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.

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

Virtuální paměťové oblasti

Index	Zkratka	Význam
0	M	Operační paměť
1		I/O brány
2	R	Uživatelské registry
3	S	Systémové registry
4	P	Paměť programu (pokud je oddělená od operační)

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

• Inkrement a dekrement

INC n: ADD n nebo ADD n, 1

DEC n: SUB n nebo SUB n, 1

• Porovnáno (compare) CMP p1, p2

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