基本情報技術者 2014年 春期 午後 問02
機械語命令に関する次の記述を読んで、設問1，2に答えよ。
命令語の形式を、図1に示す。
図1で使用している記号の説明を、表1に示す。数字の末尾にhが付いているものは16進数表記である。
(1) この命令語を実行するコンピュータの1語は16ビットであり、1語長のレジスタを4個（レジスタ番号0〜3）と、命令の実行結果によって値が設定される2ビットの条件コードレジスタ（以下、CCという）をもつ。
(2) 実効アドレスは、表2に示す式で算出される。ここで、(x)と(b)は、それぞれxとbで指定されるレジスタに設定されている内容（以下、レジスタの内容という）を示す。
(3) 命令コード（一部）を表3に示す。
設問1：
問題文を見る レジスタの内容が図2に示す値のとき、次の命令の実効アドレスとして正しい答えを、解答群の中から選べ。
命令：1983h
解答群
ア：0001h
イ：0002h
ウ：0003h
エ：0004h
オ：0008h
カ：000Ah
模範解答
オ
解説
解答の導き方
命令語の形式は16ビットで、図1では、左から「op」「r又はm」「x」「b」「d」の順に分かれています。まず、命令「1983h」をこの区切りに合わせて読みます。
16進数の各桁を4ビットに直すと、1983hは次のようになります。
図1のビット位置に合わせて分けると、次のとおりです。
実効アドレスの計算には、表2にあるとおり、x、b、dの値を使います。今回はx＝1、b＝2なので、xもbも0ではありません。この場合の計算式は「(x)+(b)+d」です。
「(x)と(b)」は、xやbで指定されたレジスタの内容を表します。図2によると、レジスタ1の内容は0003h、レジスタ2の内容は0002hです。また、dの000011は3なので、アドレスの変位は0003hです。
したがって、実効アドレスは次のように求められます。
この命令では、実効アドレスは0008hになります。なお、opとrは命令の種類や対象のレジスタを示す値であり、今回の実効アドレスの計算には使いません。
誤りやすいポイント
- 命令語を4ビットずつに区切るだけでなく、図1のビット位置に合わせて各項目に分ける必要があります。特に、dは6ビットです。
- xとbの値は、レジスタ番号を表します。x＝1、b＝2は、レジスタ1とレジスタ2の内容を使うという意味です。
- dの000011は、2進数で3を表します。レジスタの内容と足すときは、同じ数値として扱います。
- rは実効アドレスの計算に含めません。実効アドレスは、x、b、dの組合せで表2の式を選んで求めます。
FAQ
Q: xやbが0の場合も、レジスタ0の内容を加えますか？
A: いいえ。表2では、xやbが0の場合、そのレジスタの内容は加えません。たとえばx＝0、b＝0なら、実効アドレスはdです。
A: いいえ。表2では、xやbが0の場合、そのレジスタの内容は加えません。たとえばx＝0、b＝0なら、実効アドレスはdです。
Q: 実効アドレスとは何ですか？
A: 命令が読み書きするデータの場所を示すアドレスです。この問題では、x、b、dから計算します。
A: 命令が読み書きするデータの場所を示すアドレスです。この問題では、x、b、dから計算します。
Q: opやrの値は、なぜ実効アドレスの計算に使わないのですか？
A: opは命令の種類、rは処理対象のレジスタを示すための値です。表2の実効アドレスの式には、x、b、dだけが使われています。
A: opは命令の種類、rは処理対象のレジスタを示すための値です。表2の実効アドレスの式には、x、b、dだけが使われています。
関連キーワード: 命令語、実効アドレス、レジスタ、16進数、アドレス指定方式
設問2：
問題文を見る 次の記述中のに入れる正しい答えを、解答群の中から選べ。ここで、レジスタと主記憶装置の内容は、図3と図4のとおりとする。
なお、解答は重複して選んでもよい。
図3、4に示した状態で、主記憶装置に格納されているプログラムを0010h番地から実行する。
0011h番地の命令を実行した直後のレジスタ番号0の内容はaになり、レジスタ番号1の内容はbになる。
0013h番地の分岐命令ではc。0016h番地の命令を実行した直後のレジスタ番号2の内容はdになる。
a, b, dに関する解答群
ア：0001h
イ：0002h
ウ：0003h
エ：0004h
オ：0005h
カ：0006h
キ：0007h
ク：0008h
ケ：0009h
cに関する解答群
ア：分岐しない
イ：分岐する
模範解答
a：キ、b：ア、c：ア、d：ア
解説
解答の導き方
この問題では、命令を順番に読み取り、レジスタや条件コードの値を更新していきます。
図1の命令語は16ビットで、上位から命令コードop、レジスタ番号rまたは分岐判定に使う値m、指標レジスタ番号x、ベースレジスタ番号b、変位dに分かれています。指標レジスタとベースレジスタは、実効アドレス（主記憶装置で実際に参照する番地）を計算するために使うレジスタです。
また、CC（Condition Code：演算結果の状態を記録する2ビットのレジスタ）は、論理演算の結果が0なら「10」、0以外なら「01」になります。分岐命令は、mとCCの論理積を計算し、その結果が「00」でなければ分岐します。
まず、図3の初期値を確認します。レジスタ番号0～3の内容は、それぞれ0004h、0003h、0002h、0001hです。
0010h番地の命令を実行します。
