8086アセンブラ入門

アセンブラ言語とコンパイラ言語は、一見同じようなものに見えます。実際に、『プログラムを作る』という目的は同じです。しかし、中身はまったく違います。コンパイラは、その文法を解釈し機械語コードを生成するのに対し、アセンブラは単純に命令を１６進数に変換するだけです。（もちろん、それは『基本的には』であり、実際には疑似命令やラベルなどの処理は行いますが）。例えば、

みたいに変換します。

コンピューターが理解できる言葉は、この『55 8B EC 9C』という数値（１６進数）だけです。コンピューターは、この１６進数を命令として受け取り、プログラムを実行するわけです。８ビットコンピューターの頃は、この１６進数（機械語ともいう）を、直接人間がコード表（ニーモニック）を見ながら打ち込んだり（ハンドアセンブル）したものですが、さすがにデバッグ効率も悪く、作るだけでも大変な手間になってしまいます。

そこで、この『55』を『PUSH BP』とか、『9C』を『PUSHF』という風に、人間が少しでもわかる言葉に直したものが、アセンブラ言語です。コンパイラとアセンブラの決定的な違いはここにあります。

アセンブラを学習する上で避けて通れないのが「アドレス」と「レジスタ」です。特に、アドレスという概念はアセンブラ以外ではほとんど意識する事はないでしょう。（Ｃ言語では、ポインタという形で若干意識する必要はありますが。）アドレスとは、簡単にいえば、メモリに割り付けられた住所の事です。

８０８６系のＣＰＵでは、メモリを「セグメント」という形で分割して扱います。

このように、８０８６ＣＰＵでは、00000H～0FFFFFHまでの、１ＭＢの空間を、それぞれ「セグメント」とよばれる６４ＫＢのエリアに分割しながら扱えるように設計されています。ちなみに、これは１６ビットＣＰＵ主流の頃の話であり、今では３２ビット（やそれ以上）のＣＰＵである、８０３８６、４８６、ペンティアム、ペンティアムII……等が使われているのですが、ＭＳ－ＤＯＳのような１６ビットＣＰＵ用に設計されたＯＳでは、３２ビットＣＰＵを「仮想８６モード」という、８０８６として動作するモードで動かします。

ここでは８０８６ＣＰＵを使う、もしくは、仮想８６モードを使うものとして話をすすめていきましょう。

プログラムで、メモリにアクセスする場合、『MOV AX,DS:[0001H]』みたいに記述します。しかし、単なるMOVE命令では省略すると自動的にデーターセグメントを使う事になっているため、データーセグメントにアクセスする時は、『MOV AX,[0001H]』と、『ＤＳ：』を省略して書きます。（省略した際に使われるセグメントは、命令によって異なります。）

レジスターというと、お店にある会計をする機械の事を思い浮かべる人が多いと思います。しかし、ここではレジスタとはＣＰＵがメモリを読み書きするために使うものをいいます。レジスタは、一部（Ｃ言語）で使う以外、コンパイラ言語ではほとんど出てきません。しかし、アセンブラではレジスタを使わずにプログラムを作る事はできません。ここでは、そのレジスタの働きを説明します。

ＣＰＵがメモリを書き換える際に使うのが、レジスタです。レジスタとは簡単にいうと『数値を一時的にとっておくための手』と思ってください。たとえば、人間が物を移動させる場合、通常は『手』に物を持ち、それを移動先に置きます。これと同じようなことをＣＰＵが行うわけです。

８０８６ＣＰＵでは、レジスタは以下のものがあります。

モトローラ系の68000系などは、レジスタごとに役割が決まってない（それぞれ汎用で使える）のですが、８０８６ＣＰＵではレジスタごとに役割分担がはっきりしているようです。もちろん、上記用途以外でも使えないことはないのですが、ＳＩのオフセット値としてＢＸレジスタやＢＰレジスタは使えて、ＡＸレジスタはつかえないとか、ループやシフト命令を使う時にはＣＸレジスタが使われるなど、用途別に使い分けた方がなにかと都合が良いように設計されています。

