CC BY
75
1 2 Бурцев А.А. , Сидоров С.А
1 Федеральный Научный Центр НИИ Системных Исследований (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН), г. Москва, к.ф-м.н., доцент, с.н.с. Отдела Архитектур Высокопроизводительных Микропроцессоров (ОАВМ) Отделения Разработки Вычислительных Систем (ОРВС), burtsev@niisi .msk.ru 2 ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, г. Москва, к.ф-м.н., зав. Отделом Сопровождения Разработок (ОСР) Отделения Разработки Вычислительных Систем ОРВС, [email protected]
Программный комплекс ДССП-ТВМ для структурированного программирования троичной [виртуальной] машины.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
Троичная симметричная система счисления, троичный компьютер, ТВМ - троичная виртуальная машина, структурированное программирование, ДССП - Диалоговая система структурированного программирования.
АННОТАЦИЯ:
В статье подчёркивается значимость троичной информатики, объясняются преимущества троичных машин (перед двоичными), и в качестве одного из возможных путей дальнейшего развития отечественной компьютерной индустрии рассматривается предпринятый (в 2010-2013 гг.) в научно-исследовательской лаборатории троичной информатики (НИЛ ТИ) ВМК МГУ вариант построения троичного компьютера в виде имитационной программной модели (ТВМ - троичной виртуальной машины), сопровождаемой комплексом программных инструментов (ДССП-ТВМ), предназначенных для разработки структурированных программ для троичной машины на языке ДССП-Т - троичном варианте языка ДССП - Диалоговой системы структурированного программирования, созданной в начале 80-х годов XX века в проблемной лаборатории ЭВМ ВМК МГУ под руководством Николая Петровича Брусенцова (07.02.1925-04.12.2014) - творца первых в мире троичных компьютеров «Сетунь» и «Сетунь-70».
Рассматривается состав и структура комплекса, даётся характеристика системы команд троичной виртуальной машины, её языка ассемблера, а также языка ДССП-Т. Описываются основные возможности кросс-компилятора и наполняющей ДССП-словарь библиотеки модулей (на языке ДССП-Т), обеспечивающие построение троичных программ с последующим их исполнением не только на самой «голой» ТВМ (автономно), но и в среде диалогового командного монитора (ДКМОН) или диалогового ДССП-интерпретатора, способных функционировать на троичной машине в качестве её резидентного ПО (программного оснащения). ДССП-ТВМ уже сейчас может использоваться в качестве учебной среды программирования, служить своеобразным «полигоном» для освоения «искусства программирования» троичных машин, и тем самым способствовать подготовке квалифицированных специалистов в области троичной информатики. Статья сопровождается двумя приложениями, в одном из которых демонстрируются примеры программ на языке ДССП-Т, а в другом - вариант учебного плана (или учебной программы) спецкурса с условным названием «Программирование в ДССП для троичной машины», который предлагался (и предлагается!) для изучения студентам старших курсов (университетов или технических вузов), освоившим базовый курс программирования.
В настоящее время, когда традиционная (кремниевая) микроэлектроника, построенная на двоичной системе счисления, подходит к пределу своих технологических возможностей, возрождается интерес к исследованию принципиально иных путей построения вычислительных средств, основанных на других системах счисления. Как одна из наиболее перспективных, многих исследователей давно привлекает троичная симметричная система счисления (с цифрами -1,0,+1), которую когда-то Д.Кнут назвал "самой изящной" [1], и которая была полвека назад успешно воплощена в троичных цифровых машинах (ЦМ) "Сетунь" и "Сетунь-70" [2], разработанных в НИЛ ЭВМ МГУ под руководством Брусенцова Н.П.
Использование симметричного троичного кода и трёхзначной логики даёт ряд неоспоримых преимуществ (перед двоичными системами), которые были подтверждены практической эксплуатацией этих машин. Среди множества достоинств рассматриваемой троичной симметричной системы счисления можно выделить следующие:
• тем же количеством разрядов можно кодировать больший диапазон чисел;
• единообразное представление отрицательных и положительных чисел;
• непосредственное воплощение логики с тремя значениями: да (+1), нет (-1), не знаю [может быть?] (0);
• упрощённая реализация ряда арифметических операций (сдвига, сравнения чисел, смены знака); трёхзначность функции "знак числа";
• оптимальное округление чисел простым отсечением младших разрядов и взаимокомпенсируемость погрешностей округления в процессе вычислений.
С осознанием этих преимуществ приходит понимание, что с троичными вычислениями и троичными компьютерами связано будущее вычислительной техники. И горизонты этого будущего открываются сегодня всё большему кругу научных работников и специалистов, причём не только сферы информационных технологий. Так, например, в Интернете появились статьи на тему: "Будущее квантовых компьютеров — в троичных вычислениях"[3]. Встречаются также публикации о преимуществах троичных машин, в которых в качестве одного из доводов в пользу троичности приводится упоминание о троичности нейрона человеческого мозга [4].
В НИЛ ТИ ВМК МГУ (ранее НИЛ ЭВМ), где продолжаются исследования возможных способов реализации троичного процессора на современной элементной базе [5-6], была предпринята попытка создания имитационной модели троичного процессора, а также системы разработки троичных программ для него. В результате проведённой (в 2010-2013 гг.) работы был создан программный комплекс ТВМ (Троичная Виртуальная Машина) [7], имитирующий функционирование современного варианта троичного процессора двухстековой архитектуры с поддержкой структурированного программирования на уровне машинных команд, аналогичной той, что была обеспечена в троичной ЦМ "Сетунь-70".
