TTL でCPUを作成、16bitの手作りコンピューター TANACOM-1 誕生

FORSE

TANACOM-1がソフトウェア黎明期を脱出し、本格的なコンピューターに変身していくのは、システムプログラムFORSEを産み出す事が必要でした。

システムプログラムFORSEとは

システムプログラムFORSEは、FORSE言語のインタープリタ、キーボード、キャラクタディスプレー、カセットインターフェース等の入出力の制御、エディタで構成されます。
これらは、今でいうOS(オペレーティングシステム)の役目をしていました。
1978年当時、一般的なマイコンの場合、外部記憶装置として、カセットテープレコーダーが主流であり、まだフロッピーディスク、ハードディスクなどのマイコン用は存在していませんでした（ミニコンやオフィスコンピュータ向けはあった）。よって、マイコン用Disk Operation Systemも開発途上であり、一般には存在していませんでした。

FORSE言語とは

FORSE とは、TANACOM-1 上で動くVTL( Very Tiny Language )系の小型言語です。
当時FORTHというプログラム言語に興味があったので、FORTH風にしようと

1. スタックマシン
2. 逆ポーランド記法

そして、VTLの特徴である、記号言語

今で言う「俺言語」です。

FORSEの誕生前夜

マイコン雑誌に初めて、VTL (Very Tiny Language) の記事が登場した時は、とても衝撃的でした。
モトローラ製8bitマイクロプロセッサーMC6800を搭載したマイコン「ALTAIR 680b」用に生み出された小型言語がそのVTLであり、インタープリタの大きさは何と 786 byteだったのです。
VTLは記号言語とも呼ばれ、プログラム命令が「 ! # $ % & ' ( ) = - + * : ; ? / > < , [ ] 」などの記号を使い、１記号１記号にそれぞれ意味を持たせてありました。
このVTLをヒントにその後、色々な小型言語インタープリタが色々なマイコン上に登場しました。
1978年当時マイコン雑誌では、その新しい小型言語インタープリタの記事で賑わっていました。

その頃はTANACOM-1には、VTLの様なもは存在していませんから、プログラムを一生懸命ハンドアセンブルして、モニタープログラムから16進(Hex)コードしこしこと打ち込むしかなかったのです。
そこで、意を決して、TANACOM-1用を作る事に挑戦しました。

FORSE言語　詳細

FORSE言語の特徴

①goto命令を持たない、完全な構造化言語である
②スタックオリエンテッド・マシンである

FORSE言語の仕様

注．以降『 』、～、△は説明をするため用いた表現であり、FORSE制御文字ではない。
注．黄色の四角枠の中では、例を説明する

■ FORSEの実行
アプリケーションの先頭の行から下へ評価されていく。
１行の中では、左から右へ評価されていく。

■ スタック
計算用スタックとコール用スタックを持つ。
但し、コール用スタックは、直接制御することは出来ない。
以下、スタックとは、計算用スタックを指す。

■ 真(true)と偽(false)
FORSEでは、ゼロ(0)を偽(false)、1もしくは非ゼロ(非0)を真(true)とする

◆ セパレータ
スペースとカンマ『,』はセパレータであり、10進数値の前後に置き、区別のために使用する

◆ 数値　　符号付き16bit整数　-32768 ～ 32767



◆ 定数
10進定数　nnnnn (プログラム中には、マイナス記号を頭に付けた負の定数を書くことは出来ない)
16進定数　$nnnn
スタックアクション：その定数値をスタックトップに置く

◆ 変数
変数名は１文字で表現される、A～Zの26種。
変数は、int型であり、全てグローバル変数である
スタックアクション：その値をスタックトップに置く

◆ 代入文
代入演算子は『 ：変数名 』と表記する( 記号文字はコロン )
スタックアクション：スタックトップから取り出し、その変数へ代入する
コロンと変数名の間は、空けないで下さい

◆ 変数の間接表現
間接演算子は『 ；変数名 』と表記する( 記号文字はセミコロン )
その変数の持つ値とインデックスを加算した値をアドレスして、メモリを読み書きする。
これにより、配列としても使えるし、メモリへのpeek、poke命令としても使える。

代入演算子と組み合わせると、

◆ 演算

• 『 + 』 加算。スタックのセカンドとトップを足し、答えをトップに置く
• 『 - 』 減算。スタックのセカンドからトップを引き、答えをトップに置く
• 『 * 』 乗算。スタックのセカンドとトップを掛け、答えをトップに置く
• 『 / 』 除算。スタックのセカンドをトップで除し、答えをトップに置く
• 『 % 』 剰余。スタックのセカンドをトップで除し、余りをトップに置く
• 『・ 』 絶対値( 記号文字は真ん中点 )。スタックトップの絶対値をトップに戻す
• 『 ' 』 乱数。スタックトップを取り出し、０～その値までのランダムな値をトップに戻す。

