Lezione 2, Giovedi' 19 Aprile 2001

(1)

Funzionamento della memoria

• Porta di 32 bit indirizzabile a parola (coppia di registri MAR/MDR

• Porta di 8 bit indirizzabile a byte (coppia di registri PC/MBR)

• MAR contiene indirizzi di parole quindi:

– Se MAR contiene 0 verranno letti i byte da 0 a 3 in MDR

– Se MAR contiene 4 verranno letti i byte da 16 a 19 in MDR

• Nella realtà la memoria centrale è unica ed organizzata a byte

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Stratagemma

Discarded 32-Bit MAR (counts in words)

32-Bit address bus (counts in bytes)

(3)

Disponibilità dei dati

• Operazione di lettura avviata al termine del

ciclo del data-path

• Dati disponibili al termine del ciclo

seguente

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Segnali per controllare il data-path

• 9 per la scrittura dei dati dal bus C ai registri

• 4 per selezionare il registro il cui contenuto

deve essere messo sul bus B

• 8 per controllare ALU e SHIFTER

• 2 segnali per indicare la lettura o scrittura di

parole in memoria (tramite MAR/MDR)

• 1 segnale per indicare il fetch dalla memoria

della prossima istruzione (tramite PC/MBR)

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Segnali per determinare la prossima

microistruzione

• 9 per il campo NEXT_ADDRESS

• 3 per il campo JAM

Bits 9 3 8 9 3 4

NEXT_ADDRESS

Addr JAM ALU C Mem B

R E A D F E T C H J A M N J M P C J A M Z S L L 8 S R A 1 F 0 F1 E N A E N B I N V A I N C O P C T O S C P P L V S P P C M D R M A R W R I T E B bus B bus registers 0 = MDR 1 = PC 2 = MBR 3 = MBRU 4 = SP 5 = LV 6 = CPP 7 = TO S 8 = OPC 9 -15 none H

(6)

Calcolo della prossimo valore per

MPC

• Dopo il primo sottointervallo

∆w (durante il

quale il contenuto del registro MIR si

stabilizza) il campo NEXT_ADDRESS

viene copiato in MPC

• Si ispeziona il campo JAM

– Se JAM vale 000 allora non si deve più far nulla e MPC=NEXT_ADDRESS

(7)

Calcolo della prossimo valore per

MPC – bit JAMN e JAMZ

• Se il bit JAMN vale 1 allora si effettua l’OR del contenuto del flip-flop N con il bit più significativo di MPC (NEXT_ADDRESS[8])

• Se il bit JAMZ vale 1 allora si effettua l’OR del contenuto del flip-flop Z con il bit più significativo di MPC (NEXT_ADDRESS[8])

• Se valgono entrambi 1 allora si effettua l’OR di entrambi con il bit più significativo di MPC (NEXT_ADDRESS[8])

(8)

Calcolo della prossimo valore per

MPC – bit JAMN e JAMZ

• La “scatoletta” High Bit calcola la funzione booleana

(JAMZ AND Z) OR (JAMN AND N) OR NEXT_ADDRESS[8]

• In ogni caso MPC può assumere solo i valori NEXT_ADDRESS o NEXT_ADDRESS con il bit più significativo a 1

• Se il bit più significativo di NEXT_ADDRESS era già pari a 1 non ha senso usare JAMN e/o JAMZ

(9)

Calcolo della prossimo valore per

MPC - esempio

depending

....

..

Address Addr Data path control bits

One of these will follow 0x44 on N JA M

J AMN bit set

0x44 0x56

0x56

0x156

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Calcolo della prossimo valore per

MPC – bit JMPC

• Se il bit JMPC vale 1 allora viene fatto l’OR bit a bit degli 8 bit meno significativi del capo NEXT_ADDRESS con gli 8 bit meno significativi di MBR

• La “scatoletta” etichettata con “0” calcola l’OR

• Normalmente, se JMPC vale 1 allora i bit meno significativi di NEXT_ADDRESS sono a 0 (quello più significativo può valere 1 o 0)

• NEXT_ADDRESS=0x000 o 0x100 se JMPC=1

• Poter fare l’OR con MBR serve per implementare un Multi-way jump (lo vedremo nel micro-interprete)

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H SHIFTER ALU 2 N B BUS 6 ALU CONTROL CONTROL SIGNALS MEMORY CONTROL SIGNALS (RD, WR,FETCH)

ENABLE ONTO B BUS WRITE C BUS TO REGISTER Z C BUS SP LV CPP TOS OPC PC MDR MAR MBR 9 O 3 8 4-TO-16 DECODER 2 8 4 MPC MIR ADDR J ALU C M B HIGH BIT JMPC J AMN/JAMZ 1-BIT FLIP-FLOP -512 x 36-BIT CONTROL STORE FOR HOLDING THE MICROPROGRAM

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Lo stack

• Molti linguaggi di programmazione usano il concetto di procedura

• Le procedure possono avere variabili locali

• Una parte della memoria centrale (detta stack) viene usata per memorizzare le variabili locali delle procedure

• Si usa un registro (LV) che punta alla base delle variabili locali relative alla procedura in esecuzione

