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。 ２０１１．７．７
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☆ルート計算プログラム
ＮＤ８０ＺⅢをご購入いただいたお客様からＴＫ－８０応用プログラムを送っていただきました。
プログラムを解析する過程でＮＤ８０ＺⅢ組立キットに附属しているＺ８０アセンブラ、Ｚ８０逆アセンブラを使います。それらのプログラムの使用例としても参考になると思います。

［第１１６回］

●ルート計算プログラム（ＴＫ－８０応用プログラム）（その４）

前回はＴＫ－８０用に書かれたルート計算プログラムのサブルーチンＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２の中で使われている
ＲＬＡ
ＡＮＤ　０１
という命令について、「実に巧妙なテクニックです」と書きました。

実は昨晩そのように書きまして、ホームページにＵＰしてから、帰宅するため夜道を歩いていましたら、
「あれま、私としたことが」
思い違いをしてしまったことに気が付きました。

巧妙なテクニックではありませんでした。
そのようなプログラムになったのは、おそらくこのプログラムを書いた方が思い違いをされたためだと思います。
おかしなことをやってるなあ、と思ったものですから、
「それにはきっとそれなりの訳があるに違いない」
とまあそのように考えて、それで、つい乗せられてしまいました。

ＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンのプログラムリストです。

              ;
              ; HIKUSU=HIKUSU+2
              ;
8093 0603     HIKUSUADD2:LD B,03
8095 21B382         LD HL,HIKUSU78
8098 7E             LD A,(HL)
8099 C602           ADD A,02
809B 27             DAA
809C 77             LD (HL),A
809D 17       HIKUSUADD2_2:RLA
809E E601           AND 01
80A0 2B             DEC HL
80A1 86             ADD A,(HL)
80A2 27             DAA
80A3 77             LD (HL),A
80A4 05             DEC B
80A5 C29D80         JP NZ,HIKUSUADD2_2
80A8 C9             RET

アドレス８０９Ｄ以下の部分は、その前の、アドレス８０９９の
ＡＤＤ　Ａ，０２
ＤＡＡ
およびアドレス８０Ａ１の
ＡＤＤ　Ａ，（ＨＬ）
ＤＡＡ
の計算の結果、上位桁へのキャリーが発生した場合にその繰り上げを計算するためのパートです。
それなら、普通は

              ;
              ; HIKUSU=HIKUSU+2
              ;
8093 0603     HIKUSUADD2:LD B,03
8095 21B382         LD HL,HIKUSU78
8098 7E             LD A,(HL)
8099 C602           ADD A,02
809B 27             DAA
809C 77             LD (HL),A
809D 2B       HIKUSUADD2_2:DEC HL
809E 7E             LD A,(HL)
809F CE00           ADC A,00
80A1 27             DAA
80A2 77             LD (HL),A
80A3 05             DEC B
80A4 C29D80         JP NZ,HIKUSUADD2_2
80A7 C9             RET

というように書けばよいはずです。
じつは、そのように書いてから、たった今気がついたのですが、このルート計算プログラムには同じような計算をしているところが他にもあって、そこではちゃんとごく普通のプログラムになっています。

              ;
              ;TISU=TISU-HIKUSU
              ;
8070 21B382   HIKIZAN:LD HL,HIKUSU78
8073 11AF82         LD DE,TISU78
8076 0604           LD B,04
8078 AF             XOR A
8079 1A       HIKIZAN_2:LD A,(DE)
807A 9E             SBC A,(HL)
807B 27             DAA
807C 12             LD (DE),A
807D 2B             DEC HL
807E 1B             DEC DE
807F 05             DEC B
8080 C27980         JP NZ,HIKIZAN_2
8083 C9             RET

