000.背景

1959年、N。P.ブルゼンソフはモスクワ州立大学向けにユニークなSetunコンピューターを開発しました。 それは三進法に基づいており、元素の基数は部分的に二進法でしたが、これはコスト超過をもたらしましたが、機械は経済的で信頼できることが証明されました。 今日、3進機は博物館でしか見ることができず、バイナリコードが勝ちました。



しかし、 前述したように、エミュレータの形で過去の技術を保存する準備ができている人は常にいるでしょう。

00+。 理論的背景

この記事では、3項対称数体系について説明します。 その中の数字は正と負です。つまり、-1 / 0/1以上の一般的に受け入れられている-/ 0 / +です。 このプロパティは、将来のコンピューターによる負の数のネイティブサポートを意味します。



3進数システムと3進数論理の防御には、さらに2つの議論があります。 各カテゴリのデータストレージの費用対効果は明ら​​かであり、通常のデータタイプの大容量であるタイヤのラインを節約します。







式y = ln（x）/ xがあります。物理的な意味は、X軸に沿って複雑さが増す「保存された情報の量とそのストレージの複雑さの比率」と理解しています。



主な欠点は、3つの状態になり、同時にプロセッサの構築に適したモードで効果的に機能できる基本要素がないことです。 しかし、エミュレータにとっては、これは問題ではありません。 さらに、複合三元要素の回路が知られている。 最新のプロセッサのトランジスタの数が実際にコマンドシステムを担当し、最適化の程度を見積もると、3進プロセッサ自体の実装はそのような問題ではないことがわかります。

0 +-。 背景

私は比較的最近、N。P.ブルゼンソフの仕事について学びました。 セツニに関する資料のいくつかを研究した後、私はもう一度やり直す必要はなく、あなたは私たちの時代の知識を使用できることに気付きました。 私の知る限り、三元仮想マシンはモスクワ州立大学でも開発されました。 しかし、それにはほとんど資料がなく、ソースコードもまったくありません。



その瞬間、N。WirthはOberon 2013プロジェクトの最初の開発を発表しました。







RISCのようなプロセッサの独自のコマンドシステム、シンプルな言語、およびシンプルなコンパイラにより、2人の賢い人の概念を1つにまとめるのはいい考えだと思いました。



そのため、TRISCプロジェクトである三元RISCは、仮想マシンとOberon言語コンパイラが三元コードに実装されたフレームワーク内で生まれました。 また、このプロジェクトの枠組みの中で、論理的な3項ゲートのシミュレーターが実装されましたが、それはまた別の時期に実装されました。



プロジェクトはアルファ段階に持ち込まれ、凍結されました。 そのため、2015年にDart言語を学習する過程で、ブラウザーのエミュレーターポートを実装するというアイデアが生まれました。

非定型のWebプロジェクト、多くの奇妙な目標、もっと面白いものはありますか？

0 + 0。 目標と手段

三元コードのコンパイラはすでに機能しているため、三元コードもありました。 したがって、プロジェクトの主な目標は、プロセッサエミュレータを構築することです。 タスクがスイッチのプリミティブセットに到達しないように、ページがフリーズしないように、仮想マシンを非同期で制御する必要があるとしましょう。これがWebです。



また、興味を引くために、独自のデータ型を使用できます。これは、3進マシンに一般的で、プロセッサ自体は、プロセッサの実際のブロック（レジスタ、ALUなど）にほぼ対応する個別のモジュールとして実装できます。 このプロジェクトは自己学習に必要なため、多くのDart機能を使用できるという利点があります。



私の目の前には、元のインタープリターがあり、アルゴリズムには特別な問題は発生しません。

0 ++。 数学

最初に、論理と数学を実装します。 すぐに面白い。



三元系の主な論理型は、トリリアン（ブール型に類似）です。 ロシア語の類似語は見つかりませんでした。 trilean型には、true / null / falseの3つの値があります。 これらの値には、基本的な論理法則があります。 それらは、前世紀の20年代にJan Lukasevichによって策定されました。 否定と含意の2つの法則から、すべての基本的な論理演算が推測されます。

DartでTrilタイプについて説明したので、演算子のオーバーロード機能を使用します。

少しテストして、タイプの準備ができました。 最適化の一種であるTrilのようなオブジェクトの多くのコピーを作成しないように、ファクトリコンストラクタを使用します。



整数の場合も、それほど単純ではありません。 情報の最小単位はtrit（ビットに類似）です。 Setunプロジェクトでは、6桁の特性が使用されました（1バイトとの類推により）。 私のプロジェクトでは、9ビットの特性を使用して、サイズを8ビットバイトに近づけました。 そして、一見したところ、9は8以上ですが、この事実は結果のデータ型の力-19683値で報われます。 -9841から9841まで。 逆加算なしで、算術シフトと論理シフトを区別する必要がありません。



