Whirlwindの命令と画面

このころのコンピューターは、アドレッシングモードが多くありません。直値（値を直接指定）すら使えず、必ずメモリアドレスを指定して、そのメモリに数値を用意しておくのが一般的でした。

Whirlwind 1 (WWI) の場合、命令は 16bitで構成されますが、このうち 11bit がアドレス、5bit が命令となっています。

11bit アドレスですから、メモリ空間は 2048word です。5bit 命令ですから、最大 32命令です。

計画当初の論文では、15命令が規定されています。およそ半分にしてあるのは、必要に応じて増やす予定だったと思われます。

また、完成はしたもののコアメモリ採用以前の1951年末に書かれた論文では、メモリは 1280word 、命令数は 27であると書かれています。

最終的にはメモリは 2048word 、命令数はなんと！　限界越えの 33 になっています。

目次

Whirlwindコンピューターの説明(本文ページ)

使用可能レジスタ

演算命令

 加減算命令 乗算命令 除算命令 シフト命令 呼び出し命令 ストア命令

完成後の追加命令群

 周辺機器制御命令 I/O 命令 Flip-Flop reset 命令 チェック命令 ビット演算命令 謎の命令

完成時の27命令って？

オシロスコープ

 初期のもの 中期のもの 後期のもの

Whirlwind のアセンブラ(別ページ)

使用可能レジスタ

では、どんな命令が準備されていたのか見てみましょう。

…と、その前に前提知識を。

WWI では、値が記憶できるものをすべて「レジスタ」と呼んでいます。メモリもレジスタですし、外部に接続されているトグルスイッチもレジスタです。

現代的な意味のレジスタとしては、プログラムカウンタ、チェックレジスタ、アキュムレータ、Aレジスタ、Bレジスタの５本のレジスタがありました。

プログラムカウンタは、現在のプログラムの実行位置を示します。チェックレジスタは、システムが自分自身のデータ転送などに誤りがないかチェックするためのものです。

アキュムレータはユーザーが自由に使えるレジスタです。B レジスタは、計算によってアキュムレータを補佐するように、自動的に使われます。

残るは Aレジスタですが、これは「アキュムレータとの演算」に暗黙のうちに自動的に使われ、ユーザーから見えることはありません。

どういうことかというと、指定されたメモリアドレスから取得された数値は、まず Aレジスタに送られるのです。その後、アキュムレータとAレジスタの間で演算が行われます。

メモリを直接使用しないのは、いくら高速のメモリを使用しても、真空管の速度よりは遅いからでしょう。メモリの仕様が決定していないので、リスクを避ける意味もあったかもしれません。

ともかく、上記のような状態ですので、すべての命令は基本的に「アキュムレータ」を対象にしています。時々、補助的に Bレジスタが顔を出します。

演算命令

以下、命令は、ニーモニック、命令バイナリ、英語表記、日本語の意味で書きます。

設計段階の 1947時点から規定されていて、最終的に残された命令は、ニーモニックを黒で示します。

完成時以降に追加された命令は、赤で示します。

最終的に削除された命令は、打消し線で示します。

加減算命令

アキュムレータに対し、メモリ内容の加減算を行います。

同時に、アキュムレータクリアの指定が可能です。（クリアして加算は、アキュムレータへのロード命令と同等になります。また、クリアして減算は、数値の符号を逆にすることになります。）

他にキャリー付加算命令があり、２倍長数値の加算が可能となっています。

加減算は重要な機能なので、完成後の追加命令が多いです。

1952年初頭時点で、ao と cm が確認されています。

ao はインクリメント命令(Add One)。メモリの内容を1増加し、アキュムレータにも読み込みます。

cm は、メモリ内容を「絶対値」としてアキュムレータに読み込みます(Clear and Magnitude)。M は Magnitude 、絶対値の意味です。

1952年末時点では、さらに2命令が確認されます。

dm は、絶対値の差分命令。アキュムレータとメモリそれぞれの絶対値の差を取り、アキュムレータに入れます。ややこしいので式にすると、AC←|AC|-|X| です。

ab 命令では、アキュムレータではなく、Bレジスタを対象として加算を行います。ただし、結果はアキュムレータに入ります。

乗算命令

アキュムレータに対し、メモリ内容の掛け算を行います。

16bit x 16bit ですが、最上ビットを「符号」とみなすため、結果は 30bit になります。（1の補数表現で演算されます）。この結果は、アキュムレータに符号と上位 14bit 、Bレジスタに下位 16bit が入ります。

下位部分まで完全に計算するか、上位が求まった時点で打ち切るか選べます。

（打ち切り可能なのは、有効数字を16bit として、高速性を重視するためと思われる）

1952年末時点で sf 命令が追加されていますが…どうも、説明を読んでもよくわかりません。

1951年末に書かれた論文では、「浮動小数点を扱いやすくするための命令がある」とのことです。おそらくは、これがその命令。

具体的には、アキュムレータと Bレジスタを連結した 32bit を浮動小数点演算の仮数部とみなし、正規化します。２進数の浮動小数点が 0.1xxxxx という状態（10進数で書けば、0.5 以上）になるようにする、ということ。

そして、この上位 11bit を、指定されたメモリの下位 11bit に書き込みます。メモリの上位 5bit は影響をうけません。

符号部 1bit 、指数部 4bit 、仮数部 11bit とすれば、浮動小数点形式の出来上がりです。

除算命令

アキュムレータに対し、メモリ内容の割り算を行います。

結果は Bレジスタに入るため、割り算命令の後には次に説明する左シフトでアキュムレータに内容を移動する必要があります。

切り捨てを行う場合、左シフトの数で調整します。

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