CASL 入門 講座

1. CASL入門講座
by ta1se1

2. CASLとは何か
アセンブリの簡単バージョン
アセンブリ = 機械語を人間に見やすくしたもの
メモリを直接扱うため細かい作業が必要だが、一つ一つの命令は単純

3. アセンブリに入る前に
 bitの考え方を身に付ける必要がある
・2進数の一桁を1bitという
・0000 0000 0000 0000 ~ 1111 1111 1111 1111
CASLの世界は16桁の2進数である”16bit”で成り立っている
・1111(2)  15(10)  F (16)
4bitを16進数で表すと一桁になる
つまりCASLの世界は#0000~#FFFFという4桁の16進数で成り立っているともいえる
・以降、10進数は通常表記、16進数は数値の先頭に#をつけて表記することにする
・一番左のビットを符号ビットといい、0なら正、1なら負を表す。

4. 暗記
 とりあえず「これは暗記」というものを羅列していく
・0番地から65535番地までの65536個の格納場所がある
・CASLの世界では数値は2の補数で表され、-32768から32767まで使用可能
・GR(汎用レジスタ)
>> 様々な用途で使用することができるレジスタ。GR0からGR7まで用意されている
・PR(プログラムレジスタ）
>> 次の命令が格納されているメモリの番地が格納されている
・SP(スタックポインタ)
>> 一時的にデータを蓄えておく場所であるスタックの一番上を示すアドレス
・FR(フラグレジスタ)
>> 演算結果の状態を格納するレジスタ。他のレジスタは全て16bitだが、これだけ3bit

5. 基本骨格
LABEL(プログラム名) START
処理
RET
定義(宣言)
END

6. 命令の書き方
 アセンブラ命令
ラベル 命令コード 数値
 マクロ命令
後述
 機械語命令
命令コード レジスタA,レジスタB
命令コード レジスタA,アドレス
命令コード レジスタA,アドレス,レジスタB

7. アセンブラ命令
 ラベル 命令コード 数値
・DC
ラベル DC 数値
>> 適当な番地（二回目以降は前回に格納/確保された番地のひとつ
下）にラベルをつけ、その中身に数値を格納する
・DS
ラベル DS 数値
>> 適当な番地（二回目以降は前回に格納/確保された番地のひとつ
下）を一つ確保する。（その番地の中身は不定）
 上から下へ順番に格納/確保される

8. 機械語命令
①命令コード レジスタA,レジスタB
A  B
②命令コード レジスタA,アドレス
A  #???? または A <- M(#????) ※命令コードによって変わる
③命令コード レジスタA,アドレス,レジスタB
A  M(#????からB個下) ※②の表記が可能な場合は大抵この表記も可能(BにGR0は使用不可)
④ST レジスタA,アドレス
命令コードがSTの時だけ向きが逆になる。 A  M(#????)
※カンマの右の番地を実効アドレスという。
LD GR0,A,GR1：M(A+GR1)が格納されている番地が実効アドレス
ST GR0,B：Bが格納されている番地が実効アドレス

9. 機械語命令
 LD
A  B ,
A  M(#????)
 LAD
A  #????
 ST
A  M(#????)
 ADD
A  A + B ,
A  A + M(#????)
 SUB
A  A – B ,
A  A – M(#????)
LAD命令だけアドレスをそのまま扱う！
それ以外はアドレスの中身を指す！
あADDやSUBなどの演算命令の命令コード
の語尾にAまたはLが付加されている場合
は“Aが符号つき,Lが符号なし”として引数
の数値が扱われる。

10. FR(フラグレジスタ)
 演算結果の状態を格納する3bitのレジスタ
・OF(オーバーフローフラグ)
演算の際に一番最後にオーバーフロー(桁落ち)した値が格納される
※注：0がオーバーフローした時にはOFには1ではなく0が格納される
（1010を右に三つシフトしたらOFには0が格納される）
・SF(サインフラグ)
演算結果がマイナスだったら1になる(符号ビットと同じ値が格納される)
・ZF(ゼロフラグ)
演算結果がゼロだったら1になる
 FRが更新されるのは演算命令/LD命令の後。

