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as-2. メモリと CPU
1
金子邦彦
(68000 アセンブラ)
URL: https://www.kkaneko.jp/cc/as/index.html
x と y の加算
• 簡単な例として,次の例を考える
y
x
z 

但し,この例題では,
x, y, z はワードサイズ(2バイト)の整数データ
アセンブラ
プログラム
ファイル
テキストエディタなど
で記述. add.s など
アセンブラ
m68k-as など
HEX
ファイル
add.abs など
これは
ファイル
HEX ファイルは,メモリのどこ
に何を置くかを書いたファイル
メモリの中身
メモリにロード
HEX ファイルの例
S0 06 0000484452 1B
S2 14 000000 303900000018D0790000001A33C00000 14
S2 0C 000010 001C40484E720000 7F
S2 0A 000018 000A00140000 BF
S5 03 0003 F9
S8 04 000000 FB
ステータスレコード(ファイル名など)
データレコード
データレコード: メモリにロードされるべき中身
その他のレコード: 管理情報
データレコード数
終了を示す
S0 06 0000484452 1B
S2 14 000000 303900000018D0790000001A33C00000 14
S2 0C 000010 001C40484E720000 7F
S2 0A 000018 000A00140000 BF
S5 03 0003 F9
S8 04 000000 FB
チェックサム
バイト数
メモリアドレス
データの中身
メモリの中身
①
①
メモリにロード
②
②
③
③
S0 06 0000484452 1B
S2 14 000000 303900000018D0790000001A33C00000 14
S2 0C 000010 001C40484E720000 7F
S2 0A 000018 000A00140000 BF
S5 03 0003 F9
S8 04 000000 FB
1. メモリエリアの割り当て
x → 0x000018
y → 0x00001a
z → 0x00001c
2. HEX ファイル中に初期値
を入れる
アセンブラ
プログラム
ファイル
HEX
ファイル
データ部(.data)について,
HEX ファイル生成時に行われる
こと
S0 06 0000484452 1B
S2 14 000000 303900000018D0790000001A33C00000 14
S2 0C 000010 001C40484E720000 7F
S2 0A 000018 000A00140000 BF
S5 03 0003 F9
S8 04 000000 FB
各命令が数値化されて
HEX ファイルに入る
プログラム本体(.text)について,
HEX ファイル生成時に行われる
こと
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メモリの中身
①
① ②
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③
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③ ④
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⑤
ここまでのまとめ
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68000アセンブラ言語
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等価
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x y
ここでは,x, y, z はともに2バイト
のデータ
y
x
z 

z
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ここでは,x, y, z はともに2バイト
のデータ x y z
68000アセンブラ言語
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68000アセンブラ言語
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メモリの中身
68000アセンブラ言語
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初から「10(10進数)」にしておく.
x というラベルを付ける」という指示
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初は「20(10進数)」にしておく.
y というラベルを付ける」という指示
プログラム全体をメモリ上に
ロードした時点で,x, y, z の値がセットされる
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初は「0(10進数)」にしておく.
z というラベルを付ける」という指示
68000アセンブラ言語
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初から「10(10進数)」にしておく.
x というラベルを付ける」という指示
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初は「20(10進数)」にしておく.
y というラベルを付ける」という指示
プログラム全体をメモリ上に
ロードした時点で,x, y, z の値がセットされる
「2バイトをデータエリア内に確保.
最初は「0(10進数)」にしておく.
