いまさらPC-9801
　　小手先技巧講座［後編］

　さて、後編です。

　PC-9801Vシリーズのあまり使われない機能の中に4096色のアナログパレットがあります。私も今までグラフィックツールソフトの他にこの機能を利用したソフトを見たことがありません。が、これも利用しない手はないというもの。ビジネスソフトに、ゲームソフトに、発想次第ではいくらでも応用できることと思います。例えばモノトーンの画面でも、郷愁を誘う微妙なセピア色のワークシートとか目に優しく気持ちの落ちつくグローブグリーンのテキストエディタなど、ちょっとした色使いでかなり面白い効果を出せる場合も多いと思います。また、ゲームなどの分野であっても、重厚なメタリック感覚のキャラクタやリアルな爆発シーンなど大きな効果を期待できます。

　それでは早速プログラミングに入りましょう。Vシリーズにはハードウェア的に2つのカラーモードが存在します。それぞれ8色グラフィックモード、16色グラフィックモードと呼ばれ、前者が従来機とのコンパチモード（8色パレット）で後者が今回利用する4096色パレットが使用できるモードです。「16色」というのは、Vシリーズ以降の機種はRGB3画面の他にI(ｲﾝﾃﾝｼﾃｨｰ)（=明度）の画面が追加され、同時16色表示が可能になったことに由来します。 　PC-9801のパレットポートはかなり異常でプログラマ泣かせでありまして、I/Oアドレスが連続しているわけでもなければパレットコードの順に並んでいるわけでもありません。おまけにポートが4バイトしかなく、従来コンパチの8色パレットの場合は上下2つのニブル(4bit)に分割して使用しなければなりません。はっきり言って完璧に人を馬鹿にしています。 　幸い4096色パレットの設定の場合は8色のときほど苦労はなさそうです。I/Oポートを【表1】に示します。

　さて、パレットの設定の仕方ですが、わずか4バイトのI/Oポートを用いて4096色を表現するわけですから、従来のように3bitのパレットコードを出力するだけではとても済みません。まずA8Hにカラーコード（0=黒～15=明るい白）を出力し、次いでそのコードに割り当てる色をGRBそれぞれ16段階（4bit）でAAH，ACH，AEHに出力、設定します。ここで注意することは、VM2／VF2のように実際にはインテンシティーVRAMが載っておらず（オプション）16色モードに設定しても8色しか使用できない機種の場合は、出力するカラーコードが0及び9～15になることです。ちなみにカラーコード8はグレー（灰色）になります。

　何はともあれサンプルプログラムを見てみましょう。一目瞭然だと思います。このプログラムを走らせると画面をフェードイン・フェードアウトします。原理は簡単で、グラフィックVRAMの黒のカラーコードに暗色の白から明色の白へ15段階でパレットコードを割り当てるわけです。ま、リストを見てください。ただ、このプログラムはSLR社のオプティマイズアッセンブラで開発してありますので、マイクロソフト社のMASMだとエラーを出すかもしれません。そのときは適宜修正してください。

