CASL 組合語言完整教學：語法、指令集、偽指令與經典考題解析

前言

CASL（Computer Assembly Language）是教學用模擬處理器架構，廣泛用於計算機組織課程。本文系統整理 CASL 的 CPU 架構、定址模式、指令集、偽指令、常用子程式設計模式，並收錄 1996-2001 年經典考題詳細解析，作為學習與複習的完整參考。

一、CASL CPU 可程式化暫存器架構

字長 16 位元，編號從左至右（bit0 為最高位，bit15 為最低位）。

1. 通用暫存器（GR0～GR4）

• GR0：累加器特性，不可作變址暫存器
• GR1～GR4：可作變址暫存器（XR），GR4 兼任堆疊指標（SP）
• 功能：算術邏輯運算、資料搬移、位址運算

2. 程式計數器（PC）

16 位元，儲存當前指令第一字地址（每條指令佔 2 字），指令結束自動指向下一條（通常 +2）。

3. 狀態暫存器（FR，2 位元）

除算術邏輯與移位指令外，LEA 也會影響 FR。

二、指令格式與定址模式

統一格式：OP GR, ADR[, XR]

• 直接定址：省略 [,XR]，EA = ADR
• 變址定址：EA = ADR + (XR)；ADR=0 時為暫存器間接定址
• 立即數定址：CASL 無通用立即數運算，僅 LEA GR, IMM 可傳送立即數
• 暫存器定址：無通用暫存器定址，LEA GR, 0, XR 可實現暫存器間傳送

三、指令集詳細說明

四、偽指令

• START / END：程式進入點與結束
• DC：定義常數（十進位、字串、十六進位 #h、標號地址）
• DS：保留儲存區（n=0 時標號仍有效指向下一字）

因無立即數運算指令，需先以 DC 定義常數再運算。

五、常用子程式設計模式

1. 拆字與拼字（BCD 處理）

利用 AND #000F 取最低 4 位，SRL 4 右移拋棄，配合迴圈計數器 GR3、指標 GR2 完成 4 位元 BCD 碼與記憶體陣列互轉。

2. 數字與 ASCII 互轉

• BCD → ASCII：ADD #30H
• Hex → ASCII：0-9 加 30H，A-F 加 37H（先 CPL #0A 判斷）
• ASCII → Hex：減 30H，若 ≥10 再減 07H

3. 乘法實作（移位+加減）

• 乘 2ⁿ：SLL n（無號）/ SLA n（帶號）
• 乘 10：SLL 1 存暫存，SLL 2（×4），相加得 ×10
• 乘 7：SLL 3（×8）減原值

4. 二進位⇄十進位轉換

• 二化十：依序被 10⁴~10⁰ 減法試商，計數器即為該位數值
• 十化二：霍納法則 ((Dₙ×10+Dₙ₋₁)×10+...)×10，×10 用移位加法實現

5. 累加求和

指標 GR2 走訪陣列，GR3 計數，GR0 累加，最後 ST GR0, SUM。

六、歷屆考題深度解析（1996-2001）

1. 2001 試題三：HZ 編碼解碼子程式 DEHZ

核心邏輯：GR1 源指標、GR2 目標指標、GR3 模式旗標（0=ASCII, 1=漢字）、GR0 工作字元。
關鍵填空：
(1) LD GR0,0,GR1 取字元
(2) JZE GOON 連續 ~~ 處理
(3) EOR GR3,V1 切換模式旗標
(4) OR GR0,V0,GR3 漢字模式置高位
(5) JNZ LOOP 檢查結束符 0

2. 2000 試題四：薪資計算（基本薪 a、超額/不足 b、應發薪 c）

暫存器分配：GR1 參數表指標、GR2 暫存 a/|b|、GR3 b 符號、GR0 應發薪 c。
關鍵填空：
(1) LD GR2,0,GR1 取 a
(2) ADD GR0,BONUS,GR3 依符號加減獎金（GR3=1 時為負）
(3) ST GR0,2,GR1 存 c
(4) LEA GR1,3,GR1 指向下一筆
(5) JMP L1 繼續處理

3. 1999 試題四 程序 4.1：15 位元奇校驗位產生

GR1 存 15 位資料（bit0=0），GR2 工作暫存器，GR3 計數器（初值 1 表奇校驗）。
關鍵填空：
(1) LEA GR2,0,GR1 複製資料
(2) JPZ L2 最高位為 1 時計數+1
(3) SLL GR3,15 將奇偶性移至最高位
ST GR3,WORK / ADD GR1,WORK 合成 16 位結果

4. 1999 試題四 程序 4.2：陣列求和子程式 SUM

GR1 參數表（A, n, B），GR2 陣列指標，GR3 計數器 n，GR0 累加和。
(4) LEA GR3,-1,GR3 計數-1
(5) LD GR3,2,GR1 取結果地址 B

5. 1998 試題四：字串數字字元統計

一字雙字元（各 8 位），GR2 計數器（遞減清零 NCH 10 格），GR1 字串指標，GR2 工作字元，GR4 高低位旗標，GR3 暫存比較。
關鍵填空：
(1) ST GR0,NCH,GR2 清零統計陣列
(2) SLL GR2,8 第二次處理低位元組
(3) ADD GR2,NCH,GR3 累加
(4) ST GR2,NCH,GR3 存回
(5) LEA GR1,1,GR1 字串指標+1

6. 1997 試題四：二進位轉五位十進位 ASCII

GR0 被轉換數，GR2 結果緩衝區指標，GR1 位權陣列 SNO 索引（10⁴~10⁰），GR3 字元計數器（初值空格 32）。
關鍵填空：
(1) CPL GR0,SNO,GR1 比較是否 ≥ 10ⁱ
(2) LEA GR3,48 初始化 '0' ASCII
(3) CPL GR0,SNO,GR1 同 (1)
(4) JMP L3 繼續減法試商
(5) LEA GR3,-5,GR1 判斷是否完成 5 位

7. 1996 試題四：二分搜尋子程式 OFFSET

參數：M, N, NTABLE 首址。LOW=0, UP=N-1。K=(LOW+UP)/2。
關鍵填空：
(1) LD GR2,1,GR1 取 N
(2) LEA GR2,-1,GR2 UP=N-1
(3) ADD GR3,2,GR1 計算 NTABLE(K) 地址
(4) CPL GR0,0,GR3 比較 M 與 NTABLE(K)
(5) LD GR2,UP 取 UP 比較空間
(6) JPZ LOOP 空間非零繼續
(7) LD GR2,-1 找不到回傳 0（GR0=GR2+1=0）

總結

CASL 雖為教學架構，但其指令集設計涵蓋了處理器核心概念：暫存器架構、定址模式、旗標運算、堆疊與子程式慣例、I/O 巨集等。熟練掌握上述指令與設計模式，配合歷屆考題實戰演練，可建立扎實的底層程式設計思維。