16-ma'ruza ijvm arxitekturasining namunaviy ko'rsatmasi Reja

16.2 IJVM xotira modeli

Endi siz IJVM arxitekturasini ko'rib chiqishga o'tishingiz mumkin.

U 4,294,967,296 bayt (4 GB) yoki 1,073,741,824 so'zlarning har birida 4

baytni o'z ichiga olgan xotiradan iborat. Ko'pgina yo'riqnoma

arxitekturalaridan farqli o'laroq, Java Virtual Machine qo'llanmada

---

ko'rinadigan xotiraga kirishni amalga oshirmaydi, ammo ko'rsatgich

bazasini tashkil etuvchi bir nechta yashirin manzillarga ega. IJVM

buyruqlari faqat ushbu ko'rsatkichlar orqali xotiraga kirish huquqiga ega.

Xotiraning quyidagi joylari aniqlanadi:

Barqarorliklar to'plami. IJVM dasturidan yozib bo'lmaydigan bu

joy, eslab o'tilishi mumkin bo'lgan boshqa xotiraga yo'naltiriladigan

doimiy, satr va ko'rsatgichlardan iborat. Ushbu maydon dastur xotiraga

yuklangan paytda yuklanadi va undan keyin o'zgarmaydi. Yashirin CPP

registri mavjud (Constant Pool Pointer - konstantalar to'plamiga

ko'rsatgich), unda konstantalar to'plamining birinchi so'zining manzili

mavjud.

Mahalliy o'zgaruvchan ramka. Ushbu maydon protsedurani

bajarish paytida o'zgaruvchilarni saqlash uchun mo'ljallangan. Yuqorida

aytib o'tilganidek, u mahalliy o'zgaruvchan freym deb nomlanadi. Ushbu

blokning boshida chaqirilayotgan protseduraning parametrlari (yoki

dalillar) mavjud. Mahalliy o'zgaruvchan ramka alohida ajratilgan

operand stackini o'z ichiga olmaydi. Unumdorligi sababli biz operand

stackini mahalliy o'zgaruvchan freymning tepasida joylashtirdik.

Birinchi freym o'zgaruvchisining manzilini o'z ichiga olgan yashirin

registr mavjud. Biz ushbu registrni LV (mahalliy o'zgaruvchan) deb

nomlaymiz. Chaqirilayotgan protseduraning parametrlari mahalliy

o'zgaruvchan freym boshida saqlanadi.

Operand suyakka. Operand stakti Java kompilyatori tomonidan

oldindan hisoblab chiqilgan ma'lum hajmdan oshmasligi kerak. Operand

stack maydoni 1-rasmda ko'rsatilgandek to'g'ridan-to'g'ri mahalliy

o'zgaruvchan ramkaning ustida joylashgan. 4.9. Bunday holda, operand

stack qulay ravishda mahalliy o'zgaruvchan freymning bir qismi

hisoblanadi. Qanday bo'lmasin, stakning eng yuqori so'zining manzilini

o'z ichiga olgan virtual registr mavjud. Shuni esda tutingki, CPP va LV

registrlaridan farqli o'laroq, ushbu ko'rsatgich protsedurani bajarish

paytida o'zgaradi, chunki operandlar stakandan chiqarilib, ochiladi.

Jarayon doirasi. Va nihoyat, dasturni o'z ichiga olgan xotira

maydoni mavjud. Yashirin registrda navbatdagi chaqiriladigan buyruq

manzili mavjud. Ushbu ko'rsatgich Program Counter (PC) deb

nomlanadi. Xotiraning boshqa sohalaridan farqli o'laroq, protsedura

maydoni baytlarning qatoridir.

---

Ko'rsatkichlar haqida bir fikr qilish kerak. CPP, LV va SP

registrlari so'zlarning baytlariga emas, balki so'zlarga ishora qiladi va

ma'lum miqdordagi so'zlardan kelib chiqadi. Masalan, LV, LV + 1 va

LV + 2 qiymatlari mahalliy o'zgaruvchan freymning birinchi uchta

so'zlarini, LV, LV + 4 va LV + 8 esa bir-biridan to'rtta (16 bayt)

masofada joylashgan so'zlarni anglatadi.

