FORTH04南湖計算機

1、南湖計算機和南山計算器1 南湖計算機是一臺使用WD FORTH語言的計算機一、南湖計算機是一個程序開發(fā)和應用的平臺南湖計算機可以編譯執(zhí)行用WDFORTH語言寫的計算機程序。通過編程，你可以用南湖計算機開發(fā)科學計算等各種應用。由于采用FORTH語言，南湖計算機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)布命令讓南湖計算機執(zhí)行。南湖計算機還自帶了一個“南山科學計算器”，它是由主機的FORTH語言支持的，功能強大。它不但可以供你進行小計算（不用編程），而且把計算過程在命令窗中顯示出來，供你學習用。因此，南湖計算機是一個象Python、MATLB或者VB、VC這樣的程序開發(fā)環(huán)境和應用平臺。二、南湖

2、計算機是一臺虛擬計算機南湖計算機的內(nèi)部已經(jīng)預置了一個32位的虛擬CPU，它有四個定名的整數(shù)通用寄存器和若干指針寄存器，也有四個定名的實數(shù)通用寄存器，實數(shù)是64位的。這個CPU有若干精簡的指令供你使用，基本語法參考X86匯編語言。南湖計算機的內(nèi)部已經(jīng)建立了一個虛擬堆棧計算機。這個計算機采用哈佛結構，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。作為計算機南湖計算機已經(jīng)能夠理解FORTH計算機語言，因此你可以把南湖計算機按你的設想打造。因此，南湖計算機是一臺象8086、8051和STM32這樣結構的虛擬嵌入式計算機，你可以用來進行計算機理論與技術的研究，進行計算機語言理論與實現(xiàn)方法的研究。三

3、、南湖計算機是一個主機軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺。南湖計算機運行在PC機和Windows的主機環(huán)境下，通過加載不同的開發(fā)平臺模塊，就可以開發(fā)主機上的各種應用程序。比如加載“金水明_X86開發(fā)系統(tǒng).DAT”的開發(fā)模塊，你就可以用X86FORTH匯編語言開發(fā)各種主機上的應用程序。因此，南湖計算機是一個象VS一樣的通用軟件開發(fā)平臺，通過加載不同的模塊就可以使用不同的計算機高級語言開發(fā)主機應用程序。四、南湖計算機是一個目標機軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺。雖然南湖計算機運行在PC機和Windows的主機環(huán)境下，通過加載不同的開發(fā)平臺模塊，就可以開發(fā)各種嵌入式計算機上的應用軟件。比如加載“金水明_X51開發(fā)系統(tǒng).DAT”的開發(fā)

4、模塊，你就可以用X51FORTH匯編語言開發(fā)各種基于8051CPU核的嵌入式計算機上的自動控制程序。因此，南湖計算機是一個象Keil一樣的通用單片機軟件開發(fā)平臺，通過加載不同的模塊就可以使用不同的計算機高級語言，為不同CPU架構的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)目標機的應用程序。2 南山計算器人類使用計算機的第一個目的是數(shù)值計算，當初使用的手動計算裝置被稱為“手動計算機”，使用機械之后被稱為“機械計算機”，當使用了電子真空數(shù)碼管作為顯示裝置后被稱為“電子計算機”，其實這些都只完成數(shù)值計算，準確的名字應該是“計算器”。計算器的特征是有一些按鍵和顯示一個數(shù)值的顯示器，人類通過按一定的次序按按鍵來實現(xiàn)數(shù)值的輸入和計算

5、，最后從顯示器看結果。計算器對人類的影響之嚴重，據(jù)說貨物交易的雙方都通過手持計算器來進行，而年輕人最時髦的是掏出手機來進行計算。這種影響大到在Windows操作系統(tǒng)中都提供了一個“計算器”軟件，在所有款的手機上都有這種計算器功能。計算器的最高境界是能夠編程，解決同一類問題的方法不需要重復地按鍵（Windows計算器居然也要用鼠標去按鍵來輸入數(shù)據(jù)，而不用一個文本框用鍵盤輸入，真是不可思議。）來進行。為了實現(xiàn)讓計算機進行數(shù)值計算目的，也為了研究建立計算機語言的基礎，本文的第一部分最終用一個“懂計算機語言”的計算器來作為例子，這個計算器用一個通俗的名稱“南山計算器”來稱呼。與Windows計算器相比

