CPU0 处理器的架构及应用
简介
CPU0 是一个 32 位的处理器，包含 R0..R15, IR, MAR, MDR 等缓存器，结构如下图所示。
图 1 ：CPU0 处理器的结构
其中各个缓存器的用途如下所示：
IR
指令缓存器
R0
常数缓存器, 值永远为 0。
R1~R11
通用型缓存器。
R12
状态缓存器 (Status Word : SW)
R13
堆栈指针缓存器 (Stack Pointer : SP)
R14
链接缓存器 (Link Register : LR)
R15
程序计数器 (Program Counter : PC)
MAR
地址缓存器 (Memory Address Register)
MDR
数据缓存器 (Memory Data Register)
CPU0 的指令集
CPU0 的指令分为三种类型，L 型通常为加载储存指令、A 型以算术指令为主、J 型则通常为跳跃指令，下图显示了这三种类型指令的编码格式。
图 2：CPU0 的三种指令格式
以下是 CPU0 处理器的指令表格式
表 1 ：CPU0 的指令表
在第二版的 CPU0_v2 中，补上了以下指令：
类型
格式
指令
OP
说明
语法
语意
浮点运算
A
FADD
41
浮点加法
FADD Ra, Rb, Rc
Ra = Rb + Rc
浮点运算
A
FSUB
42
浮点减法
FSUB Ra, Rb, Rc
Ra = Rb + Rc
浮点运算
A
FMUL
43
浮点乘法
FMUL Ra, Rb, Rc
Ra = Rb Rc
浮点运算
A
FADD
44
浮点除法
FDIV Ra, Rb, Rc
Ra = Rb / Rc
中断处理
J
IRET
2D
中断返回
IRET
PC = LR; INT 0
状态缓存器
CPU0 的状态缓存器，包含 N, Z, C, V 等状态，以及 I, T 等中断模式位。结构如下图所示。
图 3：CPU0 的状态缓存器
当 CMP Ra, Rb 指令执行时，状态标志会因而改变。
假如 Ra > Rb, 则会设定状态 N=0, Z=0
假如 Ra < Rb, 则会设定状态 N=1, Z=0
假如 Ra = Rb, 则会设定状态 N=0, Z=1
于是条件式跳跃的 JGT, JLT, JGE,
JLE, JEQ, JNE 等指令，就可以根据状态缓存器中的 N, Z 标志进行跳跃操作。
指令的执行步骤
CPU0在执行一个指令时，必须经过取指、译码与执行等三大阶段。
提取阶段
操作1、提取指令 ：IR = 【PC】
操作2、更新计数器 ：PC = PC + 4
解碼阶段
操作3、解碼 ：控制单元对IR进行译码后，设定数据流向开关与 ALU 的运算模式
运行时间
操作4、执行 ：数据流入 ALU，经过运算后，流回指定的缓存器
V-OS:
横跨操作系统与硬件的虚拟机系统
设计一个虚拟机系统，可以将 CPU A, B, C, D, E … 模拟成另外任何一种 CPU，这样是否能解决所有的跨平台问题呢？
QEMU 其实可以做到类似的操作，想法与 QEMU 不同点在于 QEMU 是在操作系统层次之上的，做法是在操作系统层次之下的。
这样子就可以将在任何一个 CPU 上，跑另一个操作系统的程序，但是，不知速度会比 QEMU 快还是慢呢？
这种做法姑且可以想象为「云端虚拟机」！
不知大家觉得可能吗？有用吗？
图一：V-OS 系统的架构图
CC1
编译程序
为了说明编译程序是如何设计出来的，在开放计算机计划中，设计了一个功能完备，简化过的 C 语言，这个语言称为 C1 语言，是
C0 语言的扩充版。
CC1 编译程序是一个 C1 语言的编译程序，具有完成的编译程序功能。在程序设计上，CC1 又被进一步拆解为 1. 词汇分析
2. 语法分析 3. 语意分析 4. 中间码产生 5. 汇编语言产生 等阶段，这所有的阶段，都会存取一个共同的数据结构，就是符号表。
因此，整个 CC1 编译程序，进一步分解为下列程序模块。
模块
核心对象
程序
词汇分析 (Lexical Analysis)
Scanner
Scanner.c, Scanner.h
语法分析 (Syntax Analysis)
Parser
Parser.c, Parser.h
语意分析 (Semantic Analysis)
Semantic
Semantic.c, Semantic.h
中间码产生 (Intermediate
Code)
PCode
PCode.c, PCode.h
汇编语言产生 (Code Generation)
Generator
Generator.c, Generator.h
符号表 (Symbol Table)
SymTable
SymTable.c, SymTable.h
Lua
Lua 的 BNF
chunk ::= {stat 【;′】} 【laststat 【;′】】
block ::= chunk
stat ::= varlist =′ explist | </p> <p> functioncall | </p> <p> do block end | </p> <p> while exp do block end | </p> <p> repeat block until exp | </p> <p> if exp then block {elseif exp then block} 【else block】 end | </p> <p> for Name=′ exp ,′ exp 【,′ exp】 do block end |
for namelist in explist do block end |
function funcname funcbody |
