Ｔｉｎｙ　ＦＯＲＴＲＡＮ　ＦＯＲＭ ――――――――――――――――――――――――――――――――――――――― Ｉ／Ｏ　１９８０年　５、６、７、８、９月号掲載 ＭＺ−８０ マシン語 起動方法 モニタからロード ――――――――――――――――――――――――――――――――――――――― [１]ＦＯＲＭの概要 私達のかねてからの希望であった 『Ｔｉｎｙ　ＦＯＲＴＲＡＮ』コンパイラ『ＦＯＲＭ』が完成したので、 これから数回にわたり、コンパイラの構成やアセンブルリストの説明を 述べていきたいと思います。 ／　ＦＯＲＭ開発の理由 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 私達がＦＯＲＴＲＡＮコンパイラの開発を計画したのは 以下の理由によります。 ＦＯＲＴＲＡＮは大学などで プログラミングの教育用に使われているし、 プログラミングの入門書には 必ずＦＯＲＴＲＡＮが例に出されて説明されているなど、 初心者にも、比較的環解しやすいということ。 また、ＦＯＲＭはＦＯＲＴＲＡＮのサブセットとして 仕様を小さく設計しているのでコンパイラそのものを理解し、 自分でコンパイラを設計・製作できるように、 その構造を発表し、 多くの方に使用してもらいたいということもあります。 ただ、マイコンの現状を見ると、 ＦＯＲＴＲＡＮの走るシステムは極めて少ないし、 これを走らせるためには 多くのハードウェアの助けを借りなければならないため、 コストがかかりすぎます。 幸い、ＭＺ−８０Ｋ／Ｃは ユーザーの自由になるメモリ空間が多く存在するので ＢＡＳＩＣ以外の言語を簡単に走らせやすいという特徴を持っているので、 今回もまた，このＭＺシステムを採用しました。 この、ＦＯＲＭを走らせるために必要なハードウェアは ＭＺ−８０Ｋ／Ｃだけで行なえるように設計しているので、 ｏｎ　ｍｅｍｏｒｙでコンパイルし 、実行するという形式を取っています。 ／　なぜコンパイラか ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ なぜ、コンパイラにしなければならないかというと、 ＦＯＲＴＲＡＮでは必要なところにしか文番号を付けないので、 ｉｎｔｅｒｐｒｉｔｉｖｅに実行するのは不可能であるというのがあります。 ＢＡＳＩＣではすべての行に文番号を付けるので、 不必要な文番号が付くという反面、 行の管理が簡単に行なえるので、インタープリタで充分実行可能になります。 また、ＢＡＳＩＣは皆さんも色々と使用して感じていると思いますが、 １行１行解釈して実行しているので実行時間が長いという欠点があります。 いままで発表してきたＰＡＬＬはコンパイルといっても、 Ｔｉｎｙ　Ｐ−ｃｏｄｅレベルのコンパイルなので、 コンパイラは非常にシンプルに作ることができるものの、 仮想スタック・マシンで実行するという、 形式的に見れば中間言語方式のため、 マシンコード・レベルのスピードが維持できません。 ＦＯＲＭでは、コンパイルしたオブジェクトは 完全にＺ８０のマシン語に展開し、 それのみで独立に動く、ｅｘｅｃｕｔｅ　ｂｉｎａｒｙを生成するので、 完全にマシン・レベルのスピードで動作します。 また、ＦＯＲＭはｏｎ　ｍｅｍｏｒｙでコンパイルするために、 通常よく言われるような、リンケージ・エディタは存在せず、 リンク済みのサブルーチン・パッケージを用意して、 オブジェクトを生成していきます。 このため，ＦＯＲＭは１ｐａｓｓ型コンパイラとして、 特異な構造を持っています。 テーブルは、構造上２つに分かれていて、 その内の１つを多重に使用することによって メモリ内で大幅なダイナミック・アロケーションを行ない、 コンパイル中はスーパーバイザがこのテーブルを管理しています。 ／　サブルーチンのリンク ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ サブルーチンのリンク方法は、通常のコンパイラの方法と異なっています。 普通、コンパイラはメイン・プログラム生成後にリンケージ・エディタが、 外部ファイル内に散在しているサブルーチン・パッケージを集めてきて、 後に付けるという方法が採られています。 　　サブルーチンのリンク方法 　・−−−−−−・　　　　　・−−−−−−・ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜　ＳＵＢ　　｜ 　｜　ＭＡＩＮ　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜−−−−−−｜ 　｜−−−−−−｜　　　　　｜　　　　　　｜←ＦＯＲＭ 　｜　　　　　　｜←通常の　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　方法　　｜　ＭＡＩＮ　｜ 　｜　ＳＵＢ　　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　｜　　　　　　｜　　　　　｜　　　　　　｜ 　・−−−−−−・　　　　　・−−−−−−・ この構造はファイル操作を含むので、どうしても外部ファイルを必要とします。 