Virtuální procesor 2

Cílem je navrhnout abstraktní virtuální počítač, který by bylo možné jednoduše implementovat v dostupných jazycích a assemblerech. Důležitý prvek návrhu je použití abstraktních dynamických čísel bez horního omezení. Návrh by měl využívat principů lokality a relativních pozic, aby byly používány především malé číselné hodnoty. Samotná implementace může používat pro menší stroje pevnou velikost buňky a registrů jako např. 32-bit integer a může při požadavcích na větší čísla vyhlásit chybu. Nebo může pro větší čísla použít dynamickou paměťovou reprezentaci čísel pomocí různých implementací typu BigInteger. Cílem je navrhnout obecnou minimalistickou instrukční sadu, ve které by byly obsaženy jen základní instrukce a pokročilejší instrukce by byly složeny se základních. Složené instrukce by měly být nějakým způsobem standardizovány, aby mohly být jak implementovány pomocí základních instrukcí, tak realizovány pomocí optimalizovaného kódu samotným virtuálním počítačem.

• Adresa paměti: dynamické celá čísla
• Velikost paměťové buňky: dynamické celé číslo
• Sdílená paměť kódu a dat

Virtuální paměťové oblasti

Index	Zkratka	Název	Význam
0	M	Memory	Obecná operační paměť s náhodným přístupem
1	I	Interface	V/V brány vnějších zařízení
2	R	Registers	Uživatelské registry
3	S	System egisters	Systémové registry řízené virtuálním počítačem
4	P	Program Memory	Paměť programu pouze pro čtení (pokud je oddělená od operační paměti)

V/V brány (oblast 1)

Index	Název	Význam
0	Console Output	Výstup na sériový terminál
1	Keyboard Input	Vstup z klávesnice ze sériového terminálu

Systémové registry (oblast 3)

Index	Název	Význam
0	Program Counter (PC)	Čítač aktuální pozice programu. Zápisem do něj lze provádět skoky a čtením z něj lze uchovávat návratovou hodnotu nebo získat pozici v programu pro čtení konstantních dat.
1	Interrupt Vector Table (IVT)	Počátek tabulky přerušení v paměti.
2	Interrupt enabled (IE)	Příznak, který se automaticky zakáže při vstupu do přerušení. Možno ručně povolit v průběhu přerušení nebo nutno zpět povolit při návratu z přerušení.

Mikroinstrukce

Symboly [] značí nepovinné parametry

Kód	Zkatka	Název	Význam
0	NOP	No Operation	Žádná operace
1	HALT	Program halt	Zastaví vykonávání programu
2	CP p0, p1	Copy	Kopíruje data ze zdrojové buňky do cílové p0 <= p1
3	ADD p0, [p1, [p2]]	Addition	Součet. Varianty: p0 <= p0 + 1, p0 <= p0 + p1, p0 <= p2 + p1
4	SUB p0, [p1, [p2]]	Substraction	Odečet. Varianty: p0 <= p0 - 1, p0 <= p0 - p1, p0 <= p2 - p1
5	MUL p0, p1, [p2]	Multiplication	Násobení. Varianty: p0 <= p0 * p1, p0 <= p2 * p1
6	DIV p0, p1, [p2], [p3]	Division	Dělení se zbytkem. Varianty: p0 <= p0 / p1, p0 <= p2 / p1, p0 p3(zbytek) <= p0 / p1, p0 p3(zbytek) <= p2 / p1
7	PCLR	Parameters Clear	Nuluje přednastavení všech parametrů, vybírá první parametr.
8	PSEL n	Parameter Select	Vybírá aktivní parametr
9	PSET n	Parameter Set	Nastavuje hodnotu vybraného parametru
10	PIND n	Parameter Indirection	Nastavuje parametr jako ukazatel do oblasti. Při opakovaném použití se cílová hodnota použije jako adresa do další paměti.
11	SKIP n	Skip Next Instruction	Přeskočí vykonání další instrukce pokud hodnota parametru je nulová
12	SIGN p1, p2	Sign	Pokud je znaménko p2 záporné, tak vrací 1. Pokud je kladné tak vrací 0.

• Inkrement a dekrement

INC n:

ADD n nebo ADD n, 1

DEC n:

SUB n nebo SUB n, 1

• Porovnání (compare) CMP p1, p2

CP TEMP, p1
SUB TEMP, p2
SIGN TEMP
SKIP n

• Bitové operace

Nejsou přímo podporovány díky dynamické povaze paměťových buněk. Posuny lze provádět v rámci hodnot buněk přímo pomocí operací DIV, MUL mocnin 2. Případně převést buňku na více menších dle bitových hodnot a provádět posuny přes více buněk.

• Instrukce skoků

Jsou realizovány pomocí přímé kopie do registru PC. Absolutní skok: CP 0^S, LABEL Relativní skok: ADD 0^S, $ - LABEL

• Zásobníkové operace

Pro účely registru SP(Stack Pointer) lze zvolit kterýkoliv uživatelský registr např. (SP = 16^R) Operace PUSH n:

CP SP^M, n
SUB SP

Operace POP n:

ADD SP
CP n, SP^M

• Vstupně/výstupní přístup

Operace OUT port, n:

CP port^I, n

Operace IN n, port:

CP n, port^I

• Podprogramy

Operace CALL n:

CP SP^M, PC
ADD SP^M, +x
SUB SP

Operace RET:

ADD SP
CP PC, SP^M

• Přerušení

Pozice tabulky vektorů přerušení je dána registrem IVT ukazujícím do operační paměti. Přerušení lze softwarově vyvolat pomocí instrukce INT n. Náhradní kód by vypadal zhruba takto:

CP 0^R, IVT
ADD 0^R, n 
CP PC, 0^R^M

• Prohození hodnot (exchange)

Nutno realizovat pomocí dočasného registru.

XCHG p1, p2:
PUSH TEMP
CP TEMP, p1
CP p1, p2
CP p2, TEMP
POP TEMP

• Desetinná čísla

Nutno realizovat pomocí knihovny