FORTH04南湖計(jì)算機(jī)

1、南湖計(jì)算機(jī)和南山計(jì)算器1 南湖計(jì)算機(jī)是一臺(tái)使用WD FORTH語(yǔ)言的計(jì)算機(jī)一、南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的平臺(tái)南湖計(jì)算機(jī)可以編譯執(zhí)行用WDFORTH語(yǔ)言寫(xiě)的計(jì)算機(jī)程序。通過(guò)編程，你可以用南湖計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)科學(xué)計(jì)算等各種應(yīng)用。由于采用FORTH語(yǔ)言，南湖計(jì)算機(jī)不但可以將程序編譯后供執(zhí)行，你也可以從命令窗口發(fā)布命令讓南湖計(jì)算機(jī)執(zhí)行。南湖計(jì)算機(jī)還自帶了一個(gè)“南山科學(xué)計(jì)算器”，它是由主機(jī)的FORTH語(yǔ)言支持的，功能強(qiáng)大。它不但可以供你進(jìn)行小計(jì)算（不用編程），而且把計(jì)算過(guò)程在命令窗中顯示出來(lái)，供你學(xué)習(xí)用。因此，南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)象Python、MATLB或者VB、VC這樣的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境和應(yīng)用平臺(tái)。二、南湖

2、計(jì)算機(jī)是一臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)南湖計(jì)算機(jī)的內(nèi)部已經(jīng)預(yù)置了一個(gè)32位的虛擬CPU，它有四個(gè)定名的整數(shù)通用寄存器和若干指針寄存器，也有四個(gè)定名的實(shí)數(shù)通用寄存器，實(shí)數(shù)是64位的。這個(gè)CPU有若干精簡(jiǎn)的指令供你使用，基本語(yǔ)法參考X86匯編語(yǔ)言。南湖計(jì)算機(jī)的內(nèi)部已經(jīng)建立了一個(gè)虛擬堆棧計(jì)算機(jī)。這個(gè)計(jì)算機(jī)采用哈佛結(jié)構(gòu)，代碼空間、數(shù)據(jù)空間、寄存器空間和虛擬空間都已經(jīng)分開(kāi)。作為計(jì)算機(jī)南湖計(jì)算機(jī)已經(jīng)能夠理解FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，因此你可以把南湖計(jì)算機(jī)按你的設(shè)想打造。因此，南湖計(jì)算機(jī)是一臺(tái)象8086、8051和STM32這樣結(jié)構(gòu)的虛擬嵌入式計(jì)算機(jī)，你可以用來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)理論與技術(shù)的研究，進(jìn)行計(jì)算機(jī)語(yǔ)言理論與實(shí)現(xiàn)方法的研究。三

3、、南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)主機(jī)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。南湖計(jì)算機(jī)運(yùn)行在PC機(jī)和Windows的主機(jī)環(huán)境下，通過(guò)加載不同的開(kāi)發(fā)平臺(tái)模塊，就可以開(kāi)發(fā)主機(jī)上的各種應(yīng)用程序。比如加載“金水明_X86開(kāi)發(fā)系統(tǒng).DAT”的開(kāi)發(fā)模塊，你就可以用X86FORTH匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)各種主機(jī)上的應(yīng)用程序。因此，南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)象VS一樣的通用軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)加載不同的模塊就可以使用不同的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)主機(jī)應(yīng)用程序。四、南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)目標(biāo)機(jī)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。雖然南湖計(jì)算機(jī)運(yùn)行在PC機(jī)和Windows的主機(jī)環(huán)境下，通過(guò)加載不同的開(kāi)發(fā)平臺(tái)模塊，就可以開(kāi)發(fā)各種嵌入式計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件。比如加載“金水明_X51開(kāi)發(fā)系統(tǒng).DAT”的開(kāi)發(fā)

