標準ＴＴＬだけ（！）でCPUをつくろう！（組立てキットです！）
(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１６４回］
●前回のテストプログラムの説明です
前回はＳＰＨＬ、ＰＣＨＬ命令のテストプログラムを紹介しました。
「どういう動作をするのか、考えてみてください」
ということで、宿題といたしました。
皆さん、わかりましたでしょうか？
もう一度、前回のプログラムを再掲いたします。
００００ ３Ｅ００ ＭＶＩ Ａ，００
０００２ ４７ ＭＯＶ Ｂ，Ａ
０００３ ４Ｆ ＭＯＶ Ｃ，Ａ
０００４ ５７ ＭＯＶ Ｄ，Ａ
０００５ ５Ｆ ＭＯＶ Ｅ，Ａ
０００６ ２１０００１ ＬＸＩ Ｈ，０１００
０００９ Ｆ９ ＳＰＨＬ （４）
０００Ａ Ｅ９ ＰＣＨＬ （４）
００ＦＥ ００ ＤＢ ００
００ＦＦ ００ ＤＢ ００
０１００ ３Ｂ ＤＣＸ ＳＰ （４）ｏｒ（６）
０１０１ ３Ｂ ＤＣＸ ＳＰ （４）ｏｒ（６）
０１０２ Ｆ１ ＰＯＰ ＰＳＷ （４）
０１０３ ３Ｃ ＩＮＲ Ａ （４）
０１０４ Ｆ５ ＰＵＳＨ ＰＳＷ （４）
０１０５ Ｃ２０９０１ ＪＮＺ ０１０９ （６）ｏｒ（４）
０１０８ ０３ ＩＮＸ Ｂ （４）ｏｒ（６）
０１０９ ２４ ＩＮＲ Ｈ （４）
０１０Ａ Ｅ５ ＰＵＳＨ Ｈ （４）
０１０Ｂ ２１０９００ ＬＸＩ Ｈ，０００９ （４）
０１０Ｅ Ｅ３ ＸＴＨＬ （８）
０１０Ｆ Ｃ９ ＲＥＴ （４）
０１ＦＥ ００ ＤＢ ００
０１ＦＦ ００ ＤＢ ００
０２００ ３Ｂ ＤＣＸ ＳＰ （４）ｏｒ（６）
０２０１ ３Ｂ ＤＣＸ ＳＰ （４）ｏｒ（６）
０２０２ Ｆ１ ＰＯＰ ＰＳＷ （４）
０２０３ ３Ｃ ＩＮＲ Ａ （４）
０２０４ Ｆ５ ＰＵＳＨ ＰＳＷ （４）
０２０５ Ｃ２０９０２ ＪＮＺ ０２０９ （６）ｏｒ（４）
０２０８ １３ ＩＮＸ Ｄ （４）ｏｒ（６）
０２０９ ２５ ＤＣＲ Ｈ （４）
０２０Ａ Ｃ３０Ａ０１ ＪＭＰ ０１０Ａ （６）
命令が実行されていく順にしたがって、説明をしていきましょう。
最初に、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの各レジスタを００クリアします。
これはカウンタを００からスタートさせるためです。
ＨＬレジスタには初期値として０１００を入れています。
この０１００は「ＢＣＡ」カウンタルーチンのエントリアドレスであるとともに、スタックポインタのアドレスでもあります。
次の命令、ＳＰＨＬで、ＳＰ（スタックポインタ）に、この０１００がセットされます。
そして、さらにその次の、ＰＣＨＬ命令によって、ＰＣ（プログラムカウンタ）にも同じ０１００がセットされます。
ＰＣの値が０１００になりますから、つまり、これはＪＭＰ ０１００が実行されるのと同じことです。
したがって、処理の流れは、０１００に移ります。
０１００と０１０１にはＤＣＸ ＳＰ命令があります。
ＤＣＸ ＳＰを２回実行しますから、ＳＰの値は０１００−２で００ＦＥになります。
本当は、ＳＰには００ＦＥを入れたいのですが、ＰＣＨＬでジャンプ先アドレスとして０１００を使うので、ＳＰにもそれと同じ０１００を入れるしか仕方がないのです。
次にいきなりＰＯＰ ＰＳＷを実行しています。
実はＡレジスタ（およびフラグレジスタ）用の保存場所として、００ＦＥと００ＦＦをリザーブしておいたのです。
そのためあらかじめ初期値として００を入れておきました（プログラムの先頭のＭＶＩ Ａ，００は、０１００以降のカウンタとしてのＡレジスタに対しては役に立ちません）。
ＳＰ（スタックポインタ）に００ＦＥをセットしておいて、ＰＯＰ ＰＳＷを実行することで、００ＦＥ〜００ＦＦのメモリ内容がＡレジスタとフラグレジスタに入れられます。
このように、今回のプログラムでは、プログラム領域内に、ＲＡＭにしか置けないスタックを置いています。