• Un registro (SP) punta all’ultima variabile locale

• Ci si riferisce ad una variabile tramite il suo offset da LV

• La struttura dati tra LV e SP viene detta frame delle variabili locali della procedura

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Stack per gestione procedure

SP LV a3 a1 (a) 108 100 a2 104

(a) Procedura A con variabili locali a1,a2,a3

SP LV a3 a1 (b) a2 b3 b4 b1 b2

(b) La procedura A chiama la procedura B con variabili locali b1,b2,b3,b4

F R A M E LV a3 a1 (d) a2 d3 d4 SP d5 d1 d2

(d) La procedura C restituisce il controllo a B che lo restituisce ad A che chiama D con variabili locali d1,d2,d3,d4,d5

F R A M E a3 a1 (c) a2 b3 b4 LV c1 SP c2 b1 b2

(c) La procedura B chiama la procedura C con variabili locali c1,c2

F R A M E

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Stack per calcoli aritmetici

Supponiamo di voler calcolare a1=a2+a3 prima di chiamare B

LV a3 SP a2 a1 (a) a2

(a) Si esegue una push di a2 sullo stack

LV a3 a2 SP a3 a1 (b) a2

(b) Si esegue una push di a3 sullo stack

LV

SP a3

a2 + a3 (d)

a2

(d) Si esegue la pop dello stack memorizzando la parola in cima (top of stack) nella variabile a1

LV a3 SP a2 + a3 a1 (c) a2

(15)

Modello della memoria in IJVM

• Array di 4294967296 byte (4GB) o

1073741824 parole di 4 byte

• Le istruzioni IJVM hanno accesso alla

memoria con indirizzi espressi come offset

relativi a puntatori a speciali aree di memoria

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Modello della memoria in IJVM

Constant pool

• Area delle costanti (constant pool):

si compone di costanti, stringhe e puntatori ad

altre aree di memoria. Non è scrivibile da un

programma IJVM e viene definita al momento

del caricamento del programma in memoria.

Di seguito non viene cambiata.

• Il registro implicito CPP contiene l’indirizzo

della prima parola nella constant pool

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Modello della memoria in IJVM

Frame delle variabili locali

• Frame delle variabili locali: ad ogni invocazione di un metodo si abbina l’allocazione di un’area di memoria centrale per la memorizzazione dele variabili locali e dei parametri con cui viene invocato un metodo

• Il registro implicito LV contiene l’indirizzo della prima parola nel frame delle variabili locali

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Modello della memoria in IJVM

Operand stack

• La dimensione del frame delle variabili locali di un metodo è nota staticamente. L’area per lo stack degli operandi (dove, ad esempio, realizzare la valutazione di espressioni aritmetiche) si trova al di sopra del frame delle variabili locali.

• Il registro implicito SP contiene l’indirizzo della parola in cima allo stack (top of stack)

• SP, a differenza di CPP e LV, può cambiare durante l’esecuzione di un metodo (ad esempio, dopo operazioni di push e pop)

(19)

Modello della memoria in IJVM

Area dei metodi

• Il codice da eseguire viene memorizzato in un’area della memoria centrale detta area dei metodi.

• Il registro implicito PC (Program Counter) contiene l’indirizzo del prossimo byte da leggere

• Quest’area della memoria centrale viene indirizzata a byte e non a parole come le precedenti

• Questa area è di sola lettura

• Può PC cambiare valore durante l`esecuzione di un metodo?

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Modello della memoria in IJVM

SP LV PC CPP Constant P ool Current Operand Stack 3 Current Local Va riable Frame 3 Local Va riable Frame 2 Local Va riable Frame 1 Method Area

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Set di Istruzioni IJVM

• Le istruzioni si compongono di un opcode e,

talvolta, di un operando che può essere un offset o una costante

• Ci sono istruzioni per memorizzare una parola, di varia provenienza, sullo stack o per rimuovere una parola dallo stack e/o memorizzarla in una

variabile locale

• Istruzioni logico-artimetiche • Istruzioni di salto

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Set di Istruzioni IJVM

Hex Mnemonic Meaning

0x10 BIPUSH byte Push byte onto stack

0x59 DUP Copy top word on stack a n d push onto stack 0xA7 GOTO offset Unconditional branch

0x60 IADD Pop two words from stack; push their sum 0x7E IAND Pop two words from stack; push Boolean AND 0x99 IFEQ offset Pop word from stack a n d branch if it is zero

0x9B IFLT offset Pop word from stack and branch if it is less than zero 0x9F IF ICMPEQ offset Pop two words from stack; branch if equal

0x84 IINC varnum const Add a constant to a local variable 0x15 ILOAD varnum Push local variable onto stack 0xB6 INVOKEVIRTUAL disp Invoke a method

0x80 IOR Pop two words from stack; push Boolean OR 0xAC IRETURN Return from method with integer value

0x36 ISTORE varnum Pop word from stack a n d store in local variable 0x64 ISUB Pop two words from stack; push their difference 0x13 LDC W index Push constant from constant pool onto stack

0x00 NOP Do nothing

0x57 POP Delete word on top of stack

0x5F SWAP Swap the two top words on the stack