В.Г. Баула - Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования, страница 4

y := (x+1)² mod (x-1)².

Сначала необходимо решить, в каких ячейках памяти будут располагаться наши переменные x и y. Эта работа называется распределением памяти под хранение переменных. При программировании на Паскале эту работу выполняла за нас Паскаль-машина, когда видела описания переменных:

Var x,y: integer;

Теперь нам придётся распределять память самим. Сделаем естественное предположение, что наша программа будет занимать не более 100 ячеек памяти (напомним, что программа вводится, начиная с первой ячейки памяти при нажатии кнопки ПУСК). Тогда, начиная со 101 ячейки, память будет свободна. Пусть для хранения значения переменной x мы выделим 101 ячейку, а переменной y – 102 ячейку. Остальные переменные при необходимости будем размещать в последующих ячейках памяти. В приведенном примере нам понадобятся дополнительные (как говорят, рабочие) переменные r1 и r2, которые мы разместим в ячейках 103 и 104 соответственно.

При программировании на машинном языке, в отличие от Паскаля, у нас не будут существовать константы. Действительно, в какой бы ячейке мы не поместили значение константы, ничто не помешает нам записать в эту ячейку новое значение. Поэтому мы будем называть константами такие переменные, которые имеют начальные значения, и которые мы не планируем изменять в ходе выполнения программы. Отсюда следует, что такие константы, как и переменные с начальным значением, следует располагать в тексте программы и загружать в память вместе с программой при нажатии кнопки ПУСК. Разумеется, такие переменные с начальными значениями следует располагать в таком месте программы, чтобы устройство управления не начало бы выполнять их как команды. Чтобы избежать этого мы будем размещать их в конце программы, после команды СТОП.

Следует обратить внимание и на тот факт, что изначально программист не знает, сколько ячеек в памяти будет занимать его программа. Поэтому адреса программы, ссылающиеся на переменные с начальным значением, до завершения написания программы остаются незаполненными, и уже потом, разместив эти переменные в памяти сразу же вслед за командами программы, следует указать их адреса в тексте программы. В приведённом примере те адреса программы, которые заполняются в последнюю очередь, будут обозначаться подчёркиванием.

Запись программы состоит из строк, каждая строка снабжается номером ячейки, куда будет помещаться это машинной слово (команда или переменная с начальным значением) при загрузке программы. Вслед за номером задаются все поля команды, затем программист может указать комментарий. Номера ячеек, кодов операций и адреса операндов будем записывать в десятичном виде, хотя первые программисты использовали для этого 8-ую или 16-ую системы счисления. Кроме того, так как числа неотличимы по внешнему виду от команд, то будем записывать их тоже чаще всего в виде команд. Текст нашей первой программы с комментариями приведён на рис. 3.1.

№	Команда				Комментарий
001	06	101	001	000	Ввод x
2	11	103	101	009	r1 := (x+1)
3	13	103	103	103	r1 := (x+1)2
4	12	104	101	009	r2 := (x-1)
5	13	104	104	104	r2 := (x-1)2
6	24	102	103	104	y := r1 mod r2
7	16	102	001	000	Вывод y
8	31	000	000	000	Стоп
9	00	000	000	001	Целая константа 1

Рис 3.1. Текст программы первого примера.

После написания программы осталось поместить на устройство ввода два массива – саму программу (9 машинных слов) и число x (одно машинное слово) и нажать кнопку ПУСК. Как мы уже говорили, первый массив заканчивался специальной строкой – признаком конца ввода, так что устройство ввода знает, сколько машинных слов надо ввести в память по кнопке ПУСК.

3.2.2. Пример 2. Условный оператор.

Составим теперь программу, реализующую условный оператор присваивания. Пусть целочисленная переменная y принимает значение в зависимости от вводимой целочисленной переменной x в соответствии с правилом:

В данном примере при записи программы на месте кода операции мы будем для удобства вместо числа указывать его мнемоническое обозначение. Разумеется, потом, перед вводом программы необходимо будет заменить эти мнемонические обозначения соответствующими им числами.

