IBM Basicアセンブリ言語と後継言語

IBM Basic アセンブリ言語と後継は、IBM System/360メインフレーム システムおよびその後継からIBM Zまでを対象に作成されたアセンブリ言語とアセンブラーのシリーズです。

最初のBasic Assembly Language ( BAL ) は、非常に制限されたアセンブリ言語で、1964 年に導入され、IBM Basic Programming Support (BPS/360)の一部として、8 KB のメイン メモリと、入出力用のカード リーダー、カード パンチ、およびプリンターのみを備えた 360 システムで使用されました。BAL 用の基本アセンブラーは、Basic Operating System/360 (BOS/360) の一部としても使用できました。

その後、マクロのサポートなど、より強力な機能と使いやすさを備えたアセンブリ言語が System/360 用に登場しました。この言語と、それを実装した一連のアセンブラは、その構文を継承および拡張しながら、 System/370およびそれに続くアーキテクチャ向けに進化し続けました。コンピュータ業界の一部では、これらを総称して「基本アセンブリ言語」または「BAL」と呼んでいました。^[1]しかし、多くの人はそうではなく、IBM 自身は通常、これらを単に「System/360 アセンブラ言語」と呼んでいました^。[2]特定のオペレーティングシステムまたはプラットフォームの「アセンブラ」、^[3]または同様の名前で呼んでいました。特定のアセンブラは、アセンブラ E、アセンブラ F、アセンブラ H などの名前で知られていました。この言語およびこのアセンブラファミリーを使用するプログラマーは、これらを ALC (Assembly Language Coding)、または単に「アセンブラ」とも呼びます。

最新の派生言語はIBM 高水準アセンブラー( HLASM ) として知られています。

BAL はアセンブリ言語であるため、実行される IBM メインフレーム アーキテクチャであるSystem/360のネイティブ命令セットを使用します。

BAL の後継は、System/360、System/370、System/370-XA、ESA/370、ESA/390、z/Architectureなど、実行される IBM メインフレーム アーキテクチャのネイティブ命令セットを使用します。

マシン命令の単純さは、アセンブラで書かれたプログラムのソース コードが、たとえばCOBOLやFortranで書かれた同等のプログラムよりも通常はずっと長くなることを意味します。 過去には、手動でコーディングされたアセンブラ プログラムの速度がこの欠点を補うと考えられていましたが、最適化コンパイラ、メインフレーム用のC などの進歩により、アセンブラの魅力は大きく失われました。 ただし、IBM はアセンブラをアップグレードし続けており、速度や非常に細かい制御が最も重要である場合は、今でもアセンブラが使用されています。 ただし、IBM の BAL の後継にはすべて、はるかにコンパクトなソース コードを記述できる高度なマクロ機能が組み込まれています。

アセンブラを使用するもう 1 つの理由は、すべてのオペレーティング システム機能が高級言語でアクセスできるわけではないことです。IBM メインフレーム オペレーティング システムのアプリケーション プログラム インターフェイスは、アセンブリ言語の「マクロ」命令のセットとして定義されており、通常、Supervisor Call ( SVC) [z/OS など] または Diagnose ( DIAG) [z/VM など] 命令を呼び出してオペレーティング システム ルーチンを呼び出します。アセンブラ サブルーチンを使用すると、高級言語で記述されたプログラムからオペレーティング システム サービスを使用できます。