私達はＭＺ用にＨ−ＤＯＳを開発し、この構造を実現できるコンパイラを開発中です。 つまリサブルーチンをリンケージするためには 外部ファイルが必要となるので本格的なＤＯＳが必要とされるのです。 今回は外部ファイルを使用しないという条件なのでこの構造を変更し、 サブルーチン・パッケージを前に持ってきて、 あらかじめリンクしてしまう固定リンクの方法を取っています。 この方法は小システムでも実現でき、 コンパイラを簡素化するメリットがあります。 ／　コンパイラの勤き ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ コンパイラの動きを簡単に紹介しておきます。 詳しい説明は次回以降にします。 テキストがＦＯＲＭの中に入るとコンパイルを始めます。 たとえば、Ａ＝Ｂ＊ＣというＴＥＸＴがあるとします。 ・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ ｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ ｜　　ＬＤ　　　ＨＬ，（ＡＤＲ−Ｂ）　　｜ ｜　　ＰＵＳＨ　ＤＥ　　　　　　　　　　｜ ｜　　ＥＸ　　　ＤＥ，ＨＬ　　　　　　　｜ ｜　　ＬＤ　　　ＨＬ，（ＡＤＲ−Ｃ）　　｜ ｜　　ＣＡＬＬ　ＭＵＬＴ　　　　　　　　｜ ｜　　ＰＯＰ　　ＤＥ　　　　　　　　　　｜ ｜　　ＬＤ　　　（ＡＤＲ−Ａ），ＨＬ　　｜ ｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ ・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ このテキストは上記のように式が展開されます。 ＡＤＲ−Ａ〜Ｃは別のルーチンで変数テーブルを作ってあるものとします。 まず、ＨＬにＢの内容を入れ、これをＤＥに移し、 またＨＬにＣの内容を入れ、乗算のサブルーチンをＣＡＬＬします。 このサブルーチンはＨＬとＤＥの乗算を行ない、結果をＨＬに残します。 最後にＨＬの内容をＡに返してこの式の展開を終了します。 先ほど、『固定リンク』と述べたのは、 ＣＡＬＬ　ＭＵＬＴのアドレスがあらかじめテーブルで持ち、 そのアドレスを固定されているということです。 ／　ＦＯＲＭの予約語 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 変数は４文字まで付けることができます。 ４文字以内は自由に付けることができますが、 ＦＯＲＭで使用している予約語を使うとエラーになります。 予約語は以下のとおりです。 　　　　　　　　　　　　ＦＯＲＭの予約語 ・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ ｜(１)ＤＩＥＭＮＳＩＯＮ　(10)ＵＳＲ　　　　　　(17)ＭＥＭ　　｜ ｜(２)ＧＯＴＯ　　　　　　(11)ＤＯ　　　　　　　(18)ＭＯＤ　　｜ ｜(３)ＣＡＬＬ　　　　　　(12)ＣＯＮＴＩＮＵＥ　(19)ＩＯＣ　　｜ ｜(４)ＩＦ　　　　　　　　(13)ＲＥＴＵＲＮ　　　(20)ＡＢＳ　　｜ ｜(５)ＳＴＯＰ　　　　　　(14)ＳＥＴＧ　　　　　(21)ＲＮＤ　　｜ ｜(６)ＰＡＵＳＥ　　　　　(15)ＲＥＳＧ　　　　　(22)ＳＩＧＮ　｜ ｜(７)ＢＲＥＡＫ　　　　　(16)ＥＮＤ　　　　　　(23)ＬＯＷ　　｜ ｜(８)ＲＥＡＤ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ ｜(９)ＷＲＩＴＥ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ ・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ (１)〜(16)まではＦＯＲＭで使用できるステートメントです。 ただ、ＦＯＲＴＲＡＮとＦＯＲＭでは ＣＡＬＬ、ＲＥＡＤ、ＷＲＩＴＥ、ＲＥＴＵＲＮが 大幅に文法の違うところです。 (12)〜(23)まではファンクションです。 ／　ＦＯＲＭ用エディタ ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ このＦＯＲＭはこれ自身ではエディタ機能がないので、 コンパイルするソース・プログラム（ｔｅｘｔ　ｆｉｌｅ）を 用意する必要があります。 このテキストはシャープから発売されている アセンブラ・テキストの中に入っている テキスト・エディタから出力される テキスト・ファイルと同等のものなので アセンブラをお持ちの方はこのエディタを使用してかまいません。 それ以外の方は、このエディタと同等のものを用意するか、 作るかしなければなりません。 