б. Поместите числа, с которыми будут производиться манипуляции, в регистры 1 и 3.
(Таким образом, 3 0 6 будет означать 3 + 6; 5 1 3 будет означать 5–3; 4 2 5 будет означать 4 * 5; а 9 3 3 будет означать 9 ÷ 3.) Затем поместите результаты операции в регистры 4–7, используя регистр 4 для знака (где 0 означает +, а 1 означает –), регистр 5 для численного ответа, регистр 6 для возможного остатка в случае деления, а регистр 7 для сообщения об ошибке ввода (либо требовании делить на ноль, либо неопределенной операции в регистре 2).
Обратите внимание, что в этом примере содержимое регистров (которое всегда представляет собой число) используется для обозначения четырех совершенно разных вещей: числа, арифметической операции, знака числа и метки ошибки.
секрет 2. Что именно обозначает число в регистре, определяет созданная нами программа.
Используя уже созданные структурные элементы, можно конструировать более сложные операции. Если запастись терпением, можно нарисовать граф потока и написать программу для возведения в квадрат – SQUARE – числа из регистра 7, или программу для вычисления среднего – FIND THE AVERAGE – содержимого регистров 1–20, или программу для разложения на множители – FACTOR – содержимого регистра 6 и помещения 1 в регистр 5, если 5 – искомый простой множитель, или программу сравнения – COMPARE – содержимого регистра 3 и регистра 4 и помещения большего содержимого в регистр 5, если только – UNLESS – оно не ровно в два раза больше, потому что в таком случае необходимо поместить метку в регистр 7. И так далее.
Особенно полезна программа, которая будет осуществлять поиск – SEARCH – по содержимому регистров, чтобы проверить, есть ли среди них регистр с конкретным содержимым, и поместить адрес этого регистра в регистр 101. (Как она будет работать? Поместите искомое число – TARGET – в регистр 102, а копию искомого числа – в регистр 103. Обнулите регистр 101, а затем, начиная с регистра 1, вычитайте содержимое регистров из содержимого регистра 103 [после инкрементирования регистра 101], ища нулевую разность. Если регистр 1 не дал нулевой разницы, переходите к регистру 2 и так далее. Если в каком-либо из регистров найдется искомое число, остановите программу; адрес этого регистра окажется в регистре 101.) Благодаря примитивной “чувствительности”, заключенной в инструкции Деп, – ее способности “замечать” нули, когда она пытается декрементировать регистр, – “глаза” регистровой машины можно обратить на нее саму, чтобы она изучала собственные регистры, перемещала между ними содержимое и меняла операции в зависимости от того, что и где она обнаруживает.
секрет 3. Поскольку число в регистре может означать что угодно, регистровая машина, в принципе, может быть сконструирована таким образом, чтобы “замечать” что угодно, или “отличать” любой признак либо черту, которую можно связать с числом – или несколькими числами.
К примеру, черно-белое изображение – любое черно-белое изображение, включая изображение этой страницы, – может быть представлено в виде огромного количества регистров, по одному регистру на пиксель, где 0 означает белую точку, а 1 – черную. Теперь напишите для регистровой машины программу, которая будет искать среди тысяч изображений изображение прямой черной горизонтальной линии на белом фоне. (Не пытайтесь сделать это на самом деле. Жизнь коротка. Просто более или менее живо представьте весь сложный и трудоемкий процесс, который справится с этой задачей.) Сконструировав – в воображении – определитель горизонтальных линий, определитель вертикальных линий и определитель полуокружностей, представьте, как скомпоновать эти фрагменты с несколькими другими полезными распознавателями (возможно, их понадобятся десятки) и написать программу, которая будет находить (заглавную) букву “А” в сотнях разных шрифтов! Программы оптического распознавания символов (OCR) – один из относительно недавних триумфов компьютерного программирования – могут сканировать печатные страницы и достаточно точно преобразовывать их в текстовый файл (в котором каждый буквенный или численный символ представлен числом в кодировке ASCII, так что по тексту можно осуществлять поиск, а также подвергать его другим чудесам текстовой обработки, не используя ничего, кроме арифметики.) Может ли программа OCR читать? Не то чтобы. Она не понимает, что видит. Она вроде как читает, и это удивительно полезная способность, которую можно добавить в нашу богатую коллекцию структурных элементов.
секрет 4. Поскольку число может означать что угодно, оно может означать инструкцию или адрес.
Числом в регистре можно обозначать инструкцию, например ADD, SUBTRACT, MOVE или SEARCH, и адреса (регистров в компьютере), поэтому мы можем хранить всю последовательность инструкций в ряде регистров. Если наша основная программа (программа А) велит машине переходить от регистра к регистру, выполняя содержащиеся в регистре инструкции, тогда в эти регистры можно поместить и вторую программу, программу Б. Когда машина начинает выполнение программы А, первым делом она обращается к регистрам, которые велят ей выполнять программу Б, что машина и делает. Это означает, что можно раз и навсегда поместить программу А в центральный блок обработки данных регистровой машины, зарезервировав для нее ряд регистров (она может стать “встроенной программой”, вшитой в ПЗУ – постоянное запоминающее устройство), а затем использовать программу А, чтобы запускать программы Б, В, Г и так далее, в зависимости от того, какие числа мы помещаем в обычные регистры. Устанавливая программу А на нашу регистровую машину, мы превращаем эту машину в компьютер с хранимой в памяти программой.
Программа А наделяет регистровую машину способностью добросовестно выполнять любые инструкции, которые мы помещаем (по номерам) в регистры. Любая подлежащая выполнению программа состоит из упорядоченной последовательности чисел, к которым по порядку обращается программа А, исполняющая инструкции, обозначенные этими числами. Если разработать систему, которая будет унифицировать эти инструкции (к примеру, присваивать им имена одинаковой длины – скажем, двузначные), можно будет считать всю серию чисел, составляющих программу Б, скажем
86, 92, 84, 29, 08, 50, 28, 54, 90, 28, 54, 90
одним большим и длинным числом:
Это число одновременно представляет собой уникальное “имя” программы, программы Б, и саму программу, которая пошагово выполняется программой А. Вот другая программа:
28457029759028752907548927490275424850928428540423
и третья:
8908296472490284952498856743390438503882459802854544254789653985,
но самые интересные программы имеют гораздо более длинные имена, включающие миллионы знаков. Программы, хранимые в памяти вашего ноутбука, например текстовый процессор и браузер, представляют собой именно такие длинные числа, состоящие из многих миллионов (двоичных) знаков. Программа размером 10 мегабит – это последовательность из восьмидесяти миллионов нулей и единиц.