В той же НИЛ ЭВМ МГУ ранее (в 80-х годах XX века) была разработана система программирования ДССП [8], которая на протяжении ряда лет применялась для программирования двоичных мини- и микрокомпьютеров самой разнообразной архитектуры и в различных операционных средах. ДССП убедительно показала, как важны для успешного построения компьютерных программ интерактивная среда разработки, двухстековая архитектура, структурированный набор команд управления и поддержка нисходящей разработки по принципу "сверху-вниз" (top-down). Поэтому
в качестве основного средства разработки троичных программ для ТВМ было решено создать троичный вариант этой системы программирования, т.е. троичную ДССП с языком ДССП-Т - троичным вариантом языка ДССП.
Работа по созданию системы разработки программ для ТВМ на языке ДССП-Т была выполнена в два этапа. Сначала (на 1-ом этапе) была построена кросс-система ДССП-ТВМ [9], позволяющая создавать программы для ТВМ на языке ДССП-Т с помощью кросс-компилятора. Затем (на 2-ом этапе), используя уже саму ДССП-ТВМ как среду разработки, был создан диалоговый интерпретатор ДССП/ТВМ [12], способный функционировать на троичной машине (ТВМ) в качестве её резидентной системы программирования.
В ДССП-ТВМ в качестве составляющих её компонент используются следующие программные средства (см. рис.1):
Рис.1. Основные компоненты ДССП-ТВМ и схема прогона ДССП-программы
• кросс-компилятор (dsspcomp.exe);
• ДССП-библиотека (kem.dsp,...) - набор файлов на языке ДССП-Т (dsp-файлы), подключаемых в ДССП-программу командой LOAD в ходе её компиляции, которые содержат определения стандартного ассортимента наиболее употребительных слов;
• стандартный препроцессор (cpp.exe) языка Си ;
• ассемблерное ядро ДССП (kem.psm,...) - совокупность ассемблерных файлов (psm-файлов), подключаемых в ассемблерную программу на стадии препроцессорной обработки, которые содержат тела процедур, необходимые для исполнения ряда примитивов ядра ДССП;
• ассемблер (asm.exe) троичной машины;
• имитатор троичной машины (tvm.exe).
Программа (файл prog.dsp), составленная на языке ДССП-Т, проходит несколько стадий обработки в ДССП-ТВМ (см. рис.1). Сначала она обрабатывается кросс-компилятором, который создаёт ассемблерную программу (файл prog.psm), содержащую также препроцессорные директивы. Компилятор формирует листинг сообщений о ходе компиляции (файл prog.lst), а также может создать ещё и ассемблерное тело словаря (файл prog.asl), сформированного программой.
Далее ассемблерная программа (файл prog.psm) вместе с файлами ассемблерного ядра ДССП обрабатывается препроцессором для получения единой ассемблерной программы (файл prog.asm), которая затем обрабатывается ассемблером троичного процессора, в результате чего создаётся листинг ассемблирования программы (файл prog.asm.lst) и троичный код (файл prog.asm.nth), готовый для исполнения на троичном процессоре. Наконец, имитатор троичного процессора (ТВМ) исполняет программу, представленную в троичном коде. Исполнение троичной программы на ТВМ можно отслеживать (на экране) не только в режиме диалога, но и получить протокол её работы (файл prog.prt).
Для автоматизации прохождения всех стадий обработки ДССП-программы (от её компиляции до исполнения на ТВМ), подготовлены соответствующие командные файлы. Так что полный прогон ДССП-программы можно вызвать всего одной командой: dssp-tvm prog.
Подробнее с возможностями ТВМ, ДССП-ТВМ и выразительными средствами языка ДССП-Т можно ознакомиться на Интернет-сайте НИЛ троичной информатики по адресу http://ternarycomp.cs.msu.ru/, а также по материалам серии статей, опубликованных в тематических сборниках «Программные системы и инструменты» факультета ВМК МГУ» [9-11] и «Труды НИИСИ РАН» ФНЦ НИИСИ РАН [12], а также доклада [13], представленного на научно-практической конференции «Посткремниевые вычисления», которая состоялась в рамках прошедшего в г. Переславль-Залесский в ноябре 2014 года Национального Суперкомпьютерного Форума (НСКФ-2014). Для первоначального краткого знакомства с языком ДССП-Т в приложении №1 размещены исходные тексты примеров учебных программ.
Созданный в НИЛ ТИ ВМК МГУ программный комплекс ДССП-ТВМ может использоваться не только в качестве среды опережающей подготовки и отладки программного оснащения для создаваемой «в кремнии» (т.е. аппаратно реализованной) троичной машины. В настоящее время ДССП-ТВМ может применяться ещё и в образовательном процессе в качестве учебной среды программирования. В языке ДССП-Т предусмотрены конструкции для структурированного, модульного, объектно-ориентированного и параллельного
программирования, а также средства для структурированной обработки исключительных ситуаций. Таким образом, ДССП-ТВМ может служить своеобразным «полигоном» для освоения современных методов программирования с учётом специфических особенностей троичных машин и тем самым способствовать подготовке квалифицированных специалистов в области троичной информатики.
Опыт использования (студентами кафедр АСВК и алгоритмических языков во время прохождения ими преддипломной практики в НИЛ ТИ) ДССП-ТВМ в деле создания ряда учебно-исследовательских программ для ТВМ, с одной стороны, подтвердил, что и сама система разработки, и её язык относительно легко могут усваиваться новичками. Но с другой стороны, всё же выявил потребность во внедрении в учебный процесс особого спецкурса, благодаря которому заинтересованные студенты могли бы гораздо быстрее освоить специфику структурированной разработки программ для троичной машины.
