дексные переменные, содержимое аккумулятора или индексного регистра, числа с фиксированной или плавающей точкой и т. д.). Если подсчитать количество комбинаций всех пар, то поручится 100 различных случаев. И для того чтобы в каждом случае правильно выполнить операцию, понадобится длинная программа. Для решения данной задачи методом интерпретирования нужно изобрести специальный язык, "команды" которого помещались бы в одном байте. Затем необходимо просто подготовить таблицу из 100 "программ" на этом языке, таких, чтобы каждая программа идеально помещалась в одном слове. Идея состоит в том, чтобы выбирать из таблицы соответствующий элемент-программу и вьшолнять ее. Это простой и эффективный метод.

Пример интерпретатора типа (Ь) приведен в статье Д. Э. Кнута (D. Е. Knuth), "Computer-Drawn Flowcharts", САСМ 6 (1963), 555-563. В многопроходной программе предыдущие проходы должны передавать информацию последующим. Наиболее эффективным средством передачи этой информации следующему проходу является набор команд на машинно-ориентированном языке. Тогда последующий проход - это ни что иное, как программа-интерпретатор специального назначения, а предыдущий проход - это "компилятор" специального назначения. Такую философию многопроходного процесса можно охарактеризовать следующим образом: мы, по возможности, рассказываем последующему проходу, что нужно делать, а не просто передаем ему набор фактов и просим понять, что необходимо сделать.

Другой пример интерпретатора типа (Ь) связан с компиляторами для специальных языков. Если в язык включено много возможностей, которые достаточно просто можно реализовать только в виде подпрограмм, то полученные в результате объектные программы будут представлять собой очень длинные последовательности вызовов подпрограмм. Это может случиться, например, если язык предназначен, плавным образом, для выполнения арифметических действий с высокой точностью. В подобном случае объектная программа будет значительно короче, если ее написать на интерпретируемом языке. Например, в книге В. Randell, L. J. Russell, ALGOL 60 Implementation (New York: Academic Press, 1964) описывается компилятор, выполняющий трансляцию с языка ALGOL 60 на интерпретируемый язык, а также рассказывается об интерпретаторе для этого языка. В работе Arthur Evans, Jr., "An ALGOL 60 Compiler", Ann. Rev. Auto. Programming 4 (1964), 87-124, приводятся также примеры программ-интерпретаторов, которые используются во внутренней структуре компилятора. Повсеместное распространение микрокомпьютеров и интегральных микросхем специального назначения сделало этот метод интерпретирования еще более ценным.

Написанная на ТХ программа, с помощью которой были созданы страницы этой книги, преобразовала файл, содержащий текст настоящего раздела, в интерпретируемый язык. Этот язык, который называется форматом DVI, был разработан Д. Р. Фучсом (D. R. Fuchs) в 1979 году. [См. D. Е. Knuth, TfeX; The Program (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1986), Part 31.] DVI-файл, созданный TgX, затем был обработан интерпретатором dvips, который написал Т. Г. Рокики (Т. G. Rokicki), и преобразован в файл команд на другом интерпретируемом языке под названием PostScript® [Adobe Systems Inc., PostScript Language Reference Manual, 2nd edition (Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1990)]. Этот PostScript-файл был отослан в издательство, где его распечатали на фотонаборной машине, в которой для получения

печатных пластин используется PostScript-интерпретатор. Такая трехпроходная операция является наглядной иллюстрацией интерпретаторов типа (Ь); в сам ТХ также включен небольшой интерпретатор типа (а), предназначенный для обработки так называемой лигатуры и выполнения кернинга для символов каждого шрифта, встречающегося в тексте [TfeX; Tjhe Program, §545].

На программу, написанную на интерпретируемом языке, можно посмотреть и с другой точки зрения. Ее можно считать набором вызовов подпрограмм, следующих один за другим. Подобную программу можно легко развернуть в длинную последовательность вызовов подпрограмм, и наоборот: такую последовательность обычно можно свернуть в набор команд, который легко интерпретируется. Итак, к преимуществам методов интерпретирования относятся компактность представления, машинная независимость и расширенные возможности диагностики Во многих случаях интерпретатор можно написать так, чтобы затраты времени на интерпретацию самого кода и на переход к нужной программе были незначительны.

1.4.3.1. Имитатор MIX. Если язык, который должен обрабатываться интерпретатором, является машинным языком другого компьютера, то этот интерпретатор обычно называют имитатором (а иногда элfyлятopoлf).