6、，南山計算器除了可以讀懂FORTH計算機語言的文本外，還增加了許多實用的功能。南山計算器最重要的用途是進行FORTH計算機語言的學習，南山計算器其實只是一個界面，每個按鍵進行的操作僅是把實現(xiàn)該功能的操作詞送給南湖計算機，在南湖計算機中進行運算，南山計算器作為結果顯示的也只是南湖計算機算術堆棧頂?shù)娜齻€數(shù)。所有南山計算器送出的命令都顯示南湖計算機命令輸入歷史的文字框中了，通過這些命令，相信FORTH計算機語言的初學者會受益菲淺。更有甚者，如果你覺得南山計算器的功能不夠，你可以直接從南湖計算機的命令輸入框中輸入其他命令來幫你的忙！在“南湖計算機”上使用者可以手工輸入程序或者命令，也可以讓計算機輸入指

7、定的程序文件，計算機執(zhí)行程序的結果可以顯示在屏幕上，也可以輸出到指定的文件中。“南湖計算機”是一個在PC機上WindowsXP下運行的軟件，它可以實現(xiàn)FORTH計算機語言功能。通過使用FORTH計算機語言編寫的程序，使用者不但可以實現(xiàn)許多的應用功能，最重要的是可以用它開發(fā)出其他嵌入式計算機系統(tǒng)（比如使用8051核心和ARM核心的單片機系統(tǒng)）使用的軟件，甚至開發(fā)出其他嵌入式計算機的操作系統(tǒng)，使得這些系統(tǒng)也可以使用FORTH計算機語言來與人類進行交流。因此“南湖計算機”有兩個功能，一個是“虛擬計算機”，它解釋執(zhí)行FORTH計算機語言，使用者可以用它來完成應用任務；另一個是“異機種計算機編譯器”，它

8、解釋執(zhí)行FORTH計算機語言，生成一個可以在其他計算機平臺運行的二進制機器碼程序，當然也包括生成在在PC機上WindowsXP下運行的二進制機器碼可執(zhí)行程序。“南湖計算機”自己能理解和執(zhí)行FORTH計算機語言，但更重要的是用“南湖計算機”可以開發(fā)出來新的計算機軟件或者操作系統(tǒng)，運行這些新的計算機軟件或者操作系統(tǒng)的計算機也能夠能理解和執(zhí)行FORTH計算機語言來與人類交流，甚至再新平臺上再造一個新的“南湖計算機”。FORTH計算機語言是人與計算機交流的語言，本文以下所說的計算機如何如何，可以理解為是“南湖計算機”如何如何，可以在“南湖計算機”動手研究。在“南湖計算機”上使用者可以手工輸入程序或者命

9、令，也可以讓計算機輸入指定的程序文件，計算機執(zhí)行程序的結果可以顯示在屏幕上，也可以輸出到指定的文件中。3 安裝與運行南湖計算機軟件發(fā)布包是一個壓縮文件，文件名為“南湖計算機_Setup.rar”，將其解壓后有三個文件：（1）首先建一個自己的工作學習目錄，比如：D:學習（2）雙擊運行“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）單擊計算機圖標按鈕將軟件安裝到“學習”目錄中。選擇繼續(xù)，選擇確定。（6）安裝后“學習”目錄中新增了三個文件。以后雙擊“南湖計算機.exe”文件就可以運行程序了，并且這是軟件運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)下列問題，一律選擇“忽略”。選擇“忽略”安裝成功后雙擊“南湖計算機.exe”運行，可以得到主界面圖1南山計算機主界面4南山可編程計算器的界面和基本操作在圖1主界面中，屏幕分為左右兩個部分，左邊是輸出信息部分，計算機輸出給使用者看的信息顯示在“文字”框里。上面幾個是示意性的指示燈。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)給南湖計算機執(zhí)行。比如輸入“12+.I”后按“發(fā)送”按鈕，就得到以下結果：可以看到（1）計算的結果“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)容可以用鼠標選擇和右鍵彈出菜單來復制出來。左邊輸出信息中的內(nèi)容可以按“保存”按紐將輸出結果保存到文本文件中。文字框中的文字太多時可以用“清空”按紐清除。當鼠標移到屏幕左邊時，左邊會彈出“南湖計算機”的工具夾來，當鼠標移到右邊時這個工具夾會自動消失。圖2南湖計算機的界面計算機上部有4個文字框，上面的三個顯示了南湖計算機算術堆棧中棧頂?shù)?個數(shù)（如果實數(shù)功能關閉，代表3個單元，如果實數(shù)功能打開則代表6個單元，每兩個單元作為一個實數(shù)顯示）。通過按數(shù)字按鈕輸入的單個

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”按鈕才會將整個數(shù)字發(fā)送到南湖計算機中，這個數(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，可以直接把鼠標將光標放在框中直接用鍵盤輸入。第3行最右邊的按鈕“清空”是清空整個算術堆棧。南湖計算機的操作要按照逆波蘭的形式，比如要計算“3-2”，就要先輸入數(shù)字“3”，然后輸入數(shù)字“2”，結果見下圖圖3輸入數(shù)字3和2之后的結果從圖可以看出這兩次操作的結果：（1）堆棧中有兩個數(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實數(shù)的在輸入數(shù)之前先輸入“RealFunction

