Электроника МК-61

Я тут довольно большой проект начал — язык высокого уровня для программируемого калькулятора «Электроника МК-61». В прошлом я с ним немного сталкивался и даже писал десять лет назад «Песню о пиве» для него.

Программирую вайбкодингом, разумеется, лучшими нейросетями из доступных — «Опусом 4.8» и «ГПТ 5.5». Вручную это проект на годы, без сеток я бы его даже не начинал.

Основная сложность — скромные возможности. На программу выделено всего 105 байт и несколько регистров, которыми можно оперировать, поэтому все лучшие программы написаны просто с нереальным количеством хаков, использующих как универсальные вещи (вроде возвратно-ориентированного программирования), так и специфические вещи, основанные на аппаратных особенностях и багах и багах калькулятора.

Калькулятор «Электроника МК-61» по версии сети «Нанабанана-2»

Ядро языка уже давно написано и даже пережило несколько рефакторингов, но до конца ещё далеко. Я перевёл на него несколько существующих кодовых бриллиантов, чтобы разобраться с применёнными там приёмами оптимизации и моему транслятору до таких вершин ещё далеко.

Сейчас я, например, разбираюсь с упаковкой нескольких переменных в один регистр. Идея простая, но позволяет иногда экономить очень много: если у нас есть три переменные и каждая принимает значение от нуля до десяти, то можно хранить их в одном регистре поразрядно от «00.0» до «99.9».

Так, например, переписывается в текущем синтаксисе игра «Охота на лис» из блога Дениса Монатко:

program FoxHuntMK61 {
  field: board(0..9, 0..9)

  state {
    cell: coord(field)
    foxes: coord_list(field, 9) = random_unique()
    bearing: counter 0..9 = 0
  }

  loop {
    cell = read()

    if cell in foxes {
      found_fox()
    }

    scan_from_cell()
    show("--", cell:02, "--", bearing)
  }

  fn found_fox() {
    show(-20)
  }

  fn scan_from_cell() {
    bearing = line_count(foxes, cell)
  }
}

Это один из более чем двадцати примеров, где оптимизатор справляется лучше или на уровне опытного программиста на этом калькуляторе.

Тот самый калькулятор «Электроника МК-61», который попал мне в руки

Как и обещал в прошлый раз, хочу рассказать с какими сложностями мне пришлось столкнуться при написании «Песни о пиве» на программируемый калькулятор «Электроника МК-61».

Калькулятор попал ко мне для передачи в компьютерный музей, который готовится к открытию в высшей школе «ИТИС» и у меня и мыслей-то не было что-то под него писать — хотелось лишь посмотреть что из себя представляет написание программ под этот гаджет, с которыми я много сталкивался в детстве через журнал «Наука и жизнь».

В процессе изучения я наткнулся на заинтриговавшую меня вещь. В некоторых операциях калькулятор переключался в режим шестнадцатеричного счисления, о чём сигнализировала восьмёрка и точка в первом разряде.

По этой таблице калькулятор отображает шестнадцатеричные числа

Как видно по таблице выше, отображение этих чисел сильно отличается от общепринятого (как правило для цифр больше девятки используются латинские буквы от A до F) и я не мог не отметить, что с их помощью легко написать английское «beer» («пиво»).

Тем более мне очень повезло в том, что индикацией этого режима является именно восьмёрка, стоящая спереди — так похожая на первую букву в нужном мне слове. Как вы теперь понимаете, на экране в моей программе написано не «BEEr», с точки зрения калькулятора там одни числа и индикатор режима — «8.EEГ» или «EED» в привычной записи (десятичное «3821»).

Так же я воспользовался тем, что «F» в этой странной нотации — пробел, что позволило мне отделить число от «надписи». Дальнейшее — дело техники.

Листинг из предыдущего поста начинается с подготовки данных в регистрах — нескольких масок на которые битовыми операциями в дальнейшем наложатся числа так, чтобы получилась нужная мне «строка». Настоящая программа начинается с нажатий на «В/О» и «ПРГ», и активно пользуется подготовленными данными.

Маски и оставшиеся числа побитно накладываются двумя подпрограммами — по отдельности на диапазоны 0…5 и 6…9 — способы их получения разнятся. Я широко использую операцию «ИНВ» — она инвертирует биты числа, по логике инвертирования цифры 6…9 превращаются в на свои позициях 9…6, и тут никаких сложностей, а знаки в диапазоне 0…5 получаются сложнее — там накладываются сразу две специальные маски и счётчик.

