Этюды для программистов

Любая запись, кроме последней, имеет стандартный формат. Литера 1 представляет собой контрольную сумму всех остальных шестнадцатеричных цифр, получаемую путем их суммирования без учета переносимых знаков. Литеры со 2-й по 4-ю являются шестнадцатеричным порядковым номером, причем первая запись имеет номер 000. О выходе за пределы номеров записей следует сигнализировать как о нефатальной ошибке. Вслед за этой шапкой в записи располагаются триплеты: счетчик — адрес — данные. Поле счетчика содержит одну цифру и указывает, сколько байтов в памяти должна занять последующая информация. Поле адреса, состоящее из четырех цифр, дает шестнадцатеричный адрес начала информации в памяти УМ-1. И, наконец, поле данных содержит по две цифры на каждую подлежащую загрузке литеру, и любая такая пара цифр считывается как целое шестнадцатеричное число, определяя, таким образом, восемь битов информации для записи в память. В одной записи может быть несколько таких триплетов, однако ни один из них не должен выходить за границы записи. Первый же пробел, появившийся в поле адреса, ограничивает полезную информацию в записи, и оставшуюся часть записи можно, если угодно, использовать для комментариев. Последняя запись содержит на месте символов 1—3 литеры END, а символы с 4-го по 7-й определяют четырехзначный шестнадцатеричный адрес начала программы. Например, запись

Е10241А2301020304207FF1ВЕС

имеет контрольную сумму Е, порядковый номер 102 и помещает (достаточно бессмысленно) четыре литеры данных 01020304 с 1А23 адреса памяти, а две литеры 1ВЕС с адреса 07FF. Обратите внимание, что потребовалось восемь шестнадцатеричных цифр, чтобы задать четыре литеры во внутренней памяти.

Тема. Напишите имитатор ЭВМ УМ-1. На вход имитатора должны поступать файл абсолютной загрузки и входной поток эмулируемой программы. Основное, что необходимо выдать, — это выходной поток программы. В виде приложения к имитатору напишите, по крайней мере, две программы для УМ-1, призванные проверить правильность эмуляции. Разумеется, эти программы надо будет вручную скомпоновать в формате файла абсолютной загрузки.

Кроме записи результата в память имитатор должен уметь выполнять трассировку и дамп эмулируемой программы. Трассировка должна продемонстрировать прокручиваемую команду, вычисление исполнительного адреса, а также операнды и результаты как в их естественном, так и в шестнадцатеричном формате. Дамп должен включать в себя печать содержимого памяти (возможно, под управлением вспомогательных средств) в шестнадцатеричном виде, в мнемонических обозначениях команд, а также в форматах целом, вещественном и текстовом. Повторяющиеся группы данных должны печататься только один раз с указанием числа повторений. Управление трассировкой и дампом может выходить прямо на имитатор, возможно через пульт управления, или же может приводиться в действие путем обращений к супервизору в ходе выполнения программы.

Указания исполнителю. Имитаторы компьютеров бывают, как правило, простыми, если они основаны на заурядном цикле: ячейка — декодирование — выполнение. Как только выделен код операции, так определен один из очевидных 128 путей ветвления. Эти 128 независимых программ моделирования команд могут использовать целый ряд общих подпрограмм, выполняющих частные задачи, а именно подпрограмм вычисления исполнительного адреса, установки САК, проверки особых случаев, итогового состояния памяти и тому подобные. Четкая разбивка на подпрограммы поможет продемонстрировать правильность работы. В то же время важна эффективность выполнения командного цикла — в противном случае расход времени может оказаться недопустимо большим. Необходимо найти разумный компромисс. Для остальных частей имитатора не нужна столь же высокая эффективность, поскольку им предстоит выполняться во много раз реже.

Некоторые группы, выполнявшие в прошлом это задание, сообщали, что время, потраченное на конструирование простого ассемблера для получения тестовых вариантов, не прошло без пользы. Если в числе порученных вам работ окажется также и разработка загрузчика УМ, тщательно сконструированный ассемблер позволит применить его, ко всему прочему, и для проверки загрузчика.

Инструментовка. Перед нами вновь программа, в которой ясность и эффективность противоречат друг другу. Рассмотрите возможность применения любого языка достаточно высокого уровня, в котором наиболее важные программы можно после отладки эффективно переписать на языке ассемблера. Поскольку обычная связь между подпрограммами может оказаться дорогостоящей, эта задача представляет удобный случай поэкспериментировать с языками, позволяющими прямо вставлять небольшие заплатки на языке ассемблера. В какой-то степени среди прочих языков этими качествами обладают Фортран, Алгол и XPL.

Длительность исполнения. Одному исполнителю на шесть недель, двоим — на три недели. Если работа делается более чем одним исполнителем, каждый отчитывается за одну программу для УМ-1.