11. 分岐命令(条件分岐)
 アセンブリの世界では条件分岐をする際にFRが利用される
・JUMP
>> ラベルの位置へ強制ジャンプ
・JPL
>> SFが0の時ジャンプ(演算結果が正のとき)
・JMI
>> SFが1の時ジャンプ(演算結果が負のとき)
・JZE
>> ZFが1のときジャンプ(演算結果がゼロのとき)
・JNZ
>> ZFが0のときジャンプ(演算結果がゼロじゃないとき)
・JOV
>> OFが1のときジャンプ(演算した結果オーバーフローが起きたとき)

12. CP命令(CPA,CPL)
 FRは演算結果の状態を格納するレジスタなので、
条件分岐にFRが利用されるということは、条件分岐の前に演算命令が行われるということ。
 CPA A,Bであれば、 A-Bをデータを書き換えずに一時的に演算し、FRに結果を反映させる。
・CPA 10,10
>> 10-10=0なので、ZFが1になる。
・CPA 10,0
>> 10-0=10なので、SFが0になる。
・CPA 0,10
>> 0-10=-10なので、SFが1になる。
 つまり、CP命令の後にJZEで“等しければ”を表し、JPLやJMIで“大きさの比較”が可能になる。

13. 論理演算
 アセンブリでは論理演算も可能である。
・OR
>> 指定したビットを1にする
>> GR2=1000 0000 0000 0000のとき、OR GR1,GR2でGR1の符号ビットが強制的に1になる
・AND
>> 指定したビットのみを取り出す
>> GR2=1000 0000 0000 0000のとき、AND GR1,GR2でGR1の符号ビットが取り出される
・XOR
>> 指定したビットを反転させる
>> GR2=1000 0000 0000 0000のとき、XOR GR1,GR2でGR1の符号ビットが反転される

14. 算術/論理シフト命令(SL,SR)A/L
 乗算するには左シフト命令(SL)を使用する。
・SLA GR1,3
>> GR1の値と2^3を乗算する
 除算するには右シフト命令(SR)を使用する。
・SRA GR1,4
>> GR1の値と2^4を除算する
 2^ｘで表すことのできない数で乗除算をしたい場合は、分配法則を利用する。
A * 12 = A * ( 8 + 4 ) = A * ( 2^3 + 2^2 ) = A * 2^3 + A * 2^2  Aの3シフト足すAの2シフト
 次のような変則的な演算も可能
SLA A,3 -> SRA A,1で左2シフトを表す
>> SLA A,3  LD B,A  SRA A,1  ADDA B,A  Aの3シフト足すAの2シフト
SLA A,2 -> SLA A,1で左シフト3を表す
>> SLA A,2  LD B,A  SLA A,1  ADDA B,A  Aの3シフト足すAの2シフト

15. スタックとは
・広大なメモリがPCの中には存在する。
・その広大なメモリの中から一時的に
確保した一部の領域をスタックという。
(大きさは決まっていない。
確保すればその分だけ大きくなる。)
・スタック領域の一番上のアドレスが
格納されているレジスタをSPという。
・スタックは後入れ先出し方式で、
最後に入れたものを最初に取り出す。
積み木を積んだり上から取り出したり
するのを想像してもらうのが
わかりやすいかもしれない。

16. スタックとは
・SPはあくまでスタック領域の一番上であり、
メモリの一番上ではなく
メモリの途中の一部である。
・自分が積んだスタック以外の番地に
どんなデータが入っているかは不明。
・メモリ領域は ”番地が小さいほうが上、
番地が大きいほうが下” と覚えよう。

17. スタックとは
・SP  SP - 1 をすることで
スタック領域が上へ広がる。
・①SP  SP – 1
②M(SP)  #????
という二つの処理を一つに
まとめたものがPUSH命令である。
(LADと同じくアドレスをそのまま扱います)
・PUSH命令によって
積み木のようにデータが積まれる様子が
想像できただろうか。

18. スタックとは
・同じように、
①GRn  M(SP)
②SP  SP + 1
を一つにまとめたものが
POP命令である。
・積み木の一番上を取り出す様子が
想像できただろうか。

19. Thank you.
以上となります。
(これからも更新していく予定です。)