大戰系統程式 - SIC 及 SIC/XE 組譯
繼上一篇指令分析，這篇要做的是組譯，組譯指的是我們寫完的組合語言變成機器語言的過程。
和之前的指令分析一樣，有非常多的細節要注意。這裡的練習分寫 SIC 和 SIC/XE，有些地方不同且 SIC/XE 還有多東西要處理。
下方的內容如果有錯誤，歡迎來信更正！
SIC 組譯
下方的題目取自席家年教授的練習題，如有侵權請來信告知！
下方為練習卷
而我們要做的第一件事就是幫每條指令寫上位址，有些指令會發現沒有在 SIC 指令表內，而這些不在表內的指令稱為組譯指示，也就是說是寫給組譯看的，並不會實際產生程式碼，但這不代表不會佔用位址空間。
| 位址 | 標記符號 | 指令 | 運算元 |
|---|---|---|---|
| 2100 | EX2 | START | 2100 |
| 2100 | TST | LDA | ONE |
| 2103 | STA | DATA | |
| 2106 | LDX | ONE | |
| 2109 | LDCH | STR,X | |
| 210C | STCH | CX | |
| 210F | RSUB | ||
| 2112 | DATA | RESW | 1 |
| 2115 | ONE | WORD | 1 |
| 2118 | STR | BYTE | C'01' |
| 211A | CX | RESB | 1 |
| END | TST |
上方這張表多了位址這個欄位，而欄位的計算重點如下：
- 位址開始從 START 指令的運算元開始
- START 後的第一條指令的位址和 START 相同，因為 START 不會佔用位址空間
- 位址是使用 byte 做為計數，而 SIC 表內的每條指令都佔用 24 個 bit，也就是 3 個 byte，因此可以發現到表內指令的位址皆為 +3
- 所有的運算元皆使用十進位，除了 START 之外
- RESW 代表此處保留指定數量的 word，一個 word 代表三個 byte
- WORD 代表此處要有一個長度為 word 的整數，運算元即為整數的值
- RESB 代表此處保留指定數量的 byte
- BYTE 的運算元 C'01' 的 01 代表的是字元，因此此處可以知道有兩個字元，也就是兩 byte
算出所有的位址之後就下以完成「標記符號位址表（SYMTAB）」這個表格
| 標記符號 | 位址 |
|---|---|
| EX2 | 2100 |
| TST | 2100 |
| DATA | 2112 |
| ONE | 2115 |
| STR | 2118 |
| CX | 211A |
接著我們要開始寫目的程式，但在寫之前要先把在 SIC 表內的指令轉成目的碼，其實就是把我前一篇指令分析的步驟倒過來。
| 標註 | 指令 | 運算元 | 位址 | 目的碼 |
|---|---|---|---|---|
| EX2 | START | 2100 | 2100 | |
| TST | LDA | ONE | 2100 | 002115 |
| STA | DATA | 2103 | 0C2112 | |
| LDX | ONE | 2106 | 042115 | |
| LDCH | STR,X | 2109 | 50A118 | |
| STCH | CX | 210C | 54211A | |
| RSUB | 210F | 4C0000 | ||
| DATA | RESW | 1 | 2112 | |
| ONE | WORD | 1 | 2115 | 000001 |
| STR | BYTE | C'01' | 2118 | 3031 |
| CX | RESB | 1 | 211A | |
| END | TST | 211B |
上方這張表多了目的碼這個欄位，而欄位的計算重點如下：
- 指令可以透過 SIC 指令表取得對應的 opcode，而 opcode 就是前八位二進位
- 如果運算元有
,X表示要使用索引定址，則我們把二進位的第九位設為1 - 其於的 15 位則可以參考標記符號位址表填入
- BYTE 直接把字元換成 ASCII 再換成十六進制寫入
- WORD 直接寫入運算元換成十六進制的值即可，但要記得保留前面的
0，總共要有六位。
下面以 LDCH STR,X 這條指令為例：
我們取得 LDCH 的 opcode 為 50，二進位為 0101 0000，這代表前八位。因為有 ,x，因此要使用索引定址，我們把第九位設為 1，反之為 0。
最後把剩下的 STR 的位址 2118 轉為二進位，得到 010 0001 0001 1000，可以發現到第一組只有三位，因為只有 15 位。
接著把所有的二進位組合起來 0101 0000 1 010 0001 0001 1000，再換回十六進位就可以得到 50A118。
目的程式
接下來真的可以開始寫目的程式了，目的程式要一行一行的寫，且所有的地方都以十六進位表示。這邊特別提一下，正常的程式不會有 ,，這裡是為了清楚顯示才加的。
第一行是表頭紀錄，要依序寫入的資訊如下：
- 開頭字母
H - 六格的程式名稱，如果不足則直接補空格
- 六格的開始位址，如果不足則直接補零
- 六格的程式長度，如果不足則直接補零
以這份程式為例，表頭紀錄如下：
H,EX2☐☐☐,002100,00001B
值得注意的是程式長度的算法就是 END 位址減掉 START 的位址
接下來會有數行的本文紀錄，要依序寫入的資訊如下：
- 開頭字母
T - 六格的開始位址，如果不足則直接補零
- 兩格的程式長度，如果不足則直接補零。這個可以最後再寫
- 從上到下的目的地，連續往後寫不加空格，直到遇到指令沒有目的碼，則直接重新開始一行
