番外編
Ｃｈａｐ．６ 命令語インタプリタを改造する（１）
「今回からラダー図でメモリを作るんじゃなかったけ？」と思った人には申し訳ありません。
予定を変更して、先に命令語インタプリタを改造することにします。
具体的には、命令語インタプリタにスタックを設けて「回路ブロックの結合」構造のあるラダー図を実行できるようにします。
話は変わりますが、１９７０年代後半、アメリカのある有名な半導体メーカが１ビットマイコンを出していました。
このマイコン、扱うデータが１ビットですから、算術演算はできません。（できるのは、論理演算だけです。）
それに、取り込んだデータをビット反転してからレジスタと論理演算する、奇妙な命令があります。
これって、どこかで聞いたことがあるような気がしませんか？
（聞いたことかないという人は、番外編Ｃｈａｐ１の表１．１を見てください。）
１９７０年代後半に、シーケンス制御を想定したマイコンが存在していた！という話でした。
６．１ 今までの命令語インタプリタの問題点
さて、本題です。
これまで使ってきた命令語インタプリタには、回路ブロックの結合をおこなう命令語がありませんでした。
このため、ラダー図に回路ブロックの結合構造がある場合、このラダー図を命令語に変換する前に、ラダー図を変形する必要がありました。
しかし、この変形は回路ブロックをいったんコイルに置き換えるため、どうしても冗長になってしまいます。
そこで、今回から命令語インタプリタを改造し、回路ブロックの結合構造をそのまま実行できるようにすることにします。
理屈はともかく、図６．１のラダー図を見てください。
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この図は「回路ブロックの結合」構造のあるラダー図です。（青色の枠内と水色の枠内をＯＲ結合しています。）
このラダー図は、従来の「命令語インタプリタ」の命令語には変換できませんでしたが、図のように、改造後の「命令語インタプリタ」の命令語には変換することができます。
これは、回路ブロックのＯＲ結合をおこなうＯＲＳＴＡＣＫという命令語があるためです。
６．２ 改造後の命令語インタプリタの仕組み
次に、この改造後の「命令語インタプリタ」の仕組みを考えてみましょう。
（１）導通状態スタックを設ける
「命令語インタプリタ」には、導通状態を記憶するレジスタは１個しかありません。（以下、導通状態レジスタと呼びます。）
したがって、図６．１のように回路ブロックの結合のあるラダー図を命令語に展開した場合、２回目に（ここでは③のとき）出現したＬＤ命令、またはＬＤＮＯＴ命令で、導通状態レジスタの内容は上書きされて消失してしまいます。
そこで対策として、ＬＤ命令、またはＬＤＮＯＴ命令で、「現在の導通状態レジスタの内容をスタックに退避する」ことにします。
このためのスタックを、導通状態スタックと呼ぶことにします。
ここでは、１ビット×８段の深さの導通状態スタックを、命令語インタプリタの内部に設けることにします。
（２）ＬＤ命令、ＬＤＮＯＴ命令の動作を変更する
（１）で説明したように、ＬＤ命令とＬＤＮＯＴ命令の動作仕様を表６．１のように変更します。（Ｒｅｇは、導通状態レジスタのことです。）
表６．１ ＬＤ命令とＬＤＮＯＴ命令の動作 命令語 従来の命令語インタプリタでの動作 改造後の命令語インタプリタでの動作 LD n (1)Reg ← (n)
(1) 現在のＲｅｇの内容を、導通状態スタックに退避する（ＰＵＳＨ動作）
(2) Reg ← (n)
LDNOT n (1)Reg ← not(n)
(1) 現在のＲｅｇの内容を、導通状態スタックに退避する（ＰＵＳＨ動作）
(2) Reg ← not(n)
ＬＤ命令またはＬＤＮＯＴ命令の直前までで１つの回路ブロックと扱いますから、導通状態スタックには回路ブロックの演算結果が積まれてゆくことになります。
（３）ＡＮＤＳＴＡＣＫ命令、ＯＲＳＴＡＣＫ命令を新設する
次に、導通状態スタックに積まれた回路ブロックの演算結果をどうやって使うかを考えます。
導通状態スタックに積まれた回路ブロックの演算結果と、現在の回路ブロックの演算結果を表す導通状態レジスタとを、ＡＮＤ演算すれば２つの回路ブロックのＡＮＤ結合になります。
同様に、ＯＲ演算すれば２つの回路ブロックのＯＲ結合になります。
そこで、このような動作をおこなう命令語を新設することにし、それぞれＡＮＤＳＴＡＣＫ、ＯＲＳＴＡＣＫ命令と呼ぶことにします。
表６．２に、ＡＮＤＳＴＡＣＫ命令とＯＲＳＴＡＣＫ命令の動作を示します。
表６．２ ＡＮＤＳＴＡＣＫ命令とＯＲＳＴＡＣＫ命令の動作 命令語 動作 ANDSTACK (1)導通状態スタックからデータを復帰する（ＰＵＬＬ動作）
(2)Reg ← Reg and ＰＵＬＬした内容
ORSTACK (1)導通状態スタックからデータを復帰する（ＰＵＬＬ動作）
(2)Reg ← Reg or ＰＵＬＬした内容
以上、（１）～（３）の改造によって、回路ブロックの結合をおこなうことができるようになります。
ところで、図６．１で展開された命令語（①～⑥）を注意深く見ていた人は、ＬＤ命令２個に対して、ＯＲＳＴＡＣＫ命令が１個しかないことに気がついたのではないでしょうか？
通常、スタックへのデータのＰＵＳＨ動作、ＰＵＬＬ動作は、同じ数だけおこなわなければならないはずです。
しかし、今回の場合は、最初のＬＤ命令（①）の実行直前の導通状態レジスタの値は意味がありませんから、捨ててもかまいません。
すると、残った問題は、スタックポインタの「ずれ」を、どう解決するかだけです。
これには、表６．３のような解決方法があります。
表６．３ スタックポインタの「ずれ」の解決方法 方法１ 回路先頭のＬＤ命令、またはＬＤＮＯＴ命令に限り、ＰＵＳＨ動作をおこなわせないようにする。
方法２ ＯＵＴ命令で、導通状態スタックからダミーのＰＵＬＬ動作をおこなう。
方法３ スタックの代りに、シフトレジスタを使う。
方法３は、シフトレジスタが「スタックポインタが固定されて、代りにデータが移動するスタック」と見なせることを利用しています。
今回の改造では、方法３を採用する予定です。
６．３ 複雑なラダー図を命令語に変換
最後に、複雑なラダー図を命令語に変換した例を示します。
（図６．２は、ラダー図開発ツールＬＤ Ｃｖ！でラダー図を作成して、これをＬＤ
Ｃｖ！自身で命令語に変換させた画面です。）
命令語インタプリタを改造して使用する場合、この変換作業を、手作業でおこなわなければなりません。
この変換結果を、納得できるでしょうか？
（なお、変換結果は一通りでないため、これ以外の変換結果でも正解の場合があります。）
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さて、次回はＶｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃで書かれた命令語インタプリタを、実際に改造してみることにします。