Редактирование: Адресный интерпретатор

'''Адресный интерпретатор''' (''англ.'' address interpreter) — интерпретатор [[Шитый код|косвенного шитого кода]].

Если поток исполнения команд уподобить току крови, то ''адресный интерпретатор'' — сердце [[Каллисто]]. Каждая передача управления от одного [[примитив]]а к другому проходит через ''адресный интерпретатор''. Именно он «гонит кровь» через [[Слово :|определения высокого уровня]], «оживляя» [[шитый код]] и заставляя его [[EXECUTE|работать]].

''Адресный интерпретатор'' [[Каллисто|Каллисто 1.0]] использует [[единое адресное пространство]], что позволяет исполнять [[шитый код]] как из [[Регистры байтовых данных|байтовой памяти]], так и из [[Память программ|памяти программ]]. Такой подход делает его в несколько раз сложней и медленней, чем принято в Форте. В Каллисто-2 планируется упростить адресный интерпретатор, запретив [[шитый код]] в [[Память программ|памяти программ]].

К сожалению, сейчас (по состоянию на январь 2018 года) ''адресный интерпретатор'' написан на [[ЯМК|языке МК]], что ещё сильней ограничивает быстродействие [[Каллисто]]. Оптимизация ''адресного интерпретатора'' по быстродействию, как и прошивка его в ПЗУ [[микроконтроллер]]а является задачей, важной для успеха [[Каллисто]].

== История ==
Впервые косвенный [[шитый код]] (''англ.'' indirect-threaded code) появился в Форте 1971-73 годах, когда Чак Мур перенёс транслятор на DEC PDP-11 в [https://en.wikipedia.org/wiki/National_Radio_Astronomy_Observatory National Radio Astronomy Observatory] (''англ.'', [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B0%D1%80%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%81%D0%B2%D0%B8%D0%BB%D0%BB_%28%D0%92%D0%B8%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%8F%29 Шарлотсвилл]). С тех пор разные варианты [[Шитый код|шитого кода]] применяется в подавляющем числе различных реализаций Форта.

Первый ''адресный интерпретатор'' для PDP-11 представлял из себя 2-словный макрос на форт-ассемблере:
     : NEXT   IP )+ W MOV  W )+ ) JMP ;


== Реализация ==
В [[Каллисто|Каллисто 1.0]] адресный интерпретатор способен исполнять [[шитый код]] как из [[Регистры байтовых данных|памяти данных]], так и из [[Память программ|памяти программ]] [[МК-161|«Электроники МК-161»]]. Прежде, чем принять компактную и завершённую форму, он прошёл через множество эволюций и представляет собой произведение искусства — как вышивка или плетение.

В Каллисто-2 адресный интерпретатор существенно упростится, а его работа ускорится, т.к. для работоспособности транслятора достаточно уметь исполнять [[шитый код]] из [[Регистры байтовых данных|памяти данных]]. У рассматриваемого адресного интерпретатора сохранится важное преимущество — максимальный объём свободной [[Регистры байтовых данных|памяти данных]] облегчает разработчику создание крупных приложений.

=== NEXT ===
Действие NEXT — основа адресного интерпретатора, передача управления от одного [[токен]]а в цепочке [[шитый код|шитого кода]] к следующему. Каллистянские [[примитив]]ы обычно завершаются командой [[КБП9]], так как актуальный адрес NEXT хранится в [[R9]]. Содержимое [[R9]] зависит от того, идёт исполнение [[Шитый код|шитого кода]] из [[Регистры байтовых данных|памяти данных]] или [[Память программ|памяти программ]]. В этих двух случаях адрес NEXT равен NEXTD и NEXTP соответственно.

[[RE|Регистр E]] содержит число 256. [[Токен]] очередного слова W считывается из [[Шитый код|шитого кода]] в [[R7|регистр 7]]. Регистр выглядит, как вспомогательный, но на самом деле содержимое [[R7]] повторно используется в подпрограммах RPUSHRIP / RPUSHRID. Обращение к ним происходит из CALL с помощью команды [[КППС]], но об этом чуть позже.

Считанный [[токен]] W указывает на [[поле кода]] слова, в котором содержится адрес обработчика этого слова. Именно этот трюк (указатель на адрес) делает применённый шитый код «косвенным». Этот адрес считывается в [[R8]] и команда [[КБП8]] передаёт управление на обработчик. Обработчик всегда написан на [[ЯМК|языке МК]] и содержится в [[Память программ|памяти программ]], но токен W может указывать как на [[Регистры байтовых данных|память данных]], так и на [[Память программ|память программ]].

