Сказ о том, как я эмулятор Intel 4004 на Python писал

Вступление

С началом учебного года в мой техникум пришла такая штука, как Код будущего. Я и пара моих приятелей решили записаться на курсы по программированию на Python, но этот процесс длился очень долго, к сожалению так ничего и не началось 🙁 Из-за двух каких-то, извиняюсь за выражение, дебилов, которые что-то и где-то не успели вовремя заполнить и сдать, пришлось свернуть эту программу в моём техникуме. Я не особо расстроился, наоборот, это даже дало мне хороший толчок для изучения данного языка программирования самостоятельно дома, как я и делал со всеми предыдущими языками 🙂 Изучив достаточно материала, я осмелился на написание эмулятора CPU, конкретно Intel 4004 (дедушку современных микропроцессоров) с очень урезанным функционалом.

Как всё писалось?

Перед началом я прочитал различные статьи, документации, смотрел видео на YouTube и тем самым получил необходимый минимум знаний о том, как работает CPU.

Начал я с реализации памяти, в которую будут записываться результаты программ:

memory = bytearray(256) # 256 байт памяти

Затем я создал класс I4004, в который стал добавлять функции. Первой стала функция инициализации:

def __init__(self, program, memory):         self.program = program         self.memory = memory          self.acc = 0 # Аккумулятор         self.pc = 0 # Счётчик команд

Имеется Аккумулятор (acc) — регистр процессора, в котором сохраняются результаты выполнения арифметических и логических команд, а также Счётчик команд (pc) — регистр процессора, который указывает, какую команду нужно выполнять следующей.

Следующей стала функция run, которая отвечала за запуск:

def run(self):         while True:             opcode = self.program[self.pc]              if opcode == 0x00: # Остановка                 return              elif opcode == 0xA2: # Загрузка числа в аккумулятор                 self.acc = self.program[self.pc + 1]                 self.pc += 2              elif opcode == 0xA4: # Загрузка числа в регистр 0                 self.rr0 = self.program[self.pc + 1]                 self.pc += 2              elif opcode == 0x58: # Сложение                 self.acc += self.rr0                 self.pc += 1                 if self.acc > 15:                     self.acc = 15                     print("Вы не можете получить число выше 15!")              elif opcode == 0x29: # Вычитание                 self.acc -= self.rr0                 self.pc += 1                 if self.acc < 0:                     self.acc = 0                     print("Вы не можете получить число ниже 0!")              # и так далее...              else:                 print("Неизвестная инструкция!")                 return

Для составления программ используется опкод — часть машинного языка, называемая инструкцией и определяющая операцию, которая должна быть выполнена. Вот таблица опкодов и соответствующая им операция:

Как составляется программа?

Программу надо составлять прямо в коде, а конкретно в program.py. Вот пример программы сложения чисел 5 и 3:

program = [        0xA2, 0x05,     0xA4, 0x03,     0x58,     0xD0, 0x10,     0x00, ]

Заключение

Надеюсь, что кому-нибудь эта статья станет полезной, возможно она подтолкнёт кого-то на написание чего-то похожего.

Полный код можно посмотреть на моём GitHub.

С вами был Yura_FX. Спасибо, что дочитали данную статью до конца. Не забывайте делиться своим мнением в комментариях 🙂