アセンブラ言語ステートメントの形式は 80 列のパンチ カードのレイアウトを反映していますが、後続のバージョンではほとんどの制限が緩和されています。

• オプションのステートメント ラベルまたは名前は、列 1 から始まる英数字の文字列です。最初の文字は英字でなければなりません。後のバージョンでは、ラベルに使用できる文字に @、#、$、_ が追加され、サイズが最初の 6 文字から 8 文字に増え、その後ほぼ無制限の長さになりました。
• 操作コードまたは「ニーモニック」は、1 列目の右側の任意の列から開始でき、ステートメント ラベルとは空白で区切られます。操作コードはマシン命令のみで (マクロは利用できません)、通常は 1、2、3 文字、まれに 4 文字になります。操作コードは最大 8 文字まで使用できるように拡張され、その後実質的に無制限の長さになりました。
• オペランド フィールドは、オペレーション コードの右側の任意の列から開始でき、オペレーション コードとは少なくとも 1 つの空白で区切られます。文字定数を除き、オペランドでは空白は無効です。1 つ以上のオペランドで構成されるオペランド フィールドは、オペレーション コードに応じてオプションになります。
• オプションのコメントは、少なくとも 1 つの空白で区切られて、オペランド フィールドの右側に表示できます。
• 基本アセンブリ言語では、ステートメントの継続は許可されません。アセンブラーの最新バージョンでは、継続されるステートメントの列 72 に空白以外の文字が表示されることで継続を示します。基本アセンブリ言語では、列 72 は空白である必要があります。
• 「フルカードコメント」は、列 1 にアスタリスク (*) で示されます。
• カード列 73 ～ 80 は識別シーケンス フィールドと呼ばれ、プログラマーが任意の目的で使用できますが、通常は、ごちゃ混ぜになったカード デッキを並べ替えるためのシーケンス番号が含まれます。

基本アセンブリ言語では、ステートメントが列 25 から始まる代替ステートメント形式も許可されており、アセンブルされた命令を列 1 から同じカードにパンチすることができます。このオプションは、アセンブラのそれ以降のバージョンでは継続されませんでした。

アセンブラで書かれたプログラムのソース コードには、主に 3 種類の命令があります。

アセンブラ命令は、他のシステムではディレクティブ、疑似操作、または疑似オペレーションと呼ばれることもあり、コード生成プロセス中にさまざまな操作を実行するようにアセンブラに要求するものです。たとえば、はCSECT「ここからコード セクションを開始する」という意味です。DSECT構造体のデータ定義を提供しますが、コードは生成しません。DCオブジェクト コードに配置される定数を定義します。

最も重要なアセンブラ命令の1つはUSING、S/360アーキテクチャのベース・ディスプレースメント・アドレッシングをサポートする です。これは、アセンブラが相対アドレスに使用するベースレジスタとオフセットを決定する際に役立ちます。BALでは、次の形式に限定されていました。

         base,reg-1,...,reg-n の使用

S/360 のマシン命令アドレスは、ベース レジスタの値からの変位(0 ～ 4095 バイト) を指定します。アーキテクチャの後のバージョンでは相対アドレス形式が追加されましたが、多くの命令では古い形式がまだ使用されています。プログラマーは、指定されたベース レジスタに「ベース」のアドレス、ベース + 4096 (複数のレジスタが指定されている場合) などが含まれていると想定されることをアセンブラーに伝えることができます。これは、プログラマーにショートカットを提供するだけです。そうでなければ、プログラマーは各命令でベース レジスタを指定する必要があります。プログラマーは、この値に依存するコードを書く前に、実際に「ベース」のアドレスをレジスタにロードする責任があります。 USING

関連するDROPアセンブラ命令は、以前の命令を無効にしますUSING。

機械命令とは1対1の関係があります。完全なニーモニック命令セットは、各命令セットの動作原理^[4]マニュアルに記載されています。例:

* これはコメント行です
 * 保存されているフルワード整数をロードします
 * 汎用レジスタ3に「ZIGGY」というラベルの付いた場所:
       L 3、ジギー
       SLA 4,5 汎用レジスタ4の値を5ビット左にシフトする
       MVC TARGET、SOURCE は、文字を 'SOURCE' の場所から 'TARGET' に移動します。
       AP COUNT,=P'1' メモリ位置 'COUNT' の値に 1 を加算します (パック 10 進形式)
       B NEXT ラベル 'NEXT' への無条件分岐
 HERE EQU * これはラベルです
       CLC TARGET,=C'ADDRESS' メモリ位置 'TARGET' と文字列 'ADDRESS' を比較します
       プログラムラベル「THERE」と等しい場合は、BE THERE 分岐

一般的に受け入れられている標準には、決して必須ではありませんが、汎用レジスタをニーモニックで識別することが含まれます。X86アセンブリ言語などの他のシステムのアセンブラとは異なり、レジスタ ニーモニックは予約シンボルではなく、EQUプログラム内の他のステートメントを通じて定義されます。これにより、アセンブラ言語プログラムの可読性が向上し、レジスタの使用法の相互参照が提供されます。したがって、通常、アセンブラ プログラムでは次のようになります。

