5.3. Программирование циклов

Цикл в программе — это средство, позволяющее с помощью одной и той же последовательности команд выполнить какие-то действия много раз. В общем случае цикл — это группа команд, выполнение которых многократно повторяется за счет того, что в этой группе есть команда, возвращающая управление снова и снова на первую команду в группе, пока не выполнится некоторое условие окончания цикла. Способность выполнять циклы является одним из фундаментальных свойств ЭВМ. Благодаря циклам можно пользоваться командами по несколько раз, не дублируя их в памяти, тем самым сокращается размер программы.

Чтобы пояснить основную идею, рассмотрим задачу вычисления суммы N чисел. Для ее решения нужно последовательно прибавлять каждое число к текущей частной сумме. Можно в принципе написать программу, в которой для прибавления каждого числа будет использо­ваться своя отдельная последовательность команд. Однако, при боль­ших N разумнее написать программу в виде цикла. Вместо того чтобы иметь N последовательностей команд прибавления, в цикле будет одна последовательность, выполнение которой повторится N раз. При этом, конечно, нужно подсчитывать число уже сделанных повто­рений, для того чтобы процесс своевременно закончился.

В качестве счетчика можно использовать регистр, начальное сос­тояние которого нужно установить до первого повторения (до начала итераций) и затем проверять (тестировать) и модифицировать при каждой новой итерации. Следующая проблема — обеспечить при каждом прохождении цикла выборку следующего прибавляемого чис­ла. Если предположить, что числа размещены в последовательных ячейках главной памяти, требуемую выборку можно осуществить при помощи указателя, который будет изменяться при каждой итерации.

В циклической программе можно выделить инициализирующую часть, предшествующую циклу, его рабочую часть, тест конца цикла и модифицирующую часть. Эти части можно видеть в программе вычисления суммы — табл. 5.3.

Таблица 5.3

Программа вычисления суммы десяти 8-битовых чисел без знаков

Ячейка памяти	Команда на машин­ном языке	Команда в сим­волической форме	Комментарий
0000	61	LRI 1	Установка в регистрах Н и L адреса
0001	00	00	первого числа
0002	62	LRI 2
0003	15	15
0004	63	LRI 3	Установка начального значения
0005	0А	0А	счетчика цикла равным 10
0006	64	LRI 4	Установка частной суммы равной 0
0007	00	00
0008	65	LRI 5	Загрузка константы 1 для
0009	01	01	уменьшения счетчика
000А	14	MOV 0 from 4	Прибавление очередного числа
000В	8F	ADD F
000С	04	MOV 0 to 4
000D	F5	IHL	Увеличение Н и L
000Е	13	MOV 0 from 3	Уменьшение счетчика
000F	А5	SUB 5
0010	03	MOV 0 to 3
0011	7D	JAN	Проверка конца цикла
0012	00	00
0013	0А	0A
0014	FA	HLT
0015		ЧИСЛО1	Суммируемые числа
0016		ЧИСЛО2 *
. . .		. . .
001Е		ЧИСЛ010

Суммируется содержимое после­довательных ячеек. Первые пять команд составляют инициализирую­щую часть. Общие регистры Н и L используются в качестве 16-бито­вого указателя, содержащего адрес очередного прибавляемого числа.

Первые две команды заносят в Н и L адрес первого числа. Затем в регистр 3 помещается начальное значение, равное 10. Регистр 3 бу­дет выполнять функции счетчика количества суммируемых чисел, ко­торые программе еще предстоит обработать. Сумма накапливается в общем регистре 4. Четвертая команда в программе устанавливает в нем нулевое начальное значение. Наконец, в общий регистр 5 загру­жается константа 1, которая будет вычитаться из счетчика в процессе суммирования чисел.

Следующие три команды составляют рабочую часть цикла. Сначала текущая частная сумма передается в аккумулятор из регистра 4. Далее следует команда сложения ADD F, содержащая специальный указатель F, который на самом деле соответствует ячейке главной памяти с адресом в паре регистров Н и L. Содержимое этой ячейки прибавляется к частной сумме в аккумуляторе. После этого результат передается в общий регистр 4.

Остальные команды программы служат для тестирования конца цикла и модификации. Сначала команда IHL модифицирует регистры Н и L, так, чтобы они содержали адрес данных, которые должны обрабатываться при следующей итерации. Затем содержимое счетчика цикла передается в аккумулятор, уменьшается на 1 и снова возвра­щается в регистр 3. Поскольку значение счетчика осталось также в аккумуляторе, его можно использовать для проверки, нужно ли про­должать итерации или вычисления завершены. Счетчик показывает число еще не прибавленных чисел. Следовательно, когда вычисления завершаются, в аккумуляторе будет 0. Это условие тестируется командой «условный переход при ненулевом аккумуляторе». Если в аккумуляторе 0, тогда переход не происходит, и программа выходит на команду останова, в противном случае выполняется следующая итерация.

Обратите внимание, в описанной программе по команде ADD F вполне можно получить сумму, превышающую емкость аккумулятора, т. е. частная сумма может занять 9 разрядов. Это и есть переполне­ние, о котором мы уже упоминали. Ясно, что если переполнение может возникнуть, то оно должно детектироваться (в рассматриваемом случае при переполнении после выполнения команды ADD F ока­жется установленным в 1 триггер переноса), и нужно иметь возмож­ность работать с суммами, занимающими более 1 байта. Обычно в подобных задачах применяется процедура сложения «с двойной», «тройной» или большей «точностью».