｜ ｜ ＼ Ｓ−ＯＳ講座・第７回「Ｚ８０：スタックとサブルーチン」 ／ ・光陰矢のごとし！恐るべきは時の流れ哉（このタイトル２回目） 　約２年ぶりのごぶさたでしたが（２年も空けて当講座の実用性が疑わしいところでは ある），みなさん寒いなかいかがお過ごしでしょうか．私のほうは，精神性疾患で仕事 を休みはじめてはや１年と１０か月，本当に時の過ぎ去るのは速いですね． 　さて今回は，メモリの操作上重要な スタック操作命令 と，その応用である サブルーチン について学習します． ・スタックとは．．． 　さて今まで，メモリの操作方法として，「直接アドレッシング」や「ＨＬレジスタ間 接アドレッシング」などを学んできましたが，今回学ぶ「スタック」というのは ＳＰ（スタックポインタ）レジスタ をポインタとして使用し，ＬＩＦＯ（Last In First Out:後入れ先出し）バッファを実 現する仕組みです．ＬＩＦＯとは，ある入れ物（コンピュータの場合は，メモリ）に数 値１，２，３を順番に入れ（ＰＵＳＨ）たとすると，取り出す（ＰＯＰ）ときは順序が 逆になって３，２，１の順で取り出すことができるという意味です．これをメモリとＳ Ｐレジスタで実現すると次のようになります． （１）空の状態 メモリ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ＳＰ→ ￣￣￣￣ （底を指している） （２）１，２，３と入れる メモリ ｜ ｜ （ＰＵＳＨ） ＳＰ→｜ ３ ｜（数値「３」を指している） ｜ ２ ｜ ｜ １ ｜ ￣￣￣￣ （３）１つ取り出す メモリ ｜ ｜ （ＰＯＰ） ｜ ３→→取り出し ＳＰ→｜ ２ ｜ ｜ １ ｜ ￣￣￣￣ （４）もう１つ取り出す メモリ ｜ ｜ （ＰＯＰ） ｜ ｜ ｜ ２→→取り出し ＳＰ→｜ １ ｜ ￣￣￣￣ ＨＬレジスタ間接では，このような操作を行なうには，INC HL や DEC HL を用いて指示 するアドレスの更新をしなければなりませんが，ＳＰレジスタを使えば，データの出し 入れにしたがって，ＳＰレジスタの値が自動的に上下するので便利です． 　Ｚ８０のＰＵＳＨ／ＰＯＰ命令では，レジスタペアの単位でメモリに出し入れします ので，次の命令のように出し入れするデータはレジスタペアで指定します． ＰＵＳＨ　ＨＬ ＰＵＳＨ　ＢＣ ＰＵＳＨ　ＤＥ 　Ａレジスタの場合だけ特殊で，次のようにフラグレジスタ（ＣフラグやＺフラグが入 っている８ビットのレジスタ）とのペアで出し入れします． ＰＵＳＨ　ＡＦ ただし，ＳＰレジスタは，システムでも使用されています（ＲＥＴ命令の戻り先とか） ので，内容を書き換える時は，メモリの適当な場所（または，他のレジスタ）に値を退 避しておいて，ＲＥＴ時に元に戻す必要があります． 【プログラム】スタックに値を積んでみる． ラベル ニモニック コメント -------+-------+----------------+----------------------------------------- ORG 8000H ; ８０００Ｈより始めよ LD (SPWK),SP ; ＳＰの内容を退避 XOR A ; Acc=0 , Cy=0 , Z=1 , P/V = 1 LD SP,8040H ; スタックの「底」を8040H番地とする LD A,12H LD BC,3456H LD DE,7890H LD HL,0ABCDH PUSH AF PUSH BC PUSH DE PUSH HL LD SP,(SPWK) ; ＳＰの内容を復帰 RET SPWK: DEFS 2 ; ＳＰレジスタの退避場所 -------+-------+----------------+----------------------------------------- 因みに，DEFS 命令は疑似命令の一種で，それが書かれているアドレスから数値分のスペ ース（バイト）を確保します． 　では，実際にアセンブル，実行してみましょう． A>A OBJECT CODE END 80ID A>J8000 A>D8000 :8000 ED 73 1C 80 AF 30 40 80 : :8018 7B 1C 80 C9 nn mm .. .. : :8038 CD AB 90 78 56 34 44 12 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ Ｌ Ｈ Ｅ Ｄ Ｃ Ｂ Ｆ Ａ このように，メモリの上位から下位に向かってスタックが積み上げられているのが分か りますね． 　