　MS-DOS用のアッセンブラと言えばマイクロソフト社製のマクロアッセンブラである“MASM”が有名かつ主流のようです。このMASM、アメリカではすでにバージョン5.0が発売されており、その機能にも磨きがかかってきました。しかし、この独占を許すまじとばかりに、Z80ASMで有名な米SLR社がMS-DOSアッセンブラ界に殴り込みをかけてまいりました。その名もオプティマイズアッセンブラ“OPTASM”。そのスペックはというと、MASM V5.0完全上位コンパチブル。（実際には『完全』ではないようで、私もMASM用のとあるマクロライブラリを使用した際にエラーを出しまくられまして少々がっかりしました。おそらくバグでしょう。）本当に終わったのか？と思ってしまうような超高速性。（MASM V3.0と比べると、なんと15倍程度。）それでいながら条件ジャンプの自動最適化処理を行なうため、NEARジャンプとSHORTジャンプを使い分ける必要がありません。他にもローカルラベル機能やクロスリファレンサ内臓など、うれしい機能が満載されています。　私は一人で一気にプログラムを組む関係上分割アッセンブルは避けたいわけで、先日も依頼ソフトを完成させたところソースサイズが80Kバイトを越えてしまいました。これをMASM V3.0にかけますと、RAMディスクを使用しているにもかかわらずアッセンブルに2分以上もかかってしまいました。これにしびれを切らした私は大枚3万9800円（3万5000円にまけてもらいましたが）をはたいてOPTASMを購入したのです。結果は驚き、10秒足らずでアッセンブルが終了しました。その日からアッセンブルが楽しくなったのは言うまでもありません。現在もOPTASMを愛用していますが、ついこの前、ふとMASMの遅さをもう一度実感してみようと思い立ち、開発中の30K程度のソースをMASMにかけてみたのです。OPTASMだと3秒足らずで帰ってきますから、MASM(V3.0)だと40秒以上かかる計算になります。ところがそのとき私の見たものは、出るわ出るわのエラーの山でした。OPTASMでは“0 errors”と表示されるのに…………そう、オプティマイズの影響とV3.0のバグのために発生するものでした。これでおわかりでしょう。私はもうMASMを使えない身体になってしまったのです。 　また、オブジェクトサイズにも違いが現れます。OPTASMの作成したOBJファイルはMASMのものよりも小さくなるのです。これはJMP命令が多く使用されていればいるほどこの差は大きくなります。OPTASMは不用なNOP命令を全く生成しないためです。MASMはNEARジャンプ（+127/-128）が2バイト命令、SHORTジャンプ（+32767/-32768）が3バイト命令であることからパス1実行時にとにかく3バイト確保し、パス2でNEARジャンプだと判断されると余分となった3バイト目にNOPを挿入するのです。 　現在MASMのV5.0は日本国内では販売されていません。しかしこれの上位コンパチのOPTASM（V0.96）は国内代理店を通して現在販売されております。これは何と言ってもおすすめ品です。私個人にしてみれば腹が立つのですが、現在は定価33,800円と6000円安で販売されております。（私のように発売前から注文をしていると6000円損したことになってしまいました。ちなみに私の購入したフロッピーのシリアルNo.は「6」でした。おまけにタイトルはボールペンの直筆ですし。）

　以前、零壱症候群第一号で「V30の話」をいたしました。ここではその続きを兼ねまして8086との差やアッセンブラプログラミングの高速テクニックなどを紹介します。

●回数指定SHIFT命令

ex.1
     MOV     CL,6
     SHL     DX,CL

【表.1】 （8086の場合）
  SHL  DX,1　･････ 2 Clock
  SHL  DX,CL ･････ CL*4+8 Clock

【表.2】 （V30の場合）
  SHL  DX,1　･････ 2 Clock
  SHL  DX,CL ･････ CL+7 Clock
  SHL  DX,imm ････ imm+7 Clock

●DEC，INC命令の不条理

●ブロック転送 8086 V.S. V30

MOVSを使わない場合

TLOOP:MOV    AX,[SI]   13(11)Clock
      MOV    [DI],AX   14(9)Clock
      INC    SI         2(2)Clock
      INC    DI         2(2)Clock
  +)  LOOP   TLOOP     17(13)Clock
  ---------------------------------
                       48(37)Clock

MOVSを使った場合

  +)  REP    MOVSW     20(10)Clock
  ---------------------------------
                       20(10)Clock

●ビットフィールド操作命令

　V30特有の命令にビットフィールド操作命令があります。これは他の16bitCPUにも類を見ないものです。
　通常、メモリにデータを格納する際やメモリからレジスタにデータをロードする際などは、バイト単位、あるいはワード単位で行なわれます。3bitや14bitといった中途半端なビット長でのロード／ストアはできないのが普通です。こういった場合は、AND，ORといった論理演算やSHL，RORなどのシフト命令を使用して実現しなければなりません。
　V30のビットフィールド操作命令を使うと、1～16bitの任意ビット長のデータをメモリ空間上の任意のビット位置に格納したり、またレジスタにロードしたりすることができます。言うなれば「ビット単位のブロック転送命令」です。これはグラフィックVRAMを操作する際にはこの上なく高速かつ便利であります。例えばPC-9801のN-88BASICのPUT@文，GET@文を考えてみてください。任意の大きさのグラフィックデータをドット単位の任意の画面位置に表示、あるいは画面から取り込みを行なうわけですから、結構複雑なビット操作が必要になることはご想像いただけることと思います。

