MIX

MIX — це гіпотетичний комп'ютер, що застосовується в монографії Дональда Кнута, «Мистецтво програмування». Номер моделі комп'ютера MIX — 1009, є комбінацією номерів і назв комерційних моделей машин, сучасних часу написання книги, які здалися автору значущими. Крім того, «MIX» дорівнює 1009 в Римській системі числення.

MIX 1960-х був замінений новою (також гіпотетичною) комп'ютерною архітектурою, MMIX, яка буде включена в очікуваній редакції TAOCP. Програмні реалізації MIX і MMIX архітектур розроблені різними авторами й вільно доступні (наприклад, розроблені самим Кнутом MIXware і MMIXware).

Існують MIX/MMIX емулятори, які забезпечують роботу програмного забезпечення для комп'ютерів MIX на інших архітектурах. Одним із таких пакетів програмного забезпечення є GNU MDK; він є вільним і працює на різних платформах.

Архітектура

MIX являє собою гібридний двійково-десятковий комп'ютер. Коли комп'ютер програмується у двійковому режимі, кожен байт має 6 біт (значення від 0 до 63). У десятковому режимі кожен байт має 2 десяткових знаки (значення від 0 до 99). Байти згруповані в слова по п'ять байт зі знаком. Більшість програм, написаних для MIX, будуть працювати як у двійковому, так і в десятковому режимах, поки вони не спробують зберегти значення більше 63 в одному байті.

Значення слова може змінюватися в межах від −1 073 741 823 до 1 073 741 823 (включно) у двійковому режимі й від −9 999 999 999 до 9 999 999 999 (включно) в десятковому режимі. У комп'ютері MIX розрізняються числа −0 і +0, чого немає на сучасних комп'ютерах, в яких є тільки одне подання нуля, а кількість негативних чисел, які можуть бути представлені певною кількістю біт, на одиницю більша кількості позитивних чисел.

Регістри

У комп'ютері MIX 9 регістрів:

  • rA: Акумуляторний регістр (accumulator): повне слово (full word), п'ять байт зі знаком;
  • rX: Розширення (extension): повне слово, п'ять байт зі знаком;
  • rI1, rI2, rI3, rI4, rI5, rI6: Індексні регістри (Два байти і знак);
  • rJ: Адреса переходу: два байти, завжди позитивний.

Вважається, що байт має, як мінімум, 6 біт. Більшість інструкцій можуть вказувати, які з полів (байт) регістра потрібно змінити, використовуючи суфікс у формі (перший: останній). Нульове поле — однобітових знак.

MIX також записує, чи викликала попередня операція переповнення, і один з трьох індикаторів (менше, дорівнює або більше). На діаграмі нижче кожен регістр показаний розділеним на свої 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


Пам'ять і введення/виведення

Комп'ютер MIX має 4000 слів зберігання (кожне по 5 байт зі знаком), що адресуються з 0 до 3999. Крім того, є багато пристроїв введення та виведення:

  • Магнітофонні пристрої (пристрої 0 ... 7);
  • Диск або барабанні пристрої (пристрої 8 ... 15);
  • Пристрій читання карт (пристрій 16);
  • Картковий перфоратор (пристрій 17);
  • Порядковий принтер (пристрій 18);
  • Друкарська машинка (пристрій 19);
  • Перфострічка (пристрій 20).

Інструкції

Кожна машинна інструкція в пам'яті займає одне слово й складається з 4 частин: адреса (2 байти зі знаком) у пам'яті для читання або запису, вказівка індексного регістра (1 байт, що визначає, який індексний регістр rI використовувати) для додавання до адреси, модифікація ( 1 байт), що визначає, які частини регістра або комірки пам'яті будуть прочитані або змінені, і код операції (1 байт). Всі коди операції мають словесні позначення.

Програми MIX часто використовують код який самомодифікується, зокрема, щоб повернутися з підпрограми, так як в MIX відсутній автоматичний стек підпрограм.

Програми для комп'ютера MIX звичайно пишуться на MIXAL асемблері.

Команди завантаження

Вміст поля за адресою [ADDR + rIi (вміст регістра I з індексом i)] завантажується в регістр.

LDA ADDR, i(0 : 5) rA := memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в A
LDX ADDR, i(0 : 5) rX := memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в X
LDi ADDR, i(0 : 5) rIi := memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в I з індексом i
LDAN ADDR, i(0 : 5) rA := -memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в A з протилежним знаком
LDXN ADDR, i(0 : 5) rX := -memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в X з протилежним знаком
LDiN ADDR, i(0 : 5) rIi := -memory[ ADDR + rIi ]; завантажити в Ii з протилежним знаком

Команди запису в пам'ять

Записує вміст регістра в елемент пам'яті з адресою [ADDR + rIi]


STA ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rA; записати A
STX ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rX; записати X
STi ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rIi; записати Ii
STJ ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := rJ; записати J
STZ ADDR, i(0 : 5) memory[ ADDR + rIi ] := 0; обнулити вміст клітинки

Арифметичні команди

ADD ADDR, i(0 : 5) rA := rA + memory[ ADDR + rIi ]; додавання
SUB ADDR, i(0 : 5) rA := rA - memory[ ADDR + rIi ]; віднімання
MUL ADDR, i(0 : 5) (rA, rX) := rA * memory[ ADDR + rIi ]; множення
DIV ADDR, i(0 : 5) rA := int((rA, rX) / memory[ ADDR + rIi ]);
rX := (rA, rX) % memory[ ADDR + rIi ]; 		ділення

Команди операцій з 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;

Команди порівняння

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 ];

Команди переходу

JMP ADDR, i goto ADDR + rIi;
JSJ ADDR, i goto ADDR + rIi;
rJ не міняється!
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;

Інші команди

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;

Команди введення-виведення

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;

команди перетворення

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

Посилання