4、模塊，你就可以用X51FORTH匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)各種基于8051CPU核的嵌入式計(jì)算機(jī)上的自動(dòng)控制程序。因此，南湖計(jì)算機(jī)是一個(gè)象Keil一樣的通用單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)加載不同的模塊就可以使用不同的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，為不同CPU架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目標(biāo)機(jī)的應(yīng)用程序。2 南山計(jì)算器人類(lèi)使用計(jì)算機(jī)的第一個(gè)目的是數(shù)值計(jì)算，當(dāng)初使用的手動(dòng)計(jì)算裝置被稱(chēng)為“手動(dòng)計(jì)算機(jī)”，使用機(jī)械之后被稱(chēng)為“機(jī)械計(jì)算機(jī)”，當(dāng)使用了電子真空數(shù)碼管作為顯示裝置后被稱(chēng)為“電子計(jì)算機(jī)”，其實(shí)這些都只完成數(shù)值計(jì)算，準(zhǔn)確的名字應(yīng)該是“計(jì)算器”。計(jì)算器的特征是有一些按鍵和顯示一個(gè)數(shù)值的顯示器，人類(lèi)通過(guò)按一定的次序按按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)值的輸入和計(jì)算

5、，最后從顯示器看結(jié)果。計(jì)算器對(duì)人類(lèi)的影響之嚴(yán)重，據(jù)說(shuō)貨物交易的雙方都通過(guò)手持計(jì)算器來(lái)進(jìn)行，而年輕人最時(shí)髦的是掏出手機(jī)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。這種影響大到在Windows操作系統(tǒng)中都提供了一個(gè)“計(jì)算器”軟件，在所有款的手機(jī)上都有這種計(jì)算器功能。計(jì)算器的最高境界是能夠編程，解決同一類(lèi)問(wèn)題的方法不需要重復(fù)地按鍵（Windows計(jì)算器居然也要用鼠標(biāo)去按鍵來(lái)輸入數(shù)據(jù)，而不用一個(gè)文本框用鍵盤(pán)輸入，真是不可思議。）來(lái)進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)讓計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算目的，也為了研究建立計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的基礎(chǔ)，本文的第一部分最終用一個(gè)“懂計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”的計(jì)算器來(lái)作為例子，這個(gè)計(jì)算器用一個(gè)通俗的名稱(chēng)“南山計(jì)算器”來(lái)稱(chēng)呼。與Windows計(jì)算器相比

6、，南山計(jì)算器除了可以讀懂FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的文本外，還增加了許多實(shí)用的功能。南山計(jì)算器最重要的用途是進(jìn)行FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，南山計(jì)算器其實(shí)只是一個(gè)界面，每個(gè)按鍵進(jìn)行的操作僅是把實(shí)現(xiàn)該功能的操作詞送給南湖計(jì)算機(jī)，在南湖計(jì)算機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，南山計(jì)算器作為結(jié)果顯示的也只是南湖計(jì)算機(jī)算術(shù)堆棧頂?shù)娜齻€(gè)數(shù)。所有南山計(jì)算器送出的命令都顯示南湖計(jì)算機(jī)命令輸入歷史的文字框中了，通過(guò)這些命令，相信FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的初學(xué)者會(huì)受益菲淺。更有甚者，如果你覺(jué)得南山計(jì)算器的功能不夠，你可以直接從南湖計(jì)算機(jī)的命令輸入框中輸入其他命令來(lái)幫你的忙！在“南湖計(jì)算機(jī)”上使用者可以手工輸入程序或者命令，也可以讓計(jì)算機(jī)輸入指

7、定的程序文件，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的結(jié)果可以顯示在屏幕上，也可以輸出到指定的文件中?！澳虾?jì)算機(jī)”是一個(gè)在PC機(jī)上WindowsXP下運(yùn)行的軟件，它可以實(shí)現(xiàn)FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言功能。通過(guò)使用FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，使用者不但可以實(shí)現(xiàn)許多的應(yīng)用功能，最重要的是可以用它開(kāi)發(fā)出其他嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（比如使用8051核心和ARM核心的單片機(jī)系統(tǒng)）使用的軟件，甚至開(kāi)發(fā)出其他嵌入式計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，使得這些系統(tǒng)也可以使用FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)與人類(lèi)進(jìn)行交流。因此“南湖計(jì)算機(jī)”有兩個(gè)功能，一個(gè)是“虛擬計(jì)算機(jī)”，它解釋執(zhí)行FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，使用者可以用它來(lái)完成應(yīng)用任務(wù)；另一個(gè)是“異機(jī)種計(jì)算機(jī)編譯器”，它