Действие NEXT не следует путать с каллистянским словом [[NEXT]].
<pre>
2476 NEXTD:                                          ; NEXT для шитого кода из памяти данных.
2477                 KRM6 RME ∗ KRM6 + M7            ; W := MEMW[RI++] считать шитый код
2478                 1 EE 4 −  FX>=0 NEXTPP          ; Слово из памяти программ?
2479 NEXTDD:         M7 M5 KRM7 RME ∗ KRM5 +         ; Считать MEMW[W], это должно быть CFA очередного слова в шитом коде
2480                 M8 KGOTO8                       ; передать управление на адрес, записанный в CFA
…
2499 NEXTP:                                          ; NEXT для шитого кода из памяти программ.
2500                 PPRM 9044 RME ∗ PPRM 9044 +
2501 DOEXECRX:       M7                              ; W := MEMW[RI++] считать шитый код
2502                 1 EE 4 − FX<0 NEXTDD            ; Слово из области двоичных данных?
2503 NEXTPP:         RM7 KPRGM RME ∗ RM7 1 + KPRGM + ; Считать MEMW[W], это должно быть CFA очередного слова в шитом коде
2504                 M8 KGOTO8                       ; передать управление на адрес, записанный в CFA
2505 
</pre>

=== EXECUTE ===
Слово [[EXECUTE]] считывает из [[Стек данных|стека]] [[CFA|токен]], после чего передаёт управление на его обработчик. Основную работу выполняет код, начиная с метки DOEXECRX — он приведён выше в описании NEXT.
<pre>
2506 JEXEC:                                          ; Обработчик EXECUTE
2507                 RM3 M8 1 + M3 KRM8              ; POP RX
2508                 PGOTO DOEXECRX                  ; W := RX, JMP MEMW[W]
</pre>

=== CALL / RETURN ===
Действия CALL и RETURN позволяют адресному интерпретатору исполнять не только последовательность [[примитив]]ов, но также использовать в [[шитый код|шитом коде]] слова высокого уровня — обеспечивая вложенность определений «через двоеточие». Этим двум действиям соответствуют каллистянские слова [[Слово :|:]] и [[EXIT]].

Сохранив в [[Стек возвратов Каллисто|стеке возвратов]] текущую позицию [[Шитый код|шитого кода]] (или считав её оттуда), действия CALL / RETURN передают управление на точки NEXTD / NEXTP (см. выше). Действие CALL в [[Каллисто|Каллисто 1.0]] реализовано дважды, начиная с меток CALLD и CALL. Это обработчики высокоуровневых слов в [[Регистры байтовых данных|памяти данных]] (слова разработчика) и [[Память программ|памяти программ]] (заранее откомпилированные) соответственно:
<pre>
2467 CALLD:                                          ;∗∗ CALL, когда управление передаётся в память данных
2468                 KGSBC                           ; RPUSH RI ; RX := W, адрес поля кода нового слова
2469                 1 +                             ; RX := PFA−1, передать в указатель шитого кода R6=RI−1
2470 SETRIDAT:
2471                 M6                              ; RI := RX
2472 SETDAT:         .NUMT RPUSHRID
2473                 MC                              ; RC := RPUSHRID        ;∗∗ Следующий вызов −− из памяти данных
2474                 .NUM NEXTD
2475                 M9                              ; R9 := NEXTD           ;∗∗
2476 NEXTD:                                          ; NEXT для шитого кода из памяти данных.
…
2481 ;
2482 RETURN:                                         ; Обработчик EXIT
2483                 RM2 1 − M5 3 + M2
2484                 KRM5 RME ∗ KRM5 +
2485                 PPM 9042                        ; Регистр, увы, мучаем в любом случае
2486                 10001 −
2487                 FX<0 SETRIDAT
2488                 GOTO SETPRG
2489 ;
2490 CALL:                                           ;∗∗ CALL, когда управление передаётся в память программ
2491                 KGSBC                           ; RPUSH RI ; RX := W, адрес поля кода нового слова
2492                 2 +                             ; Теперь RX указывает на его тело
2493 SETRIPRG:
2494                 PPM 9042                        ; R9042 := RX
2495 SETPRG:         .NUMT RPUSHRIP
2496                 MC                              ; RC := RPUSHRIP        ;∗∗ Следующий вызов −− из памяти программ
2497                 .NUM NEXTP
2498                 M9                              ; R9 := NEXTP           ;∗∗
2499 NEXTP:                                          ; NEXT для шитого кода из памяти программ.
…
</pre>

Реализации CALLD и CALL начинаются с команды [[КППС]], которая заносит в [[Стек возвратов Каллисто|стек возвратов]] текущую позицию в [[Шитый код|шитом коде]]. Эта команда производит обращение к одной из двух подпрограмм, которые ради оптимизации размещены в самом начале [[Каллисто|Каллисто 1.0]]. Выбор RPUSHRIP или RPUSHRID зависит от того, требуется сохранить позицию в [[Память программ|памяти программ]] или [[Регистры байтовых данных|данных]] соответственно:
<pre>
 179 ; Следующие две подпрограммы вызваются косвенно через RC (КППС) из : и DOES>
 180 ; SETRIPRG и SETRIDAT внутри тела ":" содержат ссылки на RPUSHRIP и RPUSHRID
 181 
 182 ; Начало CALL при вызове из памяти программ.
 183 RPUSHRIP:
 184                 PPRM 9042                       ; RX := RI      ; Текущий указатель шитого кода
 185                 ENT RME / FANS <−> KINT M5 ∗ − KM2 RM5 KM2      ; RPUSH (RX)
 186                 RM7 RTN                         ; RX := W, оптимизация
 187 
 188 ;
 189 ; Начало CALL при вызове из памяти данных.
 190 RPUSHRID:
 191                 RM6 10001 +                     ; RX := RI      ; Текущий указатель шитого кода
 192                 ENT RME / FANS <−> KINT M5 ∗ − KM2 RM5 KM2      ; RPUSH (RX)
 193                 RM7 RTN                         ; RX := W, оптимизация
</pre>