В целях удовлетворения обозначенной потребности и последующего внедрения ДССП-ТВМ в учебный процесс был составлен и предложен (на факультете ВМК МГУ) учебный план годового (возможно и полугодового) спецкурса с условным названием "Программирование в ДССП для троичной машины" (см. приложение №2). Этот спецкурс нацелен на ознакомление слушателей с троичной симметричной системой счисления, характеристиками троичных ЦМ "Сетунь" и "Сетунь-70", архитектурой и системой команд троичной виртуальной машины (ТВМ), а также возможностями среды ДССП-ТВМ и её языка ДССП-Т. Основная задача спецкурса заключается в освоении слушателями выразительных средств и приёмов разработки структурированных программ в ДССП для троичной машины. Спецкурс ориентирован на слушателей, усвоивших базовый курс программирования (например, на языке Паскаль), и может быть предложен для освоения студентам 2-4 курсов университетов или технических ВУЗов, обучающихся по направлениям: «Прикладная математика и информатика» и/или «Информатика и вычислительная техника».
Литература
1. Кнут Д. Искусство программирования на ЭВМ. т.2 Получисленные алгоритмы. п. 4.1. с. 216-219.
2. Брусенцов Н.П., Рамиль Альварес Х. Троичные ЭВМ "Сетунь" и "Сетунь 70". / / Первая Международная конференция "Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы" SORUCOM-2006 (3-7 июля 2006 г., г. Петрозаводск, Россия): Труды конференции в 2-х ч. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2006. ч.1, с. 45-51.
3. Будущее квантовых компьютеров — в троичных вычислениях. URL: http://www.infuture.ru/news.php7news id=475 (дата обращения: 02.11.2014).
4. Малашевич Д.Б. Недвоичные системы в вычислительной технике. URL: http://www.computer-museum.ru/books / archiv/ sokcon27.pdf (дата обращения: 02.11.2014)
5. Маслов С.П. Об одной возможности реализации троичных цифровых устройств / / Программные системы и инструменты. Тематический сборник №12, М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2011.
С.222-227.
6. Маслов С.П. Троичная схемотехника / / Программные системы и инструменты. Тематический сборник №13, М.: Изд-во факультета ВМК МГУ 2012. С.152-158.
7. Сидоров С.А., Владимирова Ю.С. Троичная виртуальная машина / / Программные системы и инструменты. Тематический сборник №12, М.: Изд-во ф-та ВМК МГУ, 2011. С.46-55.
8. Бурцев А.А., Сидоров С.А. История создания и развития ДССП: от "Сетуни-70" до троичной виртуальной машины. // Вторая Международная конференция "Развитие вычислительной техники и её программного обеспечения в России и странах бывшего СССР" S0RUC0M-2011 (1216 сентября 2011 г., г. Великий Новгород, Россия): Труды конференции. В.Новгород: Изд-во НовГУ, 2011. с. 83-88.
9. Бурцев А.А., Рамиль Альварес Х. Кросс-система разработки программ на языке ДССП для троичной виртуальной машины // Программные системы и инструменты. Тематический сборник №12, М.: Изд-во факультета ВМК МГУ 2011. С.183-193.
10. Бурцев А.А., Рамиль Альварес Х. Реализация средств объектно-ориентированного программирования в кросс-компиляторе языка ДССП-Т. // Программные системы и инструменты. Тематический сборник №13, М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2012. с.28-37.
11. Бурцев А.А., Рамиль Альварес Х. Сопрограммный механизм в системе структурированного программирования для троичной машины. // Программные системы и инструменты. Тематический сборник №14, М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2013. с.193-208.
12. Бурцев А.А., Бурцев М.А. ДССП для троичной виртуальной машины. // Труды НИИСИ РАН, т.2, №1. М.: Изд-во НИИСИ РАН, 2012. с.73-82.
13. А.А. Бурцев, С.А. Сидоров. ТРОИЧНАЯ ВИРТУАЛЬНАЯ МАШИНА И ТРОИЧНАЯ ДССП. URL: http://2014.nscf.ru/TesisAll/0 PostMoore Plenar/06 208 BurtsevAA.pdf (дата обращения 20.10.2015)