Bunga javoban, kompyuter registri bayt manzillarini o'z ichiga

oladi va uni o'zgartirish so'zlar bilan emas, balki baytlar sonining

ko'payishini anglatadi. Kompyuterning registr xotirasiga kirish boshqa

registr xotiradan kirishdan farq qiladi, shuning uchun Mic-1 kompyuter

uchun maxsus xotira portiga ega. Uning hajmi faqat bitta baytga teng.

Kompyuterni bittaga ko'paytirish va o'qish bilan o'qish keyingi baytni

chaqiradi. Va agar siz SPni bir martaga ko'paytirsangiz va uni o'qib

chiqsangiz, bu keyingi so'zni chaqiradi.

16.3 IJVM buyruqlar to'plami

IJVM buyruqlari to'plami jadvalda keltirilgan. 4.2. Har bir

ko'rsatma opcode va ba'zan operanddan iborat (masalan, manzilni

almashtirish yoki doimiy). Birinchi ustunda hex-dagi buyruq kodi

mavjud. Ikkinchi ustunda montaj tili mnemonik berilgan. Uchinchi

ustunda buyruqning maqsadi tasvirlangan.

4.2-jadval. IJVM buyruqlari to'plami. Bayt, const va varnum

operandlarining hajmi 1 baytni tashkil qiladi. Disp, indeks va ofset

operandlarining hajmi 2 baytni tashkil qiladi

---

Ba'zi buyruqlar turli manbalardagi so'zlarni suyakka surib chiqaradi.

Ushbu manbalar doimiy kontsentratsiyalar (LDC_W), mahalliy

o'zgaruvchan kadr (ILOAD) va buyruqning o'zi (BIPUSH) bo'lishi

mumkin. O'zgaruvchini stakandan tashqariga chiqarish mumkin va

mahalliy o'zgaruvchan kadrda saqlash mumkin (ISTORE). Stekning

yuqori ikki so'zida ikkita arifmetik operatsiyalar (IADD va ISUB) va

ikkita mantiqiy operatsiyalar (IAND va IOR) bajarilishi mumkin. Har

qanday arifmetik yoki mantiqiy amallarni bajarayotganda, ikkita so'z

stakandan chiqariladi va natija suyakka qaytariladi. 4 ta filial ko'rsatmasi

mavjud: bitta shartsiz dallanishga (GOTO) va yana uchta shartli

dallanishga (IFEQ, IFLT va IF_ICMPEQ). Ushbu buyruqlarning

---

barchasi shaxsiy kompyuter qiymatini buyruqdagi opkoddan keyin

joylashgan ofset hajmiga o'zgartiradi. Ofset operandining uzunligi 16 bit.

U opkod manziliga qo'shiladi. Shuningdek, suyakka (SWAP) yuqori ikki

so'zni almashtirish, yuqori so'zni (DUP) nusxalash va yuqori so'zni (POP)

olib tashlash buyruqlari mavjud.

Ba'zi buyruqlar murakkab bo'lib, ular tez-tez ishlatiladigan versiyalar

uchun qisqacha belgi qo'yishga imkon beradi. Buning uchun JVM

ishlatadigan barcha mexanizmlardan ikkitasini IJVM ga kiritdik. Bir

holatda, biz an'anaviy shaklni foydasiga qisqartirilgan shaklni qoldirdik.

Boshqa holda, biz keyingi buyruqni o'zgartirish uchun WIDE prefiks

buyrug'idan qanday foydalanish mumkinligini ko'rsatamiz.

Va

nihoyat,

boshqa

protsedurani

chaqirish

buyrug'i

(INVOKEVIRTUAL) va amaldagi protseduradan chiqish va (IRETURN)

protseduraga qaytish buyrug'i mavjud. Mexanizmning murakkabligi

tufayli biz ta'rifni biroz soddalashtirdik. Cheklash shundaki, Java tilidan

farqli o'laroq, bizning misolimizda protsedura faqat uning ichida

joylashgan protsedurani chaqira oladi. Ushbu cheklov Java tilining

mohiyatiga zid bo'lsa-da, protsedurani dinamik joylashtirmasdan, sodda

mexanizmni taqdim etishga imkon beradi. (Agar siz ob'ektga

yo'naltirilgan dasturlash bilan tanishmasangiz, ushbu taklifni e'tiborsiz

qoldirishingiz mumkin. Biz Java-ni oddiy Java-ga C yoki Paskal kabi

ob'ektga yo'naltirilgan dasturni o'zgartirdik.)

JVM-dan tashqari barcha kompyuterlarda chaqiriladigan protsedura

manzili to'g'ridan-to'g'ri CALL buyrug'i bilan belgilanadi, shuning uchun

bizning yondashuvimiz bundan mustasno emas.

Protsedurani chaqirish mexanizmi quyidagicha. Birinchidan,

qo'ng'iroq qiluvchi stackga chaqirilishi kerak bo'lgan narsaga

ko'rsatgichni itaradi. Shaklda 4.10 va bu ko'rsatkich OBJREF belgilar

bilan belgilanadi. Keyin qo'ng'iroq qiluvchi protsedura parametrlarini

suyakka suradi (ushbu misolda, ular 1-variant, 2-variant va 3-variant).

Shundan so'ng INVOKEVIRTUAL buyrug'i bajariladi.

---

INVOKEVIRTUAL buyrug'i konstantalar to'plamidagi pozitsiyani

aniqlaydigan ofsetni o'z ichiga oladi. Ushbu pozitsiya protsedura

zonasida saqlanadigan chaqiriladigan protseduraning boshlang'ich

manzilini o'z ichiga oladi. Jarayon sohasidagi dastlabki 4 bayt maxsus

ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Dastlabki 2 bayt bu protsedura uchun

parametrlar sonini ko'rsatadigan 16 bitli butun sondir (parametrlarning

o'zlari ilgari suyakka quyilgan). Bunday holda, OBJREF ko'rsatkichi 0 -

parametr deb hisoblanadi. Ushbu 16 bitli butun son SP qiymati bilan

birga OBJREF manzilini beradi. E'tibor bering, LV registri birinchi

haqiqiy parametr emas, balki OBJREFga ishora qiladi. LV ko'rsatgan

narsani tanlash biroz o'ziga xosdir.

Jarayon sohasidagi keyingi 2 bayt, chaqirilayotgan protsedura uchun

mahalliy o'zgaruvchan maydon hajmini belgilaydigan yana 16 bitli

butun sonni bildiradi. Gap shundaki, ushbu protsedura uchun yangi

parametrlar mavjud bo'lib, ular mahalliy parametrlarning hoshiyasida

joylashgan bo'lib, buning uchun bu raqam kerak. Va nihoyat, protsedura

sohasidagi beshinchi bayt birinchi bajariladigan operatsiya kodini o'z

ichiga oladi.

Keling, protsedurani chaqirishdan oldin nima sodir bo'lishini ko'rib

chiqaylik (4.10-rasmga ham qarang). Ochiq kodni bajargan imzo

qo'yilmagan ikkita bayt doimiy jadvalni indekslash uchun ishlatiladi

(birinchi bayt eng muhim). Buyruq yangi o'zgaruvchan freymning

bazaviy adresini xisoblaydi. Buning uchun parametrlar soni stack

markeridan chiqariladi va LV OBJREF ga o'rnatiladi. OBJREF eski

kompyuter qiymati joylashgan uyaning manzilini saqlaydi. Ushbu

---

manzil LV registridagi manzil bilan mahalliy o'zgaruvchilar (parametrlar

+ mahalliy o'zgaruvchilar) ning o'lchamlarini yig'ish yo'li bilan

hisoblanadi. Eski shaxsiy kompyuter qiymatini saqlash uchun darhol

yuqorida eski LV qiymati saqlanishi kerak bo'lgan manzil joylashgan.