命令語は12C0hです。命令コードは1、rは00（レジスタ番号0）、xは10（レジスタ番号2）、bは11（レジスタ番号3）、dは0です。
xとbがどちらも0以外なので、表2より実効アドレスはレジスタ番号2の内容、レジスタ番号3の内容、dを足して求めます。
図4では、0003h番地の内容は0003hです。命令コード1は、レジスタ番号0の内容と実効アドレスにある内容の論理和を求めます。ビットごとに計算すると、0004hと0003hの論理和は0007hです。したがって、レジスタ番号0は0007hになります。結果は0以外なので、CCは「01」です。
よって、空欄aは0007hで、解答群ではキです。
0011h番地の命令を実行します。
命令語は24C0hです。命令コードは2、rは01（レジスタ番号1）、xは00、bは11（レジスタ番号3）、dは0です。
xが0、bが0以外なので、実効アドレスはレジスタ番号3の内容にdを足して求めます。
図4では、0001h番地の内容は0001hです。命令コード2は、レジスタ番号1の内容との論理積を求めます。レジスタ番号1はまだ0003hなので、0003hと0001hの論理積は0001hです。
この命令の実行後、レジスタ番号1は0001hになります。結果は0以外なので、CCは「01」です。
よって、空欄bは0001hで、解答群ではアです。
0012h番地の命令を実行します。
命令語は38C2hです。命令コードは3、rは10（レジスタ番号2）、xは00、bは11（レジスタ番号3）、dは2です。
xが0、bが0以外なので、実効アドレスは次のとおりです。
図4では、0003h番地の内容は0003hです。命令コード3は、レジスタ番号2の内容との排他的論理和（ビットが異なるとき1、同じとき0になる演算）を求めます。レジスタ番号2はまだ0002hなので、0002hと0003hの排他的論理和は0001hです。
この命令の実行後、レジスタ番号2は0001hになります。結果は0以外なので、CCは引き続き「01」です。
0013h番地の分岐命令を確認します。
命令語は4815hです。分岐判定に使うmは「10」です。現在のCCは「01」なので、mとCCの論理積は次のとおりです。
結果が「00」なので、この命令では分岐しません。空欄cは「分岐しない」で、解答群ではアです。次の0014h番地の命令に進みます。
0014h番地の分岐命令を実行します。
命令語は4C16hです。mは「11」です。分岐命令はCCを変更しないため、CCは「01」のままです。
結果が「00」ではないため、分岐します。xとbはどちらも0なので、実効アドレスはdである0016hです。したがって、0016h番地の命令に進み、0015h番地の命令は実行しません。
0016h番地の命令を実行します。
命令語は28C1hです。命令コードは2、rは10（レジスタ番号2）、xは00、bは11（レジスタ番号3）、dは1です。
実効アドレスは、レジスタ番号3の内容にdを足して求めます。
図4では、0002h番地の内容は000Fhです。レジスタ番号2は、0012h番地の命令によって0001hに更新されています。そのため、論理積は次のとおりです。
したがって、0016h番地の命令を実行した直後のレジスタ番号2の内容、つまり空欄dは0001hです。解答群ではアです。
誤りやすいポイント
- 命令語の各部分を、16進数の桁とそのまま同じ区切りだと思わないようにします。rまたはm、x、bはそれぞれ2ビットで、dは6ビットです。
- 実効アドレスは、xとbの値によって計算式が変わります。レジスタ番号そのものではなく、そのレジスタに設定されている内容を使います。
- レジスタの内容は命令を実行するたびに変わります。0016h番地では、初期値ではなく0012h番地の命令で更新されたレジスタ番号2の内容を使います。
- 分岐命令では、mとCCの論理積が「00」かどうかを確認します。0013h番地では「10」と「01」の論理積が「00」ですが、0014h番地では「11」と「01」の論理積が「01」になります。
- 分岐命令はCCを変更しません。0013h番地で分岐しなくても、CCは「01」のまま0014h番地の判定に使われます。
FAQ
Q: 0013h番地で分岐しないのに、0016h番地の命令を実行するのはなぜですか？
A: 0013h番地では分岐せず、次の0014h番地に進みます。そこで分岐条件が成立し、0016h番地へ移動するためです。
A: 0013h番地では分岐せず、次の0014h番地に進みます。そこで分岐条件が成立し、0016h番地へ移動するためです。
Q: 0016h番地で使うレジスタ番号2の内容は、なぜ初期値の0002hではないのですか？
A: 0012h番地の命令でレジスタ番号2の内容が0001hに更新され、その後、0016h番地の命令まで変更されないためです。
A: 0012h番地の命令でレジスタ番号2の内容が0001hに更新され、その後、0016h番地の命令まで変更されないためです。
Q: 分岐命令でCCが変わらないことは、どこから分かりますか？
A: 表3では、命令コード4のCCの設定が「—」になっています。注記のとおり、これは実行前の値が保持されるという意味です。
A: 表3では、命令コード4のCCの設定が「—」になっています。注記のとおり、これは実行前の値が保持されるという意味です。
関連キーワード: 機械語命令、実効アドレス、指標レジスタ、ベースレジスタ、条件コード、論理演算