むむむ。
これは一体どういうことなのでしょう。
はて、このように普通に書いてあるところもあるということになりますと、先ほどのＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンの書き方はいよいよもって理解しがたいことになります。
が。
多分、ＤＡＡで発生したキャリーフラグが、そのあとで実行されるＤＥＣ　Ｂによって影響を受けてしまうのではないかと、つい思い違いをしてしまったのではないか、としか思えません。
ＲＬＡ命令を実行すると、Ａレジスタの値がキャリーフラグを含めて左にローテイトします。
Ａレジスタのビット７がキャリーフラグに入って、キャリーフラグの値がＡレジスタのビット０に入れられます。
その後で、ＡＮＤ　０１を実行すると、キャリーフラグが立っていたときにはＡレジスタの値が０１になり、キャリーフラグが立っていなかったときには、Ａレジスタの値は００になります。
ですからその後で
ＤＥＣ　ＨＬ
ＡＤＤ　Ａ，（ＨＬ）
とすることで、確かに下位桁からの繰り上げが上位桁に伝わります。

しかし。
ここは、わざわざそんなことをしなくても、普通に書けばいいのです。
８０８０、Ｚ８０では、８ビットレジスタＡ～Ｌに対するＤＥＣ、ＩＮＣ命令は、キャリーフラグだけは変化しないのです。


［出典］Ｉｎｔｅｌ社「８０８０　Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｕｓｅｒ’ｓ　Ｍａｎｕａｌ　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　１９７５」

８０８０のＭａｎｕａｌですから、ＩＮＲ、ＤＣＲ命令になっていますが、８０８０でもＺ８０でも命令としての動作は同じです。
Ｎｏｔｅ：のところにちゃんと書いてあります。
Ａｌｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｆｌａｇｓ　ｅｘｃｅｐｔ　ＣＹ　ａｒｅ　ａｆｆｅｃｔｅｄ．
です。

●ＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンを直しました

ということで、ＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンを直しました。
変更後のソースプログラムです。

;;; root program for ND80Z3
;;; for ND80Z monitor
; 2010/11/08 11/09 11/10
;
      ORG $8000
;
      SEGCG=$05C0
      KEYIN=$0616
;
      LEDDP1=$FFF4
      LEDDP3=$FFF6
;
      LED1=$FFF8
      LED2=$FFF9
      LED3=$FFFA
      LED4=$FFFB
      LED5=$FFFC
;
      TISU12=$82AC
      TISU78=$82AF
      HIKUSU78=$82B3
      KOTAE12=$82B4
      KOTAE34=$82B5
;
START:LD B,0A
      LD HL,TISU12
      XOR A
;
;TISU CLEAR
;
TISUCLR:LD (HL),A
      INC HL
      DEC B
      JP NZ,TISUCLR
;
;TISU KEYIN
;
      CALL KEYIN
      RLCA
      RLCA
      RLCA
      RLCA
      LD HL,TISU12
      LD (HL),A
      PUSH HL
      CALL KEYIN
      POP HL
      ADD A,(HL)
      LD (HL),A
      LD A,(HL)
      LD DE,LEDDP1
      LD (DE),A
;
;KEISAN START
;
      LD A,01
      LD (HIKUSU78),A
KEISAN_LOOP:CALL HIKIZAN
      JP C,KEISAN_END
      CALL KOTAE_ADD1
      CALL HIKUSUADD2
      JP KEISAN_LOOP
;
;KEKKA NO HYOJI
;
KEISAN_END:LD HL,KOTAE12
      LD B,02
      LD DE,LEDDP3
HYOJI_LOOP:LD A,(HL)
      LD (DE),A
      INC HL
      INC DE
      DEC B
      JP NZ,HYOJI_LOOP
      CALL SEGCG
;
;LED HYOJI O HENSYU SURU
;
      LD HL,LED3
      LD DE,LED2
      LD A,(DE)
      LD (HL),A
      LD HL,LED2
      LD DE,LED1
      LD A,(DE)
      LD (HL),A
      LD HL,LED4
      LD A,48;"="
      LD (HL),A
      LD HL,LED1
      LD A,0E;"root"
      LD (HL),A
      LD HL,LED5
      LD A,80;"."
      OR (HL)
      LD (HL),A
      JP START
;
;subroutine
;
;
;TISU=TISU-HIKUSU
;
HIKIZAN:LD HL,HIKUSU78
      LD DE,TISU78
      LD B,04
      XOR A
HIKIZAN_2:LD A,(DE)
      SBC A,(HL)
      DAA
      LD (DE),A
      DEC HL
      DEC DE
      DEC B
      JP NZ,HIKIZAN_2
      RET
;
;KOTAE_ADD1
;
KOTAE_ADD1:LD HL,KOTAE34
      LD A,(HL)
      ADD A,01
      DAA
      LD (HL),A
      DEC HL
      LD A,(HL)
      ADC A,00
      DAA
      LD (HL),A
      RET
;
; HIKUSU=HIKUSU+2
;
HIKUSUADD2:LD B,03
      LD HL,HIKUSU78
      LD A,(HL)
      ADD A,02
      DAA
      LD (HL),A
HIKUSUADD2_2:DEC HL
      LD A,(HL)
      ADC A,00
      DAA
      LD (HL),A
      DEC B
      JP NZ,HIKUSUADD2_2
      RET

