Лунолёт-1

Численное моделирования маневров космических аппаратов в непосредственной близости безатмосферных небесных тел.

История

По логике работы и алгоритмам это копия программы Лунолёт-1 из статьи Истинная правда журнала Техника Молодёжи №6 за 1985. Текст статьи можно посмотреть и здесь.

Отличия от исходной версии.

Учёт времени сделан по другому. Т. к. в исходной программе перелимит никак не контролировался, то оставлен только вариант суммирования времени (в исходной версии Rc=0 и R0=−1). Соответственно, нужно перед началом занулить Rc, а R0 используется программой для своих целей. Если хочется сделать обратный отсчёт, то по адресу 53 в программе нужно + заменить на -.
Предельное ускорение, выдерживаемое экипажем, хранится в R1, а не в R7.
Аварийный сигнал сделан другим.

Главное отличие только в размере программы. Она на 20(!) команд короче. Фактически это демонстрация, как можно оптимизировать программу. И код по-прежнему подходит для ПМК Б3-34 (обратите внимание на вычисление модуля по программным адресам 15–16).

Игровой процесс

Напомню, кратко, как играть. Программа имитирует космический аппарат, изначально стоящий на поверхности Луны. Параметрами можно задать любое космическое тело.

Распределение регистров

Регистр	Значение
R0	Рабочий. Время на манёвр в сек.
R1	Константа. Предельное ускорение, выдерживаемое экипажем без потери сознания от перегрузок в м/с². Для задачи как в оригинале = 29.43 (3g).
R2	Рабочий. Расход топлива в кг. в одну секунду.
R3	Рабочий. Достигнутое двигателем ускорение в м/с². При реверсе отрицательное.
R4	Константа. Ускорение свободного падения в м/с². Для Луны = 1.62.
R5	Константа. Масса корабля без топлива в кг. Для задачи как в оригинале = 2550.
R6	Константа. Скорость истечения продуктов сгорания в м/с. Для задачи как в оригинале = 3660.
R7	Константа 21. Используется как адрес подпрограммы.
R8	Константа 65. Используется как адрес подпрограммы.
R9	Индикатор аварийной ситуации. Тут хранится ЗГ0ГГ. Формально 0. 257, но такое, конечно, на экране ПМК не отображается. Получается так: CX, В↑, F1/x, ВП, Fcos^-1, CX, <->, x→П9, CX, KБП9. Можно извлечь его из R9 и убедиться, что он именно такой, по методике, описанной в статье по ЗГ0ГГам.
Ra	Высота от поверхности в м. Изначально равна нулю.
Rb	Достигнутая скорость движения в м/с². Положительная – вверх, отрицательная – вниз. Изначально нулевая.
Rc	Общее время игры в сек. Изначально нулевое.
Rd	Количество топлива в кг. Для задачи как в оригинале = 400. Когда уменьшится до нуля, то корабль станет неуправляемым.

Игра

Игра начинается командой В/О, С/П. На индикаторе в регистре X отображается текущая высота. В регистре Y скорость движения. Остальные параметры, главным образом запас топлива, можно посмотреть в регистрах.

Для выполнения манёвра указываем объём топлива в кг., затем ПП. Время на манёвр в секундах, затем С/П. Если нужна реверсивная тяга, то вместо С/П нажимаем ПП, /-/ и С/П.

Если на индикаторе отображается 3Г.0ГГ , значит потеряли сознания от перегрузки. Если 3Г0Г.Г – кончилось топливо. После этого нужно(!) нажать <->. В случае пустого бака будет стоять число 3660 (константа из R6). В случае перегрузки будет превышение ускорения над предельным в м/с². Оно же время "отключки" в сек., в течение которого корабль будет неуправляемым. Затем нужно нажать С/П, не меняя состояние стека. Если вы случайно сразу нажали С/П, то ПМК вернётся в ту же точку, намекая, что ввод был некорректный.

После окончания расчёта манёвра в RX и RY будут отображены высота и скорость.

В случае окончания топлива корабль останется неуправляемым до приземления. По финальной скорости можно будет понять, было ли оно удачным.

Окончание игры

Игра заканчивается, если закончилось топливо, либо вы сами решаете, что хватит. Например, совершив один взлёт и одну посадку.

Перед началом очередной игры нужно будет обнулить регистры Ra, Rb, Rc. Задать начальное количество топлива в Rd, и нажать В/О, С/П.

Контроль

Также, как и в оригинале, контролируется только параметр времени на манёвр. Если он нулевой, то ПМК снова отобразит текущее состояние.

Пример полёта

Вот результаты манёвров из исходной статьи, но без художественного описания.

Ход игрока	Регистр X	Регистр Y
6 5 ПП 3 СП	3Г.0ГГ	4.94527 -01
<-> СП	169.16435	84.11245
0 ПП 2 СП	334.14925	80.87245
6 5 ПП 3 СП	3Г.0ГГ	1.246981
<-> СП	915.81041	166.02329
0 ПП 1 2 0 СП	9174.6052	-28.37671
2 5 ПП 2 СП	9150.9213	4.692814
1 0 ПП 1 0 ПП /-/ СП	9043.5028	-26.176525
2 5 ПП 5 СП	8984.4225	2.5444
0 ПП 9 0 СП	2652.4185	-143.2556
1 0 0 ПП 3 СП	3Г.0ГГ	20.163493
<-> СП	2122.6199	-31.999978
1 0 ПП 2 0 СП	1313.7051	-48.891504
1 0 ПП 1 5 СП	514.8911	-57.617035
3 5 ПП 1 . 5 СП	3Г.0ГГ	7.065725
<-> СП	389.78923	-16.749921
2 2 ПП 2 2 СП	13.51129	-17.457166
2 2 ПП 0 . 7 СП	3Г.0ГГ	20.95483
<-> СП	7.052854	-17.268609
2 2 ПП 0 . 7 СП	3Г0Г.Г	3660.
<-> СП	0.	-3.7417