local function Name funcbody |
local namelist 【=′ explist】 </p> <p> laststat ::= return 【explist】 | break</p> <p> funcname ::= Name {
.′ Name} 【:′ Name】</p> <p> varlist ::= var {
,′ var}
var ::= Name | prefixexp 【′ exp】′ | prefixexp .′ Name </p> <p> namelist ::= Name {
,′ Name}
explist ::= {exp ,′} exp</p> <p> exp ::= nil | false | true | Number | String |...′ | function |
prefixexp | tableconstructor | exp binop exp | unop exp
prefixexp ::= var | functioncall | (′ exp)′
functioncall ::= prefixexp args | prefixexp :′ Name args </p> <p> args ::=(′ 【explist】 )′ | tableconstructor | String </p> <p> function ::= function funcbody</p> <p> funcbody ::=(′ 【parlist】 )′ block end</p> <p> parlist ::= namelist 【,′ ...′】 |...′
//代码效果参考：http://www.jhylw.com.cn/215437939.html
tableconstructor ::={′ 【fieldlist】}′fieldlist ::= field {fieldsep field} 【fieldsep】
field ::= 【′ exp】′ =′ exp | Name=′ exp | exp
fieldsep ::= ,′ |;′
binop ::= +′ |-′ | `′ | /′ |^′ | %′ |..′ |
<′ |<=′ | >′ |
and | or
unop ::= -′ | not |#′
Lua 5.1 Reference Manual —
最后有 Lua 的 BNF。
Lua Interpreter in C —
Lua Compiler in Lua —
Lua Interpreter in Lua —
— The LuaJIT Project
CC1 编译程序的符号表
#ifndef SYMTABLE_H
#define SYMTABLE_H
#include "lib.h"
#include "HashTable.h"
#include "Tree.h"
//
型态 Type 有：函数、结构与指针与基本型态
//
基本 ： int x;
//
指标 : int px;
//
函数 : int total(int a【】) {...};
//
结构 : struct Person { ... };
typedef struct _Method {
char name;
char returnType;
Array params;
} Method;
typedef struct _Struct {
char name;
Array fields;
} Struct;
typedef union _Type {
Method pmethod;
Struct pstruct;
char pbtype;
} Type;
//
符号的值可能是 byte, int, float 或 pointer (包含 struct, method, type)
typedef union _Value {
BYTE bvalue;
int ivalue;
float fvalue;
void pvalue;
} Value;
//
变量符号： int x; Symbol(name=x, tag=VAR, type=int)
//
函数符号： int total(int a【】) {...}; Symbol(name=total, tag=METHOD, type=int)
//
结构符号： struct Person { ... }; Symbol(name=x, tag=ETYPE, type=int)
typedef struct _Symbol { //
符号记录
void scope; //
所属领域
char name; //
符号名称 (x, px, Person, total)
char tag; //
符号标记 (变量定义 VAR 函数定义 METHOD、结构定义 STRUCT)
Type type; //
符号的形态
Value value; //
符号的值
} Symbol;
typedef HashTable SymTable;
Symbol SymNew(void scope, char name, char tag);
void SymFree(Symbol s);
void TypeFree(Type type);
SymTable SymTableNew();
Symbol SymTablePut(SymTable table, Symbol sym);
Symbol SymTableGet(SymTable table, void scope, char name);
<code class="highlighter-hljs hljs language-cpp