8、解釋執(zhí)行FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，生成一個(gè)可以在其他計(jì)算機(jī)平臺(tái)運(yùn)行的二進(jìn)制機(jī)器碼程序，當(dāng)然也包括生成在在PC機(jī)上WindowsXP下運(yùn)行的二進(jìn)制機(jī)器碼可執(zhí)行程序。“南湖計(jì)算機(jī)”自己能理解和執(zhí)行FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，但更重要的是用“南湖計(jì)算機(jī)”可以開(kāi)發(fā)出來(lái)新的計(jì)算機(jī)軟件或者操作系統(tǒng)，運(yùn)行這些新的計(jì)算機(jī)軟件或者操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)也能夠能理解和執(zhí)行FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)與人類(lèi)交流，甚至再新平臺(tái)上再造一個(gè)新的“南湖計(jì)算機(jī)”。FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言是人與計(jì)算機(jī)交流的語(yǔ)言，本文以下所說(shuō)的計(jì)算機(jī)如何如何，可以理解為是“南湖計(jì)算機(jī)”如何如何，可以在“南湖計(jì)算機(jī)”動(dòng)手研究。在“南湖計(jì)算機(jī)”上使用者可以手工輸入程序或者命

9、令，也可以讓計(jì)算機(jī)輸入指定的程序文件，計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的結(jié)果可以顯示在屏幕上，也可以輸出到指定的文件中。3 安裝與運(yùn)行南湖計(jì)算機(jī)軟件發(fā)布包是一個(gè)壓縮文件，文件名為“南湖計(jì)算機(jī)_Setup.rar”，將其解壓后有三個(gè)文件：（1）首先建一個(gè)自己的工作學(xué)習(xí)目錄，比如：D:學(xué)習(xí)（2）雙擊運(yùn)行“setup.exe”文件，出現(xiàn)以下安裝界面。（3）選擇確定。（4）選擇“更改目錄”，更改到剛才新建的目錄選擇確定（5）單擊計(jì)算機(jī)圖標(biāo)按鈕將軟件安裝到“學(xué)習(xí)”目錄中。選擇繼續(xù)，選擇確定。（6）安裝后“學(xué)習(xí)”目錄中新增了三個(gè)文件。以后雙擊“南湖計(jì)算機(jī).exe”文件就可以運(yùn)行程序了，并且這是軟件運(yùn)行中缺省的文件目錄就是該

10、目錄了。如果在安裝中出現(xiàn)下列問(wèn)題，一律選擇“忽略”。選擇“忽略”安裝成功后雙擊“南湖計(jì)算機(jī).exe”運(yùn)行，可以得到主界面圖1南山計(jì)算機(jī)主界面4南山可編程計(jì)算器的界面和基本操作在圖1主界面中，屏幕分為左右兩個(gè)部分，左邊是輸出信息部分，計(jì)算機(jī)輸出給使用者看的信息顯示在“文字”框里。上面幾個(gè)是示意性的指示燈。右邊的部分是輸入信息部分，下面的白底色的文字框是命令框，使用者將命令輸入在里面，然后按下面的“發(fā)送”按鈕就可以將命令發(fā)給南湖計(jì)算機(jī)執(zhí)行。比如輸入“12+.I”后按“發(fā)送”按鈕，就得到以下結(jié)果：可以看到（1）計(jì)算的結(jié)果“3”已經(jīng)出現(xiàn)在左邊輸出信息框了；（2）已經(jīng)發(fā)送的命令復(fù)制到了右邊上面的命令歷史

11、文字框了；（3）剛才的命令仍然留在命令框中，這樣方便修改后再次發(fā)送。如果不需要了，可以按“清空”按鈕將其清空。右邊輸入信息的歷史文字框里的內(nèi)容可以用鼠標(biāo)選擇和右鍵彈出菜單來(lái)復(fù)制出來(lái)。左邊輸出信息中的內(nèi)容可以按“保存”按紐將輸出結(jié)果保存到文本文件中。文字框中的文字太多時(shí)可以用“清空”按紐清除。當(dāng)鼠標(biāo)移到屏幕左邊時(shí)，左邊會(huì)彈出“南湖計(jì)算機(jī)”的工具夾來(lái)，當(dāng)鼠標(biāo)移到右邊時(shí)這個(gè)工具夾會(huì)自動(dòng)消失。圖2南湖計(jì)算機(jī)的界面計(jì)算機(jī)上部有4個(gè)文字框，上面的三個(gè)顯示了南湖計(jì)算機(jī)算術(shù)堆棧中棧頂?shù)?個(gè)數(shù)（如果實(shí)數(shù)功能關(guān)閉，代表3個(gè)單元，如果實(shí)數(shù)功能打開(kāi)則代表6個(gè)單元，每?jī)蓚€(gè)單元作為一個(gè)實(shí)數(shù)顯示）。通過(guò)按數(shù)字按鈕輸入的單個(gè)