私達はこのＦＯＲＭをサポートするために、 エディタ、『ＥＤ−Ｈ』を用意しています。 ＥＤ−Ｈは、ＰＡＳＣＡＬエディタを意識した 本格的２次元カーソルエディタで、 文番号なしのテキストを編集するように作られています。 現在これは、ディスク・ベースで動いているため、 カセット・バージョンに変更中です。 　／　テキスト・ファイル ／　　の構造 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ テキスト・ファイルの構造は、２５６バイトのブロックに分かれていて、 その中はＡＳＣＩＩコードの文字列です。 この文字列はＯＤによって区切られています。 　　―――　　２５６　　――　―――　　２５６　　――　―― 　｜　　　　　　　　　　　　｜　　　　　　　　　　　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 　｜　　｜0D｜　　｜0D｜　　｜　　｜0D｜　　｜0D｜　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− エディタを作る方はこの構造になるように作ってください。 ／　ＦＯＲＭの使い方 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ 最初にソース・プログラム（ｔｅｘｔ）を テキスト・エディタで作り、カセットヘ出力します。 次に、ＦＯＲＭを入れ、テキストをロードします。 このときＦＯＲＭはメモリ上にオブジェクトを生成します。 コンパイルが終了すると、実行型バイナリ・ファイルを外部へ出力します。 このバイナリ・ファイルをロードすると実行します。 　・−−−−・ 　｜　　　　｜ 　｜テキスト｜テキスト・ファイル 　｜エディタ｜――――・ 　｜　　　　｜　　　　｜ 　・−−−−・　　・−−−−・　オブジェクト　・−−−−−・ 　　　　　　　　　｜　　　　｜　　　　　　　　｜　　　　　｜ 　　　　　　　　　｜ＦＯＲＭ｜―――――――→｜ＭＺ−８０｜ 　　　　　　　　　｜　　　　｜　　　　　　　　｜　　　　　｜ 　　　　　　　　　・−−−−・　　　　　　　　・−−−−−・ したがって、完成したプログラムは 完全なマシン語プログラムとしての独立性を持ち、 実行時にはＦＯＲＭは必要ありません。 このオブジェクトはマシンランゲージ・モニタでロードして 中を見ることもできます。 中を見るとテキストがどのように展開されているかが理解できると思います。 　／　コンパイル鋳の ／　　メモリ・マッフ ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ コンパイル時のメモリ・マップは以下のようになっています。 　　　００００→・−−−−−−−−−・ 　　　　　　　　｜　　　ＲＯＭ　　　｜　ＭＺシステムＲＯＭ 　　　１０００→｜−−−−−−−−−｜ 　　　　　　　　｜　モニタ・ワーク　｜ 　　　　　　　　｜　スタック　　　　｜ 　　　１２００→｜−−−−−−−−−｜―・ 　　　　　　　　｜::::::::::::::::::｜　｜ 　　　　　　　　｜::::ＦＯＲＭ::::::｜　｜ 　　　　　　　　｜::::システム::::::｜　｜ 　　　　　　　　｜::::::::::::::::::｜　｜ 　　　　　　　　｜−−−−−−−−−｜　｜約６Ｋバイト 　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜　｜ 　　　　　　　　｜システム・ワーク　｜　｜ 　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜　｜ 　　　　　　　　｜−−−−−−−−−｜　｜ 　　　　　　　　｜ＯＢＪサブルーチン｜　｜ 　　　　　　　　｜−−−−−−−−−｜―・ 　　　　　　　　｜ＯＢＪ↓　　　　　｜ 　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜ 　　　　　　　　｜　　　　　　　　　｜ 　　　　　　　　｜−−−−−−−−−｜―・ 　　　　　　　　｜ＴＢＬ　Ｎ０．２　｜　｜ 　　　　　　　　｜−−−−−−−−−｜　｜―テーブル 　　　　　　　　｜ＴＢＬ　Ｎ０．１　｜　｜ 　　ＲＡＭＥＮＤ・−−−−−−−−−・―・ ＦＯＲＴＲＡＮはもともと科学技術計算用に作られた、 いわゆる高級言語です。 ＢＡＳＩＣももともとこのＦＯＲＴＲＡＮから出ています。 ＢＡＳＩＣは文法的にはかなりＦＯＲＴＲＡＮに似ていますが、 無駄な部分か多く、ＦＯＲＴＲＡＮの使いやすいところを 無視しているところがあります。 ただ、ＢＡＳＩＣは会話型なので、 エディットするときには簡単にできる特徴がありますが、 ＦＯＲＴＲＡＮはコンパイラのため、 ソース・レベルで修正しなければならないので手間が多くかかります。 