◆ 比較演算

• 『 = 』 スタックのセカンドとトップを比較し、等しければ『1』を、そうでなければ『0』をトップに置く
• 『 <> 』 スタックのセカンドとトップを比較し、等しくなければ『1』を、そうでなければ『0』をトップに置く
• 『 > 』 スタックのセカンドがトップより大きければ『1』を、そうでなければ『0』をトップに置く
• 『 < 』 スタックのセカンドがトップより小さければ『1』を、そうでなければ『0』をトップに置く

◆ 論理演算

• 『 ロN 』 AND。スタックのセカンドとトップのANDしたものをトップに置く
• 『 ロO 』 OR。スタックのセカンドとトップのORしたものをトップに置く

◆ スタック関数

• 『 ． 』 コピー( 記号文字はピリオド )。スタックトップをコピーしたものをトップに置く
• 『 ロS 』 スワップ。スタックのセカンドとトップを入れ替える
• 『 ロB 』 バイトストア。スタックトップをbyteアドレスとし、セカンドの内容をその位置に書き込む
• 『 ロL 』 バイトロード。スタックトップをbyteアドレスとし、その位置にある値を読み、トップに置く

◆ キーボード入力に関するもの

• 『 ? 』 10進入力。符号付き10進整数を入力し、スタックトップに置く
• 『 ロ? 』 1文字入力。1文字入力し、その文字コードをスタックトップに置く
• 『 ロG 』 GetKey。この瞬間、キーが押されてなければ0を、押されていればその文字コードをスタックトップに置く
• 『 ロH 』 16進4桁入力。16進数4桁を入力し、スタックトップに置く

◆ ディスプレー出力に関するもの

• 文字列出力 ダブルクォーテーションで囲まれた文字列をディスプレー表示する。

  "abcdef"　　は、ディスプレーに abcdef と表示される

• 『 \ 』 改行出力。１回改行する

• 『 ロE 』 画面クリア。画面を消去
• 『 ロK 』 カーソル位置セット。スタックのセカンドをX座標、トップをY座標として、そのXY位置にカーソルを移動する
• 『 ： ? 』 10進出力。スタックトップを取り出し、符号付き10進整数で表示する
  コロンと？の間は、空けないで下さい
• 『 ロC 』 1文字出力。スタックトップを取り出し、その値を文字コードとして、その文字を表示する
• 『 ロ$ 』 16進出力。スタックトップを取り出し、16進4桁で表示する
  　

◆ 特殊関数

• 『 ＆ 』 マシン語コール。スタックトップをアドレスとして取り出し、そのアドレスから始まるマシン語をコールする
• 『 ロT 』 時間調整。スタックトップをタイマーコードとして取り出し、コードに応じた時間だけ、処理を止め待機する

■ 制御構文

◆ if文

• 『 ( ～ ) 』。スタックトップを取り出し、真(true)であれば、『～』の部分を実行する。

◆ if～else文

• 『 ( ～ )「 △ ) 』。スタックトップを取り出し、真(true)であれば、、『～』の部分を実行し、偽(false)であれば、『△』の部分を実行する。

◆ While～Do文

• 『 [ 条件式 # ～ 0] 』。条件式が真(true)であれば、『～』の部分を実行し、ループを繰り返す。

◆ Repeat～Until文

• 『 [ ～　条件式 ] 』。条件式が真(true)になるまで、『～』の部分の実行を繰り返す。

◆ END文

• 『 @ 』 END。FORSEの評価を終了し、何かキーが押されるまで、そのまま待機する
  
  
  

■ 一般関数
関数名は１文字で表現される、A～Z およびア～ンの72種

• 関数の呼び出し方法は、『 ！関数名 』

• 関数の定義は『 Λ関数名 』で、始まり、『 0] 』のリターンで定義を終わる。
  また、関数は、END文以降で定義すること
  
  
  

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基本ソフト FORSE の使い方

基本ソフト FORSE の操作方法をご説明します。
FORSE が起動されると、常にFORSE エディトモード に入ります。
エディトモードの状態で、FORSE プログラムを書き、それから実行します。
また、書いたプログラムの修正、保存、読み出し等も行います。

エディトモードで使うコマンド

エディトモードでは、古典的なラインエディタが働いております（スクリーンエディタじゃないのです）。
プログラムテキストを行単位で、操作します。
先頭の行が「第０行」になります。
修正したい行があれば、行ポインタをそこに移動させ、修正すると云う操作の繰り返しになります。