Приложение состоит из двух частей: 1. Приложение №1. Примеры программ на языке ДССП-Т:
Примеры использования цикла DW с условием_
PROGRAM DEMO_DW LOAD kern
." примеры использования цикла DW " CR
{{ ------------ Наибольший общий делитель
: NOD {{ [ x,y ] => [ z ] , z= nod(x,y) x<>y? DW x-y|y-x D ; : x<>y? {[ x,y ]} C2 C2 <> ; : x-y|y-x {[ x,y ]} x>y? BR+ x-y y-x ;
: x>y? {[ x,y ]} C2 C2 > ; : x-y {[ x,y ]} E2 C2 - E2 {[ x-y,y ]} ; : y-x {[ x,y ]} C2 - {[ x,y-x ]} ;
{{ ------------ Число Фиббоначи (n-ое по порядку)
{{ F(0)=1, F(1)=1; F(k+1)= F(k)+F(k-1)
: Fib {{ [ n ] => [ F(n) ] 1 1 E3 1- {[ FP,FT,k ]} >0? DW newF D E2D ; : >0? C 0 > ; : newF {[ FP,FT,k ]} E2 E3 C3 + E2 1- {[ FT,FN,k-1 ]} ;
{{ ------------ Число Фиббоначи (первое по порядку, превышающее M)
{{ F(0)=1, F(1)=1; F(k+1)= F(k)+F(k-1)
: Fib> {{ [ M ] => [ Fi ] , Fi=F(i) > M
1 1 {[ M,FP,FT ]} <=M? DW newFi E3 DD ; : <=M? C C4 <= ; : newFi {[ FP,FT ]} E2 C2 + {[ FT,FN ]} ; {{ ------------Факториал
: Fctrl {{ [ n ] => [ n! ] , n!= 1*2*...*n 1 E2 {[ F,k ]} >0? DW F*k D ;
: F*k {[ F,k ]} E2 C2 * E2 1- {[ F*k, k-1 ]} ; : DEMO_DW 77 55 NOD . 7 Fib . { 21 } 20 Fib> . 5 Fctrl . ; UNDEF CLEAR
$$_
Примеры использования цикла DO- с параметром-счетчиком_
PROGRAM DEMO_DO- { DKMON }
[] [***** примеры использования цикла DO- с параметром-счетчиком. *****] [*** Вывод строки заглавных латинских букв ***] :: : .LatString 2 6 DO- .LatLetter ;
: .LatLetter [i] 'Z' C2 - TOB [i] ; [печать i-ой латинской буквы] [*** Сумма квадратов всех целых чисел от 0 до N ***] :: : SumKv [N] 0 E2 [S,N] 1+ DO- SumI [S] ;
: SumI [S,i] E2 C2 C * [i,S,i*i] + E2 [S+i*i,i] ; [ i=N,N-1,..,1,0. ] [*** Сумма квадратов всех целых чисел заданного диапазона (M..N) ***] :: : SumKvD [M,N] C2 - 1+ 0 E2 [M,0,N-M+1] DO- SumID [M,S] E2 D [S] ; : SumID [M,S,i] E2 C3 C3 + [M+i] C *
[M,i,S,(M+i)*(M+i)] + E2 [M,S+(M+i)*(M+i),i] ; [ i=N-M,..,1,0. ] [*** Вычисление факториала ***] :: : Factor [N] 1 E2 [1,N] DO- FI [N!] ;
: FI [F,I] E2 C2 1+ * E2 [F*(I+1),I] ; [при I=N-1,..,1,0] [*** Вычисление полинома по схеме Горнера ***] [ P(X) = (,.(A9*X+A8)*X+ ..)*X+A0 ]
9 VALUE n [задает размер массива коэффициентов ] [массив коэффициэнтов A(0..9), определяющих полином : ] LONG CNST A 5 -2 0 1 0 0 0 0 0 0 ; [ XA3-2X+5 ] : Plnm [X] n A [A(n)] n [X,A(n),n] DO- PI [P(X)] ; : PI [X,S,i] E2 C3 * [X,i,S*X] C2 A + [S*X+A(i)] E2 [X,S,i] ; [*** Сортировка массива методом простого выбора ***]
9 VALUE N [размер массива] N VCTR S [сортируемый массив S(0..N) ] :: : SORT N 1+ [N+1] DO- SORTi ;
: SORTi [i] MAXi [i,k] EXCHANGEi D [i] ; [i=N,..,0] : MAXi [определяет индекс максим.элемента среди S0..Si ]
[i] C [i,k] C2 [i] DO- MAXj [i,k] ;
: MAXj [k,j] C2 S C2 S [S(k),S(j)] < IF+ k: =j [k,j] ;
: k:=j [k,j] E2 D C [j,j] ;
: EXCHANGEi [ переставляет i-ый и k-ый элементы массива ]
[i,k] C S C3 S [i,k,S(k),S(i)] C3 ! S [S(i)=>S(k)]
[i,k,S(k)] C3 ! S [S(k)=>S(i)] [i,k] ;
[*** ввод массива S из стека ***]
GETS [S0,S1,..,SN] N 1+ [N+1] DO- GETSi ;
GETSi [Si,i] E2 C2 ! S [i] ;
[*** вывод массива S на терминал ***]
PUT N 1+ [N+1] DO- PUTi ; : PUTi [i] N C2 - S .N ."," [i] ;
: .N C IF- .- .N2 ; : .N2 2 TON10 ; : .- ."-" NEG ;
[*** ввод массива S с терминала ***]
GET N 1+ [N+1] DO- GETi ;
GETi [i] ."=" TIN N C3 - ! S [i] ;
DEMO DO- ." LatString=" .LatString CR
." SumKv(10)=" 10 SumKv 4 TON10 CR
." Factor(7)=" 7 Factor 6 TON10 CR
." Plnm(3)=" 3 Plnm 6 TON10 CR
." Сортировка массива " CR 55 23 67 12 99 07 66 78 33 47 GETS
,"S[0:9]=" PUT CR ."SORT S[0:9]" SORT CR ,"S[0:9]=" PUT CR ;
UNDEF CLEAR
$$
Примеры программ перестановок в одномерном массиве
PROGRAM Test_PrstVctr { DKMON }
LOAD DKMON
{-----Ввод массива из стека-----}
:: : GetVctr {A0,A1,..,An,'A,k} {{,A=адрес,k=длина (кол-во эл-тов)