しかし、バッチ処理でのデバッキングでは 会話型のＢＡＳＩＣに比べてより能率的です。 これは、両者の使用条件によりユーザーが選択すべき問題でしょう。 　／　ＦＯＲＴＲＡＮ ／　　との違い ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ ＦＯＲＴＲＡＮとＦＯＲＭの違いは、 メモリ制限および外部ファイルがないため、 サブルーチン・パッケ−ジを保存しにくく、 リンク作業が不可能なため、サブルーチン文などを削除し、 ＦＯＲＭＡＴの必要性がマイコンにおいて非常に少ないので ＦＯＲＭＡＴを削除して、ＲＥＡＤ、ＷＲＩＴＥ文に ＦＯＲＭＡＴ的要素を含めました。 以上必要的にＣＡＬＬ文は、 ＢＡＳＩＣのＧＯＳＵＢ文と同等となっています。 それにともない、ＲＥＴＵＲＮ文も同一プログラム上に存在しています。 また、マイコンの特性を考えて、メモリの直接的操作を可能とし、 Ｉ／Ｏｍａｐｐｅｄ　Ｉ／Ｏの入出力機能を持たせました。 ／　ＦＯＲＭの使用感 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ ＦＯＲＭは現在カセット・ベースなので、 これの使用感としては、現在シャープから出ているアセンブラの使用感と大差なく、 オフ・ライン処理のほとんどは、 ソース・プログラムの作成および、ソース・プログラムのデバッグのみとなります。 アセンブラと唯一違うところは、出力オブジェクトが実行型バイナリで、 即、実行可能な点にあります。 　／　ステートメントの ／　　簡単な説明（一部） ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣ ●ＤＩＭＥＮＳＩＯＮ 　ＤＩＭＥＮＳＩＯＮの記述形式は一般ＦＯＲＴＲＡＮとフォーマットは同じです。 　次元数は２次元までで、リミットは２５５までです。 　ただし、２次元において配列要素の数が４，０９６以上になると 　ＲＡＭエリアが極端に不足するため、エラーとして出力します。 　配列の引数はＦＯＲＴＲＡＮと異なり、 　一般式が使用できます。 　ただし、これは整数型のみです。 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　｜　[例]　ＤＩＭＥＮＳＩＯＮ　Ａ（２５５）　　　｜ 　｜　　　　ＤＩＭＥＮＳＩＯＮ　Ｂ（１０，１０）　｜ 　｜　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ ●ＩＦ 　ＩＦ文はＦＯＲＴＲＡＮ　ＪＩＳ　３０００レベルと同等です。 　つまり（　）の中の式の結果により、 　次項に続く文番号へ、−、０、＋の順に飛び先ヘジャンプします。 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　｜　[例]　ＩＦ（Ａ−１０）１０，２０，３０　　　｜ 　｜　　　　　　　　↑　　　　　　　↑　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　式　　　　　　文番号　　　　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ ●ＳＥＴＧ（ｅｘｐ，ｅｘｐ）　ＲＥＳＧ（ｅｘｐ，ｅｘｐ） 　ＭＺの特徴であるセミグラフィックが使えるようにした命令です。 　ＢＡＳＩＣのＳＥＴ、ＲＥＳＥＴと同等です。 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　｜　●ＳＥＴ　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜ 　｜　[例]　ＳＥＴＧ（Ｘ，Ｙ）　　　　　　　　　　｜ 　｜　　　　ＳＥＴＧ（Ａ＋Ｃ，Ｂ＋Ｄ）　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　セミグラフィックをｒｅｓｅｔする場合は、ＲＥＳＧを使います。 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　｜　●ＲＥＳＥＴ　　　　　　　　　　　　　　　　｜ 　｜　[例]　ＲＥＳＧ（１０，２０）　　　　　　　　｜ 　｜　　　　ＲＥＳＧ（Ａ＋Ｄ，Ｂ＊Ｃ）　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　｜ 　｜　　　　　　　　：　　　　　　　　　　　　　　｜ 　・−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−・ 　（　）の中は定数、変数、式が記述可能です。 　ＭＺの特徴であるセミグラフィック・モードがあるので、 　これを高速性のあるコンパイラに組み込みたいという理由で 　この命令を付けました。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　〔以下次号〕