Was ist der minimale Befehlssatz erforderlich für alle Montage-Sprache als nützlich angesehen werden?

Ich studiere Montage der Programmierung im Allgemeinen, also habe ich beschlossen zu versuchen und die Implementierung einer "virtuellen Mikroprozessoren" in der software, die hat Register, flags und RAM mit zu arbeiten, umgesetzt mit Variablen und arrays. Aber da möchte ich simulieren nur die grundlegende Verhalten von jedem Mikroprozessor, ich möchte erstellen Sie eine assembly-Sprache, die nur die wesentlichen Anweisungen, nur diejenigen Anweisungen, ohne die Sie nicht sein konnte nützlich. Ich meine, es gibt assembly Sprachen, die das tun, Multiplikation und Swap register, etc, aber diese Vorgänge sind nicht einfach, weil Sie Sie einsetzen können einfachere Anweisungen. Ich will nicht zu implementieren Anweisungen wie diese.

Kann ich mir vorstellen, ein paar Anweisungen, die (glaube ich) muss immer vorhanden sein, in jeder assembly-Sprache, wie MOV zu bewegen bytes um und JP zum senden der instruction-pointer auf eine andere Adresse.

Könnten Sie vorschlagen, eine Reihe von die meisten grundlegenden und wesentlichen Montageanleitung? Danke!

  • siehe stackoverflow.com/q/3711443/309483
  • verwandt, aber nicht doppelt. Ein-instruction-set-Computer könnte leicht zu bauen, aber nicht so viel leichter, dass die schrecklichen Leistung würde sich lohnen, dies in der Praxis. Wenn Sie ausschließen Definitionen von "nützlich" wie "nützlich wie ein Beispiel von Turing-Vollständigkeit" und nur als "nützlich für einige real-Welt mit einem hardware-oder VM-Implementierung", dann wird der Mindest-standard für nützlich, die viel höher als die "Turing-vollständig", wenn es um Assembler. Wenn Ihr problem ist also, domain-spezifischen brauchen Sie nicht Turing-Vollständigkeit, Sie brauchen nicht asm.
  • es ist wahr, Sie haben Recht. Ich aktualisiert meine Antwort zu berücksichtigen.
  • Was ist das absolute minimum Satz von Anweisungen, die erforderlich sind, um zu bauen eine Turing-Prozessor
InformationsquelleAutor Fernando Aires Castello | 2012-02-24
  1. 7

    Gut, das ist ein sehr breites Thema. Ich nehme an, Sie brauchen, um sich mit Random-Access-Maschine. Ich bin kein Experte, aber es ist schwer zu sagen, welche Anweisungen sollten unterstützt werden durch diese sehr einfachen Mikroprozessor. Zum Beispiel: Subtraktion und Multiplikation kann simuliert werden, indem Neben der Bedienung. Vermehrung ist möglich, wenn der Mikroprozessor unterstützt Sprünge und bedingte Anweisungen und Subtraktion ist möglich durch hinzufügen der negativen Zahl.

    • Ich sehe. Ich dachte, es war ein minimaler Befehlssatz, die jede und jeder Assembler implementieren sollten. Ich werde werfen Sie einen Blick auf die Artikel, die Sie vorgeschlagen. Danke.
    InformationsquelleAutor Lukasz
  2. 9

    Kontrollstrukturen umfassen die grundlegende Eigenschaft, ohne die es keine Sprache. Dies bedeutet, dass Ihre Sprache müssen arithmetische Operationen mit zwei Variablen, und dann ein Programm zum ändern der Programm-Zähler-das heißt, Zweig -- basierend auf dem Ergebnis einer operation. Sehr oft, die entscheidende operation ist SUB, zum subtrahieren eines Operanden von einem anderen. Und die Bedingungen, auf die Sie erlauben würde, eine Filiale sind:

    1. Ergebnis ist null;
    2. Ergebnis größer als null ist;
    3. Ergebnis ist kleiner als null ist.
    4. keine Bedingung, D. H., Zweig bedingungslose

    Müssen Sie auch Anweisungen zum verschieben von Daten: LADEN und SPEICHERN, sagen.