{A0,..,An,'A,n+1} DO- Get_A[i] D { }; {for i=n,..,1,0 A[i]:=val from stack} : Get_A[i] {.., X, 'A, i } E2 E3 {.., 'A, i, X } C3 C3 *3 + {.., 'A, i, X, 'A+i*3 } !W { A[i]:=X } {.., 'A, i } ;
{----- Печать массива как десятичных чисел -----}
:: : PrintVctr {'A,k} DO- Print_A[i] D { } ; {{,A=адрес,k=длина(к-во эл-тов) : Print_A[i] { 'A[i], i } C2 3+ { 'A[i+1] } E3
{ 'A[i+1], i, 'A[i] } @W 0 TON10 SP { 'A[i+1], i } ;
{------- Инверсия одномерного массива -------------}
:: : InvrVctr { A,k } {{ A - адрес массива, k= кол-во элементов , n=k-1 {{ массив A[0:n]= [ A0,A1,..,An ] => [ An,..,A1,A0 ] { A,k } C 1- E2 /2 { A,n, k div2 } DO- A[i]<=>A[n-i] DD { } ; : A[i]<=>A[n-i] { for i= k div2,..,1,0 }
{ A,n,i } C3 C3 C3 - *3 + {..,A+(n-i)*3 } C @W {..,A[n-i] } { A,n,i,'A[n-i],A[n-i] } 5 CT C4 *3 + {..,A+i*3 } C @W {..,A[i] } { A,n,i,'A[n-i],A[n-i],'A[i],A[i] } E3 E2 !W { A[i]:=A[n-i] } { A,n,i,'A[n-i],A[i] } E2 !W { A[n-i]:=A[i] } ;
{--- Циклический сдвиг одномерного массива влево. Простой вариант. ---}
:: : LShiftVctr {A,n,s} {{A-адрес массива, k=к-во эл-тов, s=число поз.сдвига {{ массив A[0:n]= [ A0,A1,..,A(n-1) ] => [ As,..,A(n-1),A0,..,A(s-1) ] { A,n,s } DO- LShift1Vctr DD { } ; : LShift1Vctr {A,n,i} C3 @W {A0} C4 {'A[0]} C4 {n} 1- DO- LShift_A[j]
{ A,n,i, A0, 'A[n] } !W { A[n]:= A0 } { A,n,i } ; { for i= s-1,.,1,0 } : LShift_A[j] {.., 'A[j],j } { j=n-1,..,1,0 }
{.., 'A[j],j } C2 3+ C @W {.., 'A[j],j, 'A[j+1], A[j+1] } E2 E4
{.., 'A[j+1],j, A[j+1], 'A[j] } !W { A[j]:=A[j+1] } {.., 'A[j+1],j } ;
{--- Циклический сдвиг одномерного массива влево. Эффективный вариант. ---}
:: : LShift!Vctr {A,n,s}{{A=адрес массива, k=к-во эл-тов,s=число поз. сдвига { A,n,s } C3 C2 {.., A,s } InvrVctr
{ A,n,s } C3 C2 *3 + C3 C3 - {.., 'A[s],n-s } InvrVctr { A,n,s } D { A,n } InvrVctr ;
100 VCTR A : 'A 0 ' A ;
:: : Test_PrstVctr CR ."---Перестановки в одномерном массиве (векторе)---" CR
10 11 22 33 44 55 66 77 88 99 'A 10 GetVctr 'A 10 PrintVctr CR
'A 10 InvrVctr ." A[0:9]=> " 'A 10 PrintVctr CR
10 11 22 33 44 55 66 77 88 99 'A 10 GetVctr 'A 10 PrintVctr CR
'A 10 3 LShiftVctr 'A 10 PrintVctr CR
'A 10 2 LShift1Vctr 'A 10 PrintVctr CR
'A 10 1 LShift1Vctr 'A 10 PrintVctr CR
'A 10 0 LShift1Vctr 'A 10 PrintVctr CR
10 11 22 33 44 55 66 77 88 99 'A 10 GetVctr 'A 10 PrintVctr CR 'A 10 4 LShift!Vctr 'A 10 PrintVctr CR ; UNDEF CLEAR
$$
Троичная проверка попадания точки в отрезок
PROGRAM Test_TSEG LOAD KERN
." Test_TSEG Троичная проверка попадания точки в отрезок " CR {{ { a,b, x } TSEG { r } {{ r = +1 (a<x<b) или 0 (x=a|x=b) или -1 (x<a|b<x) :: : TSEG { a,b,x } C E4 { x,b, x,a } CMP { x?a } E3 { x?a, b,x } CMP { x?a,b?x } TMIN { r } ; 10 VALUE N { константа, задающая количество точек } VAR A VAR B { переменные, задающие границы отрезка [A,B] } 9 VCTR V { одномерный массив точек V[0:9] } { приём значений точек из стека данных в массив V } : GetV {V0,V1,..,V9} N DO- GetV[i] ;
: GetV[i] {..,Vi,i} E2 C2 ! V {..,i} ; { i=9,8,..,1,0 } : .10 {Num} 0 TONIO {Num} ; { печать 10-ного числа } { проверка попадания точек массива в отрезок: }
: .CheckV ."--- для отрезка [" A .10 ',' TOB B .10 ']' TOB CR CheckV ;
: CheckV N DO- CheckV[i] { i=9,8,..,1,0 } ; : CheckV[i] {i} A B ." точка " C3 V {i,A,B,V[i]} C .10 {i,A,B,V[i]} TSEG {-1/0/1} BRS )A,B( |A,B| (A,B) CR {i} ; : )A,B( ." вне отрезка " ; : |A,B| ." на границе отрезка " ; : (A,B) ." внутри отрезка " ; :: : Test_TSEG ."===== Проверки попадания точек в отрезок: =====" CR { задание массива точек V[0:9]=} 5 4 7 3 8 -4 -7 0 6 -6 GetV { задание границ отрезка: } 4 ! A 7 ! B { A:= 4; B:= 7 } { проверки попадания точек массива в отрезок: [4,7] } .CheckV { задание границ отрезка: } -6 ! A 6 ! B { A:=-6; B:=+6 } { проверки попадания точек массива в отрезок: [-6,6] } .CheckV ;
CLEAR UNDEF $$
Новые типы данных очередь (QUEUE) и дек (DEQ) как классы
PROGRAM DKMON {QDEMO}