z というラベルを付ける」という指示
プログラム本体
この理解には,CPU とメモリの
振る舞いを「頭の中にイメージ
できる」練習を必要とする
この授業では,
10進数は
10, 20 のように
16進数は
0x0a, 0x14 のように書く
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
コンピュータのハードウエア構成
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
CPU
コンピュータ全体の制御,演算を行
う LSI チップ
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
デジタルデータの記憶を行うLSI
チップ
デジタルデータを覚えさせたり,取
り出したりの機能がある
メモリ
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
CPU
メモリ
CPU,メモリ間で
デジタルデータが
やり取りされる
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
ア
ド
レ
ス
デ
ー
タ
アドレスは,
読み書きしたい
データの場所
メモリ (RAM)
アドレスバス (address bus)
データバス (data bus)
コントロールバス
(control bus)
R/W
R: Read
W: Write
CPU
メモリ (RAM)
R/W
① リード信号
① アドレス
メモリからのデータ読み出し
① メモリに,リード信号と
アドレスを与えると
② データが読み出される
② データ
CPU
アドレス「0x1a」
アドレス0x1a, 0x1bの
メモリをオン
この図では,2バイト単位で読み出し
2バイト分
のデータ
メモリ (RAM)
① アドレス
メモリへのデータ書き込み
① メモリに,アドレスとデータを
与えると
① データ
CPU
アドレス「0x1c」 2バイト分
のデータ
この図では,2バイト単位で書き込み
前のデータは
消える(上書き)
② データが書き込まれる
R/W
① ライト信号
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
補助記憶装置
アドレス データ
メモリからCPUへの読み出し
CPU
メモリ
入
力
装
置
出
力
装
置
補助記憶装置
補助記憶装置
アドレス データ
CPUからメモリへの書き込み
(RAM)
アドレスバス (address bus)
データバス (data bus)
コントロールバス
(control bus)
R/W
など
R: Read
W: Write
CPU
メモリ
算術演算ユニット
Arithmetic and Logic Unit
CPU アドレスバス
データバス
メモリ
R/W
命令レジスタ
Instruction Register
命令デコーダ
Instruction Decoder
制御系
Control Unit
プログラムカウンタ
Program Counter
+命令長
レジスタ
Registers
算術演算ユニット
Arithmetic and Logic Unit
CPU アドレスバス
データバス
メモリ
R/W
命令レジスタ
Instruction Register
命令デコーダ
Instruction Decoder
制御系
Control Unit
レジスタ
Registers
プログラムカウンタ
Program Counter
プログラム命令の
解読
算術演算,論理
演算などの実行
データ等の記憶,
システムスタック
の管理,
比較の結果の保存
次に実行すべき
プログラム命令の
メモリアドレスを記憶
CPU
レジスタ
Registers
プログラムカウンタ
Program Counter
アセンブラプログラムでは,レジスタ,
プログラムカウンタの「名称」が現れる
この中身はCPUの種類によって異なる
CPU 68000 では
1. データレジスタ
2. アドレスレジスタ
3. ユーザスタックポイ
ンタ, スーパバイザス
タックポインタ
4. ステータスレジスタ
レジスタ
Registers
プログラムカウンタ
Program Counter
レジスタは4種類
レジスタは,CPUの中にあって,データや制御情報等の
一時格納を行う(一種のメモリ)
CPU 68000 では
データ
レジスタ
(data
registers)
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
31 16 15 8 7 0
アドレス
レジスタ
(address
registers)
A0
A1
A2
A3
A4
A5
A6
31 16 15 0
31 16 15 0
A7
A7
ユーザ
スタックポインタ
スーパバイザ
スタックポインタ
(user stack
pointer,
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pointer)
31 24 23 0
プログラム
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(program
counter)
15 8 7 0
ステータス
レジスタ
(status
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CCR
PC
同じ名前(間違いで
はない)SPとも書く
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32ビット長
32ビット長
32ビット長
16ビット長
32ビット長
算術演算ユニット
Arithmetic and Logic Unit
CPU アドレスバス
データバス
メモリ
R/W
命令レジスタ
Instruction Register
命令デコーダ
Instruction Decoder
制御系
Control Unit
プログラムカウンタ
Program Counter
+命令長
レジスタ
Registers
このデータと
このデータを
足して
ここに入れたい
算術演算ユニット
Arithmetic and Logic Unit
CPU アドレスバス
データバス
レジスタ
Registers
メモリ
今回は,メモリから読み込んで
来たデータの一時格納に使用
今回は,加算に使用
アドレス0x1a
アドレス 0x1a, 0x1b
のメモリをオンに
(今回は d0 を使用)
データレジスタ d0
に格納
アドレス0x1a
アドレス 0x1a, 0x1b
のメモリをオンに
データレジスタ d0
に格納
データが転送された
アドレス0x1c
アドレス 0x1c, 0x1d
のメモリをオンに
2つのデータが
算術演算ユニットに
与えられる
結果が d0 に入る
アドレス0x1e
アドレス 0x1e, 0x1f
のメモリをオンに
メモリ読み出し
→ データレジスタ d0 に格納
1ワードの読み出し
データレジスタ長は4バイト
なので,d0 の下位2バイトに
入る
メモリ読み出し
→ データレジスタ d0 との加算
→ 加算の結果はd0に格納
メモリ書き込み
→ データレジスタ d0 の中身
を書き込む
1ワードの書き込み
データレジスタ長は4バイト
なので,d0 の下位2バイトが
書き込まれる
68000 アセンブラ言語
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