ワンボードマイコンをつくろう！（パソコンの原点はここから始まった）
ＴＫ８０ソフトコンパチブル！８０８０、Ｚ８０マシン語からＢＡＳＩＣまでこれ１台でこなせます
当記事は２００９年１１月から「ＴＴＬでＣＰＵをつくろう！」というタイトルの もとにほとんど毎日連載をしてきたものを再編集したものです。 ２０１１．７．４
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☆整数ＢＡＳＩＣコンパイラ
ＮＤ８０ＺⅢには浮動小数点計算のできるＢＡＳＩＣ機能が搭載されていて、パソコンとＵＳＢ接続した環境で使うことができます。
ＮＤ８０ＺⅢに搭載されているＢＡＳＩＣはインタプリタですが、それとは別にＮＤ８０ＺⅢには整数ＢＡＳＩＣコンパイラも附属しています。

［第８３回］

●整数ＢＡＳＩＣコンパイラ（ＳＢＡＳＩＣ）の続きです

今回も前回に続いてＳＢＡＳＩＣについてのお話です。
前回はＩ／Ｏポートにパルスを出力する簡単なプログラムを、機械語（マシン語）、Ｚ８０ＢＡＳＩＣインタプリタ、そしてＳＢＡＳＩＣコンパイラでそれぞれ作って、実行した結果をオシロスコープで見てみました。

一番短い幅のパルスを出力する、といった意味合いのプログラムでしたから、それはそれなりに意味のあるプログラムですけれど、余りに簡単すぎました。
とにかくＯＵＴ文とＧＯＴＯ文しかありませんから、これではＢＡＳＩＣのありがたみもちょっと実感できそうにありません。

そこで今回はもう少し、といっても本当に少しだけなのですが、長いプログラムを作って、前回と同じようにオシロスコープで見て比較してみたいと思います。

前回と同じように、まずはＺ８０ＢＡＳＩＣです。

    10 OUT $83,$80
    20 A%=100
    30 B%=0
    40 OUT $80,0
    50 B%=B%+1:IF B%<=A% GOTO 50
    60 B%=0
    70 OUT $80,1
    80 B%=B%+1:IF B%<=A% GOTO 80
    90 GOTO 30

今回はパルスに幅を持たせました。
最初はＢ％＝０からスタートして、１ずつ加算して、Ｂ％＝１００になるまで、１００回加算を繰り返します。
Ｂ％＝１００になったら８２Ｃ５５のＡポートのビット０出力を反転し、またＢ％＝０からスタートして、Ｂ％＝１００になるまで、１００回加算を繰り返します。
Ｂ％＝１００になったら、また８２Ｃ５５のＡポートのビット０出力を反転し、これを繰り返します。

プログラムの実行結果です。

出力がＨ、Ｌの間にそれぞれ加算（Ｂ％＝Ｂ％＋１）と比較（ＩＦ）とＧＯＴＯ文を１００回繰り返しています。その実行時間は約１３０ｍｓｅｃです。

今度は機械語（マシン語）のプログラムです。
前回は１６進数の命令コードをダイレクトに入力しましたが、今回は数値の比較を行うところがありますから、Ｚ８０アセンブラを使うことにしました。

アセンブラのソースプログラムです。
メモ帳（ｎｏｔｅｐａｄ）で書きました。

;ASMTEST2 10.8.17
	ORG $8050
	VAP=$F440
	VBP=$F442
;
	LD A,80
	OUT (83),A
LOOP0:OUT (80),A
	LD DE,(VBP)
LOOP1:LD HL,(VAP)
	OR A
	INC DE
	SBC HL,DE
	JP NZ,LOOP1
	INC A
	JP LOOP0

今回のプログラムは、Ｚ８０ＢＡＳＩＣのサブルーチンとして書きました。
もっとも、この機械語プログラムの中でずっとループし続けますから、ＢＡＳＩＣプログラムにはリターンしませんけれど。
ＢＡＳＩＣのメインプログラムからＡ％の値とＢ％の値をもらいます。
Ｚ８０ＢＡＳＩＣは整数型の変数Ａ％～Ｚ％、文字型の変数Ａ＄～Ｈ＄を固定したメモリエリアに置いています。
Ａ％はＦ４４０、Ｂ％はＦ４４２にあります。
Ａ％～Ｚ％、Ａ＄～Ｈ＄のアドレスはいつも同じアドレスになっていますから、それらの変数の値を、ＢＡＳＩＣプログラムから機械語のサブルーチンに渡したり、その逆に機械語サブルーチンで処理した結果を、それらの変数エリアに書き込むことで、結果をＢＡＳＩＣのメインプログラムに渡すことができます。

プログラムはＤＥレジスタの値を＋１（インクリメント）して、その結果をＨＬレジスタの値と比較しています。
Ｚ８０には１６ビットの数を比較する命令はありませんから、ＤＥとＨＬとの比較を行うのに、減算命令ＳＢＣ　ＨＬ，ＤＥを利用しています。
その前にあるＯＲ　ＡはＳＢＣ　ＨＬ，ＤＥでキャーリーを引いてしまわないようにするために、キャリーをクリアする目的で使っています。

Ｚ８０アセンブラ（ＺＡＳＭ．ＣＯＭ）でアセンブルして機械語（マシン語）のバイナリファイルを作成します。


Ｚ８０ＢＡＳＩＣを起動して、バイナリファイルをロードします。

ＮＥＷコマンドはＢＡＳＩＣプログラムを格納する開始アドレスを指定するコマンドです。
Ｚ８０ＢＡＳＩＣが起動した直後は、ＢＡＳＩＣプログラムの格納開始アドレスは８００４になります。
今回は機械語のプログラムを８０５０から実行開始するように書きましたから、そのプログラムのロードするエリアを確保するために、ＮＥＷ，８１００を実行しています。
ＢＡＳＩＣのメインプログラムはＡ％とＢ％の値を定義して、機械語サブルーチンコール命令ＵＳＲ（）を実行するだけのプログラムです。
ＵＳＲ（）命令の（）の中には機械語サブルーチンのエントリアドレス（スタートするアドレス）を指定します。