12、數(shù)字先顯示在下面的“輸入數(shù)”文字框中，然后需要按“發(fā)送”按鈕才會(huì)將整個(gè)數(shù)字發(fā)送到南湖計(jì)算機(jī)中，這個(gè)數(shù)字將出現(xiàn)在堆棧頂“堆棧（1）”的文字框中。輸入數(shù)字到“輸入數(shù)”文字框中，除了按按鈕，可以直接把鼠標(biāo)將光標(biāo)放在框中直接用鍵盤(pán)輸入。第3行最右邊的按鈕“清空”是清空整個(gè)算術(shù)堆棧。南湖計(jì)算機(jī)的操作要按照逆波蘭的形式，比如要計(jì)算“3-2”，就要先輸入數(shù)字“3”，然后輸入數(shù)字“2”，結(jié)果見(jiàn)下圖圖3輸入數(shù)字3和2之后的結(jié)果從圖可以看出這兩次操作的結(jié)果：（1）堆棧中有兩個(gè)數(shù)，先輸入的是3，后輸入的是2；（2）在右邊輸入信息的輸入歷史框中可以看到是如何輸入這兩個(gè)實(shí)數(shù)的在輸入數(shù)之前先輸入“RealFunction

13、On”的詞將實(shí)數(shù)功能打開(kāi)，確保下一個(gè)輸入的數(shù)被轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。（當(dāng)然這個(gè)字輸入一次就可以了，這里是保險(xiǎn)起見(jiàn)）然后再按“-”減號(hào)按鈕，可以看到結(jié)果這時(shí)可以從右邊看到進(jìn)行實(shí)數(shù)減法的詞是“R8-”，從左邊可以看到減法的兩個(gè)數(shù)已經(jīng)不見(jiàn)了，結(jié)果“1”已經(jīng)放在堆棧頂了。但是在中間的輸出信息框中沒(méi)有信息，這是因?yàn)橛?jì)算結(jié)果是放在堆棧里，沒(méi)有人的命令計(jì)算機(jī)不自動(dòng)進(jìn)行輸出。雖然作為計(jì)算器已經(jīng)在堆棧頂看到結(jié)果了，但要想將結(jié)果實(shí)數(shù)“1”輸出出來(lái)，必須在右面的命令框中輸入“.R8”，然后按“發(fā)送”按鈕，結(jié)果如下圖：剛才的計(jì)算結(jié)果“1”已經(jīng)被輸出到中間的輸出信息框中了。不過(guò)執(zhí)行“.R8”的命令是把堆棧頂上的實(shí)數(shù)取走進(jìn)行輸出，

14、所以從左邊可以看出現(xiàn)在堆棧里什么都沒(méi)有了。以后如果想偷看堆棧頂上的數(shù)又不把它取走，可以輸入命令“DDUP.R8”,它的意思是在將堆棧頂?shù)膶?shí)數(shù)復(fù)制一份在堆棧頂上，然后再輸出。當(dāng)然也可以在發(fā)送“.R8”命令前先按南山計(jì)算器的“DUP”按鈕將堆棧頂?shù)膶?shí)數(shù)變成雙份。5 南山可編程計(jì)算器功能（1）學(xué)習(xí)。由于計(jì)算器的界面很簡(jiǎn)單，只需要注意采用“逆波蘭”方式，先輸入數(shù)，再按加減乘除和函數(shù)鍵就行了。當(dāng)你在進(jìn)行這些操作的時(shí)候，堆棧頂?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)跟著變化，你可以直觀(guān)感受“堆棧運(yùn)算”的過(guò)程和各個(gè)操作的意義。同時(shí)與操作對(duì)應(yīng)的命令也顯示在右邊的輸入信息框了，這例子可以用來(lái)學(xué)習(xí)編寫(xiě)程序。其實(shí)把整個(gè)輸入的命令歷史全部復(fù)制粘貼到