これまでの説明では、アドレスは直接番地を指定してきましたが、実際には番地を直接書くのはまれで、「ラベル」というものを使います。たとえば、

このように、メモリに名前を付けます。実際にどの番地に割り当てられるかは、コンパイル時に決まります。（どのセグメントにロードされるかは、プログラムがメモリにロードされた時に決まります。）以後は、メモリの書き換えはアドレスを意識する事なく、このラベルを使って指定する事ができます。

８０８６系のアセンブラでは、表記にいくつかの決まりごとがあります。中には他の言語と大きく異なる点もあります。

大文字小文字

アセンブラでは（特に指定しない限り、デフォルトでは）大文字と小文字は区別しません。つまり、label_1とLABEL_1は同じ意味になります。また、ニーモニックの記述は大文字でも小文字でもかまいません。なので、全て大文字で記述する人もいれば、全て小文字で記述する人などまちまちです。

私のような８ビットマシンのＢＡＳＩＣ＋アセンブラからこの世界に入った人は、アセンブラの記述も全て大文字で書いてしまうのですが、最初にＣ系の言語(C、C++、PHP、Perl）から入った人は小文字で記述する人が多いようです。

１６進数

１６進数を表記するためには、うしろにＨをつけます。10Hは、１０進数では１６になります。

ただし先頭にＡ～Ｆまでの文字が来る場合、ラベルなのか１６進数なのか区別ができなくなるため、１６進数である事を明記するために、先頭に０（ゼロ）を補います。たとえば、FFHだけだとラベルなのか１６進数なのか区別がつかないため、１６進数なら0FFHとします。（ちなみに、０がないとＦＦＨというラベルとして扱われます。）

２進数

アセンブラでは、フラグを操作する時など、よく２進数を扱います。２進数は後ろにＢをつけます。たとえば、00100Bは、１０進数で４になります。

１０進数

１０進数は、そのまま表記すれば１０進数になります。しかし、１０進数である事を明確にする時は、うしろにＤをつけます。

アドレス

アドレス参照なのか、即値なのかを区別するために、［］（カギカッコ）を使います。たとえば、MOV AX,1とすると、ＡＸレジスタに「１」が入り、MOV AX,[1]とすると、メモリの１番地に書いてある内容がＡＸレジスタに入ります。

バイト・ワード

８０８６アセンブラでは、１バイトを「バイト」、２バイトを「ワード」と呼びます。ＡＸレジスタなど、１６ビット単位で数値を扱う場合は「ワード単位で扱う」と呼びます。

メモリからレジスタに数値を入れたり、メモリにレジスタの中身を書き出したりする場合に、ＭＯＶを使います。

転送の方向は、ＣＯＢＯＬとは違い、右から左になることに注意してください。（MOV AX,1は、「１」→「ＡＸ」と転送される）。レジスタに１６ビット長のレジスタを指定した場合、自動的にメモリは１６ビット単位（ワード）で転送されます。ただし、即値をメモリに入れる時は、バイト単位なのかワード単位なのかわかりません。そこで、コンパイラに、バイトかワードかをかを指示します。これは、「BYTE PTR」および「WORD PTR」と表記します。

演算命令には、ADD、SUB、MUL、DIVなどがあります。

ここで注意するのは、『わり算』です。ゼロで割ったり、商がALレジスタ（あるいはAXレジスタ）に収まりきれない場合は、INT 0が発生します。ＭＳ－ＤＯＳでは「０で除算しました」というエラーメッセージを発してプログラムを終了します。ＤＯＳプロンプトの時は、『このプログラムは不正な処理を行ったので強制終了します』と出ます。

コンパイラやインタプリタ言語では、大抵の場合ＣＰＵが０で割るような事がないように事前にチェックをし、Division by zeroなどのエラーを出力するようになっていますが、アセンブラで０で割ってしまうともうプログラムでエラー処理をかます事ができなくなるため、通常は割る前に０で除算してないかどうか、また、商がオーバーフローしないかどうかをチェックする必要があります。

もし、１６ビット以上の足し算をしたい場合はどうすればいいのでしょう。その場合、ADCを使います。まず下位バイト同士を足した後、ADC命令を使って上位バイト同士を足します。すると、下位バイトで発生した桁上がり（キャリーフラグ）が足されるため、３２ビット（やそれ以上）の足し算が可能になります。

