基本情報技術者 2015年 秋期 午後 問12
次のアセンブラプログラムの説明及びプログラムを読んで、設問1～3に答えよ。
〔プログラム1の説明〕
副プログラムBITINSは、図1に示すように、ビット列A（長さ16ビット）をビット列B（長さ16ビット）の指定された位置に挿入し、ビット列C（長さ32ビット）を作成する。図1中のn (0 ≦ n ≦ 16)は、挿入位置（先頭からのビット数）を表す。
(1) GR0～GR3には、それぞれ次の内容が設定されて、主プログラムから渡される。
GR0：ビット列A
GR1：ビット列Bが格納されている領域のアドレス
GR2：n
GR3：ビット列Cを格納する2語の領域の先頭アドレス
(2) 副プログラムから戻るとき、汎用レジスタGR1～GR7の内容は元に戻す。
設問1：
問題文を見る プログラム1中のに入れる正しい答えを、解答群の中から選べ。
aに関する解答群
ア：0
イ：8
ウ：16
エ：32
bに関する解答群
ア：SLL GR0,0,GR2
イ：SLL GR0,0,GR6
ウ：SRL GR0,0,GR2
エ：SRL GR0,0,GR6
模範解答
a：ウ、b：ウ
解説
解答の導き方
1. aには、ビット列Aの長さを入れます。
問題文には、ビット列Aの長さが「16ビット」とあります。また、3行目で定数aをGR6に入れ、4行目でGR2の値を引いています。つまり、GR6に計算されるのはです。
この値は、ビット列Aのうち、最初の出力語に入る部分の長さです。したがって、aは16となり、解答群ではウです。
2. Bの左右の部分が、別々のレジスタに取り出されます。
汎用レジスタは、計算中の値を一時的に保持する場所です。5行目から11行目では、GR1とGR4を使ってビット列Bの左右を分けています。
- GR1には、ビット列Bの左側のビットが、左寄せで残ります。
- GR4には、ビット列Bの右側のビットが、右寄せで残ります。
SLL（Shift Left Logical：空いた位置に0を入れて左へずらす操作）とSRL（Shift Right Logical：空いた位置に0を入れて右へずらす操作）を組み合わせ、必要な部分だけを残しています。
3. bでは、ビット列Aの最初の部分をGR0に残します。
出力するビット列Cの前半は、ビット列Bの左側ビットと、ビット列Aの最初のビットをつないだものです。
GR1には、ビット列Bの左側ビットが左寄せで残っています。これに続けるビット列Aの最初のビットは、右寄せにする必要があります。そこで、ビット列Aをビットだけ右にずらします。
つまり、12行目はSRLでGR0をGR2（）だけ右へずらす処理です。解答群ではウです。ずらしたビット列AとGR1を14行目でOR（論理和：対応するビットのどちらかが1なら1にする演算）すると、出力の前半ができます。
4. 後半では、保存しておいたビット列Aを使います。
7行目では、ビット列AをGR5にもコピーしています。GR0は12行目で右にずらされますが、後半を作るときには元のビット列Aも必要だからです。
13行目では、GR5をビット左にずらし、ビット列Aの最後のビットを左寄せにします。GR4に残したビット列Bの右側ビットと15行目でORすると、出力の後半ができます。
誤りやすいポイント
-
aに32を選ぶこと
ビット列Cは32ビットですが、3行目で必要なのは、長さ16ビットのビット列Aを分けるための値です。したがって、aは16です。 -
bで左シフトを選ぶこと
最初の出力語に入れるビット列Aの部分は、右側に寄せる必要があります。GR0を左にずらすのではなく、右にずらすため、SRLを選びます。 -
bのシフト数をにすること
GR0から最初のビットを取り出すには、右へビットずらします。ビット左にずらす処理は、後半を作る13行目でGR5に対して行っています。
FAQ
Q: なぜビット列AをGR5にもコピーするのですか？
A: GR0は12行目で右にずらされます。一方、後半を作るときは、ビット列Aの最後のビットが必要です。GR5に元の値を残しておけば、後半も作れます。
A: GR0は12行目で右にずらされます。一方、後半を作るときは、ビット列Aの最後のビットが必要です。GR5に元の値を残しておけば、後半も作れます。
Q: 前半と後半をつなぐとき、なぜORを使うのですか？
A: それぞれのビット列を、重ならない位置に寄せてからORで合わせています。片方が入る位置にもう片方が重ならないため、ORを使って一つの語にできます。
A: それぞれのビット列を、重ならない位置に寄せてからORで合わせています。片方が入る位置にもう片方が重ならないため、ORを使って一つの語にできます。
Q: SRLでは、ずらして空いた位置に何が入りますか？
A: 論理右シフトでは、空いた位置に0が入ります。そのため、残したいビットを所定の位置に寄せながら、不要な部分を外へ押し出せます。
A: 論理右シフトでは、空いた位置に0が入ります。そのため、残したいビットを所定の位置に寄せながら、不要な部分を外へ押し出せます。
関連キーワード: ビット列、論理シフト、汎用レジスタ、論理演算、アセンブリ言語