Для определения того, является ли значение переменной x больше, меньше или равным константе 2, мы будем выполнять операцию вычитания x–2, получая в регистре w значение 0 при x=2, 1 при x<2 и 2 при x>2. При этом сам результат операции вычитания нам не нужен, но по нашему формату команд указание адреса ячейки для записи результата является обязательным. Для записи таких ненужных значений мы будем чаще всего использовать ячейку с номером 0. В соответствии с принципом однородности памяти, эта ячейка ничем не отличается от других, то есть, доступна как для записи, так и для чтения данных. В некоторых реальных ЭВМ этот принцип нарушается: при считывании из этой ячейки всегда возвращался нуль, а запись в ячейку с адресом ноль физически не осуществляется (на практике такой принцип работы c с этой ячейкой иногда удобнее).

Для хранения переменных x и y выделим ячейки 100 и 101 соответственно. Программист сам определяет порядок размещения в программе трёх ветвей нашего условного оператора присваивания. Мы будем сначала располагать вторую ветвь (x=2), затем первую (x<2), а потом третью (x>2). На рис. 3.2 приведён текст этой программы.

№	Команда				Комментарий
001	ВВЦ	100	001	000	Read(x)
2	СЛЦ	101	100	011	y := x+2
3	ВЧЦ	000	100	011	<000> := x–2; формирование w
4	УСЛ	005	007	009	Case w of 0: goto 005; 1: goto 007; 2: goto 009 end
5	ВЫЦ	011	001	000	Write(2)
6	СТОП	000	000	000	Конец работы
7	ВЫЦ	101	001	000	Write(y)
8	СТОП	000	000	000	Конец работы
9	УМЦ	101	011	101	y := 2 * y
010	БЕЗ	000	007	000	Goto 007
011	00	000	000	002	Целая константа 2

Рис 3.2. Текст программы второго примера.

Обратите внимание, что константа 2 неотличима от команды пересылки содержимого второй ячейки памяти в нулевую ячейку, именно такая команда и будет выполняться, если эта константа будет выбрана на регистр команд устройства управления.

3.2.3. Пример 3. Реализация цикла.

В качестве следующего примера напишем программу для вычисления начального отрезка гармонического ряда:

Для хранения переменных n,y и i выделим ячейки 100, 101 и 102 соответственно. В этом алгоритме мы реализуем цикл с предусловием, поэтому при вводе n<1 тело цикла не будет выполняться ни одного раза, и наша программа будет выдавать нулевой результат. На рис. 3.3 приведена возможная программа для решения этой задачи.

Сделаем некоторые замечания к этой программе. В нашем языке у нас нет команды деления целого числа на вещественное, поэтому при вычислении величины 1.0/i нам пришлось отдельной командой

ВЕЩ 000 000 102 

преобразовать значение целой переменной i в вещественной значение. Обратите также внимание, что для нашей учебной машины мы ещё не определили формат представления вещественных чисел, поэтому в ячейке с адресом 14 стоит пока просто условное обозначение константы 1.0, а не её машинное представление.

№	Команда				Комментарий
001	ВВЦ	100	001	000	Read(n)
2	ВЧВ	101	101	101	y := 0.0
3	ПЕР	102	000	013	i := 1
4	ВЧЦ	000	102	100	i := i–n; формирование w
5	УСЛ	006	006	011	If i>n then goto 011
6	ВЕЩ	000	000	102	<000> := Real(i)
7	ДЕВ	000	014	000	<000> := 1.0/<000>
8	СЛВ	101	101	000	y := y+<000>
9	СЛЦ	102	102	013	i := i+1
010	БЕЗ	000	004	000	Следующая итерация цикла
1	ВЫВ	101	001	000	Write(y)
2	СТОП	000	000	000	Стоп
3	00	000	000	001	Целая константа 1
4	<1.0>				Вещественная константа 1.0

Рис 3.3. Текст программы третьего примера.

3.2.4. Пример 4. Работа с массивами.

Пусть требуется написать программу для ввода массива x из 100 вещественных чисел и вычисления суммы всех элементов этого массива: