پروژه درس برنامه نویسی پیشرفته - اسمبلر زبان سیمپلوس (Simplus)

مقدمه

این ریدمی مربوط به پروژه درسی در زمینه برنامه‌نویسی پیشرفته با زبان CPP است که تحت نظر دکتر محسن رحمانیان در دانشگاه جهرم انجام شده است. این پروژه یک اسمبلر است که دستورات اسمبلی سفارشی از فایل ورودی در مسیر input.txt را دریافت کرده و با استفاده از زبان CPP این دستورات را پردازش می‌کند.

مراحل انجام پروژه

خواندن و پردازش دستورات: این پروژه ابتدا دستورات اسمبلی از فایل ورودی input.txt را می‌خواند و آن‌ها را پردازش می‌دهد.

حذف فضاهای خالی: فضاهای خالی موجود در دستورات را حذف می‌کند.

مقداردهی اولیه: متغیرها، ثبات‌ها و برچسب‌ها را با کمک یک حافظه 100 کلمه‌ای مجازی مقداردهی اولیه می‌کند.

اجرای دستورات: دستورات را اجرا کرده و خروجی را در ترمینال نمایش می‌دهد.

تعامل با کاربر (در صورت نیاز): در صورتی که برنامه‌ها نیاز به تعامل با کاربر و دریافت ورودی از او دارند، این تعامل را انجام می‌دهد.

زبان اسمبلی سفارشی: زبان سیمپلوس (Simplus)

این پروژه از یک زبان اسمبلی سفارشی به نام "سیمپلوس" استفاده می‌کند. سیمپلوس یک زبان اسمبلی سفارشی است که برای شبیه‌سازی سخت‌افزار مورد نظر (که در این پروژه به صورت مجازی شبیه‌سازی شده است) طراحی شده است. دستورات و ثابت‌های این زبان در ادامه به طور کامل توضیح داده شده‌اند.

معرفی سخت‌افزار سیمپلوس

۱. اجزای سخت‌افزاری سیمپلوس

ماشین سیمپلوس دارای اجزای زیر است:

• واحد کنترل مرکزی (CPU)
• حافظه ۱۰۰ کلمه‌ای
• صفحه کلید به عنوان دستگاه ورودی
• صفحه نمایش به عنوان خروجی

واحد پردازش مرکزی (CPU)

• قلب سیمپلوس که مجموعه‌ای محدود از عملیات ساده را انجام می‌دهد.
• مراحل عملیاتی:
  1. عددی که در ثبات شمارنده دستور (PC) هست را می‌خواند.
  2. به حافظه‌ای با شماره‌ی خوانده شده مراجعه کرده و دستورالعمل قرار داده شده در آن را در ثبات دستورالعمل (IS) کپی می‌کند.
  3. یکی به مقدار ثبات شمارنده دستور اضافه می‌کند.
  4. دستورالعمل موجود در ثبات IS را اجرا می‌کند.
  5. به مرحله یک برمی‌گردد.
• واحد پردازش مرکزی (CPU) شامل ثبات‌های زیر می‌باشد:
  1. ثبات PC: ثبات شمارنده برنامه
  2. ثبات IS: ثبات دستورالعمل
  3. ثبات ACC: ثبات انباره
  4. ثبات FLG: ثبات پرچم

حافظه

برای این کامپیوتر ۱۰۰ کلمه در یکجا تعبیه شده‌اند. هر کلمه معادل یک عدد حیح می‌باشد. حافظه مربوط به برنامه و داده‌ها در یکجا تعبیه شده است. یعنی حافظه داده‌ها بلافاصله بعد از فضای برنامه شروع می‌شود.

۲. معرفی دستورالعمل‌های ماشین

همه درستوالعمل‌های ماشین سیمپلوس عدد صحیح بوده و به یکی از صورت‌های زیر استفاده می‌شوند:

• نوع اول:
  • ۵ دستور کد دستورالعمل، ۱۱ دستور کد پرکننده
• نوع دوم:
  • ۵ دستور کد دستورالعمل، ۱۱ دستورهای اضافی

که در آن آدرس عدد صحیح ۱۱ بیتی و بدون علامت است. دستورالعمل‌های ماشین سیمپلوس به همراه معنای هر یک از آنها در جدول زیر آمده است. زبان اسمبلی یک زبان برنامه‌نویسی سطح پائین است که به جای کد‌های دستورالعمل عددی از حفظیات و برچسب‌ها استفاده می‌کند.

