حاسوب ذو مجموعة تعليمات واحدة

تُعد الآلات التي تعالج البتات أبسط فئة.

تُعرف بنية النقل المُفعَّلة (TTA) بتصميمٍ يكون فيه الحساب أثرًا جانبيًا لنقل البيانات. عادةً، تُنفِّذ بعض سجلات الذاكرة (منافذ التفعيل) ضمن مساحة العناوين المشتركة عمليةً مُحدَّدةً عند استدعاء التعليمات لها. على سبيل المثال، في بنية OISC التي تستخدم تعليمة نسخ واحدة من الذاكرة إلى الذاكرة، يتم ذلك عن طريق تفعيل منافذ تُنفِّذ عمليات حسابية وقفزات مؤشر التعليمات عند الكتابة إليها.

تستخدم الآلات الحسابية الكاملة تورينج عملية حسابية وقفزة شرطية. ومثل الحاسوبين العالميين السابقين، فإن هذه الفئة كاملة تورينج أيضًا. تعمل هذه التعليمة على أعداد صحيحة قد تكون أيضًا عناوين في الذاكرة.

يوجد حاليًا العديد من أجهزة OISC المعروفة من هذه الفئة، والتي تعتمد على عمليات حسابية مختلفة:

• الجمع (addleq، أضف وافصل إذا كان أقل من أو يساوي الصفر) ^{[ 6 ]}
• decrement (DJN, Decrement and branch ( Jump ) if N onzero) ^{[ 7 ]}
• زيادة (P1eq، P زائد 1 والتفرع إذا كان يساوي قيمة أخرى) ^{[ 8 ]}
• الطرح (subleq، اطرح وافصل إذا كان أقل من أو يساوي الصفر) ^{[ 9 ] [ 10 ]}
• الطرح الموجب عند الإمكان، وإلا التفرع (آلة الحساب) ^{[ 11 ]}

تقوم التعليمة SBNZ a, b, c, d (" طرح والتفرع إذا لم يكن الناتج صفرًا ") بطرح محتويات العنوان a من محتويات العنوان b ، وتخزين النتيجة في العنوان c ، ثم إذا لم تكن النتيجة صفرًا ، يتم نقل التحكم إلى العنوان d (إذا كانت النتيجة تساوي صفرًا، ينتقل التنفيذ إلى التعليمة التالية في التسلسل). ^{[ 3 ]}

تقوم تعليمة subleq (" الطرح والتفرع إذا كان الناتج أقل من أو يساوي صفرًا ") بطرح محتويات العنوان a من محتويات العنوان b ، وتخزين النتيجة في العنوان b ، ثم إذا كانت النتيجة غير موجبة ، يتم نقل التحكم إلى العنوان c (أما إذا كانت النتيجة موجبة، فيتم تنفيذ التعليمة التالية في التسلسل). ^{[ 3 ] : 4-7} الشفرة الزائفة :

تعليماتsubleqa,b,c Mem[b] = Mem[b] - Mem[a] إذا كان (Mem[b] ≤ 0) انتقل إلى c

يمكن منع التفرع الشرطي بتعيين المعامل الثالث مساوياً لعنوان التعليمة التالية في التسلسل. إذا لم يُكتب المعامل الثالث، فإن هذا المنع يكون ضمنياً.

يُمكن أيضاً استخدام صيغة بديلة تتضمن مُعاملين ومُجمِّع داخلي ، حيث يُطرح المُجمِّع من موقع الذاكرة المُحدد بواسطة المُعامل الأول. تُخزَّن النتيجة في كلٍّ من المُجمِّع وموقع الذاكرة، ويُحدد المُعامل الثاني عنوان التفرع.

تعليماتsubleq2a,b Mem[a] = Mem[a] - ACCUM التراكم = الذاكرة[أ] إذا كانت قيمة (Mem[a] ≤ 0) انتقل إلى b

على الرغم من أن هذا يستخدم اثنين فقط (بدلاً من ثلاثة) من المعاملات لكل تعليمة، إلا أنه يلزم بالتالي المزيد من التعليمات لتنفيذ عمليات منطقية مختلفة.

int memory [], program_counter , a , b , c program_counter = 0 while ( program_counter >= 0 ) : a = memory [ program_counter ] b = memory [ program_counter + 1 ] c = memory [ program_counter + 2 ] if ( a < 0 or b < 0 ) : program_counter = -1 else : memory [ b ] = memory [ b ] - memory [ a ] if ( memory [ b ] > 0 ) : program_counter += 3 else : program_counter = c

تُعرَّف تعليمة subneg (" اطرح وتفرع إذا كان العدد سالبًا ")، والتي تُسمى أيضًا SBN ، بشكل مشابه لتعليمة subleq : ^{[ 2 ] : 41، 51-52}

تعليماتsubnega,b,c Mem[b] = Mem[b] - Mem[a] إذا كانت قيمة (Mem[b] < 0) انتقل إلى c

يمكن منع التفرع الشرطي بتعيين المعامل الثالث مساوياً لعنوان التعليمة التالية في التسلسل. إذا لم يُكتب المعامل الثالث، فإن هذا المنع يكون ضمنياً.

