Extended Instructions Set (EIS): MUL, DIV, ASH, ASHC

[Manwe]

Как вы знаете, в процессоре ВМ1 зарезервированы коды команд для умножения, деления и произвольного сдвига, но сами эти команды не реализованы. Попытка выполнить такую команду приводит к особому прерыванию. Пользуясь этим, можно написать программу-эмулятор недостающих команд и назначить её на прерывание. Эту программу я буду называть "драйвером EIS".

Такой драйвер встроен в прошивку контроллера дисковода. Но многие пользуются контроллером жёсткого диска, а в его прошивке нет драйвера EIS.
Есть программа SETMBR, одна из функций которой - прописать в нулевую дорожку жёсткого диска установщик драйвера EIS. Но такой подход тоже не всегда удобен.

Я написал полностью новый драйвер - он понадобился для взлома игры “Overkill”. Хотелось превзойти по скорости драйвер из SETMBR. Драйвер устанавливается небольшой программой и всё время находится в памяти контроллера жёсткого диска SMK. Пропадает после холодной перезагрузки компьютера.



Во время работы я также написал тест, проверяющий всевозможные случаи использования MUL, DIV, ASH и ASHC. Оказалось, что не всё так просто, и у меня появилась вторая цель - добиться полной совместимости с более продвинутым процессором ВМ2, где эти команды реализованы аппаратно.
Тест заканчивается замером скорости выполнения команд. Каждая команда выполняется 10 раз с разными аргументами и типами адресации, после чего время выполнения (в тактах процессора) усредняется. Затем выводится итоговый рейтинг. Результат работы своего драйвера я взял за эталон, он выдаёт 100%. Драйвер из SETMBR выдаёт только 88% от этой скорости. Это на реальной БК-0011М. В эмуляторах БК на других платформах результат будет ниже (60%-67%), потому что эмуляторы не учитывают скорость отклика памяти контроллера SMK.



В итоге мой драйвер получился точней и в среднем быстрей, но он занимает больше места (в памяти SMK много места). На всё ушло 10 вечеров (считая взлом игры). Возможно, самое важное - в процессе был улучшен компилятор PDPy11: в нём появилась возможность записи 32-разрядных чисел командой .DWORD (за это спасибо Ivanq).

EIS-driver-for-BK0010.zip
В архиве установщик драйвера, исходники и тест с бенчмарком. В исходниках много комментариев, всё должно быть понятно. Если найдёте ошибки, предложите хитрые тесты или придумаете как увеличить скорость и уменьшить размер без потери скорости - предлагайте, вносите исправления в исходники - буду рад!

Рекомендую прописать драйвер в автозагрузку MKDOS (в текстовый файл STARTS.COM).

Отдельное спасибо:
Alex_K, который на заключительном этапе выдал подробнейшее описание процессора ВМ2, что помогло исправить пару тонкостей,
S_V_B за тесты на реальной УКНЦ,
Niol’у за предоставленную БК-0011М, которую он вот уже два месяца всё никак у меня не заберёт
Svinka за процессор 1801ВМ1Г с аппаратным умножением.
gid и ivagor за найденные баги и советы по оптимизации.

Пример ошибок, обнаруженных тестом в драйвере SETMBR:

Скрытый текст

[свернуть]

[Advertiser]

[Manwe]

Исходники вещественной арифметики от DEC:
https://www.retro11.de/ouxr/211bsd/u...h_fpsim.s.html

[gid]

Не проходит сдаточный тест 791402.
Зацикливается при выполнении

mov #77777,R5
mul #100000,R5

[nzeemin]

Может вам вот это ещё пригодится - реализация некоторых математических функций на вещественной арифметике PDP-11:
https://github.com/schors/sfun

[Manwe]

Не проходит сдаточный тест 791402.
Зацикливается при выполнении

mov #77777,R5
mul #100000,R5

Интересно, а как это должно обрабатываться? 100000 – некорректное знаковое число: если старший бит = 1, то число отрицательное, инвертируем и прибавляем 1, чтобы получить положительное, и вновь имеем отрицательное 100000.

[Lethargeek]

Интересно, а как это должно обрабатываться? 100000 – некорректное знаковое число:

с чего вдруг бы? вполне корректное

если старший бит = 1, то число отрицательное, инвертируем и прибавляем 1, чтобы получить положительное, и вновь имеем отрицательное 100000.

нет, имеем положительное беззнаковое

[Manwe]

нет, имеем положительное беззнаковое

Согласно Wikipedia (на примере 8-битных чисел), это -128: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код

[gid]

Интересно, а как это должно обрабатываться?

Так, чтобы не происходило зацикливания, вот ваш код:

305 		CLR R1
306 		CLR R0				; R0_R1 = R4_R5 * R2
307 3:		ASR R2				; main loop
308 		BEQ 6
309 		BCC 5
310 4:			ADD R5,R1
311 			ADC R0
312 			ADD R4,R0
313 5:		ASL R5
314 		ROL R4
315 		BR 3				; end of main loop
316 6:		BCC 7
317 			ADD R5,R1
318 			ADC R0
319 			ADD R4,R0
320 
321 7:		TST R0				; high 16 bit

причина зацикливания в строке 307, команда ASR R2, потому что если на входе в R2 попадётся отрицательное число, то R2 никогда не станет 0 и условие выхода из цикла не выполнится.
Её надо заменить на CLC ROR R2. А в целях оптимизации CLC можно пропустить, т.к. при входе в цикл бит С обнуляется командой CLR R0 в строке 306, а внутри цикла команда ROL R4 в строке 314 всегда вытесняет в бит C число 0.

[ivagor]

Это не все, фрагмент

			COM R0
			NEG R1

надо дополнить чем-то вроде

			bne 73
			inc r0
73:

Специалисты по PDP11 скорее всего предложат более изящный вариант. Стоит более тщательно проверить библиотеку, если при поверхностном просмотре сразу видны 2 ошибки, то вполне возможно их там больше.

[Lethargeek]

Согласно Wikipedia (на примере 8-битных чисел), это -128: https://ru.wikipedia.org/wiki/Дополнительный_код

иии что? и оно же беззнаковое +128 (или на быкашках дополнительный код обязателен в любых обстоятельствах под угрозой четвертования?)