Конструктор модельных машин

В курсе «Архитектура ЭВМ» есть такая тема: «модельные машины». Учебная трёхадресная машина на (неофициальном) сайте практикума АЯ.

Есть проект Владимира Лютова по написанию эмуляторов УМ, можно начать с него

А на самом деле нужен конструктор, чтобы любые машины проектировать.

«Проект 0»

Написать на Python реализацию всех модельных машин, упомянутых в учебном пособии. Поначалу — без использования GUI.

У УМ3 описана система команд (кажется, не полностью). Остальное надо допридумывать.

Машина должна поддерживать:

• Трассировку выполнения
• Пошаговый проход

На вход машине подаётся образ памяти (бинарный файл). Изготавливается из программы в 16-ричных (?) кодах путём простого перевода (написать программу). Можно упростить жизнь программисту, введя формат как в пособии:

Адрес при этом избыточен, зато переход понятно куда писать. А программа для перевода может даже этот адрес проверять.

Впоследствии надо будет сделать ещё и ассемблер.

«Проект 1»

• Глядя на проект 0, переписать код УМ-М таким образом, чтобы все архитектурно различные части (память, процессор, шина, регистры) лежали в отдельных модулях
• Потихоньку добавлять поддержку регистров, сопроцессора, периферии, ещё чего-то в отдельных модулях

Что можно сконструировать

В машине может быть ( TODO: выкинуть действительно лишнее, эшелонировать):

• Память:
  • Память с абсолютными адресами
  • Аппаратный стек с адресацией относительно вершины
• Регистры:
  • Регистры общего назначения
    • …в т. ч. привязанные к ABI (акккумулятор и прочее)
  • Вычисляемые регистры (SP, PC, Flags)
• Инструкции:
  • Фиксированной длины с заданным количеством адресов
  • Переменной длины
  • Автоинкремент/автодекремент
  • Обращение к сопроцессору
  • Обращение к внешнему устройству
  • Прерывания
• Способы адресации:
  • прямая абсолютная
  • прямая относительная
  • косвенная
  • двойная косвенная
• Сопроцессор
  • ABI по хранению FP
• Внешние устройства
  • Печать
  • Ввод
  • «Медленное» устройство для использования аппаратных прерываний"
  • «Быстрое» устройство для использования ПДП
  • ПЗУ

Реализация

Никакого GUI, всё программируется (например, на Python) с помощью API конструктора. Причём само объектное планирование API воссоздаёт архитектуру ЭВМ, в этом фишка!

Например, могут быть готовые модули, соответствующие подсистемам

• Память
  • Побайтовая (для команд переменной длины и произвольных данных)
  • Пословная (с указанием структуры слова, например, трёхадресное), для машин с данными отдельно, командами отдельно
  • Пословная с несколькими вариантами трактовки слова
• Регистры (отличаются тем, что их значение может измениться, даже если в команде они явно не заданы)
• Стек
• АЛУ
• Сопроцессор
• Внешние устройства
  • Шина
    • ПЗУ
    • терминал

Получится что-то вроде такого myComputer.py:

   1 import myCPU
   2 import myRegisters
   3 import myMemory
   4 import myTerminal
   5 import myBIOS
   6 import myFPU
   7 …

А вот какой-нибудь myFPU.py:

   1 import myRegisters
   2 …

Означает, что смоделированный сопроцессор не работает с памятью, а работает только с регистрами

TBC

Полезные ссылки

* http://www.m5sim.org/Main_Page