التعليمات (* عناوين الطرح، والطرح منه، والنتيجة، والقفز *)subnegs,m,r,j Mem[r] = Mem[m] - Mem[s] إذا كانت قيمة (Mem[r] < 0) انتقل إلى j

في محاولة لجعل آلة تورينج أكثر سهولة في الفهم، تناول ZA Melzak مهمة الحساب باستخدام الأعداد الموجبة. تحتوي الآلة على عداد لانهائي، أي عدد لانهائي من العدادات (حصى، أعواد عد) موجودة مبدئيًا في موقع خاص S. وتستطيع الآلة القيام بعملية واحدة:

انقل من الموقع X عددًا من العدادات مساويًا لعدد العدادات الموجودة في الموقع Y، وانقلها إلى الموقع Z، ثم انتقل إلى التعليمات y.

إذا لم تكن هذه العملية ممكنة بسبب عدم وجود عدادات كافية في X، فاترك المعداد كما هو وانتقل إلى التعليمات رقم n. ^{[ 19 ]}

للحفاظ على جميع الأرقام موجبة ومحاكاة عملية حسابية يقوم بها عامل بشري باستخدام المعداد الحقيقي، يتم إجراء الاختبار قبل أي عملية طرح. الشفرة الزائفة:

التعليمات: إذا كان (Mem[X] < Mem[Y]) انتقل إلى nmelzakX,Y,Z,n,y Mem[X] -= Mem[Y] Mem[Z] += Mem[Y] goto y

بعد تقديم بعض البرامج: الضرب، والقاسم المشترك الأكبر ، وحساب العدد الأولي النوني، والتمثيل في الأساس b لعدد عشوائي، والفرز حسب الحجم، يوضح ميلزاك بشكل صريح كيفية محاكاة آلة تورينج عشوائية على آلة الحساب الخاصة به.

MUL p, q

الضرب: melzak P ، ONE ، S ، stop ؛ انقل عدادًا واحدًا من P إلى S. إذا لم يكن ذلك ممكنًا، فانتقل إلى stop. melzak S ، Q ، ANS ، multiply ، multiply ؛ انقل q عدادًا من S إلى ANS. انتقل إلى التعليمات الأولى. stop:

حيث يكون موقع الذاكرة P هو p ، و Q هو q ، و ONE هو 1، و ANS هو 0 في البداية وفي النهاية pq ، و S هو عدد كبير.

^{يذكر أنه يمكن إثبات ذلك بسهولة باستخدام عناصر الدوال التكرارية، حيث يمكن حساب كل عدد قابل للحساب على آلة الحساب. وقد قدم لامبيك [ 20 ]} برهانًا على آلة مكافئة ذات تعليمتين  : X+ (زيادة قيمة X) و X− وإلا T (إنقاص قيمة X إذا لم تكن فارغة، وإلا الانتقال إلى T).

في تعليمة الطرح العكسي والتخطي في حالة الاستعارة (RSSB)، يُطرح المُراكم من موقع الذاكرة، وتُتخطى التعليمة التالية إذا كانت هناك استعارة (أي أن موقع الذاكرة كان أصغر من المُراكم). تُخزن النتيجة في كل من المُراكم وموقع الذاكرة. يُربط عداد البرنامج بموقع الذاكرة 0، بينما يُربط المُراكم بموقع الذاكرة 1. ^{[ 2 ]}

تعليماتrssbx التراكم = الذاكرة[x] - التراكم Mem[x] = ACCUM إذا كانت قيمة (ACCUM) أقل من صفر، فانتقل إلى PC + 2

# أولاً، انقل z إلى موقع الوجهة x. RSSB temp # ثلاث تعليمات مطلوبة لمسح acc، temp [انظر الملاحظة 1] RSSB temp RSSB temp RSSB x # تعليمتان لمسح acc، x، لأن acc ممسوح بالفعل RSSB x RSSB y # تحميل y في acc: بدون استعارة RSSB temp # تخزين -y في acc، temp: استعارة وتجاوز دائمًا RSSB temp # تم التجاوز RSSB x # تخزين y في x، acc # ثانيًا، نفّذ العملية. RSSB temp # ثلاث تعليمات مطلوبة لمسح acc، temp RSSB temp RSSB temp RSSB z # تحميل z RSSB x # x = y - z [انظر الملاحظة 2]