[] [* ОЧЕРЕДЬ как Пример построения нового типа данных с помощью КЛАССА *] LOAD DKMON
CR ." Новый Тип данных QUEUE (Очередь) " CR :: : QDEMO? 1 ;
[--- ОЧЕРЕДЬ элементов типа TWORD (3-х трайтовых целых) ---]
100 VALUE MaxLen [ максимальная длина очереди ]
[--- Объявление класса ОЧЕРЕДЬ ---]
." -------- Объявление класса QUEUE " CR
:: CLASS: QUEUE SUBCLASS TCLASS
[--- поля данных, составляющих очередь --- ] VAR .cnt [ кол-во элементов в очереди ] VAR .n [ индекс-указатель начала очереди в массиве ] VAR .k [ индекс-указатель конца очереди в массиве ] 100 VCTR .MI [ массив для хранения элементов очереди ] [--- методы , представляющие операции над очередью --- ] :: METHOD Init [ инициировать, начать работу очереди ] :: METHOD Done [ завершить, закончить работу очереди ] :: METHOD Show [ показать на экране состояние очереди ] :: METHOD Put [ поместить элемент x из вершины стека в очередь Q ]
[ Пример вызова: {x} Put Q ] :: METHOD Get [ взять элемент y из очереди Q на вершину стека ]
[ Пример вызова: Get Q {y} ] :: METHOD Empty? [ проверить, пуста ли очередь ] :: METHOD Full? [ проверить, полна ли очередь ] :: METHOD= ! => [ копирование очереди ] ;CLASS
."--------Объявление ситуаций " CR
SITUATION Empty! .Empty! : .Empty! ." Empty Queue! " HALT ; SITUATION Full! .Full! : .Full! ." Full Queue! " HALT ; [--- Реализация методов класса ОЧЕРЕДЬ ---]
." -------- Реализация методов QUEUE " CR
QUEUE :M: Init [Q] 0 C2 ! .cnt [ Q.cnt:=0 ]
0 C2 ! .k 1 E2 [Q] ! .n [ ] ; [ Q.k:=0; Q.n:=1 ] QUEUE :M: Done [Q] D ;
QUEUE :M: Show [Q] ."Queue:" ShowQueue [] ;
: ShowQueue [Q] ." (" C .cnt 2 TON10 .")= < "
C .n C2 .cnt [Q,n,cnt] DO- ShowItem DD .">" [] ; : ShowItem [Q,t,i] C2 C4 [,..,t,Q] .MI [M(t)] 3 TON10 .", " [Q,t,i] E2 +1mod E2 [Q,(t+1)mod,i] ; QUEUE :M: Put [x,Q] C .Full? IF+ Full! [ проверка на искл.ситуацию ]
C .k +1mod C C3 ! .k [ Q.k:=(Q.k+1)mod Maxlen ] [x,Q,k] C2 .cnt 1+ C3 ! .cnt [ Q.cnt:=Q.cnt+1 ]
E2 [x,k,Q] ! .MI [ Q.M(k):=x ] [ ] ;
QUEUE :M: Get [Q] C .Empty? IF+ Empty! [ проверка на искл.ситуацию ]
C .n C2 .MI E2 [ y:= Q.M(Q.n) ] [y,Q] C .cnt 1- C2 ! .cnt [ Q.cnt:=Q.cnt-1 ] C .n +1mod E2 [y,n+1,Q] ! .n [Q.n:=(Q.n+1)mod Maxlen] [y] : .Empty? [Q] .cnt 0 <= [1/0] ; [ Q.cnt<=0 ? ] QUEUE :M= Empty? .Empty?
: .Full? [Q] .cnt MaxLen >= [1/0] ; [ Q.cnt>=MaxLen ? ] QUEUE :M= Full? .Full?
[--- Вспомогательные процедуры ---]
: +1mod [z] 1+ C MaxLen >= IF+ T0 [z+1 или 0, если z>=MaxLen-1 ] ; : -1mod [z] C IF0 +MaxLen 1- [z-1 или MaxLen-1, если z=0 ] ;
: +MaxLen MaxLen + ;
Show Q CR
[------- Примеры объявленных экземпляров классов QUEUE ----------]
." Примеры использования QUEUE " CR QUEUE VAR Q QUEUE VAR Q2
9 QUEUE VCTR VQ [ массив очередей VQ(0:9) ] 3 4 2 QUEUE ARR AQ [ матрица очередей AQ(0:3,0:4) ] :: : QDEMO CR ."Демонстрация операций с очередями " CR
Init Q 33 Put Q 44 Put Q 55 Put Q 66 Put Q 77 Put Q ,"Q= 9 DO- InitVQ(i)
Q 3 => VQ [ VQ(3):= Q ] -99 3 Put VQ ,"VQ(3)= " 3 Show VQ CR -44 4 Put VQ 3 Get VQ . SP 4 Put VQ 3 Get VQ . SP 4 Put VQ CR ,"VQ(3)= " 3 Show VQ CR ,"VQ(4)= " 4 Show VQ CR [ действия с одним элементом матрицы очередей: ] 1 2 Init AQ [ A(1,2).Init ]
4 VQ 1 2 => AQ [ A(1,2):=VQ(4) ] 666 1 2 Put AQ [ AQ(1,2).Put(666) ] ."AQ(1,2)= " 1 2 Show AQ CR ; : InitVQ(i) [i] C Init VQ [i] ; [ инициализация i-ой очереди ] ." Новый Тип данных DEQ на основе QUEUE " CR :: : DQDEMO? 1 ;
[--- Объявление класса ДЕК ---]
[--- ДЕК элементов типа LONG (4-х байтовых целых) ---]
:: CLASS: DEQ SUBCLASS QUEUE [ наследует класс QUEUE ]
[--- методы , дополняющие операции над очередью ---]
METHOD Put_ [ поместить элемент из вершины стека в начало очереди ] METHOD Get_ [ взять элемент с конца очереди на вершину стека ] METHOD Count [ определить количество элементов в очереди ] ,-CLASS
[--- Реализация методов класса ДЕК ---]
Count .cnt