Yangi nomlangan protsedura uchun stack ushbu manzilning tepasida

boshlanadi. SP eski LV qiymatiga ishora qiladi, uning manzili

zaxiradagi birinchi bo'sh katakchadan pastda joylashgan. Eslatib o'tamiz,

SP har doim suyakka ustki so'zni ko'rsatadi. Agar suyakka bo'sh bo'lsa,

unda SP to'g'ridan-to'g'ri suyakka ostidagi manzilga ishora qiladi.

Bizning raqamlarimizda stack har doim pastdan yuqoriga, sahifaning

yuqori qismidagi yuqori manzillarga qarab to'ldiriladi.

Va nihoyat, INVOKEVIRTUAL-ni bajarish uchun kompyuter registri

protsedura kod maydonida beshinchi baytni ko'rsatishi kerak.

IRETURN buyrug'i INVOKEVIRTUAL buyrug'ining teskarisidir

(4.11-rasm). Bu protsedura tomonidan ishlatiladigan xotirani bo'shatadi,

shuningdek stakani avvalgi holatiga qaytaradi, bundan tashqari, birinchi

navbatda OBJREF va barcha parametrlar stakandan chiqariladi;

ikkinchidan, qaytarilgan qiymat OBJREF parametri ishlatilgan stekga

suriladi. Oldingi holatni tiklash uchun IRETURN buyrug'i kompyuter va

LV ko'rsatkichlarining oldingi qiymatlarini qaytarishi kerak. Buning

uchun u bog'lovchi ko'rsatgichga ishora qiladi (bu LVning joriy qiymati

bilan belgilanadigan so'z). Dastlab OBJREF parametri joylashgan joyda

INVOKEVIRTUAL buyrug'i eski kompyuter qiymatini o'z ichiga olgan

manzilni saqlab qo'ydi. Ushbu so'z, shuningdek, yuqoridagi so'z, mos

ravishda PC va LV eski qiymatlarini tiklash uchun olinadi. Qaytish

qiymati, tugatish protsedurasining eng yuqori qismida saqlangan,

OBJREF parametri dastlab joylashgan joyga ko'chiriladi, shundan so'ng

SP ushbu manzilga yo'naltirila boshlaydi. Va keyin nazorat darhol

INVOKEVIRTUALni kuzatib boradigan jamoaga beriladi.

Hozirgacha bizning mashinamizda I / O buyruqlari yo'q edi. Biz ularni

tanishtirmoqchi emasmiz. Bizning misolimizda, Java virtual

mashinasida bo'lgani kabi, ular kerak emas va kirish / chiqish jarayonlari

hech qachon JVM tavsifida esga olinmaydi. I / O mexanizmlari

bo'lmagan mashina yanada ishonchli ekanligiga ishoniladi. (O'qish va

yozish JVMda maxsus protseduralarni chaqirish orqali amalga

oshiriladi.)

---

Anjir. 4.11. IRETURN (a) buyrug'ini bajarishdan oldin xotira, (b)

buyrug'ini bajargandan so'ng xotira.

16.4 IJVM tuzish

Endi Java ning IJVM bilan nima aloqasi borligini ko'rib chiqamiz.

Ro'yxat 4.1, Java dasturining oz qismini ko'rsatadi. Java kompilyatori

ushbu dasturni Listing 4.2 da ko'rsatilgan IJVM assambleyasi dasturiga

o'zgartirishi kerak edi. Ro'yxatning chap tomonidagi 1-15 qator

raqamlari, shuningdek, (//) qo'shaloq chiziqlardan keyin izohlar

dasturning o'zi emas. Ular tushunarli bo'lishi va shunchaki tushunishni

osonlashtirish uchun berilgan. Java assembler Listing 4.3-da ko'rsatilgan

ikkiliklarga tarjima qiladi. (Aslida, Java kompilyatori oraliq yig'ilishsiz

darhol ikkilik hosil qiladi.) Ushbu misolda, i mahalliy o'zgaruvchi 1, j

mahalliy o'zgaruvchiga 2, k esa mahalliy o'zgaruvchiga 3.