تعتمد بنية النقل المُفعَّلة على تعليمة النقل فقط ، ولذلك سُميت في الأصل "آلة النقل". تنقل هذه التعليمة محتويات موقع ذاكرة إلى موقع ذاكرة آخر، مع دمجها مع المحتوى الحالي للموقع الجديد: ^{[ 2 ] : 42 [ 21 ]}

التعليمات (تُكتب أيضًا أ -> ب )movxa,b OP = GetOperation(Mem[ b ]) Mem[ b ] := OP(Mem[ a ], Mem[ b ])

تُحدد خلية الذاكرة الوجهة العملية المُنفذة. بعض الخلايا مُخصصة للجمع، وبعضها الآخر للضرب، وهكذا. لذا، فإن خلايا الذاكرة ليست مجرد مخزن بسيط، بل هي مُرتبطة بوحدة حسابية منطقية (ALU) مُصممة لتنفيذ نوع واحد فقط من العمليات على القيمة الحالية للخلية. بعض هذه الخلايا عبارة عن تعليمات تحكم في تدفق البرنامج لتغيير مسار تنفيذه باستخدام القفزات، والتنفيذ الشرطي ، والبرامج الفرعية ، وعبارات if-then-else ، وحلقات for ، وغيرها.

تم إنتاج متحكم دقيق تجاري يعتمد على بنية النقل المحفزة يسمى MAXQ، والذي يخفي الإزعاج الظاهر لـ OISC باستخدام "خريطة نقل" تمثل جميع الوجهات الممكنة لتعليمات النقل . ^{[ 22 ]}

لغة Cryptoleq ^{[ 23 ]} هي لغة مشابهة للغة Subleq. تتكون من تعليمة واحدة تحمل الاسم نفسه، _وهي قادرة على إجراء عمليات حسابية عامة على البرامج المشفرة. تعمل Cryptoleq على خلايا ذاكرة متصلة باستخدام العنونة المباشرة وغير المباشرة، وتنفذ عمليتين O1 و O2 على ثلاث قيم A _و B و C:

التعليمات Mem[b] = O1 ( Mem[a], Mem[b]) إذا كان O2 ( Mem[b]) ≤ 0cryptoleqa,b,c IP = c وإلا IP = IP + 3

حيث يتم توجيه a و b و c بواسطة مؤشر التعليمات IP، مع قيمة IP التي تعنون a، و IP + 1 تشير إلى b و IP + 2 إلى c.

في Cryptoleq، يتم تعريف العمليتين O ₁ و O _{2 على النحو التالي:}

${\displaystyle {\begin{array}{lcl}O_{1}(x,y)&=&x^{-1}y\,{\bmod {\,}}N^{2}\end{array}}}$

${\displaystyle {\begin{array}{lcl}O_{2}(x)&=&\left\lfloor {\frac {x-1}{N}}\right\rfloor \end{array}}}$

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين لغة Subleq ولغة Cryptoleq في أن العملية _O1 ( x ,y ) في Subleq تطرح y من x ، بينما _{العملية} O2 ( x ) تساوي x . تُعد Cryptoleq متماثلة مع Subleq، حيث أن عملية القلب المعياري والضرب متماثلان مع عملية الطرح، وتتوافق العملية O2 مع اختبار _Subleq في حال كانت القيم غير مشفرة. يمكن تشغيل برنامج مكتوب بلغة Subleq على جهاز Cryptoleq، مما يعني التوافق مع الإصدارات السابقة. مع ذلك، تُنفذ Cryptoleq حسابات متماثلة بالكامل، وهي قادرة على إجراء عمليات الضرب. يُساعد في عملية الضرب على نطاق مشفر دالة فريدة G، يُفترض صعوبة عكس هندستها، وتسمح بإعادة تشفير القيمة بناءً على _{العملية} O2 .

${\displaystyle G(x,y)={\begin{cases}{\tilde {0}},&{\text{if }}O_{2}({\bar {x}}){\text{ }}\leq 0\\{\tilde {y}},&{\text{otherwise}}\end{cases}}}$

أين${\displaystyle {\tilde {y}}}$هي القيمة المُعاد تشفيرها لـ y و${\displaystyle {\tilde {0}}}$يتم تشفير القيمة إلى صفر. x هي القيمة المشفرة لمتغير، ولتكن m ، و${\displaystyle {\bar {x}}}$يساوي​${\displaystyle Nm+1}$⁠ .

تعتمد خوارزمية الضرب على الجمع والطرح، وتستخدم الدالة G، ولا تحتوي على قفزات شرطية أو تفرعات. يعتمد تشفير Cryptoleq على نظام تشفير Paillier .