MIX — это гипотетический компьютер, использованный в монографии Дональда Кнута, «Искусство программирования»Вся информация в этой статье взята из указанной книги. 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 книги. Программные реализации MIX- и MMIX-архитектур были разработаны различными авторами и свободно доступны (например, разработанные самим Кнутом MIXware и MMIXware).
Архитектура 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 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 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 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, iJGE, 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, iJANN/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, iJXNN/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, iJ?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, iSLAX/SRAX ADDR, iSLC/SRC ADDR, i shift rA to the left/right by ADDR+rIi bytesshift (rA, rX) to the left/right by ADDR+rIi bytesrotate (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 Finto memory[ ADDR + rIi ] onwards; OUT ADDR, i( F ) output one block to unit Ffrom 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
Ссылки MMIX 2009: A RISC Computer for the Third Millennium Knuth’s official MIX page MMIX News Knuth’s official MIX news MMIXware: A RISC Computer for the Third Millennium Knuth’s official MIX book Open Directory: Computers: Programming: Languages: Assembly: MIX-MMIX many MIX-MMIX/MIXAL-MMIXAL links
Категория:Дональд Кнут Категория:Микропроцессоры