R3 イク3
       ...
       L R3、ジギー

注目すべき命令ニーモニックとしては、BALR^[b]戻りアドレスと条件コードをレジスタに格納する呼び出し、SVC[ ^c] DIAG、^[d]などがありますZAP。^[5]

System/360 マシン命令の長さは、1、2、または 3ハーフワード(2 ～ 6 バイト) です。元々は、命令コード フィールドの最初の 2 ビットで指定される 4 つの命令形式がありましたが、z/Architecture では追加の形式が追加されました。

基本プログラミングサポートアセンブラはマクロをサポートしていませんでした。アセンブラD ^[6]以降のアセンブラバージョンでは、プログラマーは命令をマクロにグループ化してライブラリに追加し、それを他のプログラムで呼び出すことができます。通常は、C言語や関連言語のプリプロセッサ機能のように、パラメータを使用して呼び出すことができます。マクロには、AIF選択されたパラメータに応じて異なるコードを生成するために使用される、(「if」構造など) などの条件付きアセンブラ命令を含めることができます。これにより、このアセンブラのマクロ機能は非常に強力になります。Cの複数行マクロは例外ですが、アセンブラのマクロ定義は簡単に数百行になる可能性があります。

ほとんどのプログラムはオペレーティング システムからのサービスを必要とし、OS はそれらのサービスを要求するための標準マクロを提供します。これらはUnix システム コールに類似しています。たとえば、MVS (後の z/OS) では、STORAGE(OBTAINパラメータを使用して) はメモリ ブロックを動的に割り当て、GETファイルから次の論理レコードを取得します。

これらのマクロはオペレーティング システムに依存します。いくつかの高水準言語とは異なり、IBM メインフレーム アセンブリ言語は、メモリの割り当て、I/O 操作の実行などを行うオペレーティング システムに依存しないステートメントやライブラリを提供しません。また、異なる IBM メインフレーム オペレーティング システムは、システム サービス レベルで互換性がありません。たとえば、シーケンシャル ファイルの書き込みは、z/OS と z/VSE では異なる方法でコーディングされます。

次のコードは、「SEX = 'M' の場合は MALES に 1 を加算し、それ以外の場合は FEMALES に 1 を加算する」というロジックがアセンブラーでどのように実行されるかを示しています。

          CLI SEX、C'M' 男性ですか?
          BNE IS_FEM そうでない場合は、周囲に分岐します
          L 7,MALES MALESの現在の値をレジスタ7にロードする
          LA 7,1(7) 1を追加
          ST 7、男性は結果を保存する
          B GO_ON この部分は終了しました
 IS_FEM EQU * ラベル
          L 7,FEMALES FEMALESの現在の値をレジスタ7にロードします。
          LA 7,1(7) 1を追加
          ST 7、女性は結果を保存する
 GO_ON EQU * - プログラムの残り -
 *
 MALES DC F'0' 男性用カウンター（初期値=0）
 FEMALES DC F'0' FEMALES用カウンター（初期値=0）

以下は、よく使われる「Hello, World!」プログラムであり、OS/VS1やMVSなどの IBM オペレーティング システムで実行すると、オペレーターのコンソールに「Hello, World!」という文字が表示されます。

HELLO CSECT このプログラムの名前は「HELLO」です
 * OPSYS または発信者からのエントリ時に、ここで 15 ポイントを登録します。
          STM 14,12,12(13) 呼び出し側の保存領域にレジスタ14、15、および0から12を保存する
          LR 12,15 プログラムのエントリポイントアドレスでベースレジスタを設定する
          HELLO,12を使用して、pgm.baseに使用するレジスタをアセンブラに伝えます。
          LA 15、SAVE 今度は自分のセーブエリアをポイントする
          ST 15,8(13) チェーンを前方にセット
          ST 13,4(15) セットバックチェーン
          LR 13,15 R13を新しい保存領域のアドレスに設定する
 * - ハウスキーピングの終了 (ほとんどのプログラムで同様) -
          WTO 'Hello, World!' オペレータへの書き込み (オペレーティング システム マクロ)
 *
          L 13,4(13) 呼び出し側が用意した保存領域にアドレスを復元する
          XC 8(4,13),8(13) クリアフォワードチェーン
          LM 14,12,12(13) エントリ時のレジスタを復元する
          DROP 12 「使用」の反対語
          SR 15,15 レジスタ15を0に設定し、戻りコード（R15）がゼロになるようにします。
          BR 14 発信者に戻る
 *           
 SAVE DS 18F 呼び出しプログラムレジスタを保存するための18個のフルワードを定義する
          END こんにちはこれでプログラムは終了です

