Приклад мікроархітектури

В ідеалі ми повинні були спочатку описати загальні принципи розробки мікро-архітектурного рівня. Нажаль, таких загальних принципів не існує. Кожна розробка індивідуальна. Ми просто детально розглянемо конкретний приклад. Як приклад ми вибрали підмножину віртуальної машини Java. Ця підмножина мистить тільки команди з цілими числами, те ми назвали її IJVM (Integer JVM; integer - ціле число). Почнемо з опису мікроархітектури, на основі якої ми втілимо IJVM. Система IJVM містить декілька досить складних команд. Подібна архітектура часте реалізується за допомогою мікропрограмування. Хоча структура IJVM нероблена, вона може послужити відправною крапкою в описі основних принципів управління командами і послідовності їх виконання.

Наша мікроархітектура містить мікропрограму (біля ПЗП), яка повинна викликати, декодувати і виконувати команди IJVM. Ми не можемо використовувати для цієї мікропрограми інтерпретатор JVM, розроблений компанією Sun оскільки нам потрібна крихітна мікропрограма, яка запускає окремі вентилі апаратного забезпечення. Інтерпретатор JVM компанії Sun був написаний на мові С, щоб забезпечити мобільність програмного забезпечення. Цей інтерпретатор не може управляти апаратним забезпеченням на такому деталізованому рівні, який нам потрібен. Оскільки реальне апаратне забезпечення складається тільки з компонентів, то теоретичне після вивчення цього розділу читач зможе піти в магазин, купити величезну кількість транзисторів і сконструювати машину IJVM. Тому, хто успішно виконає це завдання, буде наданий додатковий кредит (а також повне психіатричне обстеження).

Розробку даної мікроархітектури зручно вважати проблемою програмування, при цьому кожна команда рівня архітектури команд – функція, що викликається основною програмою. В даному випадку основна програма досить проста. Вона є нескінченним циклом. Спочатку програма визначає, яку функцію потрібно виконати, потім викликає цю функцію, а потім починає все знову.

Мікропрограма містить набір змінних, до яких мають доступ всі функції. Цей набір змінних називається станом комп'ютера. Кожна функція змінює по крайній мирі декілька змінних, формуючи при цьому стан. Наприклад, лічильник команд - це частина стану. Він указує місцезнаходження функції (тобто команди рівня архітектури команд), яку потрібно виконати наступною. Півгодинне виконання кожної команди лічильник команд вказує на наступну команду.

Команди IJVM дуже короткі. Кожна команда складається з декількох полів, звичайно одного або двох, кожне з яких виконує певну функцію. Перше поле є кодом операції. Цей код визначає тип команди і повідомляє, що це, наприклад, команда складання або команда галуження, або ще яка-небудь команда. Багато команд містять додаткове поле, яку визначає тип операнда. Наприклад, команди, які мають доступ до локальних змінних, повинні мати спеціальне поле, щоб визначити, яка це змінна.

Така модель виконання команди, звана іноді циклом вибірка-виконання, корисна для теорії, а також може служити основою втілення рівня архітектури команд з складними командами (наприклад, IJVM). Нижче ми опишемо, як працює ця модель, що є мікроархітектура і як нею управляють мікрокоманди, кожна з яких займає тракт даних на один цикл. Повній список команд формує мікропрограму, яка буде розглянута дуже детально.

Поиск по сайту: