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P-code机

二月 09, 2023

在計算機科學中，P-code機（英語：P-code machine）是一種被設計來執行P-code的虛擬機器。P-code是一種被設計來運行在虛擬CPU上的匯編語言，即是我們現代所稱Bytecode的前身。P-code机这个词可用于形容所有这类机器（例如Java虚拟机和MATLAB预编译的代码），或者特指最有名的P-code机，來自於Pascal語言，特別是UCSD Pascal實作。

虽然這個概念在1966左右年就已首次实现（于BCPL的O-code与Euler语言的P - a code），[1]但P-code这个词直到70年代初才首次出现。 1973年Nori, Ammann, Jensen, Hageli和Jacobi编写的Pascal-P編譯器[2] 和1975年尼克劳斯·维尔特写的Pascal-S編譯器是早期的两个生成P-code的编译器。

P-code可以是一種與特定硬體平台無關的中間碼，一種虛擬機器碼。程式原始碼會先被轉換成P-code；轉換成P-code的程序，之後會由一個軟體來進行直譯。這個軟體可以模擬出一個假想的CPU來讀取p-code，之後將p-code轉換成實體機器碼來執行。但如果有足够的商业利益，可能可以實作做出该规格CPU的硬件实现（例如Pascal MicroEngine和Java处理器）。

UCSD p-Machine

架构

如很多其他p-code机一样，UCSD p-Machine是一个堆疊結構機器，这意味着大多数指令从堆栈中获取它们的操作数，并将结果放回堆栈上面。因此，“add”指令将堆栈最顶部的两个元素替换成它们的和。有几条指令就取一个参数。像Pascal一样，p-code是强类型语言，原生支持boolean (b), character (c), integer (i), real (r), set (s)和pointer (a)类型。

一些简单的指令： 

Insn. Stack Stack Description before after   adi i1 i2 i1+i2 add two integers adr r1 r2 r1+r2 add two reals dvi i1 i2 i1/i2 integer division inn i1 s1 b1 set membership; b1 = whether i1 is a member of s1 ldci i1 i1 load integer constant mov a1 a2 move not b1 ~b1 boolean negation

环境

与其他基于堆栈的环境（如Forth和Java虚拟机）不同的是，p-系统非常类似于真正的目标CPU，它只有一个堆栈供过程栈帧（提过返回地址等）和局部指令参数共享。机器的其中三个寄存器指向这个堆栈（向上增加）：

  • SP 指向堆栈顶部（堆栈指针）。
  • MP 标记活动的栈帧的开始（标记指针)。
  • EP 指向当前过程的最高堆栈位置（极端指针）。

第五个寄存器 PC 指向当前指令的代码区。

调用约定

栈帧是这样的： 

EP -> local stack SP -> ... locals ... parameters ... return address (previous PC) previous EP dynamic link (previous MP) static link (MP of surrounding procedure) MP -> function return value

程序调用序列的工作方式如下：下面指令引入调用 

 mst n

其中 n 指定嵌套级别的差异（记得Pascal支持过程嵌套）。这个指令会标记这个堆栈，即在上述栈帧中保留起始地5个格子，并初始化前面的 EP、动态链接和静态链接。

范例机器

尼克劳斯·维尔特在他1976年出的书《算法+数据结构=程序》中详述了一个简单的P-code机。这个机器有3个寄存器——一个程序计数器 p，一个基寄存器 b，和一个栈顶寄存器 t。一共有8个指令，其中一个（opr）有多种形式。

这是机器的Pascal代码： 

const levmax=3; amax=2047; type fct=(lit,opr,lod,sto,cal,int,jmp,jpc); instruction=packed record f:fct; l:0..levmax; a:0..amax; end; procedure interpret; const stacksize = 500; var p, b, t: integer; {program-, base-, topstack-registers} i: instruction; {instruction register} s: array [1..stacksize] of integer; {datastore} function base(l: integer): integer; var b1: integer; begin b1 := b; {find base l levels down} while l > 0 do begin b1 := s[b1]; l := l - 1 end; base := b1 end {base}; begin writeln(' start pl/0'); t := 0; b := 1; p := 0; s[1] := 0; s[2] := 0; s[3] := 0; repeat i := code[p]; p := p + 1; with i do case f of lit: begin t := t + 1; s[t] := a end; opr: case a of {operator} 0: begin {return} t := b - 1; p := s[t + 3]; b := s[t + 2]; end; 1: s[t] := -s[t]; 2: begin t := t - 1; s[t] := s[t] + s[t + 1] end; 3: begin t := t - 1; s[t] := s[t] - s[t + 1] end; 4: begin t := t - 1; s[t] := s[t] * s[t + 1] end; 5: begin t := t - 1; s[t] := s[t] div s[t + 1] end; 6: s[t] := ord(odd(s[t])); 8: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] = s[t + 1]) end; 9: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] <> s[t + 1]) end; 10: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] < s[t + 1]) end; 11: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] >= s[t + 1]) end; 12: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] > s[t + 1]) end; 13: begin t := t - 1; s[t] := ord(s[t] <= s[t + 1]) end; end; lod: begin t := t + 1; s[t] := s[base(l) + a] end; sto: begin s[base(l)+a] := s[t]; writeln(s[t]); t := t - 1 end; cal: begin {generate new block mark} s[t + 1] := base(l); s[t + 2] := b; s[t + 3] := p; b := t + 1; p := a end; int: t := t + a; jmp: p := a; jpc: begin if s[t] = 0 then p := a; t := t - 1 end end {with, case} until p = 1; writeln(' end pl/0'); end {interpret};

