MIX

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

MIX — это гипотетический компьютер, использованный в монографии Дональда Кнута, «Искусство программирования»[1]. Номер модели компьютера MIX — 1009, происходит от комбинации номеров и названий коммерческих моделей машин, современных времени написания книги и показавшихся автору значимыми. Кроме того, «MIX» равняется 1009 в Римской системе счисления.

MIX 1960-х был заменён новой (также гипотетической) компьютерной архитектурой, MMIX, которая будет включена в ожидаемой редакции TAOCP. Программные реализации MIX и MMIX архитектур были разработаны различными авторами и свободно доступны (например, разработанные самим Кнутом MIXware и MMIXware).

Архитектура[править | править вики-текст]

MIX представляет собой гибридный двоично-десятичный компьютер. Когда компьютер программируется в бинарном режиме, каждый байт имеет 6 бит (значения от 0 до 63). В десятичном режиме каждый байт имеет 2 десятичных знака (значения от 0 до 99). Байты сгруппированы в слова по пять байт со знаком. Большинство программ, написанных для MIX, будут работать как в бинарном, так и в десятичном режимах, пока они не попытаются сохранить значение больше 63 в одном байте.

Слово изменяется в пределах от −1.073.741.823 до 1.073.741.823 (включительно) в бинарном режиме и от −9.999.999.999 до 9.999.999.999 (включительно) в десятичном режиме. В компьютере MIX различаются числа −0 и +0, чего нет на современных компьютерах, в которых есть только одно представление нуля, но количество отрицательных чисел, которые могут быть представлены определённым числом бит, на единицу больше количества положительных чисел.

Регистры[править | править вики-текст]

В компьютере MIX 9 регистров:

  • rA: Аккумуляторный регистр (accumulator)(полное слово (full word), пять байт со знаком);
  • rX: Расширение (extension) (полное слово, пять байт со знаком);
  • rI1, rI2, rI3, rI4, rI5, rI6: Индексные регистры (Два байта и знак);
  • rJ: Адрес перехода (два байта, всегда положительный).

Полагается, что байт имеет, как минимум, 6 бит. Большинство инструкций могут указывать, какие из полей (байт) регистра требуется изменить, используя суффикс в форме (первый: последний). Нулевое поле — однобитовый знак.

MIX также записывает, вызвала ли предыдущая операция переполнение и один из трёх индикаторов (меньше, равно или больше). На диаграмме ниже каждый регистр показан разделённым на свои поля.

± A1 A2 A3 A4 A5
± X1 X2 X3 X4 X5
+ J4 J5
OV?
<=>?
± I1.4 I1.5
± I2.4 I2.5
± I3.4 I3.5
± I4.4 I4.5
± I5.4 I5.5
± I6.4 I6.5

Память и ввод-вывод[править | править вики-текст]

Компьютер MIX имеет 4000 слов хранения (каждый по 5 байт со знаком), адресуемых с 0 до 3999. Кроме того, есть множество устройств ввода и вывода:

  • Магнитофонные устройства (устройства 0 … 7);
  • Диск или барабанные устройства (устройства 8 … 15);
  • Устройство чтения карт (устройство 16);
  • Карточный перфоратор (устройство 17);
  • Построчный принтер (устройство 18);
  • Пишущая машинка (устройство 19);
  • Перфолента (устройство 20).

Инструкции[править | править вики-текст]

Каждая машинная инструкция в памяти занимает одно слово и состоит из 4 частей: адрес (2 байта со знаком) в памяти для чтения или записи, указание индексного регистра (1 байт, определяющий, какой индексный регистр rI использовать) для добавления к адресу, модификация (1 байт), определяющая, какие части регистра или ячейки памяти будут прочитаны или изменены, и код операции (1 байт). Все коды операции имеют словесные обозначения.

Программы MIX часто используют самомодифицирующийся код, в частности, чтобы вернуться из подпрограммы, так как в MIX отсутствует автоматический стек подпрограмм.

Программы для компьютера MIX обычно пишутся на языке MIXAL.

Команды загрузки

Содержимое поля по адресу [ ADDR + rIi(содержимое регистра I с индексом i) ] загружается в регистр.