По мнению автора, на написание таких имитаторов потрачено слишком много времени работы программистов, а на их использование-слишком много компьютерного времени. Мотивы создания имитаторов очень просты Например, начальник компьютерного отдела покупает новую машину и хочет по-прежнему использовать на ней программы, написанные для старой машины (вместо того чтобы переписать их с учетом особенностей новой машины). Но обычно это стоит дороже и дает худшие результаты, чем в случае, когда временно нанимается группа программистов и перед ней ставится задача вьшолнить перепрограммирование. Например, однажды автор принимал участие в подобном проекте и в первоначальной программе, которая использовалась в течение нескольких лет, была обнаружена серьезная ошибка. Мало того что новая программа давала правильные результаты, она еще и работала в пять раз быстрее старой! (Не все имитаторы плохи. Например, для компьютерной фирмы-производите.пя обычно очень полезно сымитировать новую машину еще до того, как она будет запущена в производство, чтобы программное обеспечение для нее можно было разработать как можно скорее. Но это очень узкая область применения имитаторов.) В качестве яркого примера неэффективного использования имитаторов компьютеров можно привести подлинную историю о машине А, имитирующей машину В, на которой работает программа, имитирующая машину С! Данный способ приводит к тому, что большой и дорогой компьютер дает худшие результаты по сравнению со своим более дешевым собратом.

Ввиду всего вышесказанного возникает вопрос, почему же этот имитатор "поднял свою уродливую голову" в данной книге? На это есть две причины.

a) Имитатор, который будет описан ниже, - это хороший пример типичной программы-интерпретатора. Здесь проиллюстрированы основные методы, использующиеся в интерпретаторах, и, кроме того, демонстрируется применение подпрограм!! в достаточно длинной программе.

b) Будет рассмотрен имитатор компьютера MIX, написанный на языке MIX (под>-мать только!). Это облегчит написание имитаторов MIX для большинства компью-

теров, подобных MIX; в коде нашей программы мы намеренно избегали широкого использования возможностей, присущих исключительно MIX. Имитатор MIX пригодится вам в качесх;ве наглядного пособия к этой книге и, возможно, к другим.

Компьютерные имитаторы, описываемые в настоящем разделе, следует отличать от имитаторов дискретных систем. Имитаторы дискретных систем - это важные программы, которые будут обсуждаться в разделе 2.2.5.

А теперь вернемся к задаче написания имитатора MIX. Входными данными для нашей программы будут последовательность команд MIX и данные, сохраненные в ячейках 0000-3499. Мы в точности сымитируем работу аппаратного обеспечения MIX и сделаем вид, что MIX сам интерпретирует эти-команды. Таким образом мы попытаемся реализовать спецификации, которые были определены в разделе 1.3.1. В нашей программе, например, используется переменная AREG, с помощью которой сохраняется модуль значения, содержащегося в имитируемом регистре А; другая переменная, SIGNA, используется для хранения соответствующего знака. С помощью переменной CLOCK ведется учет количества единиц имитируемого времени MIX, затраченного на вьшолнение имитируемой программы.

Нумерация таких команд MIX, как LDA, LD1, ..., LDX и других подобных команд, подсказывает нам, что сохранять имитируемое содержимое этих регистров в последовательных ячейках нужно так:

AREG, I1REG, I2REG, I3REG, I4REG, I5REG, I6REG, XREG, JREG, ZERO.

Здесь ZERO - это "регистр", постоянно заполненный нулями. Позиции JREG н ZERO выбраны в соответствии с кодами операций команд STJ и STZ.

Согласно нашей философии написания имитатора, т. е. ориентируясь на любой компьютер, а не только на MIX, будем рассматривать знаки как независимые части регистра. Например, во многих компьютерах нельзя представить число "минус нуль", а в MIX можно, поэтому в данной программе знаки всегда будут обрабатываться особым образом. В ячейках AREG, I1REG, ..., ZERO всегда будут храниться абсолютные значения величин, содержащихся в соответствующих регистрах. В другом наборе ячеек, использующемся в данной программе, (SIGNA, SIGN1, ..., SIGNZ), будут содержаться значения -t-1 или -1, в зависимости от знака соответствующего регистра (т. е. "плюс" это или "минус").

В программе-интерпретаторе, как правило, есть раздел, который представляет собой орган центрального управления. Он вступает в действие между интерпретируемыми ко.мандами. В нашем случае после выполнения каждой сымитированной команды программа переходит к ячейке CYCLE.

Управляющая программа выполняет одинаковые для всех команд действия; она разделяет команду на составные части и помещает эти части в такие места, откуда их будет удобно выбирать для дальнейшего использования. В приведенной ниже программе используются следующие установки:

г16 - адрес ячейки, в которой сохраняется следующая команда; г15 - М (адрес текущей команды с учетом индексирования); г14 - код операции текущей команды; г13 - F-поле текущей команды; INST - текущая команда.