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。
主プログラムから渡されたnが10で、ビット列Aとビット列Bが図2のとき、行番号15のOR命令実行直前のGR4の内容はcであり、GR5の内容はdである。
解答群
ア：0000 0000 0001 0111
イ：0000 0000 0001 1000
ウ：0000 0010 1001 0110
エ：0000 0011 1011 1100
オ：0101 1100 0000 0000
カ：0110 0000 0000 0000
キ：1010 0101 1000 0000
ク：1110 1111 0000 0000
模範解答
c：イ、d：キ
解説
解答の導き方
この設問では、行番号15のOR命令を実行する直前のGR4とGR5を求めます。汎用レジスタ（GR：General Register）は、計算途中の値を一時的に置いておく場所です。
1. シフト数を求めます
ビット列Aは16ビットで、設問ではです。行番号3のaはビット列Aの長さを表すので、GR6には16が入ります。行番号4では、GR6からGR2の値を引くため、
- GR6：
となります。
2. GR4の値を追います
行番号6で、GR4にはビット列Bの値が入ります。図2のビット列Bは「1110 1111 0001 1000」です。
行番号10ではGR4を左に10ビットずらし、行番号11ではその値を右に10ビットずらします。SLL（Shift Left Logical：論理左シフト）では左にはみ出したビットが捨てられ、SRL（Shift Right Logical：論理右シフト）では左側に0が入ります。
この2つの処理をすると、最初のビット列Bのうち右端の6ビットだけが残り、次の値になります。
- 行番号10の後：0110 0000 0000 0000
- 行番号11の後：0000 0000 0001 1000
したがって、行番号11の後のGR4は「0000 0000 0001 1000」です。行番号12ではGR0が処理され、行番号14ではGR1が処理されます。GR4の値は変わらないため、行番号15の直前のGR4も同じです。解答群ではイです。
3. GR5の値を追います
行番号7で、GR5にはビット列Aの値「0101 1110 1001 0110」が入ります。行番号13ではGR5を左にGR6の値、つまり6ビットずらします。
16ビットの範囲から左にはみ出したビットは捨てられ、右端には0が入ります。その結果、GR5は次の値になります。
- 行番号13の後：1010 0101 1000 0000
行番号14はGR1を変更する命令なので、GR5の値は行番号15の直前も変わりません。解答群ではキです。
誤りやすいポイント
- GR4の値を、行番号15のOR命令を実行した後の値と取り違えないようにします。問われているのは、命令を実行する直前の値です。
- GR4の左シフトと右シフトは、ビット列B全体を元に戻す処理ではありません。左シフトでは上位側のビットが捨てられるので、右端の6ビットだけが残ります。
- GR5の左シフトでは、16ビットからはみ出した左側のビットは残りません。元のビット列A全体がそのまま左に移動するわけではありません。
FAQ
Q: GR4をいったん左に10ビットずらすのはなぜですか？
A: 左にずらすことで、ビット列Bの右端6ビット以外を16ビットの範囲から押し出して捨てます。その後、右に10ビットずらすと、残った6ビットが右端にそろいます。
A: 左にずらすことで、ビット列Bの右端6ビット以外を16ビットの範囲から押し出して捨てます。その後、右に10ビットずらすと、残った6ビットが右端にそろいます。
Q: GR5を左にずらすと、なぜ右端が0になるのですか？
A: 論理左シフトでは、空いた右端に0が入るためです。この問題ではGR5を6ビットずらすので、右端6ビットが0になります。
A: 論理左シフトでは、空いた右端に0が入るためです。この問題ではGR5を6ビットずらすので、右端6ビットが0になります。
Q: OR命令は、ここで何をする命令ですか？
A: OR（Logical OR：論理和）は、対応する位置のビットのどちらか一方でも1なら、結果を1にする処理です。行番号15では、GR4とGR5のビットを組み合わせます。
A: OR（Logical OR：論理和）は、対応する位置のビットのどちらか一方でも1なら、結果を1にする処理です。行番号15では、GR4とGR5のビットを組み合わせます。
関連キーワード: 論理左シフト、論理右シフト、ビットごとの論理和、汎用レジスタ、ビット列
設問3：
問題文を見る 連続するN語を16×Nビットから成るビット列Yとする。図3に示すように、ビット列X（長さ16ビット）をビット列Yの指定された位置に挿入し、N+1語のビット列Zを作成する副プログラムBITINSLを、副プログラムBITINSを使って作成した。図3中のm (0 ≦ m ≦ 16×N)は、挿入位置（先頭からのビット数）を表す。プログラム2中のに入れる正しい答えを、解答群の中から選べ。
