ถึงคราวต้องสร้าง Virtual Machine แล้ว (พื้นฐาน)

เพื่อให้เห็นภาพ ว่าที่ผ่าน ๆ มา มันเป็นอะไร คราวนี้ มาลองสร้าง Virtual Machine กันเถอะ ... มาสรุปสิ่งที่ Virtual Machine ควรจะมีก่อน ... ครั้งนี้คิดสำหรับ process เดียวก่อนนะ

Memory Units

เพื่อให้สามารถสร้าง memory module ได้ เราต้องกำหนดไว้ก่อนว่า แต่ละ word มีขนาดเท่าไหร่ ... สมมติเลยละกันนะ ว่า

ตำแหน่งของ memory 1 ตำแหน่ง จะเก็บข้อมูลได้ 1 byte
ขนาดของ instruction = 4 byte

Process Space

• PC - Program Counter
  
• Memory - แบ่งเป็น
  
• Stack
• SP - Stack Pointer
• BP - Base Pointer
  
• Heap
  
• MA - Memory Address
  
• AC - Accumulator
• FP - Frame Pointer

และ operation ที่เกี่ยวกับ memory พื้นฐาน ก็คือ

• load: AC ← mem[MA]
• store: mem[MA] ← AC
• push X: SP ← SP - 4; mem[SP] ← X
• pop X: X ← mem[SP]; SP ← SP + 4

Instruction Set

ก่อนอื่น ตกลงกันก่อนว่า ส่วนของ OPCODE เราจะยังไม่ใส่ตัวเลขลงไป แต่สมมติว่ามันกินเนื้อที่ 4 byte (เพื่อให้ง่ายเวลา implement จริงเป็นวงจรด้วย) instruction set ที่เราต้องทำ มีสามกลุ่ม คือ

Fundamental Instructions

PUSH X

• คำสั่งนี้ พิเศษกว่าคำสั่งอื่นตรงที่มันมี operand ด้วย ... ดังนั้น ขนาดของคำสั่งนี้จะต้องรวม X ลงไปด้วย ... เราจะกำหนดให้ 4 byte แรกเป็น opcode และ 4 byte หลังคือ X รวมกันเป็น 8 byte ต่อการ PUSH 1 ครั้ง
• การทำงาน: push X

PBASE

• การทำงาน: push BP

LOAD

• การทำงาน: pop MA; load; push AC

STORE

• การทำงาน: pop AC; pop MA; store

JMP

• การทำงาน: pop PC

JPOS

• การทำงาน: pop AC; if AC > 0, pop PC, else pop AC

JNEG

• การทำงาน: pop AC; if AC < 0, pop PC, else pop AC
  

JZ

• การทำงาน: pop AC; if AC = 0, pop PC, else pop AC

JNZ

• การทำงาน: pop AC; if AC ≠ 0, pop PC, else pop AC

CALL

• การทำงาน: pop AC; push PC + 4; push BP; BP ← SP; PC ← AC
  

RETURN

• การทำงาน: pop AC; SP ← BP; pop BP; pop PC; push AC
  

Dynamic Allocation Instructions

คำสั่งในกลุ่มนี้มีสองคำสั่งคือ ALLOC กับ FREE การทำงานของมันจะพิเศษหน่อย เพราะมันเป็น OS-Level Instruction ดังนั้น จะไม่สามารถ implement เป็น hardware ได้ตรง ๆ

ALLOC

• การทำงาน: pop AC; AC ← malloc(AC); push AC
  

FREE

• การทำงาน: pop AC; free(AC)

Arithmetic and Logical Instructions

พวกนี้ จะมีเยอะเท่าไหร่ก็ได้ ... หลัก ๆ จะมีสองกลุ่มคือ unary กับ binary แต่ถ้าจะทำเพิ่ม ก็ทำได้เรื่อย ๆ นะ

NEG

• การทำงาน: pop AC; push -AC

ADD

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC + MA

SUB

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC - MA

MUL

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC * MA

DIV

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC / MA

MOD

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC mod MA

ส่วนคำสั่งที่เป็นด้าน logic เราจะถือว่า 0 = false และ ค่าอื่น ๆ = true นะ (แต่ค่า true ที่เป็น output ของ operation จะกำหนดให้เป็น 1 เลย)

NOT

• การทำงาน: pop AC; push ¬AC

AND

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC ∧ MA

OR

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC ∨ MA

IFF

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push AC ↔ MA

XOR

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push ¬(AC ↔ MA)

NAND

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push ¬(AC ∧ MA)

NOR

• การทำงาน: pop MA; pop AC; push ¬(AC ∨ MA)

แล้วจะมาต่อเรื่อง Floating Point อีกทีนะ