Ro'yxatlash 4.1. Java dasturining parchasi

i = j + k;

agar (I == 3)

k = 0;

yana

j = j - 1;

Ro'yxat 4.2. IJVM uchun Java assambleyasi dasturi

---

Ro'yxat 4.3. IJVM uchun o'n oltilik dastur

Tuzilgan dastur oddiy. Birinchidan, j va k ustunlar ustiga tashlanadi,

qo'shiladi va natija i ichida saqlanadi. Keyin i va doimiy 3 ustunga

suriladi va taqqoslanadi. Agar ular teng bo'lsa, u holda L1 ga shartli

bo'lim tuziladi, bu erda k 0 qiymatini oladi. Agar ular teng bo'lmasa,

dasturning bir qismi IF_ICMPEQ ko'rsatmasidan keyin bajariladi.

Shundan so'ng, L2 ga o'tish amalga oshiriladi, bu erda qolgan va keyin

qismlar birlashtiriladi.

Listing 4.2-da dastur uchun operand stack 4-2-rasmda keltirilgan. 4.12.

Dastur ishlashni boshlashdan oldin, 0 raqami ustidagi gorizontal

chiziqda ko'rsatilgandek, stack bo'sh. Dastlabki ko'rsatmalardan so'ng,

ILOAD j stakanda suriladi (rasmdagi 1 raqamidan yuqori to'rtburchak).

1 raqami birinchi buyruq bajarilganligini anglatadi. Ikkinchi ILOAD

bajarilgandan

so'ng,

2

raqamining

ustidagi

to'rtburchakda

ko'rsatilganidek, stakanda allaqachon ikkita so'z bor. IADD buyrug'idan

so'ng stakanda faqat bitta so'z qoladi, bu j + k yig'indisidir. Yuqoridagi

so'z suyakdan chiqarilib, i ichida saqlanganida, stack yana bo'sh qoladi.

5-buyruq (ILOAD) if bayonotini boshlaydi. Ushbu buyruq i suyakka

itarib yuboradi. Keyin doimiy 3 keladi (6-buyruqda). Taqqoslashdan

so'ng stack yana bo'shab qoladi (7). 8-buyruq - bu boshqa parchaning

boshlanishi. Bu L2 yorlig'iga o'tish amalga oshirilganda, 12-

buyruqgacha davom etadi.

Откомпилированная программа проста. Сначала j и k

помещаются в стек, складываются, а результат сохраняется в i .

Затем i и константа 3 помещаются в стек и сравниваются. Если они

равны, то совершается условный переход к L1, где k получает

значение 0. Если они не равны, то выполняется часть программы

после команды IF_ICMPEQ . После этого осуществляется переход к

L2 , где объединяются части else и then.

Стек операндов для программы, приведенной в листинге 4.2,

изображен на рис. 4.12. До начала выполнения программы стек

пуст, что показано горизонтальной чертой над цифрой 0. После

выполнения первой команды ILOAD j помещается в стек

(прямоугольник над цифрой 1 на рисунке). Цифра 1 означает, что

---

выполнена первая команда. После выполнения второй команды

ILOAD в стеке оказываются уже два слова, как показано в

прямоугольнике над цифрой 2. После выполнения команды IADD в

стеке остается только одно слово, которое представляет собой

сумму j + k . Когда верхнее слово выталкивается из стека и

сохраняется в i , стек снова становится пустым.

Команда 5 ( ILOAD ) начинает оператор if . Эта команда

помещает i в стек. Затем идет константа 3 (в команде 6). После

сравнения стек снова становится пустым (7). Команда 8 является

началом фрагмента else . Он продолжается вплоть до команды 12,

когда совершается переход к метке L2 .

Рис. 4.12. Состояние стека после выполнения каждой команды

в программе, приведенной в листинге 4.2

Вопросы

1.

Что такое стек

2.

Разъясните модель памяти IJVM

3.

Перечислите набор IJVM-команд

4.

Расскажите процесс компиляции IJVM

5.

Принцип конвейерной обработки