Ｚ８０アセンブラＺＡＳＭでアセンブルして作成されたアセンブルリストです。

2010/11/10  8:32  root4.txt
END=80A7
              ;;; root program for ND80Z3
              ;;; for ND80Z monitor
              ; 2010/11/08 11/09 11/10
              ;
                    ORG $8000
              ;
                    SEGCG=$05C0
                    KEYIN=$0616
              ;
                    LEDDP1=$FFF4
                    LEDDP3=$FFF6
              ;
                    LED1=$FFF8
                    LED2=$FFF9
                    LED3=$FFFA
                    LED4=$FFFB
                    LED5=$FFFC
              ;
                    TISU12=$82AC
                    TISU78=$82AF
                    HIKUSU78=$82B3
                    KOTAE12=$82B4
                    KOTAE34=$82B5
              ;
8000 060A     START:LD B,0A
8002 21AC82         LD HL,TISU12
8005 AF             XOR A
              ;
              ;TISU CLEAR
              ;
8006 77       TISUCLR:LD (HL),A
8007 23             INC HL
8008 05             DEC B
8009 C20680         JP NZ,TISUCLR
              ;
              ;TISU KEYIN
              ;
800C CD1606         CALL KEYIN
800F 07             RLCA
8010 07             RLCA
8011 07             RLCA
8012 07             RLCA
8013 21AC82         LD HL,TISU12
8016 77             LD (HL),A
8017 E5             PUSH HL
8018 CD1606         CALL KEYIN
801B E1             POP HL
801C 86             ADD A,(HL)
801D 77             LD (HL),A
801E 7E             LD A,(HL)
801F 11F4FF         LD DE,LEDDP1
8022 12             LD (DE),A
              ;
              ;KEISAN START
              ;
8023 3E01           LD A,01
8025 32B382         LD (HIKUSU78),A
8028 CD7080   KEISAN_LOOP:CALL HIKIZAN
802B DA3780         JP C,KEISAN_END
802E CD8480         CALL KOTAE_ADD1
8031 CD9380         CALL HIKUSUADD2
8034 C32880         JP KEISAN_LOOP
              ;
              ;KEKKA NO HYOJI
              ;
8037 21B482   KEISAN_END:LD HL,KOTAE12
803A 0602           LD B,02
803C 11F6FF         LD DE,LEDDP3
803F 7E       HYOJI_LOOP:LD A,(HL)
8040 12             LD (DE),A
8041 23             INC HL
8042 13             INC DE
8043 05             DEC B
8044 C23F80         JP NZ,HYOJI_LOOP
8047 CDC005         CALL SEGCG
              ;
              ;LED HYOJI O HENSYU SURU
              ;
804A 21FAFF         LD HL,LED3
804D 11F9FF         LD DE,LED2
8050 1A             LD A,(DE)
8051 77             LD (HL),A
8052 21F9FF         LD HL,LED2
8055 11F8FF         LD DE,LED1
8058 1A             LD A,(DE)