    Diese drei Bedingungen und Ihre zugehörigen Filialen (oder überspringt, ist ein weiterer Weg, es zu tun) sind notwendig für jedes Programm. Nicht nur das, sondern einfach diese drei einfachen Operationen plus-Daten-verschieben von Anweisungen, sind ausreichend zu tun alles in einem Programm außer I/O, Wenn Sie wollten, und angesichts einer kooperierenden Speicher-Organisation umschreiben könnte Linux mit nur LOAD, STORE, ADD, SUB, und die drei bedingten Verzweigungen.

    Den PDP-8 wurde eine viel leistungsfähigere Maschine als das: es hatte eine umfangreichen Satz von acht Anweisungen, einschließlich I/O.

    HTH

    • Das scheint genug für die meisten basic-Mikroprozessor. Danke!
    • unbedingte Verzweigung kann emuliert werden, indem die Bedingung. Zum Beispiel zu springen, tragen, brauchen wir nur zu setzen das carry-flag durch einige set-flag-Anweisung sogar ein add/subtract-Anweisung
    InformationsquelleAutor Pete Wilson
  3. 7

    Überraschend, es gibt so etwas wie eine ein instruction set computer.

    • Der "Prozessor" in der Apple-II-Disketten-Laufwerk-controller verfügt über einen 8-bit - "bauanleitung" (aus einem Speicher von 256 Bytes): Ausgabe einer angegebenen 4-bit-Wert auf 4 Ausgänge Steuern, und verwenden Sie die vier Eingänge der Steuerung zusammen mit 4 bits der Instruktion zu finden, die 8-bit-Adresse des nächsten Befehls. Eher eine spezialisierte Anwendung, aber sicherlich nützlich für jeden, der jemals zu Lesen oder zu schreiben, einen Apple II floppy.
    • Ich würde argumentieren, dass die OIC ist nicht nützlich in der Praxis, obwohl Sie Turing-vollständig sind. Kompilieren für das instruction set produziert große langsame Programme. Die einfache hardware-Implementierung nutzen ist zu klein, um make-up für wie viel es saugt.
    InformationsquelleAutor Archagon
  4. 7

    Den wenigsten Befehlssatz erfordert keine Instruktion oder vielleicht null-Anweisung. Ich weiß nicht, ob Sie gekommen war, in Reale Geräte oder nicht, aber die one instruction set computer (OISC) umgesetzt wurde und erfolgreich in Kohlenstoff-Nanoröhren-Computer und MAXQ.

    In der Tat x86 kann auch verwendet werden, als OISC-Architektur, da ist es möglich, alles mit nur einem einzigen mov, weil es wurde erwies sich als Turing-vollständig. Es gibt sogar einen compiler namens movfuscator zu kompilieren, die gültigen C-code in ein Programm mit nur MOVs (oder nur entweder XOR, SUB, ADD, XADD, ADC, SBB, UND/ODER, PUSH/POP, 1-bit-Schichten, oder CMPXCHG/XCHG)

    Aber IMO eine Architektur sollte "schnell" genug (oder nicht allzu viele Anweisungen wie OISC für eine Aufgabe im Vergleich zu anderen Architekturen) , um die als nützlich angesehen werden.

    Den meisten basic-Anweisung Arten für einen computer sind Daten, Bewegungen, Logik - /Arithmetik-Operationen und Verzweigungen. Für arithmetische Operationen, nur eine add/subtract ist genug. Für die Logik ist, können wir berechnen, alle Funktionen mit nur einem NOR oder NAND, so dass nur eine benötigt wird. Für das springen ist, müssen wir eine jump on "<=" oder jump on "<" Unterricht. Daten Bewegungen können nachgebildet werden, die von add/sub. Wie können wir die Verwendung von 2-bits zum codieren von 3 opcodes (add, nand, jump on "<=") und lassen Sie eine für die künftige expansion. Da aber dieser hat keine separate load/store-Anweisungen, muss Sie arbeiten direkt mit großen register Datei, anstatt den Speicher, oder der Anweisungen muss die Möglichkeit haben, Speicher verwenden als Operanden.