15、一個(gè)文本文件中，這就是解決問(wèn)題的程序了。（2）編程。把操作的過(guò)程復(fù)制粘貼到文本文件中，然后再加上一些變化，就可以編寫(xiě)成為一個(gè)新程序了。比如給一個(gè)求自由落體的拋物線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，改變時(shí)間，就可以算出位置來(lái)了。為了幫助學(xué)習(xí)FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，本文也提供了一些例子程序，讀者也可以作為參考，修改后編寫(xiě)自己的程序。自己寫(xiě)的程序可以通過(guò)頂部的“文件”菜單加載執(zhí)行。（3）擴(kuò)展。計(jì)算器頂部的四個(gè)按鈕是“自定義”功能按鈕。在安裝目錄下有一個(gè)“南山計(jì)算器_配置.txt”文件，其中的內(nèi)容為：Func1="單詞表",".Words"Func2="堆棧深度",

16、"AS_DEEP.I"Func3="顯示堆棧",".AS_STACK"Func4="任務(wù)重啟","Task_Reset"很顯然，第一個(gè)引號(hào)對(duì)（英文的雙引號(hào)）中間的是按鈕的名稱(chēng)，第二個(gè)引號(hào)對(duì)中間的是命令，可以包括多個(gè)詞。當(dāng)你按功能按鈕時(shí)，對(duì)應(yīng)的命令就被發(fā)送到南湖計(jì)算機(jī)中去執(zhí)行。因此使用者可以用它來(lái)擴(kuò)展計(jì)算器的功能。6 南湖虛擬計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)版（1）學(xué)習(xí)版主要用于FORTH計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的學(xué)習(xí)，因此沒(méi)有加入GUI和數(shù)據(jù)庫(kù)方面的支持原語(yǔ)。（2）系統(tǒng)啟動(dòng)后已經(jīng)具有了基本的詞匯。通過(guò)界面上的按

17、鈕“輸出虛擬機(jī)詞匯”，你任何時(shí)候可以將當(dāng)前系統(tǒng)具備的詞匯輸出到一個(gè)文本文件中做學(xué)習(xí)參考。（3）系統(tǒng)的功能模塊必須放在本EXE程序所在目錄下的子目錄“Data”中?？梢酝ㄟ^(guò)界面上的按鈕“加載虛擬機(jī)映象”來(lái)加載功能模塊，也可以在程序中動(dòng)態(tài)加載。（4）為了方便使用，你可以通過(guò)界面上的按鈕“輸出虛擬機(jī)映象”來(lái)輸出功能模塊。輸出的功能模塊中包括了所有你已經(jīng)編好的FORTH字。因此你用FORTH源程序?qū)懞昧艘粋€(gè)應(yīng)用程序，你只要將輸出映象分享給別人就行，不需要提供你的源程序。這個(gè)過(guò)程類(lèi)似VS開(kāi)發(fā)工具生成EXE可執(zhí)行程序一樣。與EXE程序不一樣的地方是，你可以接著使用別人已經(jīng)定義的FORTH字來(lái)編譯自己的程序

18、。然后你也可以再次生成輸出映象來(lái)讓別人共享。（5）與通常窗口式的FORTH不同，人輸入的FORTH命令和程序是從“命令窗”中寫(xiě)入和編輯，然后按“發(fā)送”才發(fā)送給FORTH虛擬機(jī)執(zhí)行。FORTH執(zhí)行的結(jié)果顯示在“信息輸出窗”中。（6）“信息輸出窗”中出現(xiàn)“FORTH>”的提示符，說(shuō)明FORTH虛擬機(jī)已經(jīng)空閑，你可以輸入下一個(gè)命令了。FORTH虛擬機(jī)忙時(shí)頂部的執(zhí)行燈會(huì)亮。（7）本計(jì)算機(jī)有左、右和頂三個(gè)工具欄，平時(shí)是隱藏的。需要時(shí)你將鼠標(biāo)移動(dòng)到屏幕的左、右和頂?shù)倪吷?，工具欄?huì)自動(dòng)彈出。當(dāng)鼠標(biāo)回到屏幕中間部分，工具欄會(huì)自動(dòng)縮回。（8）你可以通過(guò)右側(cè)的工具欄上的“終止”按鈕來(lái)終止FORTH程序的執(zhí)行，比如程序在執(zhí)行死循環(huán)。程序一旦終止，后果很難預(yù)料。建議從重新加載某個(gè)映象開(kāi)始。加載某個(gè)映象導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)到那個(gè)模塊的初始狀態(tài)，以后建立的新FORTH字都“忘了”。（9）FORTH程序是文本格式，用記事本等任何軟件都可以編。本系統(tǒng)不使用任何缺省的文件名后綴，使用時(shí)必須全名給出。建議FORTH程序以".wdf"