Архитектура процессора PDP-11 до сих пор считается самлй “красивой” и удобной для программиста. К сожалению, из-за ограничения по памяти (64 кбайт) это семейство вышло из употребления. Но почему бы не попробовать разработать 32-битный вариант? Возможно, это не будет очень практично, но для обучения программированию такой процессор может оказаться полезнее, чем MMIX Дональда Кнута.

Полностью сохраняется мнемоника ассемблерных команд. Сохраняется семантика большинства команд процессора. Представляется, что адаптация существующих систем программирования, например GNU binutils и GCC, для PDP-32 может быть выполнена в разумные сроки.

Отличия от PDP-11:

• нет команд ASHC, SOB, MARK
• нет команд BPT, RTT
• нет команд IOT, TRAP, WAIT, RESET
• поведение команд MUL и DIV отличается
• новые команды обработки полуслов CLRH, COMH, INCH, DECH, NEGH, ADCH, SBCH, TSTH, RORH, ROLH, ASRH, ASLH, MOVH, CMPH, BITH, BICH, BISH

При подготовке статьи использовались фрагменты работы Негоды и Никищенкова.

Процессор PDP-32 имеет шестнадцать 32-разрядных регистров R0-R15 и 8-битное слово состояния PSW. Регистр R14 также называется SP и используется как указатель стека. Регистр R15 имеет название PC и содержит адрес текущей выполняемой команды.

Операнды, размещаемые в регистрах, могут быть тридцатидвухразрядными (слова) шестнадцатиразрядными (полуслова) и восьмиразрядными (байты). При этом восьмиразрядные операнды размещаются в младшем байте регистра, шестнадцатиразрядные - в младшем полуслове. Байт в памяти может иметь любой адрес. Полуслово может иметь только четный адрес, слово — только адрес, кратный 4. Указатель стека SP и счетчик команд PC являются указателями на слова памяти, поэтому должны быть кратны 4.

• C — Carry — перенос
• V — oVerflow — переполнение
• Z — Zero — нулевой результат
• N — Negative — отрицательный результат
• T — Trace — разрешение трассировки
• IM — Interrupt Mask — запрет прерываний

Все знаковые числа внутри ЭВМ представлены в дополнительном коде. Старший разряд знаковый. Поскольку знаковый разряд двоичного числа в дополнительном коде участвует в арифметических операциях так же как и другие разряды, наличие знака не влияет на правила выполнения арифметических операций. Различение происходит в признаках результата. Если выполняется сложение двух беззнаковых чисел, то переполнение обнаруживается в признаке переноса C. Если же складываются знаковые числа, то процессор фиксирует переполнение в признаке V, а знак результата в N. Если сравниваются два числа без знака, то соотношения “меньше”, “больше”, “меньше или равно” и “больше или равно” определяются признаками Z и С. Если же сравниваются числа со знаком, то эти соотношения определяются признаками N, Z и V.

Бит T вызывает прерывание после выполнения очередной команды. Используется отладчиком для пошагового выполнения программы.

В PDP-32 нет специальных команд ввода-вывода. Объекты ввода-вывода адресуются как ячейки памяти. Диапазон адресов FFF0'0000….FFFF'FFFC обычно используется для обращения к внешним устройствам.

Здесь и далее для кодов и чисел по умолчанию используется шестнадцатеричная система счисления.

Команда PDP-32 может размещаться в 1, 2 или 3 словах. Второе и третье слова всегда являются адресными и могут содержать непосредственный операнд, абсолютный адрес, смещение для индексной адресации. Первое слово определяет операцию, длину операнда и методы адресации. Основными являются следующие форматы первых слов команды:

Двухадресные команды:

Одноадресные команды:

Безадресные команды:

Команды ветвления:

• BWH - признак длины операнда (Byte / Word / Halfword): 0 - слово, 1 - байт, 2 - полуслово
• MS, MD - методы адресации операнда-источника (Source) и операнда-приемника (Destination)
• RS, RD - номера регистров, используемых при адресации операнда-источника и операнда-приемника

Под метод адресации в коде команды выделено три бита.

Комбинация метода адресации с регистром R15 (PC) дает:

Изменение значения регистров R0-R13 при адресации R++ и – –R выполняется:

• на 1 — для команд обработки байтов
• на 2 — для команд обработки полуслов
• на 4 — в остальных случаях

Регистры PC и SP всегда рассматриваются как указатели на слова, а не байты, поэтому в операциях PC++, – –SP и им подобных выполняется модификация значения на 4.

Коды команд выбраны похожими на PDP-11. Список кодов, упорядоченный по значению, можно посмотреть здесь.

Команды пересылки и установки признаков результата:

Логические операции:

Арифметические операции и сдвиги:

Безусловный переход и организация подпрограмм:

Программные прерывания и управление:

Если условие ветвления выполняется, то PC += AAAAAA, где AAAAAA - младшие три байта команды. Слово состояния PSW не изменяется.

Ветвления по неравенству чисел со знаком:

Ветвления по неравенству чисел без знака:

Прерывания в PDP-32 в зависимости от инициатора делят на программные и аппаратные. Прерывания по инициативе программы возникают, когда процессор выполняет одну из команд EMT, TRAP, IOT, BPT. Аппаратное прерывание возникает, когда процессор перед началом выборки следующей команды обнаружил внешний запрос на прерывание. При этом разряд PSW[7] имеет смысл признака запрета прерывания. При входе в прерывание выполняются действия:

• сохранение PSW в стеке (*– –SP = PSW);
• сохранение адреса возврата в стеке (*– –SP = PC);
• занесение стартового адреса программы обработки прерывания в PC из первого слова вектора прерывания (PC = *AV);
• занесение нового значения PSW из второго слова вектора прерывания (PC = *(AV+4)).

Выход из подпрограммы обработки прерывания происходит по команде RTI, выполнение которой заключается в восстановлении из стека адреса возврата (PC = *SP++) и старого значения PSW (PSW = *SP++). Командам вызова программных прерываний соответствуют вполне определенные адреса двухсловных векторов прерываний. Адрес вектора аппаратного прерывания передается в процессор блоком сопряжения с ВУ, когда тот получает от процессора подтверждение, что его требование прерывания удовлетворяется. Вектора в PDP-32 занимают пространство памяти с адресами в диапазоне 0..256.

(не проработано)