１０進数で１を１桁あげると１０となり１０倍になります。８進数で001を１桁繰り上げると010(=8)となり８倍になります。のように、ｎ進数では、１桁くりあげるとｎ倍になります。なので、２進数では１桁くりあげると２倍になります。ビットシフト演算は、レジスタまたはメモリのビットをシフトして、二進数の桁のくり上げや、くり下げなどを行います。

たとえば、二進数０００００００１を１つ左にシフトしてみます。



のように、結果は『２』になり、『２倍』になりました。

左シフトを繰り返すと、２、４、８、１６、３２、６４、１２８、２５６、という風に、どんどん２倍になってゆきます。このように、単純に２倍、もしくは１／２倍にしたい場合、時間のかかるMULやDIVを用いることなく、ビットシフト命令で代用できます。

ここで、もし、ＤＸ：ＡＸレジスタを左シフトしたい場合は、SHL AX,1でＡＸレジスタを左シフトした後、RCL DX,1でキャリーフラグを含んでシフトします。

論理演算は、主にビットを操作する時に使います。

ＡＮＤ
両方のビットが１のとき、１、どちらかが０の時０になります。つまり、特定のビットだけを調べたい時に使います。

ＯＲ
どちらかのビットが１なら１になります。特定のビットを１にする時に使います。

ＸＯＲ
両方のビットが同じなら０、異なっていたら１になります。

NOT
ビットを反転させます。

NEG
符号を反転させます。具体的には、ビットを反転させた後、＋１します。

論理演算は主にＩ／Ｏポートを操作する時などで、特定のビットをたてたり、おろしたりする時に使います。

構造化プログラミングでは、分岐命令はとかく嫌われ者ですが、アセンブラでは分岐命令なしにプログラムを組むのは不可能です。とくに、条件判断はすべて分岐命令ですので、分岐命令なしでは条件判断すらできない事になります。

ＪＭＰ
指定されたアドレスに分岐します。分岐には相対分岐と絶対分岐があります。とはいえ、６８０９のように命令が違うわけではなく、両方ともＪＭＰ命令を使います。ただ、オペランドにレジスタやメモリが指定されたときは絶対分岐、即値が指定された時は相対分岐になります。

相対分岐とは、「今そのプログラムが実行されている場所から、どれだけ離れたところに分岐するか」という値で分岐します。アセンブラでは、分岐先のラベルを指定する事で、自動的に計算してくれるので、その辺を気にする必要はないです。

ここで、１バイトで表現できる場所への分岐（－１２８～＋１２７バイト以内）なら、分岐先を１バイトで表します。また、２バイトで表現できる場所への分岐は、分岐先を２バイトで表します。

ただし、分岐先が、今そのプログラムが実行されている場所（ＩＰ）より後ろで、＋１２７バイト以内の分岐だった場合、ＮＯＰが挿入され、命令全体が３バイトにそろえられます。なぜならば、今のアドレスより手前のアドレスは既にアドレスが確定されているから良いのですが、今のアドレスより後ろのアドレスは、今実行中の命令（この場合ＪＭＰ）の長さが変わると、アドレスも当然かわってしまうので、計算ができなくなってしまうからです。

このことは、次の条件分岐を使う場合に影響します。

条件分岐
フラグの状態により分岐します。

分岐命令は同じ命令にも２通りの書き方がありますが、生成されるコードは同じです。

条件分岐命令に続いて分岐先をアドレス（ラベル）で指定します。条件が成立していれば、指定のアドレス（ラベル）に分岐します。（条件が成立しなければ、何もせず符号なしの条件判断では、上（Above）、下（Below）の頭文字を取って、「JA」とか「JB」とかいう表現が使われます。

うち消す場合は、NotのNを用いて、「JNA」とか「JNB」とか書きます。『または同じ』という場合は、同じ（Equal）のEをとって、JAEとか、JBEとか書きます。符号付きの場合は、大きい（Great）と小さい（Low）の頭文字をとって、JGとか、JLとかいう風に書きます。符号なしの場合、『大きい』か『小さい』かの判断はキャリーフラグを使います。直前の命令、SUBもしくはCMPを使って、キャリーフラグを変化させます。

この場合、CMPとは『非破壊検査』といって、AXレジスタから１を引いたものとして（実際には引かない）、ＡＸの方が小さければキャリーフラグをセットします。また、AXと1が同じならば、ゼロフラグをセットします。同様に、符号ありの場合、サインフラグとオーバーフローフラグを使って判断します。

