Передача управления

BPcc ADDR	Условный переход с прогнозированием
BPr SRC, ADDR	Условный переход по регистру
CALL ADDR	Вызов процедуры
RETURN ADDR	Выход из процедуры
JMPL ADDR, DST	Переход со связыванием
SAVE R1, S2, DST	Расширение регистровых окон
RESTORE	Восстановление регистровых окон
Тсс СС, TRAP#	Системное прерывание при определенном условии
PREFETCH FNC	Выборка данных из памяти с упреждением
LDSTUB ADDR, R	Атомарная операция загрузки/сохранения
MEMBAR MASK	Барьер памяти
Прочие команды
SETHI CON, DST	Установка битов с 10 по 31
MOVcc CC, S2, DST	Перемещение данных при определенном условии
MOVr R1, S2, DST	Перемещение в зависимости от значения регистра
NOP	Пустая операция
POPC S1, DST	Подсчет генеральной совокупности
RDCCR V, DST	Чтение регистра кода условия
WRCCR R1, S2, V	Запись регистра кода условия
RDPC V, DST	Чтение счетчика команд

Обозначения:

SRC - входной регистр; DST - выходной регистр; R1 - входной регистр; S2 - регистр-источник или непосредственный операнд; ADDR - адрес памяти; R - выходной регистр;

TRAP# - номер системного прерывания; FCN - код функции; MASK - тип операции; CON - константа; V - указатель регистра;

СС - набор кодов условия;

cc - условие; r – условие.

Группа логических команд включает ко­манды AND (И), OR (ИЛИ), XOR (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), ANDN (НЕ-И), ORN (НЕ-ИЛИ) и XNOR (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЕ-ИЛИ). Полезность последних трех команд спорна, но они могут выполняться за один цикл и не требуют дополнительного аппаратного обеспечения, поэтому часто вклю­чаются в набор команд.

Следующая группа содержит команды передачи управления. ВРсс представля­ет собой набор команд, которые совершают переходы при различных условиях и содержат прогноз компилятора по поводу перехода. Команды ВРr проверяют ре­гистр и совершает переход, если условие подтвердилось.

Предусмотрено два способа вызова процедур. Для команды CALL используется формат 4 (см. выше) с 30-битным смещением. Этого значения достаточно для того, чтобы достичь любой команды в пределах 2 Гбайт от вызывающего опе­ратора в любом направлении. Команда CALL копирует адрес возврата в регистр R15, который после вызова превращается в регистр R31.

Второй способ вызова процедуры - команда JMPL (формат 1а или 1b), позволяющая помещать адрес возврата в произвольный регистр. Такая форма может быть полезной в случае, если адрес возврата вычисляется во время выполнения.

Команды SAVE и RESTORE манипулируют регистровым окном и указателем сте­ка. Обе команды совершают прерывание, если следующее (предыдущее) окно не­доступно.

В последней группе содержатся команды, которые не попали ни в одну из групп. Команда SETHI необходима при записи 32-битного непосред­ственного операнда в регистр. Для этого команда SETHI устанавливает биты с 10 по 31, а затем следующая команда должна передать оставшиеся биты, используя непосред­ственный формат.

---

Команда РОРС подсчитывает число установленных битов в слове. Последние три команды предназначены для чтения и записи специальных регистров.

Ряд распространенных CISC-команд, которых нет в этом спис­ке, можно смоделировать RISC-командами. Для этого используются регистр G0 (=R0) либо операнд-константа (формат lb). Некоторые из них даны в следующей таблице. Эти команды распознаются ассембле­ром UltraSPARC II и часто порождаются компиляторами. Многие из них исполь­зуют тот факт, что регистр G0 связан с 0, и запись в этот регистр не производит никакого результата.

CISC-команда RISC-реализация

MOV SRC, DST Выполнить OR над SRC и GO и сохранить результат в DST

CMP SRC1, SRC2 Вычесть SRC2 из SRC1 (SUBCC) и сохранить результат в G0

TST SRC Выполнить ORCC над SRC и GO и сохранить результат в G0

NOT DST Выполнить XNOR над DST и G0

NEG DST Вычесть SRC2 из SRC1 (SUBCC) и сохранить результат в G0

INC DST Прибавить 1 к DST (непосредственный операнд) - команда ADD

DEC DST Вычесть 1 из DST (непосредственный операнд) - команда SUB

CLR DST Выполнить OR над G0 и G0 и сохранить результат в DST

NOP SETHI G0 с 0

RET JMPL %I7+8, %G0 (% - обозн. регистра)

5.2.3. Команды компьютера picoJava II

В этом компьютере реализован полный набор команд JVM (226 команд), а также 115 дополнительных команд, предназначенных для С/C++ и операционной системы. Мы рассмотрим в основном команды JVM, компилятор Java производит только эти команды. Как уже говорилось, архитектура команд JVM не содержит регистров, доступных пользо­вателю. Большинство команд JVM помещают слова в стек, оперируют ими и вытал­кивают слова из стека.

