5. 反復処理

反復処理を使ったプログラムの例として， "1から10までの和" を計算するプログラムを考えてみます．下図の左側が LMC で実行できるプログラムです．このプログラムは教科書図8.2 （下の図の右側）のプログラムを Littele Man Computer (LMC) 用に書き直したものです．

各命令の対応関係は以下のようになっています．

LDA	ADD	STA	SUB	BRZ	BRA	OUT	HLT
load	add	store	subtract	jumpzero	jump	write	halt

LMCの命令セットについては，Little Man Computerシミュレータの命令セットをみてください．

0. プログラムの入力

以下のプログラムをプログラム領域にコピー＆ペーストして，"Submit"ボタンを押して，メインメモリに読み込んでください．

1. "STEP"によるプログラムの実行

ここでも"STEP"をクリックして1命令ずつ実行して行きます．最初の状態では"PROGRAM COUNTER"と"ACCUMURATOR"の値は，ともに「0」となっています．

2. "LDA 11" の実行

0番地の命令は "511 (LDA 11)" です．メインメモリの11番地の値「0」を "ACCUMULATOR" に読み込みます．

3. "ADD 12" の実行

1番地の命令は "112 (ADD 12)" です．"ACCUMULATOR" の値である「0」にメインメモリの12番地の値「10」を加えて，結果の値「10」を "ACCUMULATOR" に格納します．

4. "STA 11" の実行

2番地の命令は "311 (STA 11)" です．"ACCUMULATOR" の値「10」をメインメモリの11番地に書き出します．

5. "LDA 12" の実行

3番地の命令は "512 (LDA 12)" です．メインメモリの12番地の値「10」を "ACCUMULATOR" に読み込みます．

6. "SUB 13" の実行

4番地の命令は "213 (SUB 13)" です．"ACCUMULATOR" の値「10」からメインメモリの13番地の値「１」を引き，結果の値「9」を "ACCUMULATOR" に格納します．

7. "STA 12" の実行

5番地の命令は "312 (STA 12)" です．"ACCUMULATOR" の値「9」をメインメモリの12番地に書き出します．

8. "BRZ 8" による条件分岐

6番地の命令は "708 (BRZ 8)" です．"ACCUMULATOR" の値がゼロだった場合，"PROGRAM COUNTER" の値を「8」にして，プログラムの実行を8番地にジャンプします．この段階では "ACCUMULATOR" の値は「9」であり，ゼロではないので "PROGRAM COUNTER"の値は1増えて「7」になります．

実行が進むにしたがって，5～7の操作によって12番地の値が1つずつ小さくなり，ゼロになるときが訪れます．

9. "BRA 0" による無条件ジャンプ

7番地の命令は "600 (BRA 0)" です．無条件で "PROGRAM COUNTER" の値を「0」にして，プログラムの実行を0番地にジャンプします．

1. (2回目) 0番地からのプログラム実行

ここでは"PROGRAM COUNTER"の値は「0」となっています．ただしメインメモリの11番地と12番地の値が，最初の状態とは異なっていることに注意する必要があります．

2. (2回目) "LDA 11" の実行

0番地の命令は "511 (LDA 11)" です．メインメモリの11番地の値「0」を "ACCUMULATOR" に読み込みます．

3. (2回目) "ADD 12" の実行

4. (2回目) "STA 11" の実行

2番地の命令は "311 (STA 11)" です．"ACCUMULATOR" の値「10」をメインメモリの11番地に書き出します．

5. (2回目) "LDA 12" の実行

3番地の命令は "512 (LDA 12)" です．メインメモリの12番地の値「10」を "ACCUMULATOR" に読み込みます．

6. (2回目) "SUB 13" の実行

4番地の命令は "213 (SUB 13)" です．"ACCUMULATOR" の値「10」からメインメモリの13番地の値「１」を引き，結果の値「9」を "ACCUMULATOR" に格納します．

7. (2回目) "STA 12" の実行

5番地の命令は "312 (STA 12)" です．"ACCUMULATOR" の値「9」をメインメモリの12番地に書き出します．

8. (2回目) "BRZ 8" による条件分岐

実行が進むにしたがって，5～7の操作によって12番地の値が1つずつ小さくなり，ゼロになるときが訪れます．

9. (2回目) "BRA 0" による無条件ジャンプ

7番地の命令は "600 (BRA 0)" です．無条件で "PROGRAM COUNTER" の値を「0」にして，プログラムの実行を0番地にジャンプします．

10. 1～9 の反復と終了

以上のように1～9の処理が反復されます．2回目の反復が終わった際には，以下のようになります．

このプログラムの実行によって，メインメモリ上の11～13番地の値は，以下のようになることがわかります．

13番地の値は，12番地の値を減らす数値で，常に「1」である
12番地の値は，11番地の値に加算される数値で，最初「10」であり，1回毎に「1」だけ減っていく
11番地の値は，12番地の値の加算を反復した数値で，最初は「0」であり，0 + 10 + 9 + 8 + ... となる

この反復が途切れるのは，「8. "BRZ 8"による条件分岐」で"ACCUMULATOR"の値が「0」(ゼロ)になる場合で，プログラムの実行は8番地にジャンプします．その直前で「7. "STA 12" の実行」を実行していることから，12番地の値が「0」となる状態であり，その際に11番地は「55」になっています．

11. "LDA 11" の実行

8番地の命令は "511 (LDA 11)" です．メインメモリの11番地の値「55」を "ACCUMULATOR" に読み込みます．

12. "OUT" による出力

9番地の命令は "902 (OUT)" です．"ACCUMULATOR" の値「55」を出力します．

13. "HLT" によるプログラムの終了

10番地の命令は "000 (HLT)" です．HLT命令によって，プログラムが終了します．"OUTPUT"には1から10までの和である「55」が表示されています.

プログラムの終了時には，以下のようになります.