ここで問題なのは『条件分岐には、ショートジャンプしかない』という点です。６８０９のような、LBRAとかＬＢＳＲみたいにロング分岐命令なんてものはありませんし、JSRみたいに絶対分岐命令もありません。じゃあ、飛び先が－１２８～＋１２７だった場合どうするか、という問題にぶつかります。この場合、

解決法１：ジャンプテーブルを作る

＋１２７バイト以内に、『飛び先へ飛ぶための飛び先』があって、そこへ条件分岐させる方法です。この方法は思いつきやすい反面、ややこしいのが欠点です。なにしろ、飛び先のラベルの他に、飛び先へいくためのラベルまで必要になります。

解決法２：判断を逆転させる

つまり、「大きければ分岐」は、「同じか小さければ分岐しない」という風に、また「同じならば分岐」は「違えば分岐しない」という風に、考え方を逆転させて考えます。この場合、「同じか小さければ分岐」したいので、「大きければ分岐命令を飛ばす」というふうに書きます。この方法もかなりややこしいのですが、ジャンプテーブル方式よりもリストがすっきりします。

ただし、注意してください。$+5は、『今実行中の命令よりも５バイト後』という意味ですが、それに続くＪＭＰ命令が、そこのアドレスよりも手前への分岐だった場合、ＪＭＰ命令が２バイトになってしまう事があるからです。

この場合、次の命令の飛び先の距離によって$+4にしたり、$+5にしたりするのでは、微妙な距離の場合に困ってしまうので、次の分岐命令はできるだけ下のアドレスへの分岐に統一します。やむをえず手前に分岐するときは、とりあえず$+5としておき、次に必ずNOPを１つ入れるという手もありますが、素直にラベルを記述した方が良いでしょう。

IN、OUTは、Ｉ／Ｏポートを読み書きする命令です。これができる事が、アセンブラプログラムの最大の利点といえます。

Ｃ言語でも多少はできるますが、やはりＩ／Ｏポートを直接制御するような部分には、インラインアセンブルなどでアセンブラ言語で記述してある事が多いようです。Ｉ／Ｏポートとは、コンピューターに接続（または内蔵）された機器に対して情報をやりとりするための『窓口』だと思ってください。

たとえば、ディスプレイコントローラーに「プレーン２のＶ－ＲＡＭの情報を用意しろ」という命令（厳密にはちょっと違うが）を送るには、

MOV AL,02H
MOV DX,3C4H
OUT DX,AL
MOV AL,2
MOV DX,3C5H
OUT DX,AL

みたいにして、03C4H、03C5Hという２つのＩ／Ｏポートに数値を出力します。同様に、Ｖ－ＲＡＭのオフセットレジスタの値を読むためには、ＩＮ命令を用いて

MOV AL,13H
MOV DX,03D4H
OUT DX,AL
MOV DX,03D5H
IN AL,DX

みたいにして書きます。

どのＩ／Ｏポートを、どう操作すれば、何がおこるかは、その目的のパソコンの詳細資料が必要になります。つまり、アセンブラでプログラムを作るためには、アセンブラの記述方法を知っている事はもちろん、目的のパソコンの資料をできる限り集めなくてはならないという事になります。アセンブラでグラフィックスの描写ルーチンを作っていた頃の私の部屋は、Ｊ－３１００やＰＣ－９８０１、ＡＴ互換機の資料でいっぱいでした。

また、Ｉ／Ｏポートを操作する場合、同じ互換機同士、たとえばＰＣ／ＡＴ互換機同士でもＣＰＵ速度によってウェイトのタイミングがうまくいかなかったり、その機種独自のクセのようなものがあったりして、互換性を損ねてしまう（いわゆる『相性の関係で動かないというやつ』）ので、できる限り避けます。

私も、Ｉ／Ｏポートを操作するのは、どうしても速度を上げたい場合（つまり、画面制御でＶ－ＲＡＭを直接書き換えるプログラム）にとどめています。プリンターの制御など、さほど処理速度を要求しない場合はＢＩＯＳを使うようにします。