WTOは、オペレーティング システム コールを生成するアセンブラ マクロです。レジスタを保存し、後で復元して返すため、この小さなプログラムは、次のようにオペレーティング システムのジョブ制御言語(JCL) によって直接呼び出されるバッチ プログラムとして使用できます。

// EXEC PGM=HELLO  

または、次のようなプログラムからサブルーチンとして呼び出すこともできます。

「こんにちは」と電話する

IBM System/360 Model 20のアセンブラを除き、IBM アセンブラはほぼ上位互換性がありました。主な違いは、許可される式の複雑さとマクロ処理でした。OS /360アセンブラは、もともとメモリ要件に応じて指定されていました。

BPSのアセンブラは、真の「基本アセンブラ」です。カードからロードされ、8 KB の System/360 (モデル 20 を除く) で実行されるように設計されています。マクロ命令や拡張ニーモニック(条件コード 2 がハイ比較を示す場合に分岐するために BC 2 の代わりに BH を使用するなど) はサポートされていません。アセンブルできるのは 1 つの制御セクションのみで、ダミー セクション(構造定義) は使用できません。括弧で囲まれた式は使用できず、式は 3 つの項に制限され、使用できる演算子は '+'、'-'、および '*' のみです。^{[7] : 59–61}

基本オペレーティングシステムには2つのアセンブラバージョンがあります。どちらも16KBのメモリを必要とし、1つはテープに常駐し、もう1つはディスクに常駐します。^{[8] : 7–8}

アセンブラDは、メモリサイズが16KBのマシン用のDOS/360アセンブラでした。2つのバージョンがありました。最小16KBのメモリを搭載したマシン用の10KBバージョンと、24KBのマシン用の14KBバージョンです。64KB以上のDOSマシンでは、Fレベルのアセンブラも利用可能でした。Dアセンブラは、上位バージョンのほぼすべての機能を提供しました。^{[9] : 7}

アセンブラEは、最低32KBの主記憶装置を備えたOS/360システムで動作するように設計されており、アセンブラ自体は15KBを必要とします。^{[10] : 2}アセンブラFは、64KBのメモリを備えたシステム上のDOS/360またはOS/360で動作できますが、アセンブラは44KBを必要とします。^{[11] [12] [13]}これらのアセンブラはOS/360の標準部分であり、生成されたバージョンはシステム生成(SYSGEN)時に指定されました。

アセンブラ H はOS/360 および後継機で動作します。アセンブラ F よりも高速で強力でしたが、マクロ言語は完全に互換性がありませんでした。

アセンブラHバージョン2は1981年に発表され、およびディレクティブを含む拡張アーキテクチャ(XA)のサポートが含まれていますAMODE。RMODE[ ^{14] : 3-28} 1994年に販売が中止され、1995年にサポートが終了しました。高レベルアセンブラに置き換えられました。^[15]

アセンブラ XF は、アセンブラ F のほぼ互換性のあるアップグレード版で、新しい System/370 アーキテクチャ命令が含まれています。このバージョンでは、OS/VS、DOS/VS、VM システムに共通のアセンブラが提供されます。その他の変更には、式とマクロ処理の制限の緩和が含まれます。アセンブラ XF では、最小 64 KB (仮想) のパーティション/領域サイズが必要です。推奨サイズは 128 KB です。^{[16] : 73}

高水準アセンブラ（HLASM）は、1992年6月にIBMのアセンブラHバージョン2に代わるものとしてリリースされました。 ^{[17] [18]}これはSystem/370およびSystem/390のデフォルトのトランスレータであり、MVS、VSE、およびVMオペレーティングシステムをサポートしていました。2023年現在、これはIBMのz/Architectureメインフレームコンピュータ上のz/OS、z/VSE、z/VM 、およびz/TPFオペレーティングシステム用の現在のアセンブラプログラミング言語です。リリース6以降はLinuxでも実行され、ELFまたはGOFFオブジェクトファイルを生成します（この環境はLinux on IBM Zと呼ばれることもあります）。^{[19] IBMで働いていたとき、ジョン・ロバート・アーマンはHLASM [e]}を作成し、その主任開発者であり、「高水準アセンブラの父」と見なされています。^[21]