8059 77             LD (HL),A
805A 21FBFF         LD HL,LED4
805D 3E48           LD A,48;"="
805F 77             LD (HL),A
8060 21F8FF         LD HL,LED1
8063 3E0E           LD A,0E;"root"
8065 77             LD (HL),A
8066 21FCFF         LD HL,LED5
8069 3E80           LD A,80;"."
806B B6             OR (HL)
806C 77             LD (HL),A
806D C30080         JP START
              ;
              ;subroutine
              ;
              ;
              ;TISU=TISU-HIKUSU
              ;
8070 21B382   HIKIZAN:LD HL,HIKUSU78
8073 11AF82         LD DE,TISU78
8076 0604           LD B,04
8078 AF             XOR A
8079 1A       HIKIZAN_2:LD A,(DE)
807A 9E             SBC A,(HL)
807B 27             DAA
807C 12             LD (DE),A
807D 2B             DEC HL
807E 1B             DEC DE
807F 05             DEC B
8080 C27980         JP NZ,HIKIZAN_2
8083 C9             RET
              ;
              ;KOTAE_ADD1
              ;
8084 21B582   KOTAE_ADD1:LD HL,KOTAE34
8087 7E             LD A,(HL)
8088 C601           ADD A,01
808A 27             DAA
808B 77             LD (HL),A
808C 2B             DEC HL
808D 7E             LD A,(HL)
808E CE00           ADC A,00
8090 27             DAA
8091 77             LD (HL),A
8092 C9             RET
              ;
              ; HIKUSU=HIKUSU+2
              ;
8093 0603     HIKUSUADD2:LD B,03
8095 21B382         LD HL,HIKUSU78
8098 7E             LD A,(HL)
8099 C602           ADD A,02
809B 27             DAA
809C 77             LD (HL),A
809D 2B       HIKUSUADD2_2:DEC HL
809E 7E             LD A,(HL)
809F CE00           ADC A,00
80A1 27             DAA
80A2 77             LD (HL),A
80A3 05             DEC B
80A4 C29D80         JP NZ,HIKUSUADD2_2
80A7 C9             RET
HIKIZAN      =8070  HIKIZAN_2    =8079  HIKUSU78     =82B3  
HIKUSUADD2   =8093  HIKUSUADD2_2 =809D  HYOJI_LOOP   =803F  
KEISAN_END   =8037  KEISAN_LOOP  =8028  KEYIN        =0616  
KOTAE12      =82B4  KOTAE34      =82B5  KOTAE_ADD1   =8084  
LED1         =FFF8  LED2         =FFF9  LED3         =FFFA  
LED4         =FFFB  LED5         =FFFC  LEDDP1       =FFF4  
LEDDP3       =FFF6  SEGCG        =05C0  START        =8000  
TISU12       =82AC  TISU78       =82AF  TISUCLR      =8006

念の為に、変更後のプログラムをＮＤ８０ＺⅢで実行してみましたが、もとのプログラムと全く同じ結果が表示されました。

●ＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンを検証してみました

８０８０　Ｍａｎｕａｌの記載と、そのように変更して実行してみた結果から、以上のように考えてよい、ということははっきりしました。
しかし、ＤＡＡ命令で発生した上位桁への桁上げが、間にＤＥＣ命令やそのほかの命令をはさんでもちゃんと実行される様子が確認できれば、なおのこと納得がいくのではありませんでしょうか？