ソフトウェア割り込みに関する命令は、以下のような種類があります。

INTは主にＢＩＯＳやＤＯＳ割り込みを呼び出すために使います。

この場合、INT 17Hという「プリンターＢＩＯＳ」を呼びしました。また、

この場合、ファイルをオープンするという、ＭＳ－ＤＯＳ割り込みを呼びました。

ＭＳ－ＤＯＳ割り込みとは、INT 21Hを使った割り込みの事で、ＭＳ－ＤＯＳが用意した『基本プログラム』です。これは、ＭＳ－ＤＯＳ搭載マシン全体で互換性があります。（もっとも、バージョンによって違いはありますが）。したがって、ＭＳ－ＤＯＳ割り込みだけを使ってプログラムを作れば、「ＭＳ－ＤＯＳ互換」というプログラムが作れる事になります。

ＢＩＯＳとは、そのパソコンに用意された『基本プログラム』です。たとえば、プリンターに１バイト出力したり、キーボードから１文字入力したりという、汎用的なプログラムは、あらかじめ機械の方で用意されています。これを使うことにより、機械同士のクセやウェイトのタイミングなどの『相性の問題』を吸収してくれます。

これらの基本プログラムは、ソフトウェア割り込みを使って呼び出します。どのソフトウェア割り込みをつかうと、何が起こるかは、ＭＳ－ＤＯＳ割り込みやＢＩＯＳ割り込みに関する情報を記した資料が必要になります。Ｉ／Ｏポートの制御と同様、資料を集める必要があります。

とにかく、アセンブラ使いは、資料を集めなくてはいけないという事です。アセンブラでプログラムを作る場合にしても、互換性のためになるべく以下のようにします。

• なるべくＭＳ－ＤＯＳ割り込みだけで作る
• ＭＳ－ＤＯＳ割り込みだけでできない部分だけは、ＢＩＯＳを使う。
• ＤＯＳ割り込みでもＢＩＯＳでもできない場合、Ｉ／Ｏポートを「しかたなく」操作する。

ＭＳ－ＤＯＳ割り込みやＢＩＯＳ割り込みについては、プログラム講座とはまた別の話になりますので、 OOh!Dyna や、 OOh!PC をご覧ください。

頻繁に使うルーチンを『サブルーチン』にして、メインルーチンから呼びます。サブルーチンを呼ぶためには、CALLを使います。

ＣＡＬＬ命令がくると、プログラムはサブルーチンに制御を移します。具体的には、サブルーチンから戻る番地をスタックに保存した後、サブルーチンへ制御がうつる（ＩＰがサブルーチンのアドレスにセットされる）わけです。

また、RETがくると、サブルーチンから復帰します。具体的には、スタックのアドレスをＩＰに戻し、スタックをポップします。ここで、スタックとは、「データーを一時的に保存しておく場所」という事です。

スタックの用途は、レジスタの保存や、ＣＡＬＬ時の戻り番地の保存に使われます。また、Ｃ言語ではローカル変数の保存に使ったり、関数通しのパラメーターの受け渡しにも使います。（Ｃだけでなく、ＣＯＢＯＬでも、アセンブラルーチンへのパラメーターの受け渡しに使われます）

スタックにデーターを入れることを「ＰＵＳＨする」といいます。また、スタックからデーターを取り出す事を「ＰＯＰする」といいます。スタックは、最後にＰＵＳＨしたものが、ＰＯＰすると出てきます。つまり、

PUSH BP
PUSHF
PUSH AX
PUSH BX

としてレジスタを保存した場合、取り出す時は

POP BX
POP AX
POPF
POP BP

という風に、ＰＵＳＨした時とは逆順にＰＯＰしなければなりません。（この順番をわざと変えて、レジスタの内容を交換するという事もできます）

レジスタにＰＵＳＨしたデーターは、必ずＰＯＰしなければなりません。でないと、そのプログラムが１回実行するたびにスタックポインタが手前に下がってしまい、しまいには重要なデーターを壊す（スタックアウトする）場合があるからです。また、ＰＵＳＨ、ＰＯＰの数が合ってないと、サブルーチンからも復帰できなくなります。

しかし、どうしてもスタックを一気に破棄したいという場合は、ADD SP,+2のように、スタックポインタを増やしてしまうという方法もあります。この場合、そのルーチンを通る時点でスタックがどれぐらい詰まれているかを正しく把握する必要があります。条件によってスタックのつまれる量が違ったりすると思わぬバグの元になります。

