Что приходит Вам в голову, когда Вы слышите “низкоуровневое программирование”? Может быть, C++? Непрекращающийся контроль указателей, попытки оптимизации быстродействия, потребляемой памяти? Или, вероятно, вы представляете инструкции ассемблера какой-нибудь популярной ныне архитектуры?

Если же Вы вспоминаете, как перфоратором прокалывали перфоленту, одно отверстие за другим, в течение многих часов, то эта статья для Вас! Добро пожаловать под кат! :)

Lasciate ogni speranza, voi ch'entrate
— Dante Alighieri, La Divina Commedia

EDSAC — «Electronic Delay Storage Automatic Calculator», был создан в Кембридже в 1949 для военных нужд. Ныне в забвении, вспоминают о нём лишь в образовательных целях в N-й губернии в малоизвестной Alma Mater, дочери Петербурхского государственного унивеситета.
Существует также проект The EDSAC Replica Project, где могучая кучка энтузиастов создаёт эмулятор и гайды по EDSAC для сохранения памяти об этом удивительном устройстве.

One of the nicer features of the EDSAC is that it is conceptually a very simple machine.
— Tutorial Guide to the EDSAC Simulator

Выглядит дрындулет вот так:

Рис 1.1. — EDSAC Simulator вблизи.


Рис 1.2. — EDSAC Simulator вдали.

Скачать его можно здесь.

Слева Вы можете видеть текстовый редактор для инструкций. Система команд у EDSAC одна. А загрузчика два: Initial Orders 1 (далее IO1) и Initial Orders 2 (мега продвинутый). Измененную строку редактор подсвечивает жёлтым, зелёным — сохранённые. Комментарии заключаются в []. Редактор имеет память на несколько шагов назад, поэтому можно откатывать программу, нажимая Ctrl+Z. Всё это раньше набирали на перфоленте, это новодел. Первая инструкция в IO1 — T N S, где N — адрес последней строки с инструкцией + 1. Простейшая программа на EDSAC имеет вид:

T32S
Листинг 1. — EDSAC order code, простейшая программа.

Она не делает ничего. Как и большинство моих программ. Отсчёт начинается с 31, т. к. ячейки с 0..30 изначально используются для запуска самой машины, вспоследствии их можно использовать как ячейки памяти.

Кстати, по умолчанию симулятор настроен на IO2, чтобы переключить его на IO1, нажмите на верхней панели EDSAC -> IO1. Запускается по кнопке Start, останавливается по Stop, Single E. P. — пошаговая отладка, для этого надо написать вначале Z0S/ZS/Z0F/ZF.

Справа Вы можете увидеть симулятор и содержимое памяти вычислительной машины. Слова 17-битные, всего 1024 ячеек памяти (или 35-битные, 512 ячеек памяти, как будет удобнее, посередине — таинственный «sandwich-digit»). Еще есть аккумулятор (оперативная память), 71-бит, и 35-битный регистр умножения. Симулятор поддерживает ввод с помощью «дискового телефона», вывод на печать. Включив hints, вы можете смотреть на содержимое ячеек памяти, наводя на них мышкой. Сверху будет появляться число в 10СС. Также можно смотреть содержимое аккумулятора и регистра умножения.


Рис 2. — Формат машинного слова.


Рис 3. — Формат машинной инструкции.

О числах. Число записывается в память в дополнительном коде с помощью инструкции: P N S или P N L, где N — множитель перед двойкой. Например, P0S = 2*0+0=0, P0L = 2*0+1=1, P1S = 2, P1L = 3 и т. д. Отрицательные числа записываются в дополнительном коде, об этом можно почитать в туториале. EDSAC также работает с дробными числами. Символ короткого слова S (F для IO2) и L (D). Не только числа, но и инструкции меняют свой смысл в зависимости от этого.

Есть пара гайдов, основной и сокращённый, рекомендую последний т. к. там меньше буков понятнее изложен материал, работающие примеры.

Чтобы сделать приведенный в них код работающим, надо заменить первую строку ZOS/ZS/Z0F/ZF на X0S/X0F. Инструкции смотрите там, либо уже в комментариях к коду.

В течение нескольких месяцев было изготовлено множество версий процедуры печати десятичных чисел. Если программист был непроходимо глуп, или был полным идиотом и совершенным «лозером», то подпрограмма конверсии отняла бы у него около сотни команд. Но любой хакер, стоивший своего имени, мог уместить ее в меньший объем. В конечном счете, попеременно убирая инструкции то в одном, то в другом месте, процедура была уменьшена до примерно пятидесяти инструкций.

— Стивен Леви, Хакеры: Герои компьютерной революции

Итак, моим заданием было написать программу по выводу n-й строки треугольника Паскаля.

fun main(args: Array<String>) {
    var a = 1
    var row = 3
    row += 1
    for (i in 1..row) {
        print(a)
        print(" ")
        a = a * (row - i) / i
    }
}

Листинг 2. — Kotlin, вывод 3-й строки треугольника Паскаля.

Здесь будет вложенный цикл, т. к. деление нужно реализовывать вручную.


Как Вы могли заметить, адресация абсолютная, что доставляет головную боль, агрессию, вызывает скрип зубов, ненависть, разочарование, злобу, сложности (это пофиксили во 2 версии Initial Orders). При сдвиге одной строки сдвигается сразу МНОГО. И надо переписывать адреса всех «поплывших» строк.

Наконец решение:


Что сказать про IO2? Поддерживает подпрограммы, относительную адресацию, набор команд расширен.

Та же программа на IO2:



Рис 4. — Вывод для показателя = 5.

Надеюсь, Вам понравилась эта статья и Вы прониклись истоками программирования. Когда пишешь подобный код, начинаешь ценить все те уровни абстракции, которые появились впоследствии, понимаешь, какой же большой путь прошли ЯП, чтобы стать такими, какие они есть. Спасибо за Ваше время!

Если Вы заинтересованы, прочтите статью моего друга и коллеги с более подробным рассмотрением темы.

P.S. Милейшие друзья из губернии N, не стоит благодарности за любезно предоставленный мной код, если у Вас совпал со мной вариант. Удачи с RISC-V!

P.P.S. За правки статьи отдельное спасибо Илье Орлову, Кореневу Дмитрию Алексеевичу и моему отцу.

P.P.P.S. Прекрасные примеры кода для EDSAC IO2 приведены здесь.