ということで、実際にＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンだけを取り出して、そのあたりの動きを確認してみることにしました。
動作の確認はＺＢ３ＢＡＳＩＣのマシン語デバッグ機能利用して行なうのが簡単です。
ＺＢ３ＢＡＳＩＣもＮＤ８０ＺⅢ組立キットに付属しています。

まずはテストを行なうために、ＨＩＫＵＳＵＡＤＤ２サブルーチンだけを取り出してソースプログラムファイルにしました。
ｒｏｏｔｓｂｔ．ｔｘｔです。

;;; root subroutine HIKUSUADD2 test
;;; for ND80Z monitor
; 2010/11/10
;
      ORG $8000
;
      HIKUSU78=$82B3
;
; HIKUSU=HIKUSU+2
;
HIKUSUADD2:LD B,03
      LD HL,HIKUSU78
      LD A,(HL)
      ADD A,02
      DAA
      LD (HL),A
HIKUSUADD2_2:DEC HL
      LD A,(HL)
      ADC A,00
      DAA
      LD (HL),A
      DEC B
      JP NZ,HIKUSUADD2_2
      RET

ｒｏｏｔｓｂｔ．ｔｘｔをｚａｓｍでアセンブルして、バイナリファイルｒｏｏｔｓｂｔ．ｂｉｎを作成したあと、ＺＢ３ＢＡＳＩＣを起動します。



ＺＢ３ＢＡＳＩＣを起動したら、ｒｏｏｔｓｂｔ．ｂｉｎをアドレス８０００にＬＯＡＤします。



４バイトのワークレジスタ８２Ｂ０～８２Ｂ３に８桁の１０進数（ＢＣＤ数）が入れられているとき、ｒｏｏｔｓｂｔ．ｂｉｎを実行すると、そのワークレジスタの値に２が加算されます。
その計算は最下位の２桁（アドレス８２Ｂ３）に０２を加算し、その結果桁上げが発生すれば、上位桁に対して桁上げの計算を行なうというように行なわれます。
桁上げの動作がはっきり確認できるように、アドレス８２Ｂ０～８２Ｂ３には、０００９９９９９という値を入れておきます。
０００９９９９９＋２の計算が行なわれるはずですから、計算の結果は、００１００００１になることが期待されます。

メモリに値を書き込むにはｃｍ（ｃｈｅｎｇ　ｍｅｍｏｒｙ）コマンドを使います。
上のコマンドプロンプト画面で、ｃｍ　８２ｂ０を実行して、８２Ｂ０～８２Ｂ３に０００９９９９９を書き入れています。

プログラムを実行して、その様子を確認するためにはブレークポイントを設定して、実行の途中でブレークさせてそのときのレジスタの値を確認する、という方法が効果的です。

下はＺ８０アセンブラ（ＺＡＳＭ）でアセンブルしたｒｏｏｔｓｂｔ．ｔｘｔのアセンブルリストです。

2010/11/10  8:48  rootsbt.txt
END=8014
              ;;; root subroutine HIKUSUADD2 test
              ;;; for ND80Z monitor
              ; 2010/11/10
              ;
                    ORG $8000
              ;
                    HIKUSU78=$82B3
              ;
              ; HIKUSU=HIKUSU+2
              ;
8000 0603     HIKUSUADD2:LD B,03
8002 21B382         LD HL,HIKUSU78
8005 7E             LD A,(HL)
8006 C602           ADD A,02
8008 27             DAA
8009 77             LD (HL),A
800A 2B       HIKUSUADD2_2:DEC HL
800B 7E             LD A,(HL)
800C CE00           ADC A,00
800E 27             DAA
800F 77             LD (HL),A
8010 05             DEC B
8011 C20A80         JP NZ,HIKUSUADD2_2
8014 C9             RET
HIKUSU78     =82B3  HIKUSUADD2   =8000  HIKUSUADD2_2 =800A