余談になりますが，以前学んだＣフラグやＺフラグは，直接値を他のレジスタに入れ ることはできませんが，ＰＵＳＨ　ＡＦでスタック上に値を取り出すことができます． Ｆレジスタは８ビットのレジスタですが，うち６ビットが意味を持っていて，次のよう な配列になっています． ＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋ ｜ Ｓ ｜ Ｚ ｜ -- ｜ Ｈ ｜ -- ｜P/V ｜ Ｎ ｜ Ｃ ｜ ＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋――＋ ・Ｓ（サイン）フラグ 　算術演算を実行した時の演算結果の符号（＋：０，−：１）が入ります． ・Ｚ（ゼロ）フラグ 　演算結果が零ならば１，それ以外なら０が入ります． ・Ｈ（ハーフキャリ）フラグ 　演算結果の下位４ビットで桁上がりが生じた場合，１となります． ・P/V（パリティ／オーバフロー）フラグ 　論理演算を実行した時は，演算結果のビットが「１」の数によって，偶数な 　らば１が，奇数ならば０が入ります． 　算術演算を実行した時は，桁あふれが生じた場合に１，それ以外なら０が入 　ります． ・Ｎ（減算）フラグ 　減算命令を実行したとき１が，それ以外の演算命令を実行した時０が入りま 　す． ・Ｃ（キャリ）フラグ 　演算を実行した結果，桁上がりが生じた時に１，それ以外なら０が入ります｡ プログラムでは，３行目のＸＯＲ命令がフラグに反映され，Ｆレジスタの内容が 44H = 0100 0100B …… ＺフラグとＰ／Ｖフラグがセット となっていることがわかります（因みに XOR A は，Ａレジスタをクリアする時に多用さ れます）． 【プログラム】スタックから値を取り出してみる． ラベル ニモニック コメント -------+-------+----------------+----------------------------------------- _PRTHL EQU 1FBEH ; ＨＬの内容を１６進表示 ORG 8000H ; ８０００Ｈより始めよ XOR A ; Acc=0 , Cy=0 , Z=1 , P/V = 1 LD A,12H LD BC,3456H LD DE,7890H LD HL,0ABCDH PUSH AF ; スタックに値を積む PUSH BC PUSH DE PUSH HL POP HL ; １つ取り出し CALL _PRTHL ; 表示 POP HL CALL _PRTHL POP HL CALL _PRTHL POP HL CALL _PRTHL RET -------+-------+----------------+----------------------------------------- 　実行結果は次のようになります． A>A OBJECT CODE END 8020 A>J8000 ABCD789034561244 A> とまあ，奇麗に逆順に表示されますね． 　このプログラムのように，ＳＰレジスタを退避しない場合は，Ｓ−ＯＳのモニタが割 り当てたスタックを使うことになります．その場合，１つのプログラムで，ＰＵＳＨと ＰＯＰの数を同じにしてください．数が違うと，ＲＥＴ命令で暴走します．なぜなら， ＣＡＬＬ命令やＲＥＴ命令でも同じスタックを使用しているからです．くわしくは次の 項目で取り上げます． 　動作的には，ＰＵＳＨ命令やＰＯＰ命令は，次のように書き表すことができるでしょ う．注意しておきたいのは，ＰＵＳＨはＳＰを−１してから値を書く（プレデクリメン ト）のに対して，ＰＯＰは値を読んでからＳＰを＋１して（ポストインクリメント）い る点です． ＰＵＳＨ　ＨＬ　　→　　ＤＥＣ　ＳＰ ＬＤ　　（ＳＰ），Ｈ ＤＥＣ　ＳＰ ＬＤ　　（ＳＰ），Ｌ ＰＯＰ　　ＨＬ　　→　　ＬＤ　　（ＳＰ），Ｌ ＩＮＣ　ＳＰ ＬＤ　　（ＳＰ），Ｈ ＩＮＣ ＳＰ ・サブルーチンの例 　今までもＳ−ＯＳのサブルーチンを呼び出すために，ＣＡＬＬ命令を何となく使って きましたが，実はＣＡＬＬ命令ではスタックに戻り先アドレスを積み，ＲＥＴ命令では スタックから戻り先アドレスを取りだしているのです．動作的には ＣＡＬＬ　ｎｎ　　→　　ＤＥＣ　ＳＰ ＬＤ　　（ＳＰ），ＰＣH ＤＥＣ　ＳＰ ＬＤ （ＳＰ），ＰＣL ＪＰ　　ｎｎ ＲＥＴ →　　ＬＤ　　（ＳＰ），ＰＣL ＩＮＣ　ＳＰ ＬＤ　　（ＳＰ），ＰＣH ＩＮＣ　ＳＰ と実行していることになります． 　