ストリング命令は、単純な命令を繰り返し実行する事ができます。また、LOOP命令を使ってループを作るよりも実行速度ははるかに高速になります。Ｖ－ＲＡＭを同じ値で一気に塗りつぶす時とか、別の場所にコピーする場合とかに有効です。

STOS
ALレジスタか、AXレジスタの内容を、DS:[SI]で示すアドレスに書き出します。

これをリピート命令と組み合わせて使うことによって、連続したアドレスに対して行う事ができます。

ここで、ＣＸレジスタは繰り返す回数を指定します。ES:[DI]レジスタは１回実行するたびに＋２します。なお、ＣＬＤのかわりにSTDが指定さえた場合、１回実行するごとに、DIレジスタを－２します。（アドレスの若い方に向かって繰り返します）。

MOVS
DS:[SI]レジスタで示したアドレスから、ES:[DI]レジスタで示したアドレスへ、メモリを転送する。

ここで、MOVSWは２バイト単位で転送が行われるので、MOVSBより高速になります。なお、MOVSBではALレジスタが、MOBSWではAXレジスタが転送の際に使用され、最後に転送した値がAX（AL）レジスタに残ります。

SCAS
ALレジスタ（もしくは、ＡＸレジスタ）の値と、ES:[DI]レジスタで示された場所の値を比較します。これは、REPEもしくは、REPNE命令と共に使います。

CMPS
DS:[SI]とES:[DI]の値を比較します。

SCAS、CMPSともに、１バイト単位なら、SCASB、CMPSB、２バイト単位ならSCASW、CMPSWと書きます。また、REPEと書くと「同じ限り繰り返す」となり、REPNEと書くと「違う限り繰り返す」という意味になります。

あまり使わない命令ですが、知っておくと何かと便利な命令です。

LEA
アドレスをレジスタにセットします。たとえば、LEA BX,[SI]と書くと、SIレジスタの示すアドレスにある値ではなく、SIレジスタの値そのものがBXレジスタに入ります。また、LEA DI,[SI+BX]と書くと、DIレジスタには、SI+BXの結果そのものが入ります。

LDS
DSレジスタと、指定レジスタに値を同時にロードします。たとえば、LDS SI,[TBL1]とすると、TBL1で示した場所にある値（オフセット：セグメント）が、DSレジスタとSIレジスタにロードされます。他に、LESという命令がありますが、これは、DSのかわりにESにロードされます。

XLAT
「ＢＸレジスタ＋ＡＬレジスタ」で示されたアドレスの値を、ＡＬレジスタにセットします。たとえば、ＢＸレジスタにバッファの先頭アドレスをセットしておいて、そこから、＋ＡＬの所にあるデーターを取り出したい時に使います。

シングルタスクであるMS-DOS上でアセンブラでプログラムを作る場合、最後にはＭＳ－ＤＯＳに制御を戻します。Linuxでは無限ループにしておいて常にバックグラウンドで動作させておいて、不要になったらKILL -KILLコマンドでメモリから削除するという手もあるのですが、MS-DOSは基本的にシングルタスクなので、プログラムが終了したらMS-DOSに戻さないと、そのプログラムのせいでコンピューターをリセットせざるを得なくなります。(WindowsのDOS窓なら話は別ですが）

MOV AH,4CH
INT 21H

AHレジスタに4CHをいれておき、INT 21HのDOSコールをする事で、プログラムは終了し、DOSの制御に戻ります。

以上で、アセンブラの命令はほとんど説明し終わりました。アセンブラは命令数自体は非常に少なく、また、それらをすべて使わなくても、プログラムを作ることはできます。しかし、逆にいえば、これだけでは、何も作ることはできません。つまり、アセンブラでプログラムを作るためには、「どこのメモリを、どう書き換えると、何が起こるか」「どの割り込みを、どう呼べば、どうなるか」「どのＩ／Ｏポートを書き換えると、どうなるか」を調べなくてはなりません。

アセンブラでプログラムを作る場合は、まずその機械の資料を集めてみましょう。逆に目的のハードウェアの仕様書さえあれば、アセンブラ使いにとって鬼に金棒です。