这个机器是用来运行维尔特的PL/0的，一个为教学开发的Pascal子集编译器。

注释

  1. ^ Wirth, N.; Weber, H. EULER: a generalization of ALGOL, and its formal definition: Part II, Communications of the Association for Computing Machinery, Vol.9, No.2, pp.89-99. New York: ACM. 1966. [永久失效連結]
  2. ^ Nori, K.V.; Ammann, U.; Jensen, K.; Nageli, H. The Pascal P Compiler Implementation Notes. Zurich: Eidgen. Tech. Hochschule. 1975. 

延伸阅读

  • Steven Pemberton and Martin Daniels: Pascal Implementation: The P4 Compiler and Interpreter（页面存档备份，存于互联网档案馆）. ISBN 0-85312-358-6; ISBN 0-13-653031-1
  • Steven Pemberton关于Pascal的网页（页面存档备份，存于互联网档案馆）上有P4编译器和解释器的Pascal源代码、使用说明和 （自身生成的）。
  • The Jefferson Computer Museum's page on the UCSD p-System（页面存档备份，存于互联网档案馆）
  • 开源实现（页面存档备份，存于互联网档案馆），包含打包和预编译的二进制文件；Klebsch的实现版本（页面存档备份，存于互联网档案馆）的一个友好的fork
  • Compiling with C# and Java, Pat Terry, 2005, ISBN 0-321-26360-X, 624
  • Algorithms + Data Structures = Programs, Niklaus Wirth, 1975, ISBN 0-13-022418-9
  • Compiler Construction, Niklaus Wirth, 1996, ISBN 0-201-40353-6
  • The Byte Book of Pascal, Blaise W. Liffick, Editor, 1979, ISBN 0-07-037823-1
  • PASCAL - The Language and its Implementation, Edited by D.W. Barron, 1981, ISBN 0-471-27835-1. 尤其参见文章Pascal-P Implementation Notes和Pascal-S: A Subset and its Implementation.