名前にもかかわらず、HLASM 自体には、高水準アセンブラに通常関連付けられる機能の多くがありません。この名前は、ユーザー定義関数を記述する機能など、追加のマクロ言語機能に由来している可能性があります。アセンブラは、SLAC (Stanford Linear Accelerator) の変更を組み込んだ、Assembler H および Assembler(XF) とほとんど同じです。追加された機能には、ロケーション カウンターのCSECT/の表示、依存^[f]およびラベル付き^[g]ステートメント、現在アクティブなステートメントのリスト、相互参照で変数が読み取られるか書き込まれるかの表示、大文字と小文字が混在するシンボル名の許可などがあります。^[22]ディレクティブ(読み取り専用制御セクション) により、アセンブラはセクションごとに再入可能性をチェックできます。は、以前は「アセンブラ H で文書化されておらず、一貫性のない実装でした。」^{[23] : 41}DSECT USINGUSINGRSECTRSECT

高レベルアセンブラツールキットは、高レベルアセンブラの別売りの付属品です。ツールキットには以下のものが含まれています。^[24]

• 構造化プログラミング マクロのセット—
  • 条件付き条件
  • 実行/終了
  • STRTSRCH/ORELSE/ENDLOOP/ENDSRCH
  • CASENTRY/CASE/ENDCASE
  • SELECT/WHEN/OTHRWISE/ENDSEL。
• 逆アセンブラ。
• 「プログラム理解ツール」（リエンジニアリング支援）。
• ソース XREF ユーティリティ (相互参照機能)。
• 対話型デバッグ機能。
• 強化された SuperC (ソース比較ツール)。

SUPPAK として知られる IBM 7090/7094 サポート パッケージは、「System 360 用に作成されたプログラムを IBM 709、7090、7094、または 7094 II でアセンブル、テスト、および実行できるように設計された 3 つのプログラムで構成されています。」

このクロスアセンブラは7090または7094システム上で動作し、System/360の開発中に使用されました。^{[7] [25]}このアセンブラは、6ビットのBCD文字セットと8ビットのEBCDICをサポートしています。

IBM はモデル 20 用に 2 つのアセンブラ、モデル 20 基本アセンブラとモデル 20 DPS/TPS アセンブラを提供しました。どちらも、モデル 20 で使用可能な命令のみをサポートしており、これには固有の命令CIO、TIO、XIOB、SPSW、BAS、BASR、 が含まれますHPR。^{[26] : 110}基本アセンブラは、System/360 基本アセンブラの若干制限されたバージョンです。^[27]特に、シンボルの長さが 4 文字に制限されています。このバージョンは 4 KB のメモリを搭載したシステムで実行でき、マクロのサポートはIOCSマクロに限定されています。カード バージョンは 2 パス アセンブラで、カードの入出力のみをサポートします。テープ常駐バージョンは 1 パスで、中間ストレージに磁気テープを使用します。CPS アセンブラでアセンブルされたプログラムは、最大 16 KB をアドレス指定できます。^{[27] : 7–8}

DPS/TPSアセンブラはSystem/360 BPS/BOSアセンブラの制限版である。^{[26] : 132–134}

IBM System/360 モデル 44プログラミング システム アセンブラーは、OS/360 および DOS/360 アセンブラー言語の「選択されたサブセット」である言語を処理します。

最も重要なのは、モデル44アセンブラがマクロと継続文をサポートしていないことです。一方で、他のSystem/360アセンブラにはない多くの機能があります。特に、カードイメージソースデータセットを更新する命令、名前付き共通命令、SETAアセンブラ変数の暗黙的な定義などが挙げられます。^[28]

ストレージ間(SS)命令や、2進数への変換( CVB)、10進数への変換( CVD)、直接読み取り( RDD)、直接書き込み( WRD)命令はサポートされていません。^[29]ただし、モデル44に固有の4つの命令、つまり優先度マスクの変更( CHPM)、PSW特殊ロード( LPSX)、直接ワード読み取り( RDDW)、直接ワード書き込み( WRDW)は含まれています。

