計算機基礎ⅡⅢ pp. 76 - TUT

(1)

計算機基礎Ⅱ , Ⅲ

^（指導書pp. 76～94）

1

改訂：佐竹純二

（作成：岡本吉央）

コンピュータ：機械から見ると

論理回路

2

コンピュータ

コンピュータ：人間から見ると

ユーザ

入力

どのような仕組みで

3

コンピュータ出力

どのような仕組みで動いているのか?

コンピュータ・ハードウェア

入力装置

記憶装置

処

4

出力装置処理装置

コンピュータ・ソフトウェア

入力装置

記憶装置

処

アプリケシス

5

出力装置処理装置

ケーションプログラムステムプログラム

疑問

処理装置

(CPU)

はプログラム(≒ソフトウェア)をどのように解釈しているのか

?

6

高級言語によるプログラム

機械語によるプログラム

(2)

( 今のところの ) 回答

コンパイラ，アセンブラと呼ばれるプログラムを変換するプログラムを使う

7

機械語によるプログラムアセンブリ言語に

よるプログラムコンパイラアセンブラ

ことばの整理：機械語



CPU

が直接理解し実行できる言語のこと

プログラムは

0

と

1

の列から構成される



CPU

ごとに異なる

8

ことばの整理：高級言語

人間が使いやすいプログラミング言語



C

，

C++

，

Java

，

Perl

など



CPU

ごとに異ならない

9

ことばの整理：アセンブリ言語

機械語を人間にわかりやすくした言語

命令が機械語と

(

ほぼ

) 1

対

1

に対応



CPU

ごとに異なる

10

ことばの整理：コンパイル

高級言語によるプログラムをアセンブリ言語によるプログラムに

(または機械語によるプログラムに)

翻訳すること

高級言語によるアセンブリ言語に機械語によるコンパイラアセンブラ

ことばの整理：アセンブル

アセンブリ言語によるプログラムを機械語によるプログラムに

翻訳すること

高級言語によるアセンブリ言語に機械語によるコンパイラアセンブラ

(3)

この実験の流れ

1. アセンブリ言語によるプログラミング 2.作成したプログラムのアセンブル

(

手作業

)

3.実行

(

動作の理解

)

13

よるプログラム

アセンブラ

この実験で用いるハードウェア



KUE-CHIP2

教育用の

8

ビットマイクロプロセッサ

≒CPU

14

8

ビット＝

1

バイト

0 0 0 1 0 0 1 1

13h

^←16進数であることを示す他にも13H，0x13など

KUE-CHIP2 の構造

_(p.77，図1)

15

KUE-CHIP2 の各部： ALU

演算ユニット(Arithmetic and Logic Unit)

算術演算，論理演算，アドレスの計算を行う

16

KUE-CHIP2 の各部： ACC

アキュムレータ(accumulator)

演算に利用するレジスタ．8ビット

演算対象，演算結果を保持

17

KUE-CHIP2 の各部： FLAG

フラグレジスタ(flag register)

演算・シフト結果により変化．4ビット

－－－－ CF VF NF ZF

18

桁上がりフラグ桁あふれフラグ

負フラグゼロフラグ

(4)

KUE-CHIP2 の各部： PC

プログラムカウンタ(program counter)

次に実行する命令のメモリ上でのアドレスを保持．8ビット

19

KUE-CHIP2 の各部：内部メモリ

512バイト．バイト単位の番地指定

プログラム領域：0～255番地

データ領域：256番地～511番地

20

プログラム領域データ

領域

000 0FF 1FF 100

01100010 0

255 256 511

～～

KUE-CHIP2 でのプログラミング

独自のアセンブリ言語で行う

プログラムはメモリのプログラム領域に置かれる(プログラム内蔵方式)

0番地に置かれた命令から順番に実行される

21

KUE-CHIP2 のアセンブリ言語

命令の種類：p.80 表1を参照

命令仕様：p.91～94 付録A を参照

機械語フォーマット：1バイトか2バイト

22

機械語フォマット：1バイトか2バイト p.79 図4を参照

プログラム例

_(p.84，リスト2)

ACC RLL 0111

0100 03:

OUT 0---

0001 02:

ACC, 01h LD

0001 0000 001- 0110 00:

オペランド命令

データアドレス

0 0 0 0 0 0 0 1

02h BA 0010 0000 0000 0011 04:

