Microjava

Microjava
Káio, Estevão e André
Sumário da apresentação
• JVM - a máquina virtual Java
• microJava 701
Java Virtual Machine - JVM
• Máquina que executa programas em bytecode
• Processador virtual:
o Possui seu próprio conjunto de instruções
o Manipula diferentes áreas de memória
• Baseada em pilha de operandos
o Não há registradores visíveis
• Responsável por gerenciar: memória (garbage
collector), erros, exceções, threads
JVM - Base da Especificação
• Subsistema
o Referente à carga de classes
• Área de memória
o Área de métodos
o Heap
o Pilha
• Tipos de Dados
o Primitivos (numéricos, lógicos e "retorno de
endereço"->Ponteiros para opcode da JVM)
o Derivados (objetos, classes, interfaces)
• Conjunto de instruções
JVM - Base da Especificação
Java Virtual Machine - JVM
Java Virtual Machine - JVM
• Suporta multithreading
• Um registrador PC (program counter) para cada
thread ativa
• Um stack para cada thread ativa
• Memória dinâmica (heap) compartilhada por todas
as threads
• Operandos das instruções sempre estão no stack da
thread
MicroJava-701
Introdução
• Lançado em 1998 pela Sun
• O primeiro processador que executa bytecode
diretamente em hardware.
• MicroJava 701 executa bytecodes cerca de duas
vezes mais rápido que um Pentium II a 266 MHz
• Para execução de bytecode o 701 é provavelmente
mais rápido e mais barato do que qualquer outro
mecanismo
• Dispensa o uso de compiladores Java JIT
Características
• Núcleo de picoJava 2.0 de 32 bits
o A cache da pilha tem 64 entradas
o 1 cache de 16KB para instruções e 1 cahe de
16KB para dados
o Instruções da JVM
o Pipeline de seis estágios
• Controladores de barramento de E/S e do sistema
de memória
Características
• Frequência de operação de 133 até 200 MHz
• Suporte para ordenação de big e little-endian
• Dois barramentos: um de 64 bits para acesso a
memória e um PCI de 32 bits
• Controlador de interrupção e temporizadores
múltiplos.
Cache
• Cache de Instrução
o 16kByte em tamanho
o Cache de mapeamento direto organizado em
1024 linhas × 16Byte.
o Linha de instrução da cache com 4 palavras de
32-bit.
• Cache de Dados
o 16kByte em tamanho.
o Conjunto de 512 linhas × 16Byte.
o Linha de dados da cache com 4 palavras de 32bit.
Unidade Inteira (IU)
• É ela que busca e carrega as instruções da cache de
instruções
• Carrega e armazena dados na cache de dados
• Não contém nenhum registrador de uso geral visível
para o programador
• Instruções inteiras JAVA
o Definida na especificação da JVM
• Suporta instruções de deslocamento, multiplicação e
divisão de inteiros e manipulação da pilha
• Até quatro instruções podem ser juntadas e
executadas em paralelo (VLIW)
Unidade de Ponto Flutuante (FPU)
• A FPU executa todas as instruções de ponto
flutuante - de precisão simples e dupla - definidas
pelo JAVA
• Segue a especificação da JVM.
• Possui:
o Seqüenciador de microcódigo
o Somador de ponto flutuante
o Divisor/multiplicador de ponto flutuante.
• float e double representam precisão simples de 32
bits e precisão dupla de 64 bits
• Possui um barramento de dados de 32 bits
Unidade gerenciadora de pilha (SMU)
• É uma memória cache com 3 portas de leitura e duas de
escrita
• Uma unidade de controle da pilha
• Gerenciador de dribble
Diagrama de Blocos do mJ701
Mapeamento da Memória
• O microJava-701 permite que as regiões de
memória sejam colocadas em qualquer lugar dentro
de 1GB de espaço enderecável
o DRAM (EDO e SDRAM) — quatro bancos
o Barramento local — quatro bancos
o PCI Memória E/S — três bancos
• As regiões fixadas no mapa de memória são as
seguintes:
o Registradores
o O código de inicialização
selecionado FLASH_CS#—somente o código
inicial é fixo (tamanho da região pode ser
programado)
Interface com Memória DRAM
• Dispositivos DRAM devem ser da mesma tecnologia
e grau de velocidade.
• Dispositivos DRAM de 32-bit e 64-bit.
• O sistema DRAM é organizado como 4 conjuntos
que variam de 4 MBytes até 64 MBytes de tamanho.