Большая часть команд выполняется аппаратным обеспечением picoJava II, но некоторые из них микропрограммируются, а некоторые передаются некоторой программе для выполнения. Таким образом, для полноценной работы JVM требуется небольшая система уровня команд, но она гораздо меньше по объему, чем ин­терпретатор JVM, и вызывается она только в редких случаях. Она содержит код для интерпретации нескольких сложных команд, загрузчик класса, верификатор байт-кода, администратор потока и программу чистки памяти (“сборщик мусора”).

Набор всех команд JVM за исключением некоторых расширенных, коротких и быстрых ва­риантов команд, приведен в нижеследующей таблице.

Команды JVM типизированы. Одну и ту же операцию с разными типами дан­ных выполняют разные команды. Например, ILOAD помещает в стек целое 32-битное число, а ALOAD помещает в стек 32-битный указатель. Такое стро­гое разделение кажется избыточным, посколь­ку в обоих случаях в стек передаются 32 бита памяти. Оно требуется для того, чтобы во время выполнения программы можно было проверить, не нарушены ли какие-либо ограничения (например, не пытается ли программа превратить целое число в указатель, чтобы обратиться к памяти).

---

Перейдем к конкретным командам JVM. Первая из них - typeLOAD IND8.

Фактически это не одна команда, а шаблон для записи 4-х команд. Коман­ды JVM регулярны, поэтому вместо перечисления всех команд в ряде случаев можно сообщать правило для порождения команд. В данном случае слово type означает одну из четырех букв - I, L, F и D, которые соответству­ют типам int, long, float и double соответственно. Существуют еще четыре команды загрузки typeALOAD, которые помещают в стек элемент массива. Во всех случаях в стек загружаются указатель на массив и индекс его элемента. Затем эти команды выталкивают индекс и указатель, производят вычисление и помещают в стек сам элемент. Размер элементов определяется по типу. Эти команды по­лучают индекс массива из стека, поэтому сама команда не содержит операнда.

Команды загрузки

typeLOAD IND8	Помещает локальную переменную в стек
typeALOAD	Помещает элемент массива в стек
BALOAD	Помещает байт из массива в стек
SALOAD	Помещает short integer из массива в стек
CALOAD	Помещает символ из массива в стек
AALOAD	Помещает указатель из массива в стек

Команды сохранения

typeSTORE IND8	Выталкивает из стека значение и сохраняет его в локальной переменной
typeASTORE	Выталкивает из стека значение и сохраняет его в массиве
BASTORE	Выталкивает из стека байт и сохраняет его в массиве
SASTORE	Выталкивает из стека short и сохраняет его в массиве
CASTORE	Выталкивает из стека символ и сохраняет его в массиве
AASTORE	Выталкивает из стека указатель и сохраняет его в массиве

Команды помещения в стек

BIPUSH CON8	Помещает небольшую константу в стек
SIPUSHCON16	Помещает 16-битную константу в стек
LDC IND8	Помещает в стек константу из набора констант
typeCONST_*	Помещает в стек непосредственную константу
ACONS_NULL	Помещает в стек нулевой указатель

Арифметические команды

typeADD	Сложение
typeSUB	Вычитание
typeMUL	Умножение
typeDIV	Деление
typeREM	Остаток
typeNEG	Отрицание

Логические команды/команды сдвига

ilAND	Логическое И
ilOR	Логическое ИЛИ
ilXOR	Логическое ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ
ilSHL	Сдвиг влево
ilSHR	Сдвиг вправо
ilUSHR	Сдвиг вправо без знака

Команды преобразования

х2у	Преобразует х в у
I2C	Преобразует целое число в символ
I2B	Преобразует целое число в байт

Команды управления стеком

DUPxx	Шесть команд дублирования
POP	Выталкивает целое число из стека и отбрасывает его
РОР2	Выталкивает два целых числа из стека и отбрасывает их
SWAP	Меняет местами два верхних целых числа в стеке