Текст программы

# \|	00	01	02	03	04	05	06	07	08	09
00 \|	П→xa	Кx≠07	Fx<0	73	2	×	КПП8	Fx²	<->	−
10 \|	F√	П→xb	−	БП	63	Fx²	F√	П→x1	−	Fx<0
20 \|	77	П→xb	П→xa	С/П	В↑	x→П0	Кx≠09	П→x5	П→xd	+
30 \|	×	÷	П→x6	×	x→П3	F↻	П→x0	÷	x→П2	П→x0
40 \|	КПП8	+	x→Пb	FВx	+	2	÷	×	П→xa	+
50 \|	x→Пa	П→xc	П→x0	+	x→Пc	П→xd	П→x0	П→x2	×	−
60 \|	x→Пd	Кx<09	П→x2	÷	БП	40	В↑	П→x3	П→x4	−
70 \|	×	П→xb	В/О	П→xd	Fx=0	14	П→x6	П→x9

Хитрости при оптимизации

Распишем, за счёт чего была достигнута оптимизация размера. Сначала простые.

Отказ от хранения объёма топлива в регистре. Оно просто сдигается в стек. Используется в делении по адресу 31 и по адресу 37. При необходимости вычисляется по адресу 58. Выгода из-за отказа от команд сохранения и извлечения. И высвобожден регистр.
Отказ от хранения направления учёта времени (прямое или обратное). Заменено на жесткое прибавление по адресу 53. При желании легко изменить на минус. Высвобожден регистр.
Изменение процедуры расчёта по адресу 65 - обратное по знаку. В результате по адресу 47 идёт сразу умножение со значением времени, которое сохранилось в стеке (и не отрицательное, как в оригинале).
Кроме ускорения (R3), все числа неотрицательные. Что сокращает расчёты. Для этого расход топлива в сек. вычисляется позже (адреса 35–38), чем ускорение (адреса 27–34).
Высвобождённые регистры R7 и R8 используются для косвенных переходов.

Теперь более изощрённые.

Конечно, это использование ЗГ0ГГа. Благодаря его извлечению из регистра он автоматически делает остановку программы и переходит на адрес, определяемый порядком. В нашем случае на адрес 25. Благодаря тому, что он нулевой, автоматически получается в стеке нулевой объём топлива (корабль без управления), а также этот ноль используется в косвенном переходе по адресу 61.
Тут, пожалуй, к месту, объяснить как получается такой ЗГ0ГГ. Начнём со стандатного получения пустышки. Дело в том, что если выполнить некорректную операцию с нулевой мантиссой (деление на ноль или просто неверный код операции), по ПМК отобразит ЕГГ0Г. При нажатии ВП для нулевой мантиссы первый разряд увеличится на единицу, в результате цифра E превратится в цифру F (пустышку). Итереснее другое. Если на экране пустышка и происходит ввод порядка (после ВП), то ПМК код последующей операции, не вызывающей сдвиг в стеке, воспринимает как значение этого порядка. Причём умноженный на 10 и применяет его к регистру Y. Т. е. если после ВП над пустышкой ввести Fx², то код команды 22 будет умножен на 10 и новый порядок 220 будет применён к регистру Y (мантисса RY учитывается как нормализованная с точкой после первой цифры, существующий порядок игнорируется). Нам нужен порядок 250. Это операция F↻, которая, к сожалению, точно сдвигает стек и фокус не получается. Неожиданно помогает значение правило 160 для шестнадцатеричных порядков. По нему код 1А должен перейти в 50. Но если есть ещё единица в третьем разряде, то переходит в 150 (F0). В результате, если ввести команду Fcos^-1 (код 1A), то получается степень 1F0 (численно равно 250). При этом, ПМК помнит, что порядок начинается с единицы, т. е. отображает число как ЕГГ0Г. Благодаря косвенной адресации, к числу автоматом дописывается 7 нулей, но степень уже преобразуется в десятичную, порядок становится равным 257 и это уже нормальный ЗГ0ГГ (хотя что нормального в числе 0²⁵⁷!?).
Есть у ЗГ0ГГа и минус. Стек адресов возврата портится. И если все, кроме ближайшего, зануляются (ЗГ0ГГ то нулевой), то последний меняется на 70 (7 от хвоста порядка, 0 от знака ЗГ0ГГа).
Забавно, что при выполнении программы в ситуации перегрузки ЗГ0ГГ появляется и в регистре X (адрес 35), но так это команда не X2-влияющая, то остановки не происходит. Пошагово это, конечно, уже не так.
Адрес перехода (63) по адресу 14 является также командой П→x3. И на него идёт переход с адреса 75.
Адрес перехода (40) по адресу 65 является также командой x→П0, которая нужна как в ветках 04–14, так и в 62–63. Поэтому процедура из R8 начинается с адреса 65. Т. е. сразу после перехода на адрес 40 происходит вызов подпрограммы, которая тут же сохраняет текущее значение в R0.
И не спрашивайте, как мне так удачно удалось скомпоновать порядок команд.