「01」という値をACCに格納する

ACCの内容を出力バッファ(OBUF)に出力する ACCの内容を論理左回転し，ACCに入れる常に02番地へ戻る

アセンブリ言語によるプログラム

機械語によるプログラム

アセンブルの方法 (1/4)



p.93

，

A.2

命令セットを参照

「LD ACC,01h」のアセンブル

1 0 0 0 0 0 0 0 - 1 0 0 0 1 1 0

Rsm 0 1 0 0 A 1 s m × Rotate sm LD 0 1 1 0 A B ○ LoaD ST 0 1 1 1 A B ◎ STore

SBC 1 0 0 0 A B ○ SuB with Carry

A B

A = 0:ACC A = 1:IX

B = 000:ACC B = 001:IX B = 01-:即値 B = 100:直接 (P) B = 101:直接 (D)

(5)

アセンブルの方法 (2/4)



p.93

，

A.2

「OUT」のアセンブル

- - - 0 1 0 0 0

25

0 1 0 1 - - - - × OUT 0 0 0 1 0 - - - × OUTput IN 0 0 0 1 1 - - - × INput RCF 0 0 1 0 0 - - - × Reset CF

アセンブルの方法 (3/4)



p.93

，

A.2

「RLL ACC」のアセンブル

1 1 1 0 0 0 1 0

26

Rsm 0 1 0 0 A 1 s m × Rotate sm LD 0 1 1 0 A B ○ LoaD ST 0 1 1 1 A B ◎ STore

SBC 1 0 0 0 A B ○ SuB with Carry

A s

A = 0:ACC A = 1:IX

m

RA 0 0 Right Arithmetically LA 0 1 Left Arithmetically RL 1 0 Right Logically LL 1 1 Left Logically

アセンブルの方法 (4/4)



p.93

，

A.2

「BA 02h」のアセンブル

0 0 0 0 1 1 0

0 0 0 0 0 0 0 1 0

27

RCF 0 0 1 0 0 - - - × Reset CF SCF 0 0 1 0 1 - - - × Set CF Bcc 0 0 1 1 c c ◎ Branch cc Ssm 0 1 0 0 A 0 s m × Shift sm

c c

A 0 0 0 0 Always VF 1 0 0 0 on oVerFlow NZ 0 0 0 1 on Not Zero Z 1 0 0 1 on Zero

プログラム例

_(p.84，リスト2)

ACC RLL 0111

0100 03:

OUT 0---

0001 02:

ACC, 01h LD

0001 0000 001- 0110 00:

28

02h BA 0010 0000 0000 0011 04:

「-」は0か1で置き換える(どちらでもよい)

プログラム例

_(p.84，リスト3)

ACC RLL 0111

0100 03:

OUT 0000

0001 02:

ACC, 01h LD

0001 0000 0010 0110 00:

03:

02:

00: 01:

05:

29

02h BA 0010 0000 0000 0011 04:

アセンブル完了

04: 05:

プログラムの実行

第

2.5

節に沿って行う

(p.82

～

86)

注意：

実行前に

RESET

を押すこと実行前に

RESET

を押すこと

全員確認できたら次の説明へ

(次回はグループではなく一人1台ずつ行う)

30

(6)

今日の実験内容

プログラムがどう実行されているか理解

課題1

課題2 ADD命令

課題課題2 ADC2 ADC命令命令

課題3A

課題3B

課題4

課題5

次回：課題

6 (

応用プログラミング

)

31

各命令の動作 (p.79 ， 2.4 節 )

1.

Fetch

：命令をメモリから取ってくる

2.

Decode

：取ってきた命令を解読する

3.

Execute

：命令を実行する

32

実際に見てみる：リスト 1

^(p.81)

アドレスデータラベル命令オペランド

D1: EQU 80h

00: 64 80 LD ACC,[D1]

02: A2 01 SUB ACC,1

04: 0F HLT

「D1」を見たら「80h」だと思う (変数宣言，初期化のようなもの) メモリD1番地の内容を

ACCに格納する

33

04: 0F HLT

END

80: 01

ACCの内容から1を引く引いた結果はACCに蓄えられるプログラムを停止する

プログラムの実行を停止する 80番地の内容を01とするアセンブル結果の16進表示

各命令実行前後の CPU の内部状態

命令の実行 PC ACC フラグ 00000000 00000000 00000000 LD ADD,[D1]

00000010 00000001 00000000

 指導書p.81 表2

34

00000010 00000001 00000000 SUB ACC,1

00000100 00000000 00000001 HLT

00000101 00000000 00000001

今日の実験内容

課題の説明に従って，プログラムを実行し，

CPU

の内部状態を表にまとめる

課題1

課題2 ADD命令

課題2 ADC命令

課題3A (プログラムを作成)

