Архитектура вычислительной машины

• Три непересекающиеся типа памяти: данные, код и стек
  • Программа и данные находятся в разных адресных пространствах. (Архитектура не Фон-Неймоновская)
• Адресуемое пространство данных (память) — 2^20 байт:
  • Адреса находятся в диапазоне (0, 2^18-1)
  • Адрес — целое 32 битовое число со знаком
  • Адресуемая ячейка памяти — целое 32 битовое число со знаком
• Программа — это упорядоченный набор инструкций.
  • Каждая инструкция имеет номер, на который могут ссылаться команды условного и безусловного переходов.
  • Команды нумеруются целыми числами, начиная с 0
• Стек является внутренней памятью вычислителя
  • Арифметические команды могут принимать только операнды на стеке.
  • Любая команда, работающая с операндами на стеке, удаляет их.

Набор команд

• ld <адрес> — загрузить число на вершину стека из указанной ячейки памяти.
• st <адрес> — выгрузить число с вершины стека в указанную ячейку памяти.
• ldc <целое> — загрузить указанную константу на вершину стека.
• add — сложить два верхних числа на стеке и положить результат на вершину стека.
• sub — вычесть из верхнего числа на стеке следующее за ним и положить результат на вершину стека.
• cmp — сравнить два верхних числа на стеке и положить на вершину стека
  • 0, если числа равны
  • 1, если верхнее число больше
  • -1, если верхнее число меньше
• jmp <метка> — передать управление команде с указанной меткой.
• br <метка> — передать управление команде с указанной меткой, если на вершине стека не 0.
• hlt – корректное завершение работы.

Комментарий начинается символом ";" и заканчиивается концом строки.

Перед командой может установлена метка: "<имя метки>:"

Порядок выполнения

• Начальное состояние:
• Стек пуст, состояние пямяти не определено, уазатель команд IP равен 0 (указывает на первую команду)
• Пока не встретили команду ret делать следующее:
  • Выполнить инструкцию №IP
  • Если была выполнена инструкция перехода, то IP := <метка>, иначе увеличить IP на 1.
• Результатом выполнения программы считается состояние стека после завершения.

Расширения

Доступны следующие расширения базового синтаксиса:

• Косвенная адресация
• Подпрограммы

Пример

Сложение чисел:

ldc 1

ldc 2

add

ret

цикл:

ldc 10

st 0

l: ldc 1

ld 0

sub

br l

ret

Реализация

Пример структуры данных и синтаксического анализатора ядра StudentASM на языке Haskell: Haskell.