ということは、今回のプログラムは、ＲＡＭに書かなければならない、ということになります。
前回、このプログラムはＲＯＭでは実行できません、と書いたのは、そういう理由からです。
ＰＯＰ ＰＳＷのあと、ＩＮＲ Ａを実行して、Ａレジスタを＋１（インクリメント）します。
そして、ＰＵＳＨ ＰＳＷ命令で、＋１したあとのＡレジスタの値をまたスタックに保存します。
この部分は、Ａレジスタの値を保存するために、アドレス００ＦＦのメモリエリアを利用しています。フラグレジスタの値も００ＦＥに保存されますが、それは、いわば「おまけ」です。
こういう場合に、ふつうは、ＬＤＡ ００ＦＦ、ＳＴＡ ００ＦＦのようにします。
そうする代わりに、ＳＰＨＬをうまく利用することでスタックをレジスタ保存用のメモリエリアとして使うことができる、というプログラム例です。
ここでは、Ａレジスタだけですから、それほど有難味は感じませんが、これが、Ａレジスタだけではなくてフラグレジスタの保存も必要であるとか、さらにそのほかの、ＢＣ、ＤＥ、ＨＬレジスタも保存しなければならない、ということになると、ＳＰＨＬとＰＵＳＨ、ＰＯＰを使う方法の優位さは歴然としてきます（職人芸といいますか、ＳＰＨＬという命令があるからこそできる、ウラワザです）。
プログラムの説明に戻ります。
前にもいくつか作ったテストプログラムのように、Ａレジスタが２５６カウントされて、００になるたびに、その上位カウンタのＢＣレジスタを＋１します。
Ａレジスタを＋１した結果が００でないときは、ＢＣレジスタを＋１する命令（ＩＮＸ Ｂ）はジャンプします。
それが、ＪＮＺ ０１０９です。
０１０９には、ＩＮＲ Ｈ命令があります。
このテストプログラムでは、ＨＬレジスタはカウンタではありません。
では、何をしているのでしょう？
ＨＬレジスタには何が入っていたか、思い出してください。
そうです。
「ＢＣＡ」カウンタルーチンを実行するために、そのエントリアドレスの０１００が入っていました。
その、Ｈレジスタを＋１するということは？
ＨＬレジスタの値は、０２００になります。
実は、０２００はもうひとつのカウンタ「ＤＥＡ」をインクリメントするためのルーチンのエントリアドレスなのです。
０２００〜のメモリアドレスには、０１００〜と同じ動作をするプログラム（対象になるレジスタだけが異なっている）が書かれています。
０１００〜のプログラムを実行したあとで、次に実行するプログラムのエントリアドレスである０２００をＨＬレジスタに入れて、それでどうするか、というと、ＰＵＳＨ Ｈを実行したあとで、ＲＥＴを実行します。
なぜ、こんなことをするのでしょう？
ＨＬレジスタに０２００を入れておいて、０２００にジャンプするためです。
ええ？じゃあＰＵＳＨ、ＲＥＴなどという面倒なことをしないで、ＰＣＨＬを実行すればよいじゃないの？
その通りです。
０１０ＡにＳＰＨＬを書いて、次の０１０ＢにＰＣＨＬを書けば、それで正解になります。
今回はテストプログラムですから、ＢＣレジスタとＤＥレジスタをカウントアップするだけで、他には何もすることがありません。
ですから、もっと簡単なプログラムにしてしまうこともできてしまいます。
そのあたりのことについては、前回もちょっとお話をしたところです。
いろいろな命令の使い方をテストしたりするために、わざと面倒なことをしています。
実は、０００９のあたりに少し長いプログラムがあるのだけれど、プログラムサンプルなので、そこのところが省略されている、と考えてみてください。
カウント処理後は必ず、０００９に戻る必要がある、という設定です。
それから、０００９以後の処理のあと、ＨＬレジスタの値によって０１００か０２００にジャンプしたいので、ＨＬレジスタの値はつねに保持していたい、ということにしましょう。
カウント処理後に０００９に戻るにも条件があって、ＨＬレジスタには０１００か０２００を保持したままで、なおかつＨＬレジスタに０００９を入れて、つまりＨＬレジスタによる間接アドレッシングによって、０００９にジャンプしたい、というむちゃくちゃな条件をクリアしなければならない、ことにします。