Для примера кусочек подпрограммы, номер слева соответствует номеру инструкции при вводе в калькулятор и каждую строку я прокомментирую, но следует понимать, что в реальности эти комментарии частью программы не являются:

// когда что-то попадает в «X» предыдущее значение смещается в «Y» (там стек из 4 позиций)
45 1 // «1» кладётся в регистр «X», входной параметр сместился в «Y»
46 + // Y + 1, передаётся в «X», это коррекция данных после операций, которые шли выше
47 К П→Х 7 // в «X» помещается число из регистра (маска), указанного в регистре №7
48 + // Y+X → X
49 ИНВ // инвертирование битов в «X», сейчас на экране написано «8.EEГ» плюс некий пока мусорный символ
50 К П→Х 8 // в «X» помещается число из регистра, указанного в регистре №8
51 ^ // операция «И», на экране — «8.EEГ», из некого символа получилось требуемое число
52 В/О // возврат из подпрограммы

Десятки и единицы выбираются адресами масок, которые я передаю при помощи косвенной адресации, хорошо, что такое вообще есть в языке — это позволяет эффективно пользоваться подпрограммами.

Подпрограмма вызывается два раза с разными параметрами — для десятков и единиц, получаются две маски, которые позднее накладываются друг на друга.

Сильно расстраивает отсутствие памяти для долговременного хранения, в устройстве хоть и есть батарейный отсек, но при любом сбое питания (батарейки сели, а блок питания не подключен), память калькулятор сбрасывается и программу придётся набрать заново. То же ожидает и в случае, если одну программу нужно будет заменить другой — хотя программы можно запускать с произвольного адреса, много их в память не уместится — её ёмкость всего 105 инструкций.

«Электроника МК-61» с запущенной на нём программой

59. Язык калькулятора Электроника МК-61. «Электроника МК-61» — устройство из класса «программирумых калькуляторов». Были когда-то такие гаджеты, позволявшие со всеми ограничениями калькуляторов (небольшая клавиатура, типичный для калькулятора экран) писать программы.

В детстве такие калькуляторы я видел только на картинках в журнале «Наука и жизнь», а программы для них были каким-то любопытным закорючками, в которых не разобраться.

Вчера мне в руки попал настоящая «Электроника МК-61» (для передачи компьютерному музею) и я наконец-то на обеде и потом вечером разобрался в этих странных значках.

Так выглядят мои «99 бутылок…» на этом калькуляторе:

8112000 Х→П c 8 + ИНВ Х→П b Вх 10 ÷ [X] Х→П d 8 + ИНВ Х→П e В/О ПРГ
П→Х 0 1 0 ÷ [x] Х→П 1 Вх {x} 1 0 × Х→П 2
1 1 Х→П 8 1 2 Х→П 7 П→Х 2 ПП 34 Х→П a
1 4 Х→П 8 1 3 Х→П 7 П→Х 1 ПП 34 П→Х a
^ С/П
6 - /-/ x<0 45 9 + К П→Х 7 + ИНВ В/О
1 + К П→Х 7 + ИНВ К П→Х 8 ^ В/О

Поскольку у меня в блоге скорее всего отсутствуют любители работать каждый день с калькуляторами советских времён, то я не буду придерживаться принятой нотации с номерами — не думаю, что кто-то будет это набирать.

Вкратце о языке. Больше всего это похоже на крайне примитивный ассемблер с гипертрофированным математическим сопроцессором. Всё то же — переходы на адрес, одно- и двухбайтные инструкции с операндами, регистры с определёнными назначениями, сильно ограниченная память (105 команд), наличествует косвенная адресация и подпрограммы (стек вызовов размером в пять вхождений).

До запуска программы нужно в регистр «0» поместить стартовое значение (например, «99», «Х→П», «0») и запустить программу «В/О», «С/П».

Это я сделал из-за того, что цикла в программе нет — из-за мельтешения разрядов совершенно не понять, что происходит. Хотя добавить его очень просто — до команды «С/П» надо вставить одну проверку с переходом и сдвинуть адреса.

Поэтому на вход подаётся нужное число, например, «42», а на выходе мы можем полюбоваться фразой «BEEr 42». Не весть что, но что вы хотели от калькулятора? Кстати, выводимая фраза — не строка (спойлер: а число), о том как мне пришлось помучаться я ещё расскажу.