代替の世界では、80年代の人々は1バイトの256個の値で適切な文字を見つけるのに問題はありませんでした。 このデータ型tryteをDart言語で記述し、基本的な算術演算を実装します。



さらに、ご想像のとおり、タイプint27を導入します。これには27トリットがあります。これは、システムのマシンワードのサイズになります。 もちろん、27トリットは32ビットよりも多くの値に適合します。 -3,812,798,742,493から3,812,798,742,493までの値ここでは、64ビットは27トリットよりも多くの値に適合しますが、そのようなレジスタには2倍のトリガーがかかります。



最も要求の厳しい場合は、タイプint81を入力できます。これにより、128ビットの数値でもマイナスになります。 ところで、3の累乗でトリットの数が増加することがわかります。

tryteと同様にint27型を実装します。



数学サブシステムの追加のタイプはTritsタイプで、これはOberonのSETタイプに類似しています。 タイプWは、N。Wirthによる別の記事に捧げられており、過小評価されているタイプSETと呼ばれています。 感謝します。



要するに、Trits（SET）タイプは多くのトリットです。 整数に自由に変換できますが、セット、加算、乗算などのすべての基本操作はTritsタイプに適用できます。 このタイプのサポートにより、プロセッサで一部の命令を処理する実装が簡素化されます。 また、3進数を文字列に変換するのに役立ちます。



文字-/ 0 / +による数字の3進表記に加えて、3進表記の9倍形式もあります。その中の記号はZXYW01234です。 このような数値の記録用のコンバーターを実装します。



主なタスクとは関係のない娯楽として、コンバーターを非合理的な基底を持つ三項対称数システムに実装しています。

ベースは、黄金比の二乗を選択します。 そのような数体系はフィボナッチと呼ばれます。 興味深い特性があります-数値の表記は、ゼロ放電に関して対称です。







1つの画像内のすべてのコンバーターの例。

いくつかのテストをしましょう。 数学サブシステムの準備ができました。

+-。 鉄

まず、記憶について説明します。 それは非常に単純で、メモリは単なる特性の配列です。 追加のクラスの形式で1つの関数だけでそれを補完します-データの単語全体を読み取る機能。



さらに、メモリについては、メモリのさまざまな領域へのアクセスを制御するデバイスであるMMUについて説明します。 弊社のMMUはシンプルです。I/ Oピンとして一部のメモリセルに接続できるほか、負のアドレスを使用して実行可能プログラムからこれらのピンにアクセスできます。



プロセッサには、Dart言語の非同期機能を使用しました。 各プロセッササイクルは将来のために計画され、非同期的に実行されます。 同時に、クロック周波数を100倍に上げることで、パフォーマンスをだまし、加速しました。 結果は一種のオーバークロックでした。 そのため、メインプロセッサのアクティビティはnext（）メソッドで発生します。



プロセッサコマンドシステムを開発する時が来ました。 先ほど言ったように、私はOberon 2013プロジェクトの資料に基づいていましたN. Wirthは、FPSにRISCプロセッサを実装するための簡単なコマンドシステムを開発しました。 このコマンドシステムを3進コードにアップグレードしました。 2オペランドまたは3オペランドの算術演算、条件付きジャンプ、直接および間接のメモリアドレス指定。



プロセッサには27個の汎用レジスタがあり、追加のPCレジスタはメモリ内の次のコマンドの位置を示し、IRレジスタには現在のコマンドが含まれます。 また、追加のNZトリットがあります。これには、レジスタに対する操作の追加結果が含まれます。 いくつかの汎用レジスタは、リターンアドレス、スタックの先頭などを配置するためにOberonシステムによって取得されます。



ご存じのように、RISCプロセッサは通常、RAMにデータをロードおよびアンロードするために個別の命令を使用し、すべての操作はそれらのレジスタとデータに対して実行されます。



したがって、プロセッサのアクションアルゴリズムは次のとおりです。PCアドレスでメモリから単語が読み取られ、値がIRに書き込まれ、コマンドデコーダーに送信されます。コマンドデコーダーは、1つまたは別のユニットに信号を送信してアクションを実行します このようなアクションはレジスタの値を変更できますが、値がゼロであるかゼロより大きいかは情報がNZレジスタに書き込まれます。 したがって、1つのトリットが2つの質問に答えます。 その後、条件分岐命令を実行するときにこのトリットを使用できます。 コマンドの結果として、実行可能コードが変数と見なす場所でメモリの状態が変化し、次のステップでプロセッサの遷移アドレスが変化し、反復が終了します。 フォーマット-（-13）のコマンドが書き込まれているため、-1メモリセルに切り替えると、プロセッサはシャットダウンします。