ＨＬレジスタに０００９を入れておいて、ＰＣＨＬ命令を使えばよいのですけれど、そうするとそれ以前にＨＬレジスタに入れた、０１００または０２００を保持しておくことができません。
ＸＣＨＧ命令で一時的にＤＥレジスタを使うことにすると、ＤＥレジスタのカウント値を保持することができません。
では、ＰＵＳＨ Ｈでスタックに保存したあとで、ＨＬレジスタに０００９を入れて、ＰＣＨＬ命令を実行したらどうか？
この場合は０００９でＰＯＰ Ｈを実行することになりますから、それを前提にして、０００９よりも前（０００８よりも後ろ）にＰＵＳＨ Ｈを置きます。それもひとつの解決法です。
しかし、もしも、他のいろいろなルーチンから、この０００９に戻ってくる、という条件がさらに加わるとなると、ＰＯＰ Ｈを０００９に置くのはきわめて危険になります。
ＨＬレジスタに何らかの値を保持して、０００９に戻る、という設定はノーマルなものですが、スタックに何らかの値をＰＵＳＨした状態で０００９に戻る、という設定は、よほどシステム設計を厳密に行うようにしないと、プログラムの変更や追加を繰り返しているうちに、スタックが食い違ってしまい、暴走の原因となってしまいます。
ここでは、そういうときに、もっとスマートに条件をクリアする「ウラワザ」として、ＰＵＳＨ Ｈ、ＸＴＨＬ、ＲＥＴの組み合わせを使っています。
ＣＡＬＬ、ＲＥＴもＰＵＳＨ、ＰＯＰもスタックの使い方は全く同じです。
ですから、このプログラムのように、リターン先のアドレスをＨＬレジスタに入れた上でＰＵＳＨ Ｈを実行し、そのあとでＲＥＴ命令を実行することで、ＰＣＨＬと全く同じ動作をさせることができるのです。
なお、ＰＵＳＨ命令とＲＥＴ命令の組み合わせでは、ＨＬレジスタとＲＥＴだけに限らず、ＰＵＳＨ Ｂ、ＲＥＴでもＰＵＳＨ Ｄ、ＲＥＴでも構いません。
今回のプログラムでは、さらにＸＴＨＬを使うことで、ＨＬレジスタの値の保存という目的も達成しています。
０１０Ａで先にＰＵＳＨ Ｈを実行して、そのときのＨＬレジスタの値（０２００）をスタックにまず保存します。
そしてＬＸＩ Ｈ，０００９でリターン先アドレスを設定した上で、ＸＴＨＬを実行します。
ＸＴＨＬ命令によって、スタックトップの値（０２００）がＨＬレジスタに戻り、代わりにリターン先アドレス０００９がスタックトップに収まります（ここで重ねてＰＵＳＨ Ｈを使わず、ＸＴＨＬを使うところがポイントです）。
０２００以降のルーチンも、０１００以降のルーチンと全く同じ動作です。
０１００〜のプログラムではＢＣレジスタを＋１していますが、０２００〜のプログラムでは、ＤＥレジスタを＋１しているという違いがあるだけです。
それと、０１００〜のプログラムでは、カウントアップ後に、次に０２００〜のルーチンを実行するために、ＩＮＲ Ｈを実行しますが、０２００〜のルーチンではＨＬレジスタの値を０１００に戻すために、ＤＣＲ Ｈを実行します。
もうひとつ、０１００〜のプログラムではＡレジスタの値の保存にメモリの００ＦＦ番地を使っていますが、０２００〜のプログラムでは、Ａレジスタの保存に、０１ＦＦ番地を使っています。
０１００〜と０２００〜のプログラムで、別のメモリアドレスを、Ａレジスタの値の保存に使っています。
そのため、０１００〜と０２００〜のプログラムで、ともに同じＡレジスタを下位カウンタとして使っていながら、それぞれのプログラムでお互いに独立した別のカウンタとして、使うことができるのです。
今回はプログラムの説明が長くなってしまいました。
次回は、このテストプログラムの実行時間の計算と、それを実際に実行したときの写真をお見せすることにいたしましょう。
２００９．２．１７ｕｐｌｏａｄ
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