あとはまた、さきほどのコマンドプロンプト画面の説明をしていきます。
プログラムを実行したら、最初の加算ＡＤＤ　Ａ，０２の直前でまずブレークさせてみることにします。
ＡＤＤ　Ａ，０２はアドレス８００６ですから、
ｂｐ　８００６
と入力します。
ｂｐはブレークポイントをセットするコマンドです。

今回のテストプログラムｒｏｏｔｓｂｔ．ｂｉｎはマシン語サブルーチンですから、ＺＢ３ＢＡＳＩＣのマシン語サブルーチンコール命令のＵＳＲ（）を使います。
ｕｓｒ（＄８０００）
と入力すると、アドレス８０００からのマシン語サブルーチンが実行されます。

ブレークポイントが設定されていますから、アドレス８００６でブレークします。
先ほどのコマンドプロンプト画面を見ていただければ、ブレークした結果の表示も確認できるのですが、何回も戻るのは面倒なことですから、画面表示と同時に作成保存されるログファイルから切り取ってその部分を下に示します。

>bp 8006
>usr($8000)

A F  B C  D E  H L  A'F' B'C' D'E' H'L'  PC   SP   IX   IY  I  SZ H PNC
996A 0306 4FCD 82B3 0044 0000 0000 0000 8006 F7FA 0000 F1A1 FF 01101010

アドレス８０００～８００５までのプログラム（下記）が実行された結果、ＨＬレジスタには８２Ｂ３が入り、Ｂレジスタには０３が入り、そしてＡレジスタにはＨＬレジスタで示されるアドレス８２Ｂ３の値９９が入れられています。ＰＣ（プログラムカウンタ）はブレークしたアドレス８００６になっています。
そのあたりのプログラムリストをしたに示します。

8000 0603     HIKUSUADD2:LD B,03
8002 21B382         LD HL,HIKUSU78
8005 7E             LD A,(HL)
8006 C602           ADD A,02
8008 27             DAA
8009 77             LD (HL),A

次にブレークポイントを８００８にセットして、ＡＤＤ　Ａ，０２を実行させてからブレークさせます。

>bp 8008
>rt

A F  B C  D E  H L  A'F' B'C' D'E' H'L'  PC   SP   IX   IY  I  SZ H PNC
9B88 0306 4FCD 82B3 0044 0000 0000 0000 8008 F7FA 0000 F1A1 FF 10001000

ｒｔはもとのマシン語プログラムにリターンして、ブレークしたところから実行を再開するためのコマンドです。
先にｂｐ　８００８を入力してブレークポイントを設定してからｒｔコマンドを実行しましたから、８００６のＡＤＤ　Ａ，０２が実行されるとすぐにまたブレークします。
９９に０２が加算されましたから、Ａレジスタの値は９Ｂになっています。
ここはまだ十進数の加算ではなくて２進数の加算になっています。

そのあと、ＤＡＡ（Ｄｅｃｉｍａｌ　Ａｄｊａｓｔ十進補正）命令の実行結果を確認するために、ブレークポイントをアドレス８００９にセットしてからｒｔコマンドを実行します。

>bp 8009
>rt

A F  B C  D E  H L  A'F' B'C' D'E' H'L'  PC   SP   IX   IY  I  SZ H PNC
0111 0306 4FCD 82B3 0044 0000 0000 0000 8009 F7FA 0000 F1A1 FF 00010001

ＤＡＡが実行された結果、Ａレジスタの値が十進数加算９９＋０２の結果に正しく補正されて、０１になりました。
また上位桁に桁上げがあることを示すキャリーフラグ（右端のＣ）がセットされて１になっています。

説明の途中ですが時間がなくなってしまいましたので、続きは次回にすることにいたします。
ＣＰＵをつくろう！第６５７回（２０１０．１１．１１ｕｐｌｏａｄ）を再編集

ワンボードマイコンをつくろう！［第１１６回］
２０１１．７．７ｕｐｌｏａｄ

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