実行結果です。

１００回の加算（インクリメント）と比較（減算）とジャンプ命令の実行時間は０．８ｍｓｅｃほどです。

そして、次はＳＢＡＳＩＣです。

'SBASIC TEST2 10/8/17
	ORG=$8004
	OUT $83,$80
*LOOP:B%=0
	OUT $80,0
*LOOP1:B%=B%+1:IF B%<=A% GOTO *LOOP1
	B%=0
	OUT $80,1
*LOOP2:B%=B%+1:IF B%<=A% GOTO *LOOP2
	GOTO *LOOP

ＢＡＳＩＣインタプリタのプログラムとほとんど同じです。

ＳＢＡＳＩＣコンパイラで機械語のバイナリファイルを作成します。

前回と同じように、コンパイルの結果作成されたバイナリファイルｓｂｔｅｓｔ２．ｂｉｎを逆アセンブラＺＤＡＳ．ＣＯＭで逆アセンブルしてみました。

逆アセンブルしてできたリストです。

8004 218300         LD HL,$0083
8007 4D             LD C,L
8008 218000         LD HL,$0080
800B ED69           OUT (C),L
800D 210000         LD HL,$0000
8010 2242F4         LD ($F442),HL
8013 218000         LD HL,$0080
8016 4D             LD C,L
8017 210000         LD HL,$0000
801A ED69           OUT (C),L
801C 2A42F4         LD HL,($F442)
801F E5             PUSH HL
8020 210100         LD HL,$0001
8023 D1             POP DE
8024 CD643E         CALL $3E64
8027 2242F4         LD ($F442),HL
802A 2A42F4         LD HL,($F442)
802D E5             PUSH HL
802E 2A40F4         LD HL,($F440)
8031 D1             POP DE
8032 B7             OR A
8033 ED52           SBC HL,DE
8035 CB7C           BIT 7,H
8037 210100         LD HL,$0001
803A 2803           JR Z,03
803C 2D             DEC L
803D 1802           JR 02
803F 7D             LD A,L
8040 B7             OR A
8041 C21C80         JP NZ,$801C
8044 210000         LD HL,$0000
8047 2242F4         LD ($F442),HL
804A 218000         LD HL,$0080
804D 4D             LD C,L
804E 210100         LD HL,$0001
8051 ED69           OUT (C),L
8053 2A42F4         LD HL,($F442)
8056 E5             PUSH HL
8057 210100         LD HL,$0001
805A D1             POP DE
805B CD643E         CALL $3E64
805E 2242F4         LD ($F442),HL
8061 2A42F4         LD HL,($F442)
8064 E5             PUSH HL
8065 2A40F4         LD HL,($F440)
8068 D1             POP DE
8069 B7             OR A
806A ED52           SBC HL,DE
806C CB7C           BIT 7,H
806E 210100         LD HL,$0001
8071 2803           JR Z,03
8073 2D             DEC L
8074 1802           JR 02
8076 7D             LD A,L
8077 B7             OR A
8078 C25380         JP NZ,$8053
807B C30D80         JP $800D
807E C9             RET

ソースプログラムは短いものでしたが、コンパイルの結果作成された機械語のプログラムはこんなに長いものになりました。

ＳＢＡＳＩＣコンパイラでバイナリファイルとともに作成されたｓｂｔｅｓｔ２．ｗｋファイルです。

0000 'SBASIC TEST2 10/8/17
0000 	ORG=$8004
8004 	OUT $83,$80
800D *LOOP:800D B%=0
8013 	OUT $80,0
801C *LOOP1:801C B%=B%+1:802A IF B%<=A% GOTO *LOOP1
8044 	B%=0
804A 	OUT $80,1
8053 *LOOP2:8053 B%=B%+1:8061 IF B%<=A% GOTO *LOOP2
807B 	GOTO *LOOP
807E

ＳＢＡＳＩＣコンパイラで作成された、機械語のバイナリファイルは、Ｚ８０ＢＡＳＩＣを起動してから、／ＬＤコマンドでメモリにロードします。

さきほどの機械語サブルーチンと同様に今回コンパイルの結果作成された機械語のプログラムもＢＡＳＩＣプログラムのサブルーチンとして実行します。
機械語サブルーチンは通常のＢＡＳＩＣプログラムが開始される８００４にロードされましたが、さきほどの機械語サブルーチンのテストのときに、ＢＡＳＩＣプログラムは８１００から作成して、それがそのまま残っていますから、今回の機械語プログラムを８００４からロードしても、ＢＡＳＩＣプログラムは破壊されずにちゃんと残っています。

実行した結果です。

最初のＢＡＳＩＣインタプリタのプログラムと同じように、１００回の加算と比較とＧＯＴＯが実行されていますが、４．４ｍｓｅｃほどです。
アセンブラで作成した機械語のプログラムは０．８ｍｓｅｃでしたから、それよりは遅いのですけれど、インタプリタのプログラムは１３０ｍｓｅｃでしたから、それと比較すれば、桁違いに速い、ということが言えます。
ＣＰＵをつくろう！第５８５回（２０１０．８．１７ｕｐｌｏａｄ）を再編集

ワンボードマイコンをつくろう！［第８３回］
２０１１．７．４ｕｐｌｏａｄ

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