Модель процессора

Приложение, позволяющее промоделировать выполнение на некотором процессоре программы на низкоуровневом языке (ассемблере) в виде некоторой объектной модели. Программа представляет собой последовательность команд языка.

Описатель команды состоит из описателей операндов и информации о типе операции (исполнение операции реализуется отдельным объектом функтором). В записи операторов языка могут использоваться регистры и идентификаторы (связанные с адресами в памяти). Регистр – определяется номеров в блоке регистров; идентификатор – последовательность латинских букв длиной не более 8 символов.
Описатель унарной команды содержит следующую информацию: поле метки (может отсутствовать) и указателя на операцию; описателя операнда. Результат выполнения операции помещается в операнд.
Описатель бинарной команды содержит следующую информацию: поле метки (может отсутствовать) и указателя на операции; два описателя операндов. Результат выполнения операции помещается в первый операнд.
Описатель оператора перехода содержит следующую информацию: идентификатор метки перехода в памяти команд.
Описатель оператора объявления данных содержит следующую информацию: поле метки – идентификатор данных (обязательное поле), непосредственный операнд (число). При конструировании объекта данного типа под операнд выделяется место в памяти программ.
Описатель оператора инициализации потока содержит следующую информацию: поле метки (может отсутствовать) и идентификатор метки перехода в памяти команд. Новый поток начинает исполнение с заданной метки перехода, в то время как текущий поток продолжает своё исполнение со следующей команды.
Описатель оператора окончания потока одержит следующую информацию: поле метки (может отсутствовать). Программа считается завершённой когда все потоки завершили своё исполнение Процессор состоит из устройства управления, исполнительных устройств, выполняющих определенные наборы операторов, блока регистров общего назначения, памяти программ и памяти данных. При выполнении программы, очередная команда извлекается устройством управления из памяти программ, назначается на свободное исполнительное устройство, после чего команда выполняется исполнительным устройством с установкой блокировок на соответствующие операнды на время выполнения команды. Оператор перехода устройство управления выполняет самостоятельно

Блок регистров характеризуется количеством регистров, поддерживает операции доступа к регистрам по номеру и блокировки регистров. Хранение регистров осуществляется при помощи вектора.

Память данных характеризуется объемом, поддерживает операции доступа к данным по идентификатору и блокировки на адреса в памяти, выделение памяти под впервые встретившийся идентификатор.

Исполнительные устройства характеризуются набором и временем выполнения команд.

Память программ считается условно бесконечной, каждая команда занимает одну ячейку в памяти; содержит регистр - счетчик команд, хранящий адрес текущей команды.

Обеспечить также выполнение следующих операций.
Для модели процессора:

• редактирование модели процессора;
• выполнить программу.

Для памяти программ:

• редактирования программы;
• показать всю программу;
• выдать текущую команду;
• изменить значение регистра счетчика команд.

Для любой команды:

• вывести информацию о команде;
• редактирования команды.

Для операнда:

• Вернуть значение операнда.
• Для исполнительного устройства:
• исполнить команду;
• установить / снять блокировку на ресурс памяти

Итоговая программа должна быть способна моделировать выполнение программы на низкоуровневом языке (ассемблере) на виртуальном процессоре. Должны быть возможность загрузить программу в память процессора, выполнить ее и наблюдать за изменением состояния процессора (таким как значения регистров) по мере выполнения программы.

Логика работы процессора:

1. Получение инструкции по адресу счетчика команд (PC)
2. Декодирование инструкции
3. Выполнение инструкции
4. Прибавление к счетачику команды размера выполненноой инструкции

Основной поток выполнения:

• Пользователь предоставляет ассемблерный код, сохраненный в файле.
• Происходит считывание и анализ кода с использованием лексера и парсера (если используется).
• Создаются экземпляры классов команд, операндов и меток на основе анализа кода.
• Программа загружается в память, включая инструкции и операнды.
• Процессор начинает выполнение программы, последовательно считывая и выполняя команды из памяти.
• Каждая команда вызывает соответствующий метод execute(), выполняя свою функцию.
• Выполнение продолжается до завершения программы или обнаружения команды завершения выполнения.

3 категории операндов:

• Immediate: начинаются с символа $, за которым следует непосредственное значение в нотации C (ex: $0x1F, $-577)
• Regiter: значение хранится в указанном регистре (GPRegister)
• Memory (ссылка на память): определяет адрес ячейки (эффективный адрес)

Примерная UML-диаграмма необходимых классов

P.s. Каждый регистр может хранить 32х разрядное слово, а номер регистра в enum gpr и есть его идентефикатор и номер в блоке регистров

Если строка заканчивается ‘:’ — это метка, которая будет присвоена следующей инструкции.

Память (DataMemory)

Поддерживаемые команды

• mov
• add
• sub
• inc
• dec
• not
• and
• or
• xor
• cmp
• shl
• shr
• jmp
• je
• jne
• jg
• jge
• jl
• jle
• db
• dw
• dd
• hlt