Little Man Computer

Little Man Computer ehk Väikese mehe arvuti on lihtsustatud näide arvutiarhidektuurist, mis loodi Stuart Madnicki poolt 1965 aastal.

Von Neumanni arhidektuur

LMC sisaldab mälu, protsessorit, sisend väljundit ning kasutab lihtsat instruktsioonide nimekirja, mille abil on sellele võimalik kirjutada lihtsaid programme. Näiteks arvude liitmiseks ja lahutamiseks, korrutamiseks, sorteerimiseks jne.

Tehniliselt on LMC keele näol tegemist ASMi õppimise metakeelega, mis seda lihtsustanud, mäluaadresside asemel postkastinumbrid ja võib liialdusteta öelda kogu meie arvutimaailm püsib neil kümnekonnal baaskäsul. Ka meie igapäevaslet kasutatavates arvutites töötavad kõrgkeeled lammutavad oma tehted omakorda sadadeks blokkideks, mis koosnevad sellistest lihtsatest käskude jadadest

Kujutage endale ette tuba. Selle ühes seinas on 100 postkasti (mälu), mis on kõik varustatud numbriga nullist kuni 99-ni. Iga neist postkastidest võib sisaldada käsklust (instruktsiooni) või siis suvalist numbrit (vahemikus 000-999). Lisaks on nende kõrval veel kaks postkasti nimedega „sisend” ja „väljund”. Keset ruumi on kirjutuslaud, millel asub taskuarvuti, millega saab liita ja lahutada ning numbriloendur, millel olevat numbrit saab järjest (näiteks nupuvajutuse abil) suurendada. Lihtsustatult näeb avanev pilt välja järgnev:

Kõige olulisemaks komponendiks on seal toas väike mehike või kratt, kelle ülesanded on järgnevad:

1. Vaata mis numbrit loendur näitab ja jäta see meelde (Programmi alguses on selleks 0)
2. Ava postkast, millel on loenduriga sama number
3. Loe postkastis olevalt paberilt käsk (ehk instruktsioon) ning jäta see meelde.
4. Vajuta loenduril olevat nuppu, mis suurendab seal olevat arvu ühe võrra.
5. Täida postkastist loetud instruktsioon
6. Mine tagasi punkti 1.

See tsükkel kordub niikaua, kuni järgmine postkast sisaldab instruktsiooni. Kui seal pole midagi või see sisaldab ainult numbrit lõpetab väike mees enda töö ja ühtlasi lõpeb ka programm.

Instruktsiooni, mille väike mehike postkasist nr 0 sai, nimetatakse opkoodiks. See kujutab endast käsklust, mis on moodustatud spetsiifilisest käsust ning mõnest teisest postkasti numbrist.

Käke või instruktsioone, millest väike mees arusaab on kokku 11 ja need on järgnevad:

Käsk    Näide ja selgitus
ADD   - ADD 23, Liida postkastis number 23 olevale numbrile kalkulaatoris olev number
SUB   - SUB 23, Lahuta postkastis number 23 olevast numbrist kalkulaatoris olev number
STA   - STA 23, Salvesta taskuarvutiga arvutamisel saadud tulemus postkasti 23
LFA   - LDA 23, Loe postkastis 23 olev arv ning sisesta see kalkulaatorisse
BRA   - BRA 10, Muuda loenduril olev number ümber number 10neks
BRZ   - BRZ 15, Kui kalkulaatoris olev aktiivne number on 000, seadista loenduri numbriks 15. Ehk siis lihtne IF võrdustehe
BRP   - BRP 15, Kui kalkulaatoris olev aktiivne number on 0 või nullist suurem seadista loenduri numbriks 15.
INP   - Loe sisendis olev number ja sisesta see kalkulaatorisse
OUT   - Kirjuta kalkulaatoris olev number väljundisse
HLT/COB Lõpeta töötamine/lõpeta programm
DAT   - Loe järgmise postkasti sisu

Tasub tähele panna, et kalkulaator kujutab endast ka nö protsessori ühekohalist registrit. Kohta, kus saab hoida jooksvalt arve. Kokku on LMC-l neli registrit. Ehk sisend, väljund, loendur ja kalkulaator.

Kirjutame väikesele mehikesele programmi mis liidab kaks numbrit

INP   - Kirjuta sisendis olev esimene arv kalkulaatorisse
STA 06 - Salvesta kalkulaatoris olev arv postkasti NR6
INP   - Kirjuta sisendist teine number kalkulaatorisse
ADD 06 - Liida kalkulaatoris olevale numbrile postkastis NR6 olev number
OUT   - Kirjuta kalkulaatoris olev number üles ja pane see väljundisse

Kokku võtab see programm ruumi kuus postkasti. Neist esimesed viis sisaldavad opkoode ning kuuendat kasutame ajutiseks sisendist saadud numbri hoiustamiseks. Väike mees peab aga selle täitmiseks läbima ülal toodud kuue punktilise tsükli viis korda.

Läheme nüüd natuke kerulisemaks. Arvutid tegelikult ei saa sellistest lühenditest koosnevatest käskudest aru ning järelikult ei peaks sellest arusaama ka meie väike mees. Ehk muudame oma instruktsioonid päris arvutile sarnasemaks

            3 | 25
           /     \
          /       \
  instruction | mailbox address

1xx	Add mailbox xx to accumulator
2xx	Subtract mailbox xx from accumulator
3xx	Store accumulator to mailbox xx
5xx	Load from mailbox xx and overwrite accumulator
6xx	Set program counter to xx
7xx	Set program counter to xx if accumulator is zero
8xx	Set program counter to xx if accumulator is positive
901	Read from input (blocking) to accumulator
902	Copy value from accumulator to output
000	Halt the program

the following is an example of a program which finds the positive difference between two numbers:

       00              IN              500             read 1st val into calc.
       01              STA     11      211             put copy in mem loc 11
       02              IN              500             read 2nd val into calc.
       03              STA     12      212             put copy in mem loc 12
       04              SUB     11      411             sub val in mem loc 11  from calc
       05              SKN             800             if result is neg skip next inst.
       06              JMP     09      090             else res was pos; goto 09
       07              LDA     11      111             read  1st val into calc.
       08              SUB     12      412             sub val in mem loc 12  from calc
       09              OUT             600             print result
       10              TB              700             STOP - teabreak time!
       11              DAT     00      000             data storage location
       12              DAT     00      000             data storage location

Lingid

https://en.wikipedia.org/wiki/Little_man_computer

https://community.computingatschool.org.uk/resources/2316/single

http://www.kean.edu/~gchang/tech2920/http___professor.wiley.com_CGI-BIN_JSMPROXY_DOCUMENTDIRECTORDEV+DOCUMENTID&0471715425+DOCUMENTSUBID&1+PRFVALNAME&pdfs_ch06.pdf