    Wenn mehr Geschwindigkeit benötigt wird, dann etwas mehr Logik, Verzweigung Anweisungen und eventuell laden/speichern Hinzugefügt werden können, die Erhöhung der opcode-Platz 3 bits. Der Befehlssatz kann:

    1. laden
    2. store
    3. hinzufügen
    4. und
    5. noch
    6. springen auf weniger als
    7. springen auf gleich

    Linke shift-Taste kann man mit add aber rechts ist es schwieriger, so können Sie auch wollen, fügen Sie eine shift-rechts zu erleichtern einige Allgemeine Operationen

    • en.wikipedia.org/wiki/Little_man_computer ist ein Beispiel für ein sehr minimal instruction set (verwendet als Lehr-Architektur). Mit add/sub, aber nicht UND oder jede andere Boolesche Werte oder Rechte Umschalt, es ist sehr ungünstig, viele Dinge zu tun (es gibt SO einige Fragen, wo die Antwort ist wirklich schrecklich im Vergleich zu dem, was MIPS tun könnte, auch ohne ein DIV-oder MUL-Anweisung). LC-3 ist ein bisschen weniger verkrüppelt, und hat booleans als gut.
    InformationsquelleAutor phuclv
  5. 4

    Können Sie überleben, sehr gut, mit einer minimalen Befehlssatz, bestehend nur aus SOB: subtract and branch. Ganze Programme können und wurden mit dieser.

    InformationsquelleAutor user207421
  6. 3

    Blick auf kommerzielle Implementierungen

    Die beste Antwort ist wahrscheinlich Blick auf bestehende kommerzielle Implementierungen.

    Etwas, das nicht kommerziell verkauft werden, ist wahrscheinlich nicht sinnvoll.

    Was ist die definition einer Anweisung?

    Ich zum Beispiel könnte eine Anweisung implementiert, dass der unzip-Algorithmus, basierend auf einer hardware-Implementierung von unzip, und dies wäre natürlich die effizienteste Maschine möglich entpacken.

    Wäre es wirtschaftlich attraktiv dennoch? Unwahrscheinlich, da die hardware wäre wohl zu spezialisiert, um zu rechtfertigen, die Kosten in der Entwicklungsphase.

    Aber es gibt viel differenziertere Fällen als diesem extrem, und die Antwort wird wahrscheinlich variieren mit bestehenden Mitbewerber, Technologien und Nachfrage in der Zeit, um die Dinge noch schlimmer machen.

    Am Ende, "effiziente hardware" bedeutet:

    • nehmen Sie eine Reihe von benchmarks, weisen eine Bedeutung Gewicht für jedes
    • schreiben Sie eine optimale software, löst diese benchmarks

    Mögliche Gründe, warum sehr kleine Turing ISA kann ineffizient sein

    • die wenigen Anweisungen, die Sie haben, sind sehr Komplex und verursachen große Kosten jedes mal, wenn Sie aufgerufen werden, z.B. kann man nicht tun, bestimmte pipelining optimizaitons
    • die code-Dichte ist sehr klein, was bedeutet:
      • Leistung kann gebunden werden durch die Einweisung Holen
      • nicht gut für embedded-Geräte mit kleinem ROM-Speicher

    Bemerkenswerte OISC Implementierungen

    Wäre es interessant zu analysieren, die eine konkretere Antwort.

    movfuscator

    https://github.com/xoreaxeaxeax/movfuscator

    Spielzeug C-compiler für x86, die verwendet nur die mov x86-Anweisungen, die in einer sehr konkreten Art und Weise, dass eine einzige Anweisung reicht aus.