== Форт-процессоры ==
Первая попытка построить форт-компьютер была предпринята John Davies в Англии в 1973 году. Примерно в это время [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B1%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%94%D0%B6%D0%BE%D0%B4%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BB_%D0%91%D1%8D%D0%BD%D0%BA английская обсерватория Джодрелл Бэнк] открыла для себя Форт. Подход Davies заключался в переделке компьютера Ferranti (который перестал выпускаться), чтобы оптимизировать его набор инструкций под Форт. Получившийся форт-компьютер был очень быстрый для своего времени.

В 1976 году форт-компьютер выпустила калифорнийская компания Standard Logic (в других источниках General Logic). Dean Sanderson, главный программист Standard Logic (позже он перешёл работать в FORTH Inc.) смог аппаратно реализовать точную инструкцию NEXT, которую [[адресный интерпретатор]] Форта использует для перехода от одной высокоуровневой команды к следующей. Их систему широко использовала Почтовая Система США (US Postal System).

В начале 1980'ых фирма Rockwell выпустила микропроцессор Rockwell AIM 65F11 с примитивами Форта в ПЗУ, находящемся на чипе. Эту микросхему успешно использовали во встроенных приложениях.

В 1981 году разработкой форт-процессора занялся Чак Мур — сперва работая в FORTH Inc., а затем создав старт-ап Novix. Основная разработка была завершена в 1984 году, первые прототипы были представлены в начале 1985 года. Разработка Мура была куплена и адаптирована фирмой Harris Semiconductor Corp., став основой их линейки процессоров RTX.

Начав в ранних 1980'ых, группа в [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B9_%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B8 Лаборатории прикладной физики штата Мэрилэнд] (John Hopkins Applied Physics Laboratory in Maryland) разработала серию экспериментальных форт-профессоров для использования в космосе. Самый успешный из них, названный SC-32 фирмой Silicon Composers в [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D0%BB%D0%BE-%D0%90%D0%BB%D1%8C%D1%82%D0%BE Пало-Альто (Калифорния)], использовался для управления ультрафиолетовым телескопом (''англ.'' [https://en.wikipedia.org/wiki/Hopkins_Ultraviolet_Telescope Hopkins Ultraviolet Telescope]), который полетел в [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BC%D0%B1%D0%B8%D1%8F_%28%D1%88%D0%B0%D1%82%D1%82%D0%BB%29 шаттле Колумбия] в [https://ru.wikipedia.org/wiki/STS-35 ноябре-декабре 1990 года].

Чак Мур, автор языка Форт, отказался от участия в разработке стандарта ANSI для языка Форт, чтобы посвятить всё своё время разработке «железного» процессора, достойного языка Форт. Эволюция Форта в программно-аппаратную систему привела к возникновению языка {{colorForth}} и [http://www.greenarraychips.com/ мультикомпьютерной микросхемы GA144] ''(англ.)''.

Защищённый от радиации форт-процессор [https://en.wikipedia.org/wiki/RTX2010 RTX2010] ''(англ.)'' основан на разработках Чака Мура и десятилетиями используется в зарубежных космических аппаратах. В частности, RTX2010 использовался в [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%BB%D1%8B_%28%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%81%D0%BA%D0%B0%D0%B5%D0%BC%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%29 спускаемом аппарате «Филы»] КА «Розетта» (миссия к комете 67P/Чурюмова — Герасименко), работавшего на поверхности кометы с 12 ноября 2014 года по 19 июня 2015 года. Это первая в истории посадка на комету, драматичная и довольно захватывающая, но в целом успешная.

В России разработаны и выпускаются отечественные форт-процессоры, например K1881BE1T и [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%A4-16 К1894ВГ1Т]. Перенос [[Каллисто]] на один из этих микропроцессоров позволит достичь максимальной производительности.

== Ссылки ==
* [http://the-hacker.ru/Callisto.html#Colon Адресный интерпретатор Каллисто Классик] находится в теле [[Слово :|слова :]], см. метки NEXTP и NEXTD
* [http://www.enet.ru/win/cherezov/dn1620-.txt Форт в железе! Форт-процессор Дофин-1620] (кодировка Windows)
* [http://winglion.ru/equinox/ Форт-процессор EQUINOX] и [http://fforum.winglion.ru/viewtopic.php?f=3&t=1517 его обсуждение на форуме]
* Randy Dumse, "The R65F11 FORTH Chip," "FORTH Dimensions", Vol.5, No.2, p.25.


{{нет иллюстраций}}
{{заготовка}}
[[Категория:Каллисто]]