13、On”的詞將實數(shù)功能打開，確保下一個輸入的數(shù)被轉換為實數(shù)。（當然這個字輸入一次就可以了，這里是保險起見）然后再按“-”減號按鈕，可以看到結果這時可以從右邊看到進行實數(shù)減法的詞是“R8-”，從左邊可以看到減法的兩個數(shù)已經(jīng)不見了，結果“1”已經(jīng)放在堆棧頂了。但是在中間的輸出信息框中沒有信息，這是因為計算結果是放在堆棧里，沒有人的命令計算機不自動進行輸出。雖然作為計算器已經(jīng)在堆棧頂看到結果了，但要想將結果實數(shù)“1”輸出出來，必須在右面的命令框中輸入“.R8”，然后按“發(fā)送”按鈕，結果如下圖：剛才的計算結果“1”已經(jīng)被輸出到中間的輸出信息框中了。不過執(zhí)行“.R8”的命令是把堆棧頂上的實數(shù)取走進行輸出，

14、所以從左邊可以看出現(xiàn)在堆棧里什么都沒有了。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)膶崝?shù)復制一份在堆棧頂上，然后再輸出。當然也可以在發(fā)送“.R8”命令前先按南山計算器的“DUP”按鈕將堆棧頂?shù)膶崝?shù)變成雙份。5 南山可編程計算器功能（1）學習。由于計算器的界面很簡單，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。當你在進行這些操作的時候，堆棧頂?shù)臄?shù)據(jù)會跟著變化，你可以直觀感受“堆棧運算”的過程和各個操作的意義。同時與操作對應的命令也顯示在右邊的輸入信息框了，這例子可以用來學習編寫程序。其實把整個輸入的命令歷史全部復制粘貼到

15、一個文本文件中，這就是解決問題的程序了。（2）編程。把操作的過程復制粘貼到文本文件中，然后再加上一些變化，就可以編寫成為一個新程序了。比如給一個求自由落體的拋物線運動的過程，改變時間，就可以算出位置來了。為了幫助學習FORTH計算機語言，本文也提供了一些例子程序，讀者也可以作為參考，修改后編寫自己的程序。自己寫的程序可以通過頂部的“文件”菜單加載執(zhí)行。（3）擴展。計算器頂部的四個按鈕是“自定義”功能按鈕。在安裝目錄下有一個“南山計算器_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="任務重啟","Task_Reset"很顯然，第一個引號對（英文的雙引號）中間的是按鈕的名稱，第二個引號對中間的是命令，可以包括多個詞。當你按功能按鈕時，對應的命令就被發(fā)送到南湖計算機中去執(zhí)行。因此使用者可以用它來擴展計算器的功能。6 南湖虛擬計算機學習版（1）學習版主要用于FORTH計算機語言和各種計算機系統(tǒng)開發(fā)的學習，因此沒有加入GUI和數(shù)據(jù)庫方面的支持原語。（2）系統(tǒng)啟動后已經(jīng)具有了基本的詞匯。通過界面上的按

17、鈕“輸出虛擬機詞匯”，你任何時候可以將當前系統(tǒng)具備的詞匯輸出到一個文本文件中做學習參考。（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。可以通過界面上的按鈕“加載虛擬機映象”來加載功能模塊，也可以在程序中動態(tài)加載。（4）為了方便使用，你可以通過界面上的按鈕“輸出虛擬機映象”來輸出功能模塊。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源程序寫好了一個應用程序，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。這個過程類似VS開發(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字來編譯自己的程序

18、。然后你也可以再次生成輸出映象來讓別人共享。（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”中寫入和編輯，然后按“發(fā)送”才發(fā)送給FORTH虛擬機執(zhí)行。FORTH執(zhí)行的結果顯示在“信息輸出窗”中。（6）“信息輸出窗”中出現(xiàn)“FORTH>”的提示符，說明FORTH虛擬機已經(jīng)空閑，你可以輸入下一個命令了。FORTH虛擬機忙時頂部的執(zhí)行燈會亮。（7）本計算機有左、右和頂三個工具欄，平時是隱藏的。需要時你將鼠標移動到屏幕的左、右和頂?shù)倪吷?，工具欄會自動彈出。當鼠標回到屏幕中間部分，工具欄會自動縮回。（8）你可以通過右側的工具欄上的“終止”按鈕來終止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，后果很難預料。建議從重新加載某個映象開始。加載某個映象導致系統(tǒng)恢復到那個模塊的初始狀態(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，使用時必須全名給出。建議FORTH程序以".wdf"