Pymputer

Идея для этого проекта пришла ко мне во время изучения Computer Science, и мне захотелось повторить архитектуру Фон Неймана на Python.

Я изначально знал на что иду, и мне было неинтересно пользоваться упрощениями и высоким уровнем абстракции в Python, и я буквально начал писать симулятор ассемблера, который в дальнейшем должен перерасти в симулятор процессора, который воссоздаётся из самых базовых логических схем, триггеров и так далее.

Визуальное представление:

Установка

git clone https://github.com/PurpleSwtr/Pymputer.git

cd Pymputer

Запуск

Запустите главный файл main.py, чтобы увидеть примеры выполнения команд:

python main.py

Вы можете изменять команды в файле main.py:

from Classes.Computer import Computer

# Инициализация основного экземпляра класса 
computer = Computer()

# Отображение начального состояния регистров
computer.comp_repr()

# Пример 1: Выполнение команды в машинных кодах
computer.command("0010 0100 0010 0101")

# Пример 2: Выполнение команды на ассемблере
computer.command("w = 7 + 9")

---

Компоненты системы

• Computer: Главный класс, координирующий работу всех модулей.
• ALU (Arithmetic-Logic Unit): Реализует логические операции (AND, OR, XOR, NOT) и арифметические операции на их основе (полусумматоры, полные сумматоры).
• RegisterFile: Хранилище данных, состоящее из нескольких 4-битных регистров, включая регистр инструкций [OP] и регистр для записи результата [w] (итого 16).
• Decoder: Преобразует команды с упрощенного ассемблера (например, w = 7 + 9) в машинный код.
• ProgramCounter (PC): Счетчик команд, указывающий на текущий шаг выполнения программы.

Примечание: абсолютно все блоки реализовывались на основе предыдущих, начиная с самых низких уровней абстракции

---

Как это работает?

Процесс выполнения команды w = 7 + 9 выглядит следующим образом:

1. Пользователь передает строку "w = 7 + 9" в метод computer.command().
2. Decoder преобразует эту строку в машинный код. Он разбивает команду на (w, =, 7, +, 9) и заменяет их на соответствующие 4-битные коды из своего словаря инструкций. Результат: ['0010', '0111', '1001', '1101'].
3. Computer загружает эти 4-битные чанки в RegisterFile:
   • 0010 (код операции +) -> в регистр [OP]
   • 0111 (число 7) -> в регистр [R1]
   • 1001 (число 9) -> в регистр [R2]
4. Computer извлекает инструкцию (0010) и аргументы (0111, 1001) из регистров и передает их в ALU.
5. ALU выполняет 4-битное сложение 0111 + 1001. Результат 10000 (16 в десятичной).
6. Поскольку результат 5-битный, ALU сигнализирует о переполнении ([WARNING] - stack overflow!).
7. Computer записывает 4 младших бита результата (0000) в регистр [w].
8. Computer выводит конечное состояние регистров.