR1
	ＲＥＴ
ＶＡＬ	ＤＳ	１
ＳＡＶＥ	ＤＳ	１
	ＥＮＤ

　「ＳＴ　ＧＲ１，ＳＡＶＥ」で、レジスタＧＲ１の内容が保存され、「ＬＤ　ＧＲ１，ＳＡＶＥ」で、保存されていたデータがＧＲ１に入れられます。
　前回と同様にアセンブル／リンクして、実際に実行してみて下さい。レジスタの内容が実行に連れて変化する様子を見て、ＧＲ１の内容が入力した数値に戻ることを確認して下さい。

(chapter14-page3)

１４-２．ワーク・エリアとスタック

　今まで作成したプログラム中では、「ＤＳ」命令を使って、データを記録する場所を用意していました。この様な処理の途中で必要となるデータを記録する場所のことを、 ワーク・エリア（作業領域）といいます。
　サブルーチン中でワーク・エリアが必要になると、そのサブルーチン専用の場所を用意していました。しかし、サブルーチン内で使用するワーク・エリアは、そのサブルーチンの処理が終われば、通常不要になります。幾つものサブルーチンを使用する場合は、それらのワーク・エリアを共通の場所に用意すれば、データを記録する場所が節約出来るわけです。但し、あるサブルーチンから別のサブルーチンを呼ぶと言う様な場合には、呼ぶ側と呼ばれる側のそれぞれに、データを記録する場所が必要になります。又、ワーク・エリアに必要な大きさは、一般にサブルーチン毎に異なるので、最も大きいものに合わせて用意する必要があります。

　この様なデータの共通の記録場所として、「スタック」があります。「スタック」とは「積み重ねたもの」という意味で、データを積み重ねて保存しておきます。
　先ほどのサブルーチンを次の様に修正して下さい。実行してみて、終了アドレス以外は、元のプログラムと同じ結果が出てくることを確認して下さい。

ＭＵＬ	ＳＴＡＲＴ
	ＰＵＳＨ	０，ＧＲ１	；ＳＡＶＥＧＲ１
	ＳＴ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＶＡＬ
ＬＯＯＰ
	ＳＵＢＡ	ＧＲ１，＝１	；ＣＯＵＮＴ－１
	ＪＺＥ	ＬＥＮＤ	；IF COUNT＝0
	ＡＤＤＡ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＳＵＭ＋ＶＡＬ
	ＪＵＭＰ	ＬＯＯＰ	；ＬＯＯＰ
ＬＥＮＤ
	ＰＯＰ	ＧＲ１	；RECOVER GR1
	ＲＥＴ
ＶＡＬ	ＤＳ	１
	ＥＮＤ

(chapter14-page4)
　新しい命令は、「ＰＵＳＨ」命令と「ＰＯＰ」命令です。「ＰＵＳＨ　０，ＧＲ１」で、実効アドレス（即ちレジスタＧＲ１の内容）が即値としてスタックに保存されます。そして「ＰＯＰ　ＧＲ１」で、保存されていたデータがＧＲ１に入れられます。

　この様に、スタックを利用してデータの保存が出来ることが分かりました。しかし、保存場所はプログラム中には記述されていません。それでは、スタックはどこに存在するのでしょうか？

　実は、スタックの場所は、ＯＳが主記憶装置内に用意しています。
　ＣＡＳＬIIには、汎用レジスタであるＧＲ０～ＧＲ７以外に、特殊な目的に使用されるスタック・ポインタＳＰというレジスタが存在します。スタック・ポインタは、スタックのアドレスを指し示していて、プログラムを実行する時に、ＯＳが自動的にそのスタックのアドレスをＳＰにセットしているのです。
　ＣＡＳＬIIにはスタック・ポインタＳＰの内容を読取る命令や、スタック・ポインタＳＰを指標としてスタックの内容を読取る命令は、存在しません。しかしＲｏｏｋでは、他のレジスタと同様に、操作ボタンの右にその値を表示しています。又、「ＷＲＩＴＥ」命令でパラメタに「－１」を指定することで、スタック・ポインタの内容が表示されます。 (スタックに格納された値ではありません。)
　尚、ＳＰを変更出来る場合でも、ＳＰの内容を不用意に変更すると、場合によっては異常動作を起こすことがあります。ですから、ＳＰの内容を直接変更する様な命令は、通常使用してはいけません。

(chapter14-page5)

１４-３．スタックの積み重ね

　先ほどまではデータを１つだけ保存していました。複数のデータを保存すると、どうなるでしょう。次のプログラムを実行してみて下さい。

ＳＡＭＰＬＥ	ＳＴＡＲＴ
	ＰＵＳＨ	５５	；ＳＡＶＥ
	ＰＵＳＨ	６６	；ＳＡＶＥ
；
	ＰＯＰ	ＧＲ０	；ＲＥＣＯＶＥＲ
	ＷＲＩＴＥ	０
	ＰＯＰ	ＧＲ０	；ＲＥＣＯＶＥＲ
	ＷＲＩＴＥ	０
	ＥＸＩＴ
	ＥＮＤ

　ＰＵＳＨ命令は実効アドレスを保存するのですから、上の様に数値やラベルで示したアドレスを直接保存することも可能ですね。
　２つのデータを保存した後、その２つのデータを取り出して表示しています。どの様な結果になりましたか？

