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, 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;
Інші команди
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;
Команди введення-виведення
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;
команди перетворення
NUM rA := numerical value of characters in ( rA,rX ); CHAR ( rA, rX ) := character codes representing value of rA;
Посилання
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