もちろん呼び出す相手はＳ−ＯＳのサブルーチンだけでなく，自分の作ったプログラ ムでもよいわけです．それではプログラム例を見てみましょう． 【プログラム】ＨＬ←ＨＬ＋Ａを実行するサブルーチン． ラベル ニモニック コメント -------+-------+----------------+----------------------------------------- _PRTHL EQU 1FBEH ; ＨＬの内容を１６進表示 ORG 8000H ; ８０００Ｈより始めよ MAIN: LD A,99H ; メインプログラム LD HL,7788H CALL HLADDA CALL _PRTHL RET ; モニタへ戻る HLADDA: ; サブルーチン PUSH AF ; Ａレジの内容を退避 ;* ADD A,L ; 下位８ビットの計算 LD L,A LD A,H ; 上位　　　〃 ADC A,0 LD H,A POP AF ; Ａレジの内容を復帰 RET ; メインへ戻る -------+-------+----------------+----------------------------------------- ＊印を通過した時のスタックの状態は， ＳＰ→｜ nm ｜……Ｆ ｜ 99 ｜……Ａ ｜ 08 ｜……メインヘの戻り先アドレス． ｜ 80 ｜ ｜ ?? ｜……モニタへの戻り先アドレス． ｜ ?? ｜ このようにスタックには，ＰＵＳＨ命令で退避されたデータやＣＡＬＬ命令によって積 まれたアドレスが混在していますので，ＰＵＳＨ命令でストアされたアドレスにＲＥＴ したり，ＣＡＬＬ命令でストアされたアドレスをＰＯＰで取り出したりすることもでき ます（テクニックの一種）．もちろん間違えると暴走の元となりますが． 　またこのプログラムのサブルーチン部にあるように，サブルーチンの先頭でＰＵＳＨ して末尾でＰＯＰするというのは実際よく使います．「今Ａレジには大事なデータが入 っているから内容を書き換えたくない」場合など，内容を一時的にスタックへ保存して Ｚ８０のレジスタを有効に使うために用いられます． ・サブルーチンのネスティング 　実際のプログラミングではサブルーチンからサブルーチンを呼び出すことが頻繁にあ ります．そのような時でもスタックを使えば容易にプログラムを作成することができま す．例を見てみましょう． 【プログラム】ＨＬ←Ａ＊Ｂを実行するサブルーチン．（簡単型） ラベル ニモニック コメント -------+-------+----------------+----------------------------------------- _PRTHL EQU 1FBEH ; ＨＬの内容を１６進表示 ORG 8000H ; ８０００Ｈより始めよ MAIN: LD A,34H ; メインプログラム LD B,56H CALL MULAB CALL _PRTHL RET MULAB: LD HL,0 ; サブルーチン PUSH AF LD A,B OR A ; Ｂ＝０か？ JR NZ,M0 POP AF RET M0: POP AF M1: CALL HLADDA DJNZ M1 RET HLADDA: ; サブルーチンのサブルーチン PUSH AF ; Ａレジの内容を退避 ADD A,L ; 下位８ビットの計算 LD L,A LD A,H ; 上位　　　〃 ADC A,0 LD H,A POP AF ; Ａレジの内容を復帰 RET -------+-------+----------------+----------------------------------------- MULAB では，Ｂレジが０ならＨＬ＝０で終わり．そうでなければＢの回数分だけＨＬに Ａを足しこんでいます（HLADDAの中身にはそれほど関知する必要はない）．Ｂレジの値 を直接調べる命令はないので，一旦Ａレジを退避させておいて，OR A で０かどうか調べ ています．OR A はＡとＡのＡＮＤを計算するという一見意味のなさそうな命令ですが， 演算結果がフラグに反映されますので，Ａレジが０であるか調べたり，Ｃフラグをリセ ットしたりするのによく使われます． 　このプログラムではＢレジの大きさが大きい程，計算に時間がかかってしまいますが 次回には効率良く掛け算や割り算を実行できる，シフト命令を紹介したいと思います． （できれば，インデックスレジスタ関連やブロック転送，サーチなどもやりたいな） （ＥＯＦ）