SKPTOまた、他のシステム（ 、、、および）のユーティリティプログラムによって実行される機能でREWNDあるソースプログラムを更新するための指示も含まれています。^{[29] ：53、73}NUMOMITENDUP

システム/360モデル67タイムシェアリングシステムのアセンブラには、独自のTSS機能をサポートするために、いくつかのディレクティブの違いがあります。このディレクティブは、プログラムで使用される再配置可能なアドレス定数と変更可能なデータを含むプロトタイプ制御セクションPSECTを生成します。^{[30] : 143}

「アセンブラG」は、1970年代にウォータールー大学によってアセンブラFに加えられた一連の変更です（アセンブラFはオープンソースでした）。機能強化は主に入出力の処理の改善とバッファリングの改善であり、アセンブリの速度が大幅に向上しました。^[31]「アセンブラG」はIBM製品ではありませんでした。

特殊な環境向けにIBM互換のアセンブラがいくつか存在した。^[32]

• Unisysの Univac 90/60、90/70、および 90/80 シリーズは、マシンシリーズが S/360 および S/370 と同等であったため、IBM 形式のアセンブラを受け入れるように設計されました。
• 富士通BS2000シリーズもユニバックと同じリソースから370の類似品として製造され、ヨーロッパの一部で現在も使用されています。^[33]
• Dignus LLC Systems/ASMはHLASM互換のアセンブラであり、IBMシステム上でネイティブに実行することも、クロスアセンブラとして実行することもできます。^[34]
• Don Higgins によって書かれたフリーウェアのPC/370 は、後にMicro Focusによって購入されました。
• z390 は、Don Higgins によって書かれたアセンブラおよび System 390 エミュレータであり、Javaでプログラムされています。これはオープン ソースであり、http://www.z390.org/ から入手できます。
• ペンシルベニア州立大学は、 System 370 アセンブラとインタープリタを含むASSISTというパッケージを作成しました。
• Tachyon Software LLCは、Windows、Linux/x86、Linux for S/390およびzSeries、AIX、Solarisで動作するTachyon Assembler Workbenchを販売しています。 ^[35]
• GNU アセンブラ(gas) は、OS/390 および IBM Z 上の Linux用のGNU コンパイラ コレクション(gcc)の一部です。このアセンブラには、IBM アーキテクチャ用の他のアセンブラとは互換性のない独自の構文があります。

もともと、System/360 オペレーティング システムはすべてアセンブラ言語で書かれ、すべてのシステム インターフェイスはマクロ定義によって定義されていました。高水準言語 (HLL) からのアクセスはその言語が提供するものに制限されており、その他のシステム コールは HLL プログラムから呼び出されるアセンブラ サブルーチンとしてコーディングする必要がありました。また、IBM はインストール時に、通常の OS 機能を拡張または変更できるユーザー提供のルーチンである「Exit」と呼ばれるものを通じて OS 機能をカスタマイズすることを許可していました。これらの Exit はアセンブラ言語でコーディングする必要がありました。その後、IBM は OS/360 をシステム プログラミング言語PL/Sで再コーディングしましたが、短期間のトライアルを除き、PL/S コンパイラをユーザーにリリースしないことに決定しました。これらの要因の結果、アセンブラ言語は長年にわたって IBM システムで広く使用されていました。

• IBM システム/360
• ASSISTアセンブラ
• PC ベースの IBM 互換メインフレーム– 互換マシンまたは仮想マシンのリスト
• 逆アセンブラ– アセンブリの逆プロセス、マシンコードからアセンブリのようなソースを再構築する

Wikibooksには360アセンブリに関する本があります。

• IBM 高水準アセンブラーマニュアル
• プログラマのための IBM System/360 アセンブラ言語入門 (学生用テキスト)
• z/OS、z/VM、z/VSE 用高水準アセンブラー言語リファレンス
• 几帳面なプログラマー: IBM メインフレーム アセンブラー
• 基本的な IBM メインフレーム アセンブリ言語プログラミング
• OS/390 アセンブラ プログラミング入門 (アーカイブ)
• 小規模な実験のための Web 対応 IBM アセンブラ F コンパイラ
• ASSIST – 学生指導とシステム教育のためのアセンブラ システム