Little Man Computer

The Little Man Computer (LMC) is an instructional model of a computer, created by Dr. Stuart Madnick in 1965.^[1] The LMC is generally used to teach students, because it models a simple von Neumann architecture computer—which has all of the basic features of a modern computer. It can be programmed in machine code (albeit in decimal rather than binary) or assembly code.^[2][3][4]

The LMC model is based on the concept of a little man shut in a closed mail room (analogous to a computer in this scenario). At one end of the room, there are 100 mailboxes (memory), numbered 0 to 99, that can each contain a 3 digit instruction or data (ranging from 000 to 999). Furthermore, there are two mailboxes at the other end labeled INBOX and OUTBOX which are used for receiving and outputting data. In the center of the room, there is a work area containing a simple two function (addition and subtraction) calculator known as the Accumulator and a resettable counter known as the program counter. The program counter holds the address of the next instruction the Little Man will carry out. This program counter is normally incremented by 1 after each instruction is executed, allowing the Little Man to work through a program sequentially. Branch instructions allow iteration (loops) and conditional programming structures to be incorporated into a program. The latter is achieved by setting the program counter to a non-sequential memory address if a particular condition is met (typically the value stored in the accumulator being zero or positive).

As specified by the von Neumann architecture, any mailbox (signifying a unique memory location) can contain either an instruction or data. Care therefore needs to be taken to stop the program counter from reaching a memory address containing data - or the Little Man will attempt to treat it as an instruction. One can take advantage of this by writing instructions into mailboxes that are meant to be interpreted as code, to create self-modifying code. To use the LMC, the user loads data into the mailboxes and then signals the Little Man to begin execution, starting with the instruction stored at memory address zero. Resetting the program counter to zero effectively restarts the program, albeit in a potentially different state.

To execute a program, the little man performs these steps:

1. تحقق من عداد البرنامج لمعرفة رقم صندوق البريد الذي يحتوي على تعليمات البرنامج (أي صفر في بداية البرنامج).
2. استرجع التعليمات من صندوق البريد الذي يحمل هذا الرقم. تحتوي كل تعليمات على حقلين: رمز العملية (الذي يشير إلى العملية المراد تنفيذها) وحقل العنوان (الذي يشير إلى مكان العثور على البيانات المراد تنفيذ العملية عليها).
3. قم بزيادة عداد البرنامج (بحيث يحتوي على رقم صندوق البريد للتعليمات التالية)
4. فك تشفير التعليمات. إذا كانت التعليمات تستخدم بيانات مخزنة في صندوق بريد آخر، فاستخدم حقل العنوان للعثور على رقم صندوق البريد الخاص بالبيانات التي ستعمل عليها، على سبيل المثال "الحصول على البيانات من صندوق البريد 42".
5. استرجاع البيانات (من المدخلات أو المجمع أو صندوق البريد الذي تم تحديد عنوانه في الخطوة 4)
6. نفّذ التعليمات بناءً على رمز العملية المُعطى
7. قم بتفرع أو تخزين النتيجة (في المخرجات أو المجمع أو صندوق البريد بالعنوان المحدد في الخطوة 4)
8. ارجع إلى عداد البرنامج لتكرار الدورة أو إيقافها

على الرغم من أن LMC يعكس العمليات الفعلية للمعالجات الثنائية ، فقد تم اختيار بساطة الأرقام العشرية لتقليل التعقيد للطلاب الذين قد لا يشعرون بالراحة في العمل بالنظام الثنائي / الست عشري .