Interface com Memória Flash
• 64KByte para 1GByte de memória Flash.
• Dados largura do barramento de 8 bits, 16 bits ou 32
bits.
Controlador de Interrupção
• 15 níveis de interrupção e uma interrupção não
mascarada (NMI)
• NMI, seis interrupções externas, EXT_INTR [05:00],
e quatro interrupções de baixo nível, LL_INTR #
[03:00] disponíveis para uso geral.
• Quatro fontes de interrupções geradas internamente:
o tick timer,
o temporizador de uso geral,
o watchdog timer
o erro de PCI.
• Duas interrupções de software.
• Uma fonte de interrupção pode ser mapeado para
qualquer um dos 15 níveis.
Diagrama de Blocos
Conjunto de Instruções
• Instruções identificadas por opcode de tamanho fixo
de 1 byte
• Conjunto de instruções não ortogonal
• Operações complexas são emuladas via software
• Exemplo de uma iteração interna da máquina
virtual:
do {
fetch an opcode;
if (operands) fetch operands;
execute the action for the opcode;
} while (there is more to do);
Conjunto de Instruções
• As instruções operam apenas sobre um tipo
específico.
• A instrução tem representado no seu
mnemônico o tipo sobre o qual ela opera.
• Uma letra para representar cada tipo:
o
o
o
o
o
i : operações sobre int
l : operações sobre long
f : para float
d : para double
a : para o tipo referência (classes, arrays, interfaces)
Instruções Aritméticas
• Dois tipos:
o Processamento de valores inteiros
o Processamento de valores ponto-flutuante
• Não suporta os tipos byte, short, e char
o Conversão para int e execução da operação
Conjunto de Instruções Aritméticas
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Adição: iadd, ladd, fadd, dadd.
Subtração: isub, lsub, fsub, dsub.
Multiplicação: imul, lmul, fmul, dmul.
Divisão: idiv, ldiv, fdiv, ddiv.
Resto da divisão (mod): irem, lrem, frem, drem.
Negação: ineg, lneg, fneg, dneg.
Deslocamento: ishl, ishr, iushr, lshl, lshr, lushr.
OU bit a bit : ior, lor.
E bit a bit: iand, land.
OU EXCLUSIVO bit a bit: ixor, lxor.
Incremento de variável local: iinc.
Conjunto de Instruções
• Conversões de tipo:
o
o
o
o
A primeira letra é o tipo origem, a última é o tipo destino.
O número 2 tem o sentido de “to” (para).
Suporta diretamente as seguinte conversões de
extensão (sem perdas significativas):
 int => long => float => double
 i2l, i2f, l2f, f2d.
As outras conversões suportadas podem resultar em
perdas significativas do valor: i2b, i2c, l2i, ...
Conjunto de Instruções
• Instruções para criação e manipulação de
objetos:
Criação de objetos: new, newarray, etc.
Acessar atributos: getfield, putfield, etc.
Acessar uma posição do array: baload,
caload, bastore, castore, etc.
o Tamanho do array: arraylength
o
o
o
Conjunto de Instruções
• Checar propriedades dos objetos: instanceof,
checkcast.
• Instruções para manipulação da pilha e do
array de variáveis: pop, pop2, dup, dup2,
swap, wide, etc.
Conjunto de Instruções
• Instruções de controle (desvios):
o
o
Desvios incondicionais: goto, goto_w, etc.
Desvios condicionais: ifeq, iflt, ifle, ifnull, etc.
 Desvios condicionais sobre o tipo int realizam a
comparação automaticamente: if_icmplt, if_icmpeq,
if_icmpg, etc.
 Desvios condicionais sobre outros tipos precisam ser
precedidos por uma instrução de comparação:
dcmpg
ifeq loop
• Switch: tableswitch, lookupswitch
Conjunto de Instruções
• Chamada e retorno de métodos:
Chamada: invokevirtual, invokespecial,
invokestatic.
o Retorno: lreturn, freturn, ireturn.
o Ao chamar um método, os parâmetros devem ser
colocados (na ordem da declaração) na pilha. Quando
a execução termina, o valor de retorno, se houver, é
colocado no topo da pilha do método “pai”.
o
Instruções de Carga e
Armazenamento
• Transferem dados entre as variáveis locais da
máquina virtual e operandos da pilha:
iload, iload_<n>, lload, lload_<n>
fload, fload_<n>, dload, dload_<n>
aload, aload_<n>