توضیحات	دستورالعمل‌	کد حفظی	کد عددی
مقدار ذخیره شده در حافظه xx را به مقدار موجود در انباره اضافه می کند. نکته: محتوای حافظه تغییر نمی کند، و عمل های انباره برای دستورالعمل های جمعی که جمع های بیشتر از ۳ را انجام می دهند، تعریف نشده اند. به طور مشابه برای تفریق، می توان یک پرچم منفی بر روی سرریز در نظر گرفت.	ADD	ADD	01xx
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﺷﺪﻩ ﺩﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪ xx ﺭﺍ ﺍﺯ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺗﻔﺮﯾﻖ ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﻧﮑﺘﻪ: ﻣﺤﺘﻮﺍﯼ ﺣﺎﻓﻈﻪ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻧﻤﯽﮐﻨﺪ.	SUBTRACT	SUB	02xx
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﺷﺪﻩ ﺩﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪ xx ﺭﺍ ﺩﺭ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺿﺮﺏ ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﻧﮑﺘﻪ: ﻣﺤﺘﻮﺍﯼ ﺣﺎﻓﻈﻪ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻧﻤﯽﮐﻨﺪ.	MULTIPLY	MULT	03xx
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﺷﺪﻩ ﺩﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪ xx ﺭﺍ ﺑﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﻧﮑﺘﻪ: ﺩﺭﺻﻮﺭﺕ ﺑﺮﻭﺯ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﺑﺮ ﺻﻔﺮ FⅬG ﺑﺎ ﻣﻘﺪﺍﺭ ۱ ﭘﺮ ﻣﯽﺷﻮﺩ.	DIVISION	DIV	04xx
ﺫﺧﯿﺮﻩ ﻣﻘﺎﺩﯾﺮ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺩﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪxx(ﻣﺨﺮﺏ). ﻧﮑﺘﻪ: ﻣﻘﺎﺩﯾﺮ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺑﺪﻭﻥ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺑﺎﻗﯽ ﻣﯽﻣﺎﻧﻨﺪ (ﺗﺨﺮﯾﺐ ﻧﻤﯽﺷﻮﻧﺪ)، ﺍﻣﺎ ﻣﻘﺎﺩﯾﺮ ﺣﺎﻓﻈﻪ ﯾﺎ ﻣﻘﺪﺍﺭﯼ ﮐﻪ ﺩﺭ ﺁﻧﺠﺎ ﺑﻮﺩﻩ ﺟﺎﯾﮕﺰﯾﻦ ﻣﯽﺷﻮﻧﺪ (ﺗﺨﺮﯾﺐ ﻣﯽﺷﻮﻧﺪ).	STORE	STA	05xx
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪ xx ﺭﺍ ﺑﺎﺭﮔﺬﺍﺭﯼ ﻣﯽﮐﻨﺪ (ﺍﺯ ﺑﯿﻦ ﻧﻤﯽﺑﺮﺩ) ﻭ ﺁﻥ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﻭﺍﺭﺩ ﻣﯽﮐﻨﺪ (ﺍﺯ ﺑﯿﻦ ﻣﯽﺑﺮﺩ).	LOAD	LDA	06xx
ﺷﻤﺎﺭﻧﺪﻩ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺁﺩﺭﺱ ﺩﺍﺩﻩ ﺷﺪﻩ ﺗﻨﻈﯿﻢ ﻣﯽﮐﻨﺪ (ﻣﻘﺪﺍﺭ xx) . ﯾﻌﻨﯽ ﻣﻘﺪﺍﺭ xx ﺩﺳﺘﻮﺭﺍﻟﻌﻤﻞ ﺑﻌﺪﯼ ﺧﻮﺍﻫﺪ ﺑﻮﺩ ﮐﻪ ﺍﺟﺮﺍ ﻣﯽﺷﻮﺩ.	BRANCH ALWAYS	BRA	07xx
ﺍﮔﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺑﺮﺍﺑﺮ ﺑﺎ ﺻﻔﺮ ﺑﻮﺩ، ﺷﻤﺎﺭﻧﺪﻩ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺭﺍ ﺑﺮﺍﺑﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ xx ﻗﺮﺍﺭ ﺑﺪﻩ. ﺩﺭ ﻏﯿﺮ ﺍﯾﻦ ﺻﻮﺭﺕ ﻫﯿﭻ ﻋﻤﻠﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻧﺪﻩ. ﻧﮑﺘﻪ: ﺗﺎ ﺯﻣﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺩﺭ ﺣﺎﻓﻈﻪ ﺫﺧﯿﺮﻩ ﻣﯽﺷﻮﺩ، ﺗﻤﺎﻣﯽ ﺩﺍﺩﻩﻫﺎ ﻭ ﺩﺳﺘﻮﺭﺍﻟﻌﻤﻞﻫﺎﯼ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﻓﺮﻣﺖ ﺁﺩﺭﺱ̸ﻣﮑﺎﻥ ﯾﮑﺴﺎﻧﯽ ﺩﺍﺭﻧﺪ.	BRANCH IF ZERO	BRZ	08xx
ﺍﮔﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﻣﺜﺒﺖ ﺑﺎﺷﺪ، ﺷﻤﺎﺭﻧﺪﻩ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺑﺮ ﺭﻭﯼ xx ﺗﻨﻈﯿﻢ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺩﺭ ﻏﯿﺮ ﺍﯾﻨﺼﻮﺭﺕ ﻫﯿﭻ ﻋﻤﻠﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻧﻤﯽﺩﻫﺪ.	BRANCH IF POSITIVE	BRP	09xx
ﺍﮔﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﻣﻨﻔﯽ ﺑﺎﺷﺪ، ﺷﻤﺎﺭﻧﺪﻩ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺑﺮ ﺭﻭﯼ xx ﺗﻨﻈﯿﻢ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺩﺭ ﻏﯿﺮ ﺍﯾﻨﺼﻮﺭﺕ ﻫﯿﭻ ﻋﻤﻠﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻧﻤﯽﺩﻫﺪ.	BRANCH IF NEGATIVE	BRN	10xx
ﺍﮔﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺛﺒﺎﺕ ﭘﺮﭼﻢ ﯾﮏ ﺑﺎﺷﺪ، ﺷﻤﺎﺭﻧﺪﻩ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺑﺮ ﺭﻭﯼ xx ﺗﻨﻈﯿﻢ ﻣﯽﺷﻮﺩ. ﺩﺭ ﻏﯿﺮ ﺍﯾﻨﺼﻮﺭﺕ ﻫﯿﭻ ﻋﻤﻠﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻧﻤﯽﺩﻫﺪ.	BRANCH IF FLAGS	BRG	11xx
ﺑﺮﻭ ﺑﻪ ﺻﻨﺪﻭﻕ ﻭﺭﻭﺩﯼ، ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺭﺍ ﺍﺯ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﺩﺭﯾﺎﻓﺖ ﮐﻦ، ﻭ ﺩﺭ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﻗﺮﺍﺭ ﺑﺪﻩ. ﻧﮑﺘﻪ: ﺍﯾﻦ ﻋﻤﻞ ﺑﺎﻋﺚ ﺑﺎﺯﻧﻮﯾﺴﯽ ﻫﺮ ﻣﻘﺪﺍﺭﯼ ﮐﻪ ﺩﺍﺧﻞ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺑﻮﺩﻩﺍﺳﺖ ﻣﯽﺷﻮﺩ (ﻣﺨﺮﺏ).	INPUT	INP	1201
ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺭﺍ ﺍﺯ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺑﻪ ﺻﻨﺪﻭﻕ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﮐﭙﯽ ﮐﻦ. ﻧﮑﺘﻪ: ﻣﺤﺘﻮﺍﯼ ﺍﻧﺒﺎﺭﻩ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻧﻤﯽﮐﻨﺪ (ﻏﯿﺮ ﻣﺨﺮﺏ).	OUTPUT	OUT	1202
برنامه را پایان بده.	HALT	HLT	0000
ﺍﯾﻦ ﯾﮏ ﺩﺳﺘﻮﺭ ﺍﺳﻤﺒﻠﯽ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺑﻪ ﺳﺎﺩﮔﯽ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺭﺍ ﺩﺭﻭﻥ ﺣﺎﻓﻈﮥ ﺩﺭﺩﺳﺘﺮﺱ ﺑﻌﺪﯼ ﺑﺎﺭ ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻣﯽﺗﻮﺍﻧﺪ ﺩﺭ ﺗﻠﻔﯿﻖ ﺑﺎ ﺑﺮﭼﺴﺐﻫﺎ ﺑﺮﺍﯼ ﺗﻌﺮﯾﻒ ﻣﺘﻐﯿﺮﻫﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷﻮﺩ.	DATA	DAT