LDA ADDR, i(0 : 5) rA := memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в A
LDX ADDR, i(0 : 5) rX := memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в X
LDi ADDR, i(0 : 5) rIi := memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в I с индексом i
LDAN ADDR, i(0 : 5) rA := -memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в A с обратным знаком
LDXN ADDR, i(0 : 5) rX := -memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в X с обратным знаком
LDiN ADDR, i(0 : 5) rIi := -memory[ ADDR + rIi ]; загрузить в Ii с обратным знаком

Команды записи в память

Записывает содержимое регистра в ячейку памяти с адресом [ ADDR + rIi ]

STA ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rA; записать A
STX ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rX; записать X
STi ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rIi; записать Ii
STJ ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rJ; записать J
STZ ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := 0; обнулить содержимое ячейки

Арифметические команды

ADD ADDR, i(0 : 5) rA := rA + memory[ ADDR + rIi ]; сложение
SUB ADDR, i(0 : 5) rA := rA - memory[ ADDR + rIi ]; вычитание
MUL ADDR, i(0 : 5) (rA, rX) := rA * memory[ ADDR + rIi ]; умножение
DIV ADDR, i(0 : 5) rA := int((rA, rX) / memory[ ADDR + rIi ]);
rX := (rA, rX) % memory[ ADDR + rIi ];
деление

Команды операций с адресами

ENTA ADDR, i rA := ADDR + rIi;
ENTX ADDR, i rX := ADDR + rIi;
ENT? ADDR, i rI? := ADDR + rIi;
ENNA ADDR, i rA := - ADDR - rIi;
ENNX ADDR, i rX := - ADDR - rIi;
ENN? ADDR, i rI? := - ADDR - rIi;
INCA ADDR, i rA := rA + ADDR + rIi;
INCX ADDR, i rX := rX + ADDR + rIi;
INC? ADDR, i rI? := ADDR + rIi;
DECA ADDR, i rA := rA - ADDR - rIi;
DECX ADDR, i rX := rX - ADDR - rIi;
DEC? ADDR, i rI? := rI? - ADDR - rIi;

Команды сравнения

CMPA ADDR, i(0 : 5) compare rA with memory[ ADDR + rIi ];
CMPX ADDR, i(0 : 5) compare rX with memory[ ADDR + rIi ];
CMP? ADDR, i(0 : 5) compare rI? with memory[ ADDR + rIi ];

Команды перехода

JMP ADDR, i goto ADDR + rIi;
JSJ ADDR, i goto ADDR + rIi;
rJ не меняется!
JOV ADDR, i if (overflow) then
   overflow := false; goto ADDR + rIi;
JNOV ADDR, i if (no overflow) then
   goto ADDR + rIi;
else overflow := false;
JL, JE, JG ADDR, i
JGE, JNE, JLE ADDR, i
if (less, equal, greater) then goto ADDR + rIi;
if (no less, unequal, no greater) then goto ADDR + rIi;
JAN/JAZ/JAP ADDR, i
JANN/JANZ/JANP ADDR, i
if (rA < 0 or rA == 0 or rA > 0) then goto ADDR + rIi;
if (rA >= 0 or rA != 0 or rA <= 0) then goto ADDR + rIi;
JXN/JXZ/JXP ADDR, i
JXNN/JXNZ/JXNP ADDR, i
if (rX < 0 or rX == 0 or rX > 0) then goto ADDR + rIi;
if (rX >= 0 or rX != 0 or rX <= 0) then goto ADDR + rIi;
J?N/J?Z/J?P ADDR, i
J?NN/J?NZ/J?NP ADDR, i
if (rI? < 0 or rI? == 0 or rI? > 0) then goto ADDR + rIi;
if (rI? >= 0 or rI? != 0 or rI? <= 0) then goto ADDR + rIi;

Другие команды

MOVE ADDR, i(F) for(n = 0; n < F; n++, rI1++)
    memory[ ADDR + rIi + n ] := memory[ rI1 ];
SLA/SRA ADDR, i
SLAX/SRAX ADDR, i
SLC/SRC ADDR, i
shift rA to the left/right by ADDR+rIi bytes
shift (rA, rX) to the left/right by ADDR+rIi bytes
rotate (rA, rX) to the left/right by ADDR+rIi bytes
NOP do nothing;
HLT halt execution;

Команды ввода-вывода

IN ADDR, i( F ) read in one block from input unit F
into memory[ ADDR + rIi ] onwards;
OUT ADDR, i( F ) output one block to unit F
from memory[ ADDR + rIi ] onwards;
IOC ADDR, i( F ) send control instruction to i/o unit F;
JRED ADDR, i( F ) if (i/o unit F is ready) then goto ADDR + rIi;
JBUS ADDR, i( F ) if (i/o unit F is busy) then goto ADDR + rIi;

Команды преобразования

NUM rA := numerical value of characters in ( rA,rX );
CHAR ( rA, rX ) := character codes representing value of rA;

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Вся информация в этой статье взята из указанной книги

Ссылки[править | править вики-текст]