GR0=66(0042)
GR0=55(0037)
プログラムは、PR[000E;SAMPLE+14]が指定したEXIT命令で終了しました。

　この様に、「ＰＵＳＨ」の逆の順序で、データが「ＰＯＰ」されます。
(chapter14-page6)
　スタックとは「積み重ねたもの」です。従って、データを保存する時は上へ上へとデータを積み重ねていって、データを取り出す時は積み重ねた上の方から順に取り出します。ＣＡＳＬIIでは、このスタックの一番上の位置のことを「スタック・トップ」と呼びます。

PUSH A
↓
→

PUSH B
↓
→

PUSH C
↓
→

→

POP
↑
→

空の場所

データの入っている場所

これから取り出すデータの入っている場所

ＰＵＳＨ／ＰＯＰ命令の前後のスタック・ポインタの値は、どの様になっているのでしょう。次のプログラムを実行して、スタック・ポインタの値を確認してみましょう。

ＳＡＭＰＬＥ	ＳＴＡＲＴ
	ＷＲＩＴＥ	－１	；ＳＰ
；
	ＰＵＳＨ	５５	；ＳＡＶＥ
	ＷＲＩＴＥ	－１	；ＳＰ
；
	ＰＵＳＨ	６６	；ＳＡＶＥ
	ＷＲＩＴＥ	－１	；ＳＰ
；
	ＰＯＰ	ＧＲ０	；ＲＥＣＯＶＥＲ
	ＷＲＩＴＥ	－１	；ＳＰ
	ＷＲＩＴＥ	０
；
	ＰＯＰ	ＧＲ０	；ＲＥＣＯＶＥＲ
	ＷＲＩＴＥ	－１	；ＳＰ＝ＧＲ４
	ＷＲＩＴＥ	０
；
	ＥＸＩＴ
	ＥＮＤ

(chapter14-page7)

SP=-32768(8000)
SP=32767(7FFF)
SP=32766(7FFE)
SP=32767(7FFF)
GR0=66(0042)
SP=-32768(8000)
GR0=55(0037)）
プログラムは、PR[0022;SAMPLE+34]が指定したEXIT命令で終了しました。

　スタック・ポインタは、ＰＵＳＨの時は「０８００→０７ＦＦ→０７ＦＥ」と、ＰＯＰの時は「０７ＦＥ→０７ＦＦ→０８００」と、変化しています。また、以前のプログラムの実行結果から、ＰＵＳＨの直後にはＳＰはＰＵＳＨしたデータが入っているアドレスを指し示しています。これらのことから、スタック機能は次の様になっていることが分かります。

ＰＵＳＨする時
1. ＳＰが１減ります。（０８００→０７ＦＦ）
2. ＳＰの指し示すアドレスに、実効アドレスを格納します。
  （（０７ＦＦ）←実効アドレス）
ＰＯＰする時
1. ＳＰの指し示すアドレスの内容を、指定したレジスタに取り出します。
  （ＧＲ０←（０７ＦＦ））
2. ＳＰが１増えます。（０７ＦＦ→０８００）

(chapter14-page8)

１４-４．レジスタの一括保存

　サブルーチン内でどの汎用レジスタを変更するか未定である時、サブルーチンの処理部が完成するまで、どのレジスタを保存すれば良いか判りません。又、複数のレジスタを保存する必要がある時、１つづつレジスタを保存する命令を記述するのは、面倒です。2001/05/25付けのＣＡＳＬIIの改訂で、この様な場合に汎用レジスタを一括で保存するための命令が追加されました。「ＲＰＵＳＨ」と「ＲＰＯＰ」です。
　「ＲＰＵＳＨ」は、ＧＲ１～ＧＲ７を、この順でスタックへ一括保存します。「ＲＰＯＰ」は、「ＲＰＵＳＨ」でスタックへ保存されたデータを、一括で元のレジスタへ戻します。当然「ＲＰＯＰ」は、スタックの上から、ＧＲ７～ＧＲ１の順で戻すことになります。

　「ＲＰＵＳＨ」と「ＲＰＯＰ」は通常、次の様にサブルーチンの先頭とサブルーチンから戻る直前に使われます。尚、対象レジスタが固定されているので、オペランドは付きません。

ＭＵＬ	ＳＴＡＲＴ
	ＲＰＵＳＨ		；ＳＡＶＥＲｅｇ．
	ＳＴ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＶＡＬ
ＬＯＯＰ
	ＳＵＢＡ	ＧＲ１，＝１	；ＣＯＵＮＴ－１
	ＪＺＥ	ＬＥＮＤ	；IF COUNT＝0
	ＡＤＤＡ	ＧＲ０，ＶＡＬ	；ＳＵＭ＋ＶＡＬ
	ＪＵＭＰ	ＬＯＯＰ	；ＬＯＯＰ
ＬＥＮＤ
	ＲＰＯＰ		；Ｒｅｃｏｖｅｒ
	ＲＥＴ
ＶＡＬ	ＤＳ	１
	ＥＮＤ

　「ＲＰＵＳＨ」と「ＲＰＯＰ」の扱う汎用レジスタには、ＧＲ０は含まれていないことに注意してください。これは、ＰＵＳＨ命令でＧＲ０の内容を保存出来ないことと、対応しています。又、ＧＲ０は保存しないことが多いためでもあります。ＧＲ０は通常、示した例の様に、計算結果や異常の有無などのサブルーチンの結果を、呼出し側へ伝えるために使われるからです。

　ＧＲ０も保存する場合は、一旦他のレジスタに移すなどの手段が必要です。レジスタ間のデータ移動の練習として、自分で、具体的な方法を考えて見てください。

質問・ご意見等、お待ちしております。

小野智章(小野情報設計)　
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