|
補足 その５−Ａ 本当の機械語について | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ここでは本文にあるような偽機械語では飽き足らないという人のために、本物の機械語についてちょっとだけ説明しましょう（それでも３章になっちゃいましたが） ちなみにここは本文の機械語の話を読んでいるという前提で書いてますので、まだ読んでいない人はとりあえず本文を読むことを強く推奨します。 （だったら途中にリンクなんて張るなって？まあまあその場の筆の勢いということで・・・） なんで偽物などを？本物の機械語の説明をしようと思ったら、どうしても実際のＣＰＵの仕組みに関して説明しなければなりません。ところＣＰＵの種類が変われば機械語も変わってしまう上に、様々な設計上の制限があって話が必要以上にややこしくなってしまいます。 本当に初心者の方なら、ここまで読んだ限りではコンピューターにはＣＰＵとメモリーと外部入出力装置があるということしか知らないはずです。それでもなんとか理解できるようにとない知恵を絞ったあげくがあのような偽機械語でした。 機械語とはＣＰＵが違えばみんな違っています（同じ機械語が使えるＣＰＵがいわゆる互換ＣＰＵです）そこでこれから説明するのはＺ−８０という８ビットＣＰＵの機械語です。このＣＰＵは古いせいもあって構成が非常にシンプルなので、まあ何とか説明可能です。 ちなみに、Ｚ−８０というのはその昔ＰＣ−８００１やＭＺ−８０などで使われていたＣＰＵです。インテル社の作った８０８０というＣＰＵをザイログ社が拡張して作った物で、多分８ビットのＣＰＵのなかでは最も優れた物だったでしょう。 クロック数は２メガヘルツ（４メガに拡張可能）６４ＫＢまでのメモリーが使用できました。現在のＣＰＵと比較するとおもちゃのようなものですが（ペンティアムなら２００メガヘルツで４ＧＢまでのメモリーが使える！）実は今でもマイコン炊飯ジャーなどの「マイコン」として現役のＣＰＵです。 うろ覚えですが、秋葉原に行けば２０円ぐらいで売っているそうです。 本物の機械語と本文の偽機械語はどう違う？まず、実際のコンピューターでは今でもメモリーには０〜２５５までしか書けないので、ちょっと大きな数を指定する時には、引数が２バイト〜４バイトの長さになります。 しかしもっと大きな違いは、本物のＣＰＵは偽機械語でやっていたようにメモリーを直接読んで演算することができないということです。 偽機械語では加算のために例えば以下のように書いていました。 ADD X Y （これはＸ番地のメモリーの内容にＹという値を足せと言う意味でした） ここでちょっと考えてください。この計算をするためにはＣＰＵはどうしなければならないでしょう？ まず少なくともＸ番地のメモリーの内容をＣＰＵの中に読み込んで記憶しておかなければなりません。それからＹという値を読んで、覚えている値と足して、その結果をＸ番地のメモリーに書き込む、という動作をするわけです。 偽機械語では上記の動作が１行で書けてしまいましたが、本物の機械語ではこの動作をそれぞれ別に書いてやらなければなりません。つまり、
どうしてこんなに面倒くさいことをするのでしょう？その理由は高速化をするためなのです。 例えば10+20+30を計算してＸ番地のメモリーに保存する場合、偽機械語では以下のように書くことになります。 LD X 10 ADD X 20 ADD X 30 これはどういう動作になるかというと
しかしＣＰＵ内部には読み込んだデータを保存しておくためのちょっとしたメモリーがあります。このメモリーをレジスタといいますが、これを直接操作できれば上の計算は次のようになるでしょう。
Ｚ−８０のできた頃はＣＰＵもスピードが遅かったので、この程度の差で済みました。ところが最近はＣＰＵの計算速度はものすごく向上しています。ペンティアムなどはＺ−８０の１０００倍は速いでしょう。 ところがメモリーにデータを読み書きする速さはあのころから大して向上していないのです。よくて１０倍というところでしょうか。それにこれだけ速くなってくると、配線の長さも速度に効いてきます。メモリーはＣＰＵの外にあるので、ＣＰＵ内部のレジスタを読み書きするのに比べたら絶対に遅くなります。 するとメモリーからデータを読んだり書いたりしている間はＣＰＵは何もすることがないので遊んでしまいます。いくら速くても遊んでいられてはたまりません。 つまり偽機械語のようなやり方をしていると、ペンティアムを使ってもＺ−８０並のスピードしか出なくなってしまうのです。 そういうわけで、本物の機械語ではメモリーのデータをＣＰＵのレジスタに読む動作とレジスタの値を計算する動作が別々になっているのです。 レジスタそれではＣＰＵの中のレジスタとはどういう物なのでしょう？さっきの説明の通り、これはメモリーの一種です。しかしレジスタは本体のメモリーと違ってアドレスで管理されているわけではありません。 レジスタとは例えば８ビットや１６ビット（最近の物では３２ビットとか６４ビット）の長さの独立した数字を入れられる箱のようなもので、それぞれに以下のような名前がついています。
本体のメモリーはどのメモリーも同じような物です。１００番地のメモリーも１３４５番地のメモリーも同じように扱うことができます。 しかしレジスタは一本一本が原則としてちがった用途を持っています。右に各レジスタの一般的な用途を記しています。本物の機械語を使うときには、各レジスタの用途のことも理解しておかないとプログラムは動きません。
＊ パリティーフラグパリティーという言葉は自分でモデムの設定をしたことがある人ならば、聞き覚えがあるかも知れません。パリティーフラグというのは主に外部入出力機器からデータを受け取るときに使います。 このフラグは得られたデータを２進法で表した数字に
になります。これは何なんでしょう？ これは主にデータ通信の誤り訂正に使います。例えばモデムは電話線を通じてデータ転送をしますが、電話線というのは非常にノイズが乗りやすい物です。普通に話していてもバックでガーガー音がしていて相手の声が聞き取りにくいことはよくあります。モデムも同じで、こういうノイズがあると送ったデータが相手に正しく届かないことがあるわけです。 しかしだからといって電話会社に文句を言っても仕方ありません。ならばどうすればいいのでしょう？ ここで二進法で００１０という値を相手に送ったとして、途中でノイズが乗って３桁目の０が１に変わって０１１０という値になってしまったとしましょう。受け側では送り手が０１１０を本当に送ったのかそれともノイズの結果こうなったのか分かりません。 しかし次のようなルールにしておくとどうでしょう？ 送るデータの１の数が奇数個だったら最上位桁を１にして偶数個にしておくすると００１０という値は１が１個なので１０１０に変換して送られます。こうすると４桁分のデータを送れるはずが３桁分のデータしか送れなくて無駄のようです。しかしここでもし３桁目にノイズが乗って１に変わったとしたら１１１０になります。これは１の数を数えると３個です。これは何かおかしいですね。もし相手が０１１０を送りたかったら１の数は偶数なので、最上位桁には何もせず０１１０そのままが来るはずです。普通だったら１の数が奇数個のデータは絶対来ないはずなのです！ つまりこういうルールでデータの転送をすれば、受け側が数字を見ただけで何か間違いがある！ということが分かるわけです。 なおこれは誤り訂正の手法の中では最も基本的なものです。実際のモデムなどではこれと共にもっと高度な誤り訂正手段も使われています。 というわけで少し長くなったので、次の補足その５−Ｂで実際の機械語命令を解説します。 |