Команды сравнения

IF_ICMPrel OFFSET16	Условный переход
IF_ACMPEQ OFFSET16	Переход в случае равенства двух значений
IF_ACMPNE OFFSET16	Переход в случае неравенства двух значений
IFrel OFFSET16	Проверяет одно значение и совершает переход
IFNULL OFFSET16	Совершает переход, если значение равно 0
IFNONNULL OFFSET16	Совершает переход, если значение не равно 0
LCMP	Сравнивает два числа long
FCMPL	Сравнивает два числа с плавающей точкой на <
FCMPG	Сравнивает два числа с плавающей точкой на >
DCMPL	Сравнивает два числа типа double на <
DCMPG	Сравнивает два числа типа double на >
Команды передачи управления
INVOKEVIRTUAL IND16	Вызов процедуры
INVOKESTATIC IND16	Вызов процедуры
INVOKEINTRFACE	Вызов процедуры
INVOKESPECIAL IND16	Вызов процедуры
JSR OFFSET16	Вызов процедуры
typeRETURN	Возвращает значение
ARETURN	Возвращает указатель
RETURN	Возвращает пустой тип
RET IND8	Выход из процедуры
GOTO OFFSET16	Безусловный переход
Операции с массивами
ANEWARRAY IND16	Создает массив переменных
NEWARRAY ATYPE	Создает массив из массивов
MULTINEWARRAY IN16, D	Создает многомерный массив
ARRAYLENGTH	Выдает длину массива
Прочие команды
IINC IND8, CON16	Увеличивает локальную переменную
WIDE	Префикс
NOP	Пустая операция
GETFIELD IND16	Считывает поле из объекта
PUTFIELD IND16	Записывает слово в объект
GETSTATIC IND16	Получает статическое поле из класса
NEW IND16	Создает новый объект
INSTANCEOF OFFSET16	Определяет тип объекта
CHECKCAST IND16	Проверяет тип объекта
ATHROW	Обработка исключения
LOOKUPSWITCH...	Разбросанные многоуровневые переходы
TABLESWITCH...	Компактные многоуровневые переходы
MONITORENTER	Входит в управляющую прграмму
MONITOREXIT	Выходит из управляющей прграммы

---

Обозначения:

IND8/16 – индекс локальной переменной;

CON8/16, D, ATYPE = константа;

type, х, у - I, L, F, D;

OFFSET16 – смещение для команд перехода.

Последние четыре команды этой группы также предназначены для работы с эле­ментами массива, но только специализированных типов. Они поддерживают byte, short (16 битов), char (символ - 16 битов) и pointer (указатель - 32 бита).

Команды typeSTORE обратны командам typeLOAD. Каждая команда выталкивает элемент из стека и сохраняет его в локальной переменной. Здесь также имеют­ся команды для работы с элементами массива - typeASTORE. В вершине стека расположено значе­ние нужного типа, под ним находится индекс, а еще ниже - указатель на массив (?). Все три элемента удаляются из стека этой командой.

Команды PUSH помещают значение в стек. Команда LDC записывает в стек значение из таблицы констант. Следующая команда представляет целую группу команд всех четырех основных типов (int, long, float и double). Каждая команда содержит только код операции, и каждый из них помещает в стек определенное значение. Например, ICONST_0 вталкивает в стек 32-битное слово 0. То же самое действие можно произвести с помощью команды BIPUSH, но это займет два байта. Благодаря опти­мизации самых распространенных команд программы JVM получаются небольшими по размеру. Поддерживаются следующие значения: int (-1, 0, 1, 2, 3, 4, 5); long (0, 1); float (0.0, 1.0, 2.0) и double (0.0, 1.0). Команда CONST_NULL помещает в стек нулевой указатель.

Для каждого из основных четырех типов имеется 4 арифметические команды. Три логические операции и три операции сдви­га применяются только для целых чисел и чисел типа long. Шаблон х2у в таблице представляет 4x4 команд преобразования. Значе­ния каждого типа могут преобразовываться в любой другой тип, кроме того же самого, поэтому здесь имеется 12 команд. Наиболее типичной из них является I2F, которая преобразует целое число в число с плавающей точкой.

Группа команд управления стеком содержит команды, которые копируют верх­ние одно или два значения стека в различные части стека (не обязательно в вершину). Остальные команды выталкивают значения из стека или меняют местами два верхних значения.

Команды группы сравнения выталкивают одно или два значения из стека и проверяют их. Если из стека выталкивается два значения, то одно из них вычита­ется из другого, а результат проверяется. Если выталкивается одно значение, то оно и проверяется. Суффикс rel замещает реляционные операторы: LT, LE, EQ, NE, GE и GT. Команды со смещением совершают переход, если определенное усло­вие выполнено. Остальные команды помещают результат обратно в стек.

Следующая группа предназначена для вызова процедур и возврата зна­чений. Они охватывают много вариантов и имеют различные параметры. Их изучение не входит в программу нашего обзора.

Еще одну группу образуют 4 команды для создания одномерных и многомер­ных массивов и проверки их длины. В JVM массивы хранятся в “куче” и периодически освобождаются (“сборка мусора”), когда они уже больше не нужны.

---

Последняя группа включает оставшиеся команды. Каждая из них ко­манд имеет специальное назначение, связанное с какой-дибо особенностью языка Java. Описание этих команд также не входит в задачи нашего курса.

Машина picoJava II была разработана не только для программ на Java, но и для С/C++. Чтобы запускать программы на С и C++, нужен соответствующий компилятор. Кроме того, для поддержки этих возможностей к уровню архитектуры команд было добавлено 115 команд. Большинство из них занимает два или более байтов и начинается с одного из двух зарезервированных кодов JVM (0xFE и 0xFF). Программы, использующие эти дополнительные коман­ды, не переносимы на другие машины JVM.

---

Смотрите также файлы

• L07.doc

• Вопросы к экзамену.doc

• L09.doc

• L01.doc

• L08.doc