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x86アセンブラでOSレスのズンドコきよし

x86 CPUの電源投入後の動作モードであるリアルモード(16ビットモード)向けに、アセンブラでズンドコきよしのプログラムを書いてみました。

OSレスで動作するように作っていますので、生成されるイメージzundoko.imgは以下のようにQEMUで実行できます。

$ qemu-system-i386 -fda zundoko.img

必要なもの

• GCC
• Make
• QEMU(qemu-system-i386)

試し方

Makefileを用意していますので、make runでビルドと動作確認を行えます。

ズンドコきよし自体のアルゴリズム

C言語で同等の実装を行ったものをzundoko_algo.cという名前でこのリポジトリに入れています。

ズンドコきよしの解き方としては、以下のように考えました。

1. zunカウンタゼロクリア
2. 乱数生成(0か1)
3. ループ
   1. 乱数 == 1
      1. print "zun"
      2. zunカウンタインクリメント
   2. 乱数 == 0
      1. print "doko"
      2. zunカウンタ < 4
         1. zunカウンタゼロクリア
      3. zunカウンタ >= 4
         1. ループ脱出
4. print "kiyoshi"

OSレスのアセンブラで実現するためにやったこと

乱数の種のためのタイマーカウンタ値取得と、画面への文字出力は、BIOSの機能を呼び出すことで実現しています。(BIOS割り込みルーチン)

また、乱数を生成する機能はBIOSに無いので、線形合同法という方法で実装しました。

すべてのデータをレジスタで管理

ズンドコきよしと乱数生成のアルゴリズムは共に、「記憶しておかなければならないデータ」が少ないアルゴリズムです。

• ズンドコきよし -- zunカウンタのみ
• 乱数生成(線形合同法) -- 漸化式の演算結果(Xn)のみ

そこで、すべてのデータをレジスタで管理し、メモリへのread/writeを行わないように作ってみました。(ただし、CPUが実行する命令をメモリから取り出す(フェッチ)ためのreadは例外。命令フェッチのためのread以外にメモリアクセスは発生しないように作ってみました。)

zundoko.Sで使用するレジスタは以下のとおりです。

レジスタ名	用途
ax,bx,cx,dx	演算のための値格納、BIOS割り込みルーチンへの値受け渡し
di	zunカウンタ
si	漸化式の演算結果(Xn)