コマンドのシステム全体をペイントしても意味がありません。 github.com/kpmy/tri/blob/master/doc/trinary-0.pdfにあります。



外部の世界との通信は、ホストが実行する値の事前定義されたアドレスでメモリセルに書き込むことによって行われます。 たとえば、この方法でプリミティブデバッグコンソールを実装できます。

Webアプリケーションがあるので、このコンソールを白い文字で本物の黒いウィンドウに表示します。 これを行うには、Webコンテンツを管理するための標準のDartライブラリの既製のコンポーネントと機能を利用します。

+ -0。 最初のステップ

動作中の仮想マシンからコードをすでに入手しているため、その実行の機能について簡単に説明します。



したがって、完成したコードのメモリ内のファームウェアについては、サーバーからコードをダウンロードしてメモリに書き込むローダークラスについて説明します。 JSON形式のコードは奇妙ですが、実際には、バイナリ記録形式は3進コードと完全に互換性がないためです。



Oberonシステムの標準に従って、ローダーは遷移アドレスを変更し、単純な数学は、コンパイラーがコンパイル時に設定するゼロ位置に対するロードされたモジュールのコードオフセットのコードを修正します。



ブートストラップは別のモジュールであり、これらはメモリにマシン定数をインストールし（メモリサイズ、モジュールテーブルアドレスなど）、プロセッサを最初の実行可能コマンドのアドレスに転送するいくつかのコマンドです。 ブートストラップは手動で準備されました。



Coreモジュールは、Oberonシステムコアのイメージと似たようなカーネルモジュールで作成されます。これはカーネルであるため、多くの直接メモリ操作、動的構造アロケーターの実装（バグがある場合があります）、例外キャッチの実装などです。

Coreモジュールで、最も原始的なコンソールを実装します。 文字列と数字を出力するには、上記のように、メモリセルに文字の値を書き込みます。 プラットフォーム依存のSYSTEMモジュールは仮想であり、コンパイラーはその呼び出しを直接マシンコードに変換します。



表現力に欠けるスクリーンショット。

ここで、結果の仮想マシンのパフォーマンスを確認してください。 もちろん、プロセッサーとコンパイラーの両方の複雑なデバッグが同時にいくつかのバグを引き起こしました（まだ発見されていません）が、概念実証として、作業の結果は十分に思えました。

+-+。 まとめ

その結果、Oberon 2013プロジェクトからN. Wirthプロセッサの完全に機能する拡張可能なアナログを取得しました。3進数システムと3進数コードを変更し、結果のシステムで動作するためのいくつかのモジュールを追加しました。



元のインタープリターでは、成功を発展させ、9pプロトコルに基づくファイルシステムを使用して、rs232ポートと同様に外部との通信を実装しようとしました。 そして、これは私が出会ったものです。 両方のテクノロジーは、クロスプラットフォームとして宣言されていますが、些細な特徴のプラットフォームの概念に導入されると、クロスプラットフォームを急速に失います。 バイトとビットのフレームワークにより、このようなテクノロジーの移植は簡単な作業になります。



もちろん、ここでは、三元系の重要性と有病率はゼロであることに異議を唱えることができますが、Vovochkaに関する逸話のように、三位一体がありますが、クロスプラットフォームについての言葉はありません。 おそらくこれは、三元系の広がりに対する何らかの障害です。 結局のところ、すべてがそのように動作します。



個人的に、私は三元マシンの正当な使用を1つだけ見ました。これは、侵入から保護された通信チャネルの組織です。 実際、チャンネルに直接アクセスしても、ハッカーは少なくともハードウェア信号デコーダーを必要としますが、これはまだ開発が必要です。 したがって、鎧とシェルの闘争は、記載された技術の産業応用に命を吹き込むことができます。

+ 0-。 参照資料

まあ、おそらく興味がある人のためのいくつかのリンク。

• trinary.ruは、電卓、カレンダー、元のSetuniのOSシミュレータを備えた美しいサイトです。
• ternarycomp.cs.msu.ruはより深刻なサイトで、特許、アルゴリズムの説明があります
• Oberon 2013プロジェクトのwww.inf.ethz.ch/personal/wirth/ProjectOberon/index.html著作権ページ。
• github.com/kpmy/triプロジェクトリポジトリ
• 元のエミュレータのbitbucket.org/petryxa/triscリポジトリ

+00。 PS

N.P. ブルゼンソフは2014年12月4日に亡くなりました。 彼の人生の仕事が忘れられないことを願っています。