課題3B (プログラムを作成)

課題4

課題 3A ：２バイトどうしの加算

1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

＋

1番地 0番地

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1

2番地 3番地

4番地 5番地

(7)

課題 3B ：２バイトどうしの減算

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0

－

1番地 0番地

37

1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1

1バイト＝8ビット

2番地 3番地

4番地 5番地

今日のまとめ

38

2 の補数表現

(負の数の表現法)



8

ビットで数を表現する場合 0 0 1 0 1 1 0 1 45

-45の8ビットにおける2の補数表現



-45

は

?

実際足すと

?

39

1 1 0 1 0 0 1 1 -45

1 0 0 0 0 0 0 0 0 45の8ビットにおける2の補数表現

ADD 命令と ADC 命令の違い



ADD

命令：加算命令．

CF

を考慮しない



ADC

命令：加算命令．

CF

を考慮する

「CFを考慮する」とは

「CFを考慮する」とは…

演算結果によって，

CF

を変更する



CF

が

1

であるとき，加算結果に

1

を足す

実際の動作は「CFを加算結果に足す」

40

桁上げフラグと桁あふれフラグ

桁上げ

(Carry)

桁あふれ

(Overflow)

次の計算のフラグ変化は？

0 0 0 1 0 0 0 0

41

0 0 0 0 0 0 1 0

＋

0 0 0 1 0 0 1 0

CFVF NFZF

00 00

桁上げフラグと桁あふれフラグ

桁上げ

(Carry)

桁あふれ

(Overflow)

1 1 0 1 0 0 0 0

42

0 1 0 0 0 0 1 0

＋

0 0 0 1 0 0 1 0

CFVF NFZF

10 00 1

(8)

桁上げフラグと桁あふれフラグ

桁上げ

(Carry)

桁あふれ

(Overflow)

1 1 0 1 0 0 0 0

43

1 0 0 0 0 0 1 0

＋

0 1 0 1 0 0 1 0

CFVF NFZF

11 00 1

桁上げフラグと桁あふれフラグ

桁上げ

(Carry)

桁あふれ

(Overflow)

0 1 0 1 0 0 0 0

44

0 1 0 0 0 0 1 0

＋

1 0 0 1 0 0 1 0

CFVF NFZF

01 10

次回の内容

課題

6A

：往復するフラッシャー

課題

6B

：積の計算

予習：必ずプログラムを作ってくること

作ってこないと終わりません

グループではなく一人ずつ行う

45

積の計算

0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0

×

0番地

46

0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

1バイト＝8ビット 1番地

2番地 3番地

フローチャートの例

 1バイトの乗算

A B C

×

初期化 0→C

終了 HLT 終了判定

B = 0 ? Y

Bを1減らす B - 1→B CにAを足す

C + A→C B = 0 ? HLT N 繰り上がりも

考えること

計算機基礎Ⅲ

(9)

今日の内容

課題

6A

：往復するフラッシャー

課題

6B

：積の計算

終わった人から解散

各人が

1

つずつ行う

(

グループで

1

つではなく

)

各人は各課題ができたら確認を受けること

49

課題 6B の確認

次の計算が正しくできることを見せる

9 7 E 4

50

2 A

×

1 8 C 6

3 C

×

3 5 7 0

レポートについて

〆切：一週間以内

(

^{次回の実験開始前}

)

厳守

提出場所：

C2-503 (

手渡し

)

^または

C1-301

注意：

完全なレポトを提出すること完全なレポートを提出すること．

複数人で相談してレポートを作成した場合は，

その旨をレポート内で述べること．

参考にした文献等も明記すること．

51

結果の整理１について

各課題で用いたプログラムも掲載する

そのトレース結果を掲載する

トレース結果の各行に対して，

なぜそのような結果が得られるのかをなぜそのような結果が得られるのかを述べる

それを踏まえて各命令の動作をまとめる

52

結果の整理１の例

命令の実行 PC ACC フラグ 00000000 00000000 00000000 LD ADD,(D1)

00000010 00000001 00000000

LD命令は2バイト命令なのでPCの値は2だけ増加する．

データ領域D1番地の内容が01hなので，LD命令を実行した結果ACCの内容は01hとなる

LD命令でフラグレジスタの値は変化しない

53

00000010 00000001 00000000

計算機基礎ⅡⅢ pp. 76 - TUT