اگرچه سیمپلوس تنها از یک دسته محدود از حفظیات استفاده می‌کند، اما راحتی استفاده از یک حفظی برای هر دستورالعمل از زبان اسمبلی (که در زیر نشان داده شده است) سادگی کار را روشن می‌کند.

ﺩﺭ ﺯﯾﺮ ﭼﻨﺪ ﻣﺜﺎﻝ ﺍﺯ ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺑﻪ ﺯﺑﺎﻥ ﺍﺳﻤﺒﻠﯽ ﺳﯿﻤﭙﻠﺲ ﺁﻣﺪﻩ ﺍﺳﺖ:

1. تفریق

ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺯﯾﺮ ﻗﺮﺍﺭ ﺍﺳﺖ ﺩﻭ ﻋﺪﺩ ﺭﺍ ﺍﺯ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﺩﺭﯾﺎﻓﺖ ﮐﺮﺩﻩ ﻭ ﺣﺎﺻﻞ ﺗﻔﺮﯾﻖ ﺁﻧﻬﺎ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﺩﻫﺪ:

        INP
        STA     FIRST
        INP
        STA     SECOND
        LDA     FIRST
        SUB     SECOND
        OUT
        HLT
FIRST   DAT
SECOND  DAT

ﺧﺮﻭﺟﯽ برنامه:

INPUT	OUTPUT
5	-2
7

2. شمارش معکوس

ﻣﺜﺎﻝ ﺯﯾﺮ ﻋﺪﺩ ﻣﺜﺒﺘﯽ ﺭﺍ ﺍﺯ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﺩﺭﯾﺎﻓﺖ ﮐﺮﺩﻩ ﻭ ﺍﺯ ﺁﻥ ﻋﺪﺩ ﺗﺎ ﺻﻔﺮ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽﺩﻫﺪ:

        INP
        OUT	    
LOOP    BRZ     QUIT
        SUB     ONE 
        OUT
        BRA     LOOP
QUIT    HLT	
ONE     DAT     1

ﺧﺮﻭﺟﯽ:

INPUT	OUTPUT
5	5
	4
	3
	2
	1
	0

3. تعیین عدد بزرگتر

ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺯﯾﺮ ﺩﻭ ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺻﺤﯿﺢ ﺭﺍ ﺍﺯ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﺩﺭﯾﺎﻓﺖ ﮐﺮﺩﻩ . ﻣﻘﺪﺍﺭ ﺑﯿﺸﯿﻨﮥ ﺁﻧﻬﺎ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽﺩﻫﺪ:

        INP
        STA     num1
        INP
        STA     num2
        SUB     num1
        BRP     pos
        LDA     num1
        OUT
        BRA     exit
pos     LDA     num2
        OUT
        exit    HLT
        num1    DAT
        num2    DAT

ﺧﺮﻭﺟﯽ:

INPUT	OUTPUT
5	7
7

4. چاپ دنباله اعداد مثلثی

ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺯﯾﺮ ﺩﻩ ﻋﺪﺩ ﺍﻭﻝ ﻣﺜﻠﺜﯽ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽﺩﻫﺪ:

loop	LDA     number
        ADD     counter
        OUT
        STA     number
        LDA     counter
        ADD     one
        STA     counter
        LDA     ten
        SUB     counter
        BRP     loop
        HLT
counter DAT     1
number  DAT     0
one	    DAT     1
ten	    DAT     10

ﺧﺮﻭﺟﯽ:

INPUT	OUTPUT
	1
	3
	6
	10
	15
	28
	36
	45
	55

5. محاسبه مکعب اعداد

ﺑﺮﻧﺎﻣﻪ ﺯﯾﺮ ﻋﺪﺩﯼ ﺭﺍ ﺍﺯ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﺩﺭﯾﺎﻓﺖ ﮐﺮﺩﻩ ﺳﭙﺲ ﻣﮑﻌﺐ ﺁﻧﺮﺍ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺧﺮﻭﺟﯽ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽﺩﻫﺪ ﻭ ﺍﯾﻦ ﮐﺎﺭ ﺭﺍ ﺗﺎ ﺯﻣﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﮐﺎﺭﺑﺮ ﻋﺪﺩ ﺻﻔﺮ ﻭﺍﺭﺩ ﻧﮑﺮﺩﻩ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﻣﯽﺩﻫﺪ:

START LDA ONE	
        STA     RESULT
        STA     COUNT
        INP		
        BRZ	    END	
        STA	    VALUE
LOOP    LDA	RESULT	
        MUL	    VALUE	
        STA	    RESULT	
        LDA	    COUNT	
        ADD	    ONE	
        STA	    COUNT	
        SUB     TIMES	
        BRZ     ENDLOOP 
        BRA     LOOP
ENDLOOP LDA      RESULT	
        OUT	
        BRA     START	
END	    HLT	
RESULT  DAT
COUNT	DAT
TIMES	DAT     3
ONE	    DAT	    1	
VALUE	DAT	
ZERO	DAT	

ﺧﺮﻭﺟﯽ:

INPUT	OUTPUT
4	64
2	8
3	27
0

بیشتر

توضیحات تکمیلی و با جزئیات بیشتر نظیر کامنت به زبان انگلیسی برای کدهای بالا که به عنوان مثال قرار گرفته شده اند در فایل simplus.pdf در دسترس می‌باشد.

ارتباط با من

اگر هرگونه پیشنهاد یا سوالی در مورد پروژه دارید یا مایل به بهینه‌سازی و اضافه کردن فیچرهای بیشتر به این پروژه هستید می‌توانید با ارسال یک ایمیل به آدرس زیر با من در ارتباط باشید.

• huseyn.hosseini@gmail.com

امیدوارم این پروژه برایتان موثر و مفید باشد.