    Die Turing-Vollständigkeit zu haben scheint erwiesen, in einem Papier: https://www.cl.cam.ac.uk/~sd601/papers/mov.pdf

    subleq

    Bildungs-OSIC, die zuvor erwähnt https://stackoverflow.com/a/9439153/895245 aber ohne den Namen:

    Siehe auch:
    https://esolangs.org/wiki/Subleq

    Siehe auch

    https://softwareengineering.stackexchange.com/questions/230538/what-is-the-absolute-minimum-set-of-instructions-required-to-build-a-turing-comp/325501

    • Es gibt eine ganze Menge von verschiedenen Anweisungen, die hinter den "mov" - Befehl, obwohl. Sie kann genauso gut einen "x86" - Anweisung, die bedeutet "zu interpretieren, was folgt, als eine x86-Instruktion", und dann nennen es ein one-instruction computer, weil es nur die "x86" - Anweisung.
    • ja, subleq ist theoretisch attraktiver. Die Attraktivität des mov ist, dass Sie tatsächlich ausführen. Dann kommt die Diskussion, was ist die definition einer Anweisung, die vermutlich Ende Kolmogorov Komplexität Argumente 🙂
    • Es ist potentiell interessant, zu überlegen, was nützlich gewesen sein könnte in der Vergangenheit (wenn transistor-budgets wurden mehr begrenzt), oder was könnte das sein nützlich für den Aufbau von CPUs aus etwas anderes als Silikon, oder mit ganz unterschiedlichen Speicher-Technologie. Mit Blick auf moderne kommerzielle Implementierungen jeden Fall sagt uns, dass register-Maschinen sind der König (oder zumindest Akku-Maschinen + eine Art pointer register), obwohl die memory-memory-Architekturen in der Vergangenheit existiert haben, denke ich.
    • genau. Ich mag die stackoverflow.com/a/9439153/895245 erwähnt PDP. Ping mich, wenn Sie irgendwelche anderen.
    • Lưu Vĩnh Phúc Antwort ist auch schön; OISC war tatsächlich umgesetzt werden, die auf Kohlenstoff-Nanoröhren als proof-of-concept. Und der rest der Antwort ist eine schöne Zusammenfassung von dem, was man typischerweise in eine abgespeckte, aber immer noch effizient-nutzbar-instruction-set.
    InformationsquelleAutor Ciro Santilli 新疆改造中心996ICU六四事件
  7. 1

    Möglicherweise möchten Sie auch zu schauen Turing-Vollständigkeit.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Turing_completeness

    http://c2.com/cgi/wiki?TuringComplete

    Was ist Turing-Vollständig?

    Es bedeutet, dass eine Sprache genügt, um zu berechnen, alles, was berechnet werden kann.

    InformationsquelleAutor solak
  8. 1

    Theoretisch ein single instruction computer ist möglich. Aber auf echter hardware, müssen Sie ein minimum von 4. Angenommen, ein Speicher-Architektur nur (keine Benutzer zugänglichen Registern).

    MOV mem1 mem1 - kopieren Sie den Inhalt der Speicher mem1, um Speicher mem2 verlassen mem1 unverändert

    NAND-mem1 mem2 zu mem3 - führe ein Bitweises logisches NAND zwischen den Daten auf mem1 und mem2 und schreiben das Ergebnis in mem3

    BITSHIFTR mem1 mem2 mem3 - bitshift rechts die Daten auf mem1 mem2 Orte und schreiben die Ausgabe in mem3

    JMPcond mem1 mem2 - test der least significant bit in mem1 und wenn es ist wahr(1) Sprung zu mem2

    Jetzt nicht super schnell ein und es wird Essen Speicher-Bandbreite wie verrückt, aber es kann verwendet werden, implementieren Sie eine virtuelle Maschine mit jedem beliebigen Befehlssatz. Zusätzlich gibt es bestimmte Programmierung Zwängen, wie der Notwendigkeit, das Programm in alle Daten ab, oder die zumindest eine Speicherstelle mit nur das LSB auf 1 gesetzt. hardware-Peripheriegeräte verwenden, DMA, I/O-Zugriff, und wenn die Umsetzung auf einer harvard-Architektur das Programm keinen direkten Zugriff auf Dinge wie Zeiger.

    InformationsquelleAutor Anthony Bachler
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