Virtualní procesor 4

Motivace

• Obecná instrukční sada, aby mohl jeden program běžet na mnoha různých procesorech a systémech.
• Instrukční sada podporující rovnocenně různé datové šířky. Aby pro malé hodnoty se použil jen nejmenší vhodný typ a ne největší nativní. (např. procenta = bajt) Cílem je umožnit efektivní překlad a běh na starších 8-bit a 16-bit počítačích, ale také na novějších 128-bit nebo 256-bit.
• Instrukční sada by měla být jednoduchá a co nejmenší, aby bylo možné snadno sestavit interpretr a překladač.

Datové typy

• Datové typy
  • Logická (bitová) hodnota
  • Celé číslo
  • Záporné číslo ?
  • Desetinné číslo ?

Instrukční sada

Rx - registr, kódováno pomocí indexu a šířky

• Index registru: číslo kódované jako 4-bit dynamické, 0 - konstanta, 1 - R1, 2 - R2, 3 - R3, 4 - R4, 5 - R5, 6 - R6, 7 - R7, ...
• Šířka registru: číslo kódované jako 4-bit dynamické, 0 - 1-bit, 1 - 8-bit, 2 - 16-bit, 3 - 32-bit, 4 - 64-bit, 5 - 128-bit, 6 - 256-bit, 7 - 512-bit, ...

Index	Název	Zápis	Poznámka
0	No operation	NOP
1	Halt	HALT
2	Clear	CLR Rx
3	Copy	COPY Rx, Ry
4	Load from memory	LDM Rx, [Ry]
5	Store to memory	STM [Rx], Ry
6	Load from indexed memory	LDMI Rx, [Ry + Rz]
7	Store to indexed memory	STMI [Rx + Ry], Rz
8	Load system register	LDS Rx, Sx
9	Store system register	STS Sx, Rx
10	Exchange	XCHG Rx, Ry	při různých šířkách?
11	Input	IN Rx, [Ry]
12	Output	OUT [Rx], Ry
13	Xor	XOR Rx, Ry
14	And	AND Rx, Ry
15	Or	OR Rx, Ry
16	Not	NOT Rx	Negace všech bitů podobně jako XOR Rx, $ffff
17	Increment	INC Rx
18	Decrement	DEC Rx
19	Jump	JP Rx
20	Jump if not zero	JPNZ Rx, Ry
21	Jump relative	JR Rx
22	Jump relative if not zero	JRNZ Rx, Ry
23	Call subroutine	CALL Rx
24	Call subroutine if not zero	CALLNZ Rx, Ry
25	Call subroutine relative	CALLR Rx
26	Call subroutine relative if not zero	CALLRNZ flag,Rx
27	Return from subroutine	RET
28	Return from subroutine if not zero	RETNZ Rx
29	Push to stack	PUSH Rx
30	Pop from stack	POP Rx
31	Addition	ADD Rx, Ry
32	Addition with carry	ADDC Rx, Ry, Rz	Bit z Rz se přičte a nastaví se do něj carry výsledku
33	Substraction	SUB Rx, Ry
34	Substraction with carry	SUBC Rx, Ry, Rz	Bit z Rz se přičte a nastaví se do něj carry výsledku
35	Multiplication	MUL Rx, Ry
36	Division	DIV Rx, Ry
37	Shift left	SHL Rx, Ry
38	Shift right	SHR Rx, Ry
39	Set bit	SET Rx, Ry	Jako: OR Rx, (1 shl Ry)
40	Reset bit	RES Rx, Ry	Jako: AND Rx, not (1 shl Ry)
41	Test bit	BIT Rx, Rx, Ry
42	Assign bit	ASB Rx, Ry, Rx
43	Enable interrupt	EI
44	Disable interrupt	DI
45	Interrupt	INT Rx
46	Rotate left	RL Rx, Ry
47	Rotate right	RR Rx, Ry
48	Input indexed	IN Rx, [Ry + Rz]
49	Output indexed	OUT [Rx + Ry], Rz

Systémové registry

Index	Název	Zkratka	Význam	Výchozí hodnota
0	Instruction Pointer	IP	Aktuální pozice v programu, roste nahoru	0
1	Stack Pointer	SP	Vrchol zásobníku, roste dolů	0
2	Interrupt Vector	IV	Počátek tabulky vektorů přerušení	0
3	Interrupt Vector Item Size	IVS	Velikost položky v tabulce přerušení	8

Tabulka přerušení

Index	Název	Význam
0	Reset	Také první start procesoru
1	Neplatná instrukce

I/O porty

Kategorie zařízení

Index	Zařízení	Význam
0	Mapování
1	Procesor
2	Klávesnice
3	Myš
4	Obrazovka
5	Sériová linka
6	Zvukový generátor
7	Pevný disk

Funkce zařízení:

Kategorie	Index	Název	Význam
Mapování	1	Mapper.GetDeviceAreaStart	zjistit počáteční port zařízení
Mapování	2	Mapper.GetDeviceAreaSize	zjistit počet funkcí
Mapování	3	Mapper.GetDeviceCount	zjistit počet zařízení
Mapování	4	Mapper.IsConnected	zjistit stav připojení
Mapování	5	Mapper.GetDeviceCategory	zjistit kategorii zařízení
Mapování	6	Mapper.GetDeviceIndex	zjistit index zařízení pokud je více stejné kategorie
Procesor	1	CPU.GetCoreCount	zjistit počet jader
Procesor	2	CPU.GetFreq	zjistit kmitočet
Klávesnice	1	Keyboard.ReadKey	Přečíst klávesu z bufferu
Myš	1	Mouse.GetPosX	Přečíst pozici X myši
Myš	2	Mouse.GetPosY	Přečíst pozici Y myši
Myš	3	Mouse.GetButtonState	Přečíst stav tlačítek
Obrazovka	1	Screen.GetSizeX	Přečíst počet pixelů X
Obrazovka	2	Screen.GetSizeY	Přečíst počet pixelů Y
Obrazovka	3	Screen.GetColorDepth	Přečíst hloubku barev
Obrazovka	4	Screen.SetColorDepth	Nastavit hloubku barev

Problémy

• Minimum nutných instrukcí?
• Rozšiřující instrukce pro urychlení - operaci lze provést pomocí základními
• více paměťových oblastí (více datových, oddělená programová)
• chráněný režim, úrovně oprávnění
• virtuální paměť, stránkování