二月 09, 2023
code机, 在計算機科學中, code機, 英語, code, machine, 是一種被設計來執行p, code的虛擬機器, code是一種被設計來運行在虛擬cpu上的匯編語言, 即是我們現代所稱bytecode的前身, 这个词可用于形容所有这类机器, 例如java虚拟机和matlab预编译的代码, 或者特指最有名的, 來自於pascal語言, 特別是ucsd, pascal實作, 虽然這個概念在1966左右年就已首次实现, 于bcpl的o, code与euler语言的p, code, 但p, code这个词直. 在計算機科學中 P code機 英語 P code machine 是一種被設計來執行P code的虛擬機器 P code是一種被設計來運行在虛擬CPU上的匯編語言 即是我們現代所稱Bytecode的前身 P code机这个词可用于形容所有这类机器 例如Java虚拟机和MATLAB预编译的代码 或者特指最有名的P code机 來自於Pascal語言 特別是UCSD Pascal實作 虽然這個概念在1966左右年就已首次实现 于BCPL的O code与Euler语言的P a code 1 但P code这个词直到70年代初才首次出现 1973年Nori Ammann Jensen Hageli和Jacobi编写的Pascal P編譯器 2 和1975年尼克劳斯 维尔特写的Pascal S編譯器是早期的两个生成P code的编译器 P code可以是一種與特定硬體平台無關的中間碼 一種虛擬機器碼 程式原始碼會先被轉換成P code 轉換成P code的程序 之後會由一個軟體來進行直譯 這個軟體可以模擬出一個假想的CPU來讀取p code 之後將p code轉換成實體機器碼來執行 但如果有足够的商业利益 可能可以實作做出该规格CPU的硬件实现 例如Pascal MicroEngine和Java处理器 目录 1 UCSD p Machine 1 1 架构 1 2 环境 1 3 调用约定 2 范例机器 3 注释 4 延伸阅读UCSD p Machine 编辑架构 编辑 如很多其他p code机一样 UCSD p Machine是一个堆疊結構機器 这意味着大多数指令从堆栈中获取它们的操作数 并将结果放回堆栈上面 因此 add 指令将堆栈最顶部的两个元素替换成它们的和 有几条指令就取一个参数 像Pascal一样 p code是强类型语言 原生支持boolean b character c integer i real r set s 和pointer a 类型 一些简单的指令 Insn Stack Stack Description before after adi i1 i2 i1 i2 add two integers adr r1 r2 r1 r2 add two reals dvi i1 i2 i1 i2 integer division inn i1 s1 b1 set membership b1 whether i1 is a member of s1 ldci i1 i1 load integer constant mov a1 a2 move not b1 b1 boolean negation 环境 编辑 与其他基于堆栈的环境 如Forth和Java虚拟机 不同的是 p 系统非常类似于真正的目标CPU 它只有一个堆栈供过程栈帧 提过返回地址等 和局部指令参数共享 机器的其中三个寄存器指向这个堆栈 向上增加 SP 指向堆栈顶部 堆栈指针 MP 标记活动的栈帧的开始 标记指针 EP 指向当前过程的最高堆栈位置 极端指针 第五个寄存器 PC 指向当前指令的代码区 调用约定 编辑 栈帧是这样的 EP gt local stack SP gt locals parameters return address previous PC previous EP dynamic link previous MP static link MP of surrounding procedure MP gt function return value 程序调用序列的工作方式如下 下面指令引入调用 mst n 其中 n 指定嵌套级别的差异 记得Pascal支持过程嵌套 这个指令会标记这个堆栈 即在上述栈帧中保留起始地5个格子 并初始化前面的 EP 动态链接和静态链接 范例机器 编辑尼克劳斯 维尔特在他1976年出的书 算法 数据结构 程序 中详述了一个简单的P code机 这个机器有3个寄存器 一个程序计数器 p 一个基寄存器 b 和一个栈顶寄存器 t 一共有8个指令 其中一个 opr 有多种形式 这是机器的Pascal代码 const levmax 3 amax 2047 type fct lit opr lod sto cal int jmp jpc instruction packed record f fct l 0 levmax a 0 amax end procedure interpret const stacksize 500 var p b t integer program base topstack registers i instruction instruction register s array 1 stacksize of integer datastore function base l integer integer var b1 integer begin b1 b find base l levels down while l gt 0 do begin b1 s b1 l l 1 end base b1 end base begin writeln start pl 0 t 0 b 1 p 0 s 1 0 s 2 0 s 3 0 repeat i code p p p 1 with i do case f of lit begin t t 1 s t a end opr case a of operator 0 begin return t b 1 p s t 3 b s t 2 end 1 s t s t 2 begin t t 1 s t s t s t 1 end 3 begin t t 1 s t s t s t 1 end 4 begin t t 1 s t s t s t 1 end 5 begin t t 1 s t s t div s t 1 end 6 s t ord odd s t 8 begin t t 1 s t ord s t s t 1 end 9 begin t t 1 s t ord s t lt gt s t 1 end 10 begin t t 1 s t ord s t lt s t 1 end 11 begin t t 1 s t ord s t gt s t 1 end 12 begin t t 1 s t ord s t gt s t 1 end 13 begin t t 1 s t ord s t lt s t 1 end end lod begin t t 1 s t s base l a end sto begin s base l a s t writeln s t t t 1 end cal begin generate new block mark s t 1 base l s t 2 b s t 3 p b t 1 p a end int t t a jmp p a jpc begin if s t 0 then p a t t 1 end end with case until p 1 writeln end pl 0 end interpret 这个机器是用来运行维尔特的PL 0的 一个为教学开发的Pascal子集编译器 注释 编辑 Wirth N Weber H EULER a generalization of ALGOL and its formal definition Part II Communications of the Association for Computing Machinery Vol 9 No 2 pp 89 99 New York ACM 1966 永久失效連結 Nori K V Ammann U Jensen K Nageli H The Pascal P Compiler Implementation Notes Zurich Eidgen Tech Hochschule 1975 延伸阅读 编辑Steven Pemberton and Martin Daniels Pascal Implementation The P4 Compiler and Interpreter 页面存档备份 存于互联网档案馆 ISBN 0 85312 358 6 ISBN 0 13 653031 1 Steven Pemberton关于Pascal的网页 页面存档备份 存于互联网档案馆 上有P4编译器和解释器的Pascal源代码 使用说明和编译器的p code 自身生成的 The Jefferson Computer Museum s page on the UCSD p System 页面存档备份 存于互联网档案馆 开源实现 页面存档备份 存于互联网档案馆 包含打包和预编译的二进制文件 Klebsch的实现版本 页面存档备份 存于互联网档案馆 的一个友好的fork Compiling with C and Java Pat Terry 2005 ISBN 0 321 26360 X 624 Algorithms Data Structures Programs Niklaus Wirth 1975 ISBN 0 13 022418 9 Compiler Construction Niklaus Wirth 1996 ISBN 0 201 40353 6 The Byte Book of Pascal Blaise W Liffick Editor 1979 ISBN 0 07 037823 1 PASCAL The Language and its Implementation Edited by D W Barron 1981 ISBN 0 471 27835 1 尤其参见文章Pascal P Implementation Notes和Pascal S A Subset and its Implementation 取自 https zh wikipedia org w index php title P code机 amp oldid 64183664, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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