右の【図．1】は青VRAMに対してビットフィールド操作命令のINS命令を実行したときの様子です。この例ではAXレジスタの下位5bitを0A8024H番地の下位2bitから0A8025H番地の上位3bitにかけて転送します。INS命令を使用すると、
		【図．１】

 (MOV  AX,10101B    ;AX=WRITEﾃﾞｰﾀ)
  MOV  DX,0A800H    ;
  MOV  ES,DX        ;ES=転送先ｾｸﾞﾒﾝﾄ
  MOV  DI,24H       ;DI=BYTEｵﾌｾｯﾄ
  MOV  DL,6         ;DL=bitｵﾌｾｯﾄ
  INS  DL,5         ;5ﾋﾞｯﾄ転送

 (MOV  AX,10101B    ;AX=WRITEﾃﾞｰﾀ)
  MOV  DX,0A800H    ;
  MOV  DS,DX        ;DS=転送先ｾｸﾞﾒﾝﾄ
  MOV  DI,24H       ;DI=BYTEｵﾌｾｯﾄ
  ROR  AX,1         ;shift right 3bit
  ROR  AX,1         ;& copy LSB to MSB
  ROR  AX,1         ;& repeat 3times.
  AND  AL,00000011B ;mask high 6bit.
  OR   [DI],AL      ;DATA(2bit) WRITE.
  AND  AH,11100000B ;mask low 5bit.
  OR   [DI+1],AH    ;DATA(3bit) WRITE.

●STOS命令の高速性

共通部分

      XOR    AX,AX      3(2)Clock
      MOV    DX,2       4(4)Clock
      MOV    DI,AX      2(2)Clock
      MOV    CX,4000H   4(4)Clock

STOSを使わない場合

LB1:  MOV    [DI],AX   14(9)Clock
      ADD    DI,DX      3(2)Clock
  +)  LOOP   LB1       17(13)Clock
  ---------------------------------
                       48(37)Clock

STOSを使った場合

  +)  REP    STOSW     13(6)Clock
  ---------------------------------
                       13(6)Clock

●ビット操作命令

　Z80のプログラミングをされたことのある方はビット操作命令のありがたみがおわかりになると思います。任意1ビットのセット，クリア，テストが1ラインで実現できるのですから。8080でこれをやろうとすると大変。シフトやAND，ORの連発になります。実は8086も8080と同様で、任意のビットを操作するには論理演算の連発にならざるを得ません。
　ところがV30にはZ80以上に完備したビット操作命令が用意されているのです。セット，クリア，テストの他に反転（NOT）が追加され、アドレッシングも豊富になりました。8086の未定義コード“0FH”で命令を拡張しています。
　ビット操作命令はBASICのPSET文を実現するのに便利そうですが、他にもテキストのアトリビュートをいじったり、不揮発性メモリスイッチの設定を変えたり、また効率の良いデータ形式に、と応用は限りないと思います。また、実行速度も申し分なく高速です（レジスタの場合3～5クロック）。

●ブロックPUSH／POP

  push R
  pop  R

と表現します。わずか1ラインで8ライン分のPUSH／POPを行なうのですから嬉しさいっぱい夢いっぱいです。8本の汎用レジスタをもれなく一気にスタックに放り込んだり戻したりしてくれます。さて問題の速度ですが、【表．5】を見てみましょう。

 
 PUSH   R　･･････ 35Clock
 POP    R　･･････ 43Clock

 PUSH   AX ･･････　8Clock
 POP    AX ･･････　8Clock
 

　先日、NECからV30の改良型と呼ぶべきV33が発表になりました。16MHzで2.8MIPS、10MHzのV30に比べ4倍の処理能力といいますからなかなかのものです。物理アドレス空間も16Mバイトになり、内部回路も完全ワイヤードロジックになりました。これによってインテルとの訴訟問題も解決するとのことです。今秋発表のNECのPC-9801シリーズの新型にもおそらくV33が載ってくることでしょう。今から楽しみですね。（「心から……」ではないけど）