Show [Q] ."Double-End-" Show AS QUEUE [] ;
DEQ DEQ DEQ
M= M: M:
[ проверка на искл.ситуацию ] .n [ Q.n:=(Q.n-1)mod MaxLen ] •cnt [ Q.cnt:=Q.cnt+1 ]
Put_ [x,Q] C .Full? IF+ Full
C .n -1mod C C3 [x,Q,n] C2 .cnt 1+ C3
E2 [x,n,Q] ! .MI [ Q.M(n):=x ] [ ] ;
DEQ :M: Get_ [Q] C .Empty? IF+ Empty! [ проверка на искл.ситуацию ]
C .k C2 .MI E2 [ y:= Q.M(Q.k) ] [y,Q] C .cnt 1- C2 ! .cnt [ Q.cnt:=Q.cnt-1 ]
C .k -1mod E2 [y,k+1,Q] ! .k [Q.k:=(Q.k-1)mod MaxLen] [y] ;
[------- Примеры объявленных экземпляров класса DEQ ---------- ]
." Примеры использования QUEUE и DEQ " CR DEQ VAR DQ [ дек , который может использоваться и как очередь ] 104 VCTR ZA [ произвольная область памяти, которая используется как дек ]
: Z 0 ' ZA ; [ её адрес ] :: : DQDEMO CR ."Демонстрация операций с очередями и деком " CR
Init Q 33 Put Q 44 Put Q 55 Put Q 66 Put Q 77 Put Q ,"Q= " Show Q CR Init DQ Q DQ => AS QUEUE [ DQ:= Q as QUEUE ]
88 Put DQ 22 Put_ DQ 11 Put_ DQ 99 Put DQ ."DQ= " Show DQ CR
Get DQ 3 TON10 ." <- " Get_ DQ 2 TON10 ." -> "
Get DQ 3 TON10 ." <- " CR ."DQ= " Show DQ CR
DQ => Q [ Q:= DQ as QUEUE ] Get Q 3 TON10 CR ,"Q= " Show Q CR
9 DO- InitVQ(i)
-99 3 Put VQ ,"VQ(3)= " 3 Show VQ CR
4 Put VQ SP ,"VQ(3)= " 3 Show VQ CR
Q 3 => VQ [ VQ(3):= Q ] -44 4 Put VQ 3 Get VQ . 3 Get VQ . 4 Put VQ CR
."VQ(4)= " 4 Show VQ CR ,"VQ(4)= " 4 VQ Show AS DEQ CR ; CR ." Для запуска демонстрации выполните QDEMO или DQDEMO " CR UNDEF CLEAR $$
2. Учебный план спецкурса "Программирование в ДССП для троичной машины" ("Programming in DSSP for ternary computer"):
Учебный план спецкурса "Программирование в ДССП для троичной машины" ("Programming in DSSP for ternary computer")
годовой (возможно, полугодовой) для студентов 2-4 курсов лектор - к.ф.м.н. Бурцев Алексей Анатольевич
Спецкурс "Программирование в ДССП для троичной машины" нацелен на ознакомление слушателей с троичной симметричной системой счисления, характеристиками троичных ЦМ "Сетунь" и "Сетунь-70", архитектурой и системой команд троичной виртуальной машины (ТВМ), а также возможностями Диалоговой Системы Структурированного Программирования (ДССП), созданными в НИЛ троичной информатики факультета ВМК МГУ
Основная задача спецкурса заключается в освоении слушателями выразительных средств и приёмов разработки структурированных программ в ДССП для троичной машины.
1. Введение. Особенности троичной симметричной системы счисления. Краткая характеристика ЦМ "Сетунь" и "Сетунь-70". История создания и развития ДССП.
2. Краткая характеристика ТВМ, ДССП-ТВМ, ДССП/ТВМ . ТВМ — программный комплекс, имитирующий современный вариант троичного процессора двухстековой архитектуры с поддержкой структурированного программирования на уровне машинных команд. ДССП-ТВМ — кросс-система разработки программ для него на языке ДССП-Т. Структура и состав ДССП-ТВМ, прогон ДССП-программ в ней. Диалоговый интерпретатор ДССП/ТВМ и приёмы простейшей работы в нём.
3. Словарная организация ДССП. Программирование в ДССП как наращивание словаря исполнителя. Простейшие приёмы определения новых слов.
4. ДССП как стековая машина. Операции целочисленной арифметики над арифметическим стеком. Представление числовых констант, символов и строк. Работа с ДССП как со стековым калькулятором. Отладочные средства просмотра содержимого стеков и памяти.
5. Процедуры в ДССП. Приёмы определения новых процедур. Принципы структурированного программирования. Пошаговая нисходящая разработка программ в ДССП.
6. Организация ветвлений в ДССП. Команды условного вызова процедур. Операции для вычисления логических условий (выражений). Поразрядные операции троичной логики и арифметики. Примеры разработки простейших программ с ветвлением.
7. Организация циклов в ДССП. Простейшие команды многократного вызова процедур. Примеры разработки простейших программ с циклами.