INP STA FIRST INP المحطة الثانية LDA أولاً جزء من الثانية خارج HLT الموعد الأول التاريخ الثاني

بدون استخدام التسميات، يُطلب من المبرمج حساب عناوين صناديق البريد ( الذاكرة ) يدويًا. في مثال الكود الرقمي ، إذا أُضيفت تعليمة جديدة قبل تعليمة HLT الأخيرة، فإن تعليمة HLT هذه ستنتقل من العنوان 07 إلى العنوان 08 (يبدأ ترقيم العناوين من العنوان 00). لنفترض أن المستخدم أدخل 600 كأول قيمة. ستعني التعليمة 308 تخزين هذه القيمة في العنوان 08 واستبدال تعليمة 000 (HLT). بما أن 600 تعني "الانتقال إلى عنوان صندوق البريد 00"، فإن البرنامج، بدلًا من أن يتوقف، سيعلق في حلقة لا نهائية.

للتغلب على هذه الصعوبة، تجمع معظم لغات التجميع ( بما في ذلك LMC ) بين الرموز المختصرة والتسميات . التسمية هي ببساطة كلمة تُستخدم إما لتسمية عنوان ذاكرة حيث يتم تخزين التعليمات أو البيانات، أو للإشارة إلى هذا العنوان في التعليمات.

عند تجميع البرنامج:

• يتم تحويل التسمية الموجودة على يسار رمز التعليمات إلى عنوان الذاكرة الذي تُخزَّن فيه التعليمات أو البيانات. على سبيل المثال: loopstart INP
• تأخذ التسمية الموجودة على يمين رمز التعليمات قيمة عنوان الذاكرة المشار إليه أعلاه. على سبيل المثال: BRA loopstart
• يُستخدم الوسم المُقترن بعبارة DAT كمتغير، حيث يُشير إلى عنوان الذاكرة الذي تُخزَّن فيه البيانات. على سبيل المثال، DAT 1 أو DAT رقم 1

في مثال لغة التجميع الذي يستخدم الرموز والتسميات، إذا تم إدراج تعليمة جديدة قبل تعليمة HLT الأخيرة، فسيكون موقع العنوان المسمى FIRST الآن في موقع الذاكرة 09 بدلاً من 08، وسيتم تحويل تعليمة STA FIRST إلى 309 (STA 09) بدلاً من 308 (STA 08) عند تجميع البرنامج.

لذلك تُستخدم الملصقات من أجل:

• تحديد تعليمة معينة كهدف لتعليمة BRANCH.
• يُحدد موقع الذاكرة كمتغير مُسمى (باستخدام DAT)، ويُمكن تحميل البيانات إلى البرنامج أثناء وقت التجميع لاستخدامها من قِبل البرنامج (لا يكون هذا الاستخدام واضحًا إلا عند التفكير في أنه لا توجد طريقة لإضافة 1 إلى عداد. يُمكن مطالبة المستخدم بإدخال 1 في البداية، ولكن من الأفضل تحميل هذه القيمة أثناء التجميع باستخدام DAT 1 واحد ).

 INP إخراج // تهيئة الإخراج LOOP BRZ QUIT // قم بتسمية عنوان الذاكرة هذا بـ LOOP. إذا كانت قيمة المُراكم تساوي 0، فانتقل إلى عنوان الذاكرة المُسمى LOOP. // يترك طرح واحد // اطرح القيمة المخزنة في العنوان واحد من المُراكم خارج حلقة BRA // انتقل (دون قيد أو شرط) إلى عنوان الذاكرة المسمى LOOP QUIT HLT // قم بتسمية عنوان الذاكرة هذا بـ QUIT ONE DAT 1 // قم بتخزين القيمة 1 في عنوان الذاكرة هذا، وقم بتسميته ONE (إعلان المتغير)

