[发明专利]一种支持FORTH语言的计算机体系结构

说明书

本发明涉及一种计算机体系结构，更具体地说，本发明涉及一种能直接支持第四代高级计算机语言-FORTH语言的计算机体系结构。

目前的计算机系统中都配备了丰富的软件，其中传统的高级语言（例如：FORTRAN、COBOL、PASCAL、BASIC等）都得到了广泛的应用。但是，这类高级语言的功能都是有限的，而且对这类语言本身的二次开发工作一般都需要由生产厂家完成，靠语言本身是不能完成的，此外，这类语言虽然书写程序比较方便、规范，但是由于它们与机器之间的界面过多，所以编译速度和效率都较低。由于对机器的不透明性，使得程序的质量和运行效率的提高也受到很大的限制。例如，在使用FORTRAN语言时，首先要在操作系统界面上使用文本编辑软件，编辑一个FORTRAN源程序文件，接着要在FORTRAN编译系统界面上，对源程序文件进行二遍扫描编译，从而产生相应的目标程序文件;编译通过之后，再回到操作系统界面上使用系统的链接软件，对目标文件进行链接定位，使之产生相应的可执行文件，这样一个可执行文件才可在操作系统界面上直接运行。当FORTRAN程序中需要调用汇编语言程序时，则需要通过与产生FORTRAN目标程序文件相类似的方法，使用系统的文本编辑软件和汇编语言来生成汇编目标程序文件，然后与FORTRAN目标程序文件一起链接定位。由此可见，这样的编译过程十分繁索，界面的转换也很多，大大影响了编译速度和效率，初学者也不易掌握。

近年来，人们愈来愈积极地寻求界面简单、结构化好及编译效率高，并能自扩展（自我二次开发）的高级软件工具，因而出现了具有明显优势的第四代高级程序设计语言FORTH语言。

FORTH语言系统与其它高级语言不同，FORTH系统一旦生成后，就不必进行任何界面的转换，只在FORTH系统这一层界面上就可以进行从编辑、编译到运行器各个状态下的工作。这是因为FORTH系统容纳了操作系统的常驻模块的主要功能，并且有自己的文本编辑器。另外，FORTH系统中还包含了完全结构化的一次扫描的FORTH汇编，它可以在FORTH系统中直接编译和运行汇编程序。此外，FORTH语言还具有许多优于其它高级语言的优点，例如它是完全结构化的，并具有自我扩展能力，它是透明的语言，也是目标代码最短的语言等等，因为具有上述优点，FORTH语言已经在世界各国，尤其是在美国，得到了愈来愈广泛的应用。

然而，目前的计算机都是传统的冯·依曼型计算机。这种类型的计算机都有一套机器的指令系统，机器的CPU只能分析、执行这套机器指令集，人们必须在这个指令系统的基础上去开发软件。因此便需要开发出一种能直接运行FORTH高级语言的新一代计算机。

目前，传统的计算机体系结构主要是采用复杂的指令系统计算机结构，即CISC（Complex    Instruction    Set    Computer）结构。为了能得到更快的执行命令的速度，同时使结构简单，电路简化，成本更低廉，又出现了一种新的计算机体系结构-（RISC（Reduced    Instruction    Set    Computer）结构。RISC结构计算机的特点是在每个时钟周期内执行一条指令;其指令使用固定格式。RISC结构计算机强调使用载出/存入设计，以存贮器执行指令方式完成从存贮器载出和存入存贮器。另外，RISC结构计算机使用硬件布线来实现指令控制，不用微代码设计，以保证快速度、单周期操作码的运行。1987年底，美国的Koopman提出了一种交互式计算机结构，它能把RISC结构和CISC结构综合在一起，产生出一种更有兴趣、布局合理、灵活、速度快的机器，该结构被命名为WISC（Writable    Instruction    Set    Computer）结构。

有关FORTH高级语言和CISC、RISC及WISC体系结构的参考文件请见刘大力、黎晓准、张汉煜编著的，人民邮电出版社于1988年2月出版的《第四代计算机高级语言-FORTH》一书，以及《Communication    of    the    ACM》杂志1985年第1期刊登的文章“Reduced    Instruction    Set    Computer”，《Byte》杂志1987年April的文章“The    WWISC    Concept”Phil    Koopman。