8. Переменные и массивы в ДССП. Объявления для определения новых слов-переменных и слов-массивов. Простейшие типы данных. Простейшие операции над переменными и массивами. Примеры программ обработки массивов.
9. Доступ к памяти по адресам. Примеры разработки программ для обработки произвольных массивов, задаваемых в качестве параметров. Приёмы создания реентерабельных программ в ДССП.
10. Простейшие операции ввода и вывода с терминалом. Ввод и вывод символов, строк, чисел. Операции анализа символов и обработки строк. Операции преобразования строки в число и числа в строку. Примеры программ обработки текстовых строк.
11. Команды управления загрузкой, чисткой и сохранением словаря. Управление видимостью имён.
12. Словарь ядра и ДССП-библиотека. Характеристика ассортимента слов базового словаря и возможностей модулей ДССП-библиотеки. Простой диалоговый командный монитор (ДКМОН).
13. Команды доступа к двоичным файлам среды. Примеры разработки программ обработки файлов. Особенности обработки текстовых файлов.
14. Механизм обработки исключительных ситуаций. Объявление слов-ситуаций. Команды установки реакций на ситуации. Команды возбуждения ситуаций. Примеры разработки программ с применением механизма ситуаций.
15. Команды циклов с выходами путём возбуждения ситуации. Примеры разработки программ, применяющих циклы с выходами по ситуации.
16. Объявление новых типов как структур. Операции над объектами-структурами и отдельными их полями. Примеры программ с применением структур.
17. Объявление новых типов как классов. Определение новых операций как методов класса. Определение процедур реализации методов. Объявление класса-наследника. Переопределение методов. Спецоперации (AS, CONSTRUCT) для работы с объектами классов в произвольном участке памяти. Примеры определения новых типов как классов.
18. Сопрограммный механизм в ДССП. Объявление сопрограммы. Операция контекстного переключения. Примеры применения сопрограмм.
19. Простейший монитор управления параллельными процессами. Объявление процесса и операции с ним. Примеры применения монитора. Приёмы его реализации на основе сопрограммного механизма.
20. Определение слов в коде ассемблера ТВМ. Характеристика архитектуры и системы команд ТВМ. Особенности входного языка ассемблера ТВМ. Примеры реализации слов ядра ДССП на ассемблере.
21. Особенности сшитого кода ДССП для ТВМ. Строение тел процедур, констант, переменных, массивов. Операции доступа к содержимому управляющего стека. Приёмы определения особого вида слов с получением доступа к содержимому управляющего стека и позициям тел сшитого кода.
о
о
о
о
и
о
и
и
и
о
о
и
и
и
и
и
и
и
о
Литература, предлагаемая слушателям спецкурса:
1. Кнут Д. Искусство программирования на ЭВМ. Т. 2: Получисленные алгоритмы. —М.:Мир,1977. п. 4.1. с. 216-219.
2. Дал У., Дейкстра Э., Хоор К. Структур(ирован)ное программирование.— М.: Изд-во Мир, 1975.— 247 с.
3. Брусенцов Н. П., Рамиль Альварес Х. Троичные ЭВМ «Сетунь» и «Сетунь-70» // Труды 1-ой международной конференции «Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы» SORUCOM-2006, г. Петрозаводск, Россия, 3-7 июля 2006 г.— Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2006.— Ч.1, с. 45-51.
4. Бурцев А. А., Сидоров С. А. История создания и развития ДССП: от «Сетуни-70» до троичной виртуальной машины // Труды 2-ой международной конференции «Развитие вычислительной техники и её программного обеспечения в России и странах бывшего СССР» S0RUC0M-2011, г. Великий Новгород, Россия, 12-16 сентября 2011 г.— В.Новгород: Изд-во НовГУ, 2011.— С. 83-88.
5. Сидоров С. А., Владимирова Ю. С. Троичная виртуальная машина // Программные системы и инструменты. Тематический сборник №12.— М.: Изд-во ф-та ВМК МГУ, 2011, с. 46-55.
6. Бурцев А. А., Рамиль Альварес Х. Кросс-система разработки программ на языке ДССП для троичной виртуальной машины // Программные системы и инструменты. Тематический сборник №12.— М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2011, с. 183-193.
7. Бурцев А. А., Бурцев М. А. ДССП для троичной виртуальной машины // Труды НИИСИ РАН, т. 2, № 1.— М.: Изд-во НИИСИ РАН, 2012.— С. 73-82.
8. Бурцев А. А., Рамиль Альварес Х. Реализация средств объектно-ориентированного программирования в кросскомпиляторе языка ДССП-Т // Программные системы и инструменты. Тематический сборник № 13.— М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2012, с. 28-37.
9. Бурцев А. А., Шумаков М. Н. Сопрограммный механизм в ДССП как основа для построения мониторов параллельных процессов // Вопросы кибернетики. Сборник статей / ред. В .Б. Бетелин.— М.: Изд-во НИИСИ, 1999.— С. 45-63.
10. Бурцев А. ., Рамиль Альварес Х. Сопрограммный механизм в системе структурированного программирования для троичной машины // Программные системы и инструменты. Тематический сборник № 14.— М.: Изд-во факультета ВМК МГУ, 2013.— С. 193-208.
11. Баранов С.Н., Ноздрунов Н.Р. Язык Форт и его реализации.— Л.: Машиностроение, 1988.— 157 с.
12. Материалы по троичной информатике на Интернет-сайте Научно-Исследовательской Лаборатории Троичной Информатики (НИЛ ТИ) факультета ВМК МГУ. URL: http://temarycomp.cs.msu.ru/ (дата обращения 20.10.2015).