エディトモードで使うコマンド

• 「Ｅ」・・・　プログラムの全消去
  　　　　　　　 本当に消して良いか？の再確認はありまんので、要注意
• 「Ｔ　ｎ」・・・　行ポインタを第ｎ行に移動する
  　　　　　　　　ｎが省略されると、トップ（第０行）に移動します。
• 「Ｎ　ｎ」・・・　現在の行からｎ行先へ、行ポインタを移動する
  　　　　　　　　ｎが省略されると、何もしません。
• 「Ｄ　ｎ」・・・　現在の行からｎ行削除する
  　　　　　　　　ｎが省略されると、何もしません。
• 「Ｐ　ｎ」・・・　現在の行からｎ行をリスト表示する
  　　　　　　　　但し、行ポイントタもリスト表示した分移動します。
  　　　　　　　　ｎが省略されると、全リストを表示します。
• 「スペース　xxx 」・・・　現在の行の前に、内容を xxx とする新しい１行を追加
  　　　　　　　　　　これを使ってどんどんプログラムを入力していきます。
• 「Ｃ」・・・　現在の行を修正します。現在の行の内容がラインバッファにコピーされた後、１行入力状態になります。カーソルの「→」キーで従前の文章をなぞりながら、上書き修正出来ます。この１行内ではカーソルの「←」も使えます。但し、「↑↓」は使えません。
• 「＠」・・・　プログラムの実行
• 「＿　xxx 」・・・　その xxx をプログラムとして、この１行だけ、実行する
  　例　「＿　１０　３　＊　５　－　：？」とすれば、答えの「２５」が表示されます。
• 「Ｍ」・・・　プログラム領域の先頭byteアドレス、最終byteアドレス、現在の行の位置、空き領域の残量byte数を表示
  注．ワードアドレスではなく、10 進表示でのbyteアドレスであるから、注意されたし

• 「Ｒ」・・・　カセットテープからプログラムを読み込む
  　　　　　　　（ エミュレータでは、使用禁止です、暴走します）
• 「Ｗ」・・・　カセットテープにプログラムを書き込む
  　　　　　　　（ エミュレータでは、使用禁止です）
• 「Ｑ」・・・　カセットテープにマシン語とプログラムを書き込む
  　　　　　　　（ エミュレータでは、使用禁止です）
• 「Ｚ　ｎ」・・・　メモリのｎアドレスから、直接データ( 16進4桁)書込モードに突入
  　　　　　　　　（使用は慎重に）

（ご注意点）
１．とにかく、全てが「正しいキーしか押されないだろう、よって、誤操作の監視はしない」という「性善説」で成り立ったおりますので、ご注意ください。

２．キー入力で、「ホーム」キーを押すと、画面消去されます。これは、実行中でのキー入力でも同様です。

３．FORSE プログラムを走らせて、最後にFORSE の終了命令「＠」が実行されると、プログラムが停止し、静止画面状態で、待機します。
ここで、何かキーを押してやると、はじめて、エディトモードに戻ります。
但し、何かのキーが長押しになると、エディトモードへの次の入力キーと勘違されますので、ご注意下さい。

４．プログラムの実行中に、中断させたい場合、その方法は、次の１点だけてず。
① 数値や文字入力のため、カーソルが点滅して待っている状況に於いて、「 Bksp 」（バックスペースキー）を押すと、プログラムを中断して、エディトモードに戻ってくれます。
これ以外の場合は、中断する機能がありません。やむを得ず中断したい場合は、FORSE 自身を Re-Strat するのみです。

また、この「 Bksp 」（バックスペースキー）は、エディトモードの中でも有効です。 Bksp キーを押すと、編集している行から離脱出来ます（内容は更新されず、変更したモノは破棄されます）。

５．プログラムの保存と読み込みは、カセットテープにしか行えないので、エミュレータでは、別途の機能を持たせてあります。
これに関しては、「エミュレータの使い方」でご説明いたします。

FORSE言語　入門

FORSEは逆ポーランド法です。慣れると簡単です

C言語のプログラムで例えば

これをFORSEでは、次のように書きます。

これが同じ計算をするFORSEのプログラムです。
逆ポーランド法は日本語的に考えられるので、慣れると簡単です。

簡単なプログラム例

１から１０までの総和を求めるプログラムでご説明いたします。
まずはC言語で書けば、

と、なります。
これを FORSE で書きますと、

FORSE のような記号言語は、読み辛いのが欠点ではありますが、プログラムを短く書けます。

FORSEは関数を再帰呼出しすることが出来ます。

Ｎの階乗を計算するプログラムを例として、ご説明します。
まずは、C言語で階乗を再帰呼出しで求めるには、

と、なります。
これを、FORSE で記述すると、

各行を説明しますと、

FORSE は、グローバル変数それも 26 個しか持ちませんが、引数を渡すのにスタックが使えますので、この様な関数の再帰呼出しが、簡単に実現できます。