(1) GR0～GR4には、それぞれ次の内容が設定されて、主プログラムから渡される。
GR0：ビット列X
GR1：ビット列Yが格納されている領域の先頭アドレス
GR2：m
GR3：ビット列Zを格納するN+1語の領域の先頭アドレス
GR4：N
(2) 副プログラムから戻るとき、汎用レジスタGR1～GR7の内容は元に戻す。
解答群
ア：JMI FIN
イ：JMI INS
ウ：JPL FIN
エ：JPL INS
オ：JZE FIN
カ：JZE INS
模範解答
e：イ、f：オ
解説
解答の導き方
このプログラムは、長さが16ビットのビット列Xを、N語分のビット列Yの途中に挿入し、N+1語のビット列Zを作ります。
考えるポイントは、挿入位置mを「Yの何語目にあるか」と「その語の何ビット目か」に分けることです。
1. 挿入する位置が、現在の語より先かを判定します
GR2には挿入位置m、GR4にはビット列Yの語数Nが入っています。COPYはYの1語をZにコピーし、GR1とGR3を次の語へ進め、GR4を1減らします。
判定の箇所は「CPA GR2,=17」です。CPAは値を比較する命令です。この比較では、GR2が17より小さいか、17以上かを判定できます。JMIは比較結果が負の場合、つまりGR2が17より小さい場合に分岐します。
GR2が17以上なら、挿入位置は現在のYの語の中にはありません。そのため、現在の語をCOPYでコピーし、GR2から16を引いて、次の語について判定し直します。
一方、GR2が17より小さければ、現在の語の中に挿入位置があります。その位置をBITINSに渡します。したがって、eには「JMI INS」が入り、解答群ではイです。
17ではなく16を境目にする理由は、BITINSが語の中の挿入位置として0から16までを扱えるからです。たとえばmが16なら、現在の語の末尾が挿入位置です。ここでその語を先にコピーしてしまうと、挿入位置が次の語の先頭に移ります。特にmがY全体の末尾の場合、次の語は存在しません。そこで、残りが16のときも現在の語をBITINSに渡せるよう、17未満でINSへ進みます。
たとえば、mが17なら、まずYの1語をコピーしてGR2を1にします。次の判定では17未満なので、次の語の先頭から1ビット進んだ位置に挿入します。
2. BITINSの後に、残りの語があるかを判定します
INSではBITINSを呼び出します。BITINSは、現在のYの1語とビット列Xから、Zの2語分を作ります。その後、プログラムはGR1を1語分、GR3を2語分進めます。さらにGR4を1減らします。これは、現在のYの1語をBITINSで処理し終えたためです。
続いて、残ったYの語をCOPYでZへ移します。残りが0語なら、コピーする語はありません。この場合はFINへ進みます。GR4を1減らした直後に0かどうかを調べるので、fには「JZE FIN」が入り、解答群ではオです。JZEは、直前の演算結果が0の場合に分岐する命令です。
GR4が0でなければ分岐せず、LOOP2で残りをコピーします。COPYのたびにGR4が1減り、JNZによってGR4が0でない間はLOOP2を繰り返します。
誤りやすいポイント
- GR2は、最初はビット列Yの先頭からの挿入位置です。LOOP1でYの1語をコピーするたびに16減るため、INSへ進む時点では現在の語の中の位置を表します。
- mが16の場合も、BITINSで処理できます。挿入位置として16が認められているため、17未満かどうかで判定します。
- fでは、GR4を減らした後の値を確認します。BITINSでYの1語を処理した結果、残りが0ならFINへ進みます。
- LOOP2に入るのは、残りの語がある場合です。COPYの後にあるJNZは、GR4が0でない間、コピーを続けるための分岐です。
FAQ
Q: GR2から引く値が16なのはなぜですか？
A: Yの1語は16ビットだからです。語を1つコピーして挿入位置を次の語まで進めると、GR2から16を引けば、次の語の中での位置に直せます。
A: Yの1語は16ビットだからです。語を1つコピーして挿入位置を次の語まで進めると、GR2から16を引けば、次の語の中での位置に直せます。
Q: BITINSを呼び出した後、GR1を1語分、GR3を2語分進めるのはなぜですか？
A: BITINSは、現在のYの1語から、Xを含むZの2語分を作るためです。次の処理では、Yの次の語と、Zのその次の位置を使います。
A: BITINSは、現在のYの1語から、Xを含むZの2語分を作るためです。次の処理では、Yの次の語と、Zのその次の位置を使います。
Q: mが0の場合は、LOOP1でCOPYしますか？
A: しません。GR2は17より小さいためINSへ進み、BITINSが現在のYの語の先頭にXを挿入します。
A: しません。GR2は17より小さいためINSへ進み、BITINSが現在のYの語の先頭にXを挿入します。
関連キーワード: ビット列、レジスタ、比較命令、条件分岐、ループ処理