以這份的程式為例，可以寫出兩行如下：
T,002100,12,002115,0C2112,042115,50A118,54211A,4C0000
T,002115,05,000001,3031
最後一行是結束紀錄，但是這裡因為剛好遇到有指令沒有目的碼，因此可以直接不寫 END。
這裡就完成了 SIC 的指令組譯了。
SIC/XE 組譯
大部分的步驟都和 SIC 組譯相同，我會特別針對不同的地方點出來，相同的地方我不會再提。
下方為練習卷
和 SIC 大部分相同，先把位址寫一寫，寫完的結果如下：
| 位址 | 標記符號 | 指令 | 運算元 |
|---|---|---|---|
| 0 | START | 0 | |
| 0 | BB | LDB | #BB |
| - | BASE | BB | |
| 3 | LDA | KK | |
| 6 | +STA | NN | |
| A | KK | WORD | 15 |
| D | BUF | RESB | 4096 |
| 100D | LDA | @NN | |
| 1010 | STA | BUF,X | |
| 1013 | NN | RESW | 1 |
| 1016 | END | BB |
特別注意到 +STA，這個代表的是它佔了四個 byte，因此計算的時候要 +4。
接著我們就直接寫目的碼，寫完如下：
| 位址 | 標記符號 | 指令 | 運算元 | 目的碼 |
|---|---|---|---|---|
| 0 | TEST | START | 0 | |
| 0 | BB | LDB | #BB | 692FFD |
| - | BASE | BB | ||
| 3 | LDA | KK | 032004 | |
| 6 | +STA | NN | 0F101013 | |
| A | KK | WORD | 15 | 00000F |
| D | BUF | RESB | 4096 | |
| 100D | LDA | @NN | 022003 | |
| 1010 | STA | BUF,X | 0FC00D | |
| 1013 | NN | RESW | 1 | |
| 1016 | END | BB |
在開始之前請確保已經學會了指令分析，因為很多東西我不會再提。這裡我會選幾條需要講解的來做，其它的做完可以參考上方。
LDB #BB
同樣的先找到 LDB 的 opcode 68，之後就可以發現到運算元前面有個 # 的符號，這和 ni 有關，可以參考下方的整理：
- 無符號
11 - #
01 - @
10
因此這裡可以知道 ni 要是 01。
而我們還有 xbp 要決定，決定的方法如下：
- x 只有運算元指定的時候才使用
- b 參考 p
- p 只要是運算元是標記符號就使用，但需要注意如果 TA 會超出範圍 ，則換成 b。
- 如果是格式四則全為
0
最後還有一個 e，這個的決定就是運算子前面有沒有 + 號，如果有的話就會變成格式四。
但到這裡我們只決定了 nixbpe，我們還有最後的 12 位要算。還記得之前做指令分析的時候會把最後 12 位加上 xbp 之類的暫存器的位址嗎？這裡我們要反算，我們要讓算出來的值剛好落在我們想要的地方。
這裡我們的目標是 BB，也就是 0 這個位址，而 PC 此時是多少呢？PC 指的是下一行的位址，在這裡是 3，因此我們就知道這 12 byte 要是 -3，這樣一來才能跟 PC 做抵銷，來到達我們想要的地。注意一下 -3 要使用二的補數來表達。
而這樣我們就全部都有了，我們就能寫出 0110 1001 0010 1111 1111 1101，換成十六進位就是 692FFD。
+STA NN
這條可以發現到前面有 + 號，因此要使用格式四的方式來寫，也就是說會有 32 位，寫出來的目的碼也會明顯比較長。
除此之外，xbp 都應該要是 0。
LDA @NN
這條沒有什麼特別的，但可以發現到運算元前面有 @，也就是說 ni 要是 10。
STA BUF,X
這條可以發現到有一個 ,X，可以知道 xbp 的 x 要設為 1。除此之外還會發現到後 12 位算完會超出範圍，這個時候就要把 p 改為 0 且把 b 改為 1。
這個時候的後 12 位就不是在使用 PC 去做計算，而是要使用 BASE 所在的位址，也就是 0。
因為剛好是零，因此後 12 位就剛好是 BUF 的位址。
目的程式
當寫完全部的目的碼之後就可以開始寫目的程式，第一行的表頭紀錄和 SIC 一樣，如下：
H,TEST☐☐,000000,001016
接下來一樣會有數行的本文紀錄，跟之前完全一樣，如下：
T,000000,0D,692FFD,032004,0F101013,00000F
T,00100D,06,022003,0FC00D
再接下來會有一個跟 SIC 不同的地方，稱為修正紀錄。為什麼會需要這個紀錄是因為有時候我們使用的定址是直接寫死的，也就是說不是用 PC 之類的方法算出來的，而是直接寫死某個地方，但程式會被放在記憶體的哪裡我們不知道，因此寫死的位址就會在運作的時候出錯。
以這題為例，可以發現到 +STA NN 的 xbp 都是 0，也就是說它的位址寫死了，因此它就需要修正。
每一個需要修正的指令都要一行修正紀錄，內容依序寫入：
- 開頭字母
M - 六格要修正的指令後 20 位或後 12 位所在的位址
- 兩格要修正的位數，位數要再除於四
- 符號
+ - 六格 START 位址的標記符號
以這份的程式為例，修正紀錄如下：
M,000007,05,+,TSET☐☐
這裡的長度其實只會有兩種可能，如果是格式三就一定是 3，如果是格式四就一定是 5。
結束紀錄如下，就填上 BB 代表的位址即可：
E,000000