ابدأ LDA صفرًا // تهيئة لتشغيل البرنامج عدة مرات نتيجة المحطة عدد الموظفين إدخال // مدخلات مقدمة من المستخدم BRZ END // انتقل إلى نهاية البرنامج إذا كانت قيمة الإدخال = 0 قيمة التخزين // تخزين المدخلات كقيمة حلقة LDA RESULT // تحميل النتيجة إضافة قيمة // أضف القيمة، وهي القيمة المُدخلة من قِبل المستخدم، إلى النتيجة نتيجة STA // تخزين النتيجة الجديدة عدّ LDA // تحميل العدّ أضف واحدًا // أضف واحدًا إلى العدد STA COUNT // تخزين العدد الجديد القيمة الفرعية // اطرح قيمة الإدخال التي أدخلها المستخدم من العدد BRZ ENDLOOP // إذا كانت القيمة صفرًا (تمت إضافة القيمة إلى النتيجة بمقدار القيمة عدة مرات)، فانتقل إلى ENDLOOP حلقة حمالة الصدر // انتقل إلى حلقة لمواصلة إضافة القيمة إلى النتيجة نهاية الحلقة LDA RESULT // تحميل النتيجة مخرجات // نتيجة الإخراج BRA START // انتقل إلى نقطة البداية لتهيئة البرنامج والحصول على قيمة إدخال أخرى END HLT // HALT - تم إدخال صفر، لذا انتهى الأمر! بيانات النتيجة // النتيجة المحسوبة (القيمة الافتراضية 0) COUNT DAT // عداد (القيمة الافتراضية 0) بيانات واحدة 1 // ثابت، قيمته 1 بيانات القيمة // المدخلات التي يقدمها المستخدم، القيمة المراد تربيعها (القيمة الافتراضية هي 0) بيانات الصفر // ثابت، قيمته 0 (القيمة الافتراضية 0)

 ... LDA COUNT // Load the COUNT ADD ONE // Add ONE to the COUNT STA COUNT // Store the new COUNT SUB VALUE // Subtract the user provided input VALUE from COUNT BRZ ENDLOOP // If zero (VALUE has been added to RESULT by VALUE times), branch to ENDLOOP ...

 ... LDA COUNT // Load the COUNT ADD ONE // Add ONE to the COUNT STA COUNT // Store the new COUNT LDA VALUE // Load the VALUE SUB COUNT // Subtract COUNT from the user provided input VALUE BRZ ENDLOOP // If zero (VALUE has been added to RESULT by VALUE times), branch to ENDLOOP ...

LOAD LDA 0 // Load position 0 into the accumulator. This line will be modified on each loop to load the next lines into the accumulator OUT // Output the accumulator's value. The accumulator's value will be the line that was just loaded SUB ONE // Subtract 1 from the value in the accumulator. This is so we can do the BRZ in the next step to see if we are on the last line in the program BRZ ONE // If the previous subtraction has made the accumulator 0 (which means we had the value 001 in the accumulator), then branch to position ONE LDA LOAD // Load the LOAD position into the accumulator, this is in preparation to increment the address digits for this position ADD ONE // Increment the position digits for the LOAD line. The value currently in the accumulator would, if read as an instruction, load the next line into the accumulator, compared to the last line loaded STA LOAD // Store the newly incremented LOAD line back in the LOAD position BRA LOAD // Return to the beginning of the loop ONE DAT 1 // The variable ONE. If read as an instruction, this will be interpreted as HLT/COB and will end the program

• CARDboard Illustrative Aid to Computation, another instructional model
• TIS-100 (video game)
• Hack computer, another educational abstract computer
• Human Resource Machine, a computer game heavily influenced by the LMC
• WDR paper computer
• Digi-Comp I
• The Little Man Stack Machine, an expansion on the LMC with dedicated stack instructions.
• محاكي LMC عبر الإنترنت من تصميم بيتر هيغينسون .
• Tiny Binary Computer ، وهو محاكاة حاسوب ثنائي تستخدم امتدادًا لمجموعة تعليمات LMC.

لغة سي++

1. تضمين <iostream>

باستخدام مساحة الاسم std؛ int mainO [ {

 طول وعرض ومساحة الطفو؛

• ريتشارد ج. بوفينيللي: التدريس: مقدمة في مكونات الحاسوب المادية والبرمجية: حاسوب الرجل الصغير
• حاسوب "الرجل الصغير"