Microjava. Káio, Estevão e André

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1 Microjava Káio, Estevão e André

2 Sumário da apresentação JVM - a máquina virtual Java microjava 701

3 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

4 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

5 JVM - Base da Especificação

6 Java Virtual Machine - JVM

7 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

8 MicroJava-701

9 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

10 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

11 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.

12 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 32- bit.

13 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)

14 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

15 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

16 Diagrama de Blocos do mj701

17 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)

18 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.

19 Interface com Memória Flash 64KByte para 1GByte de memória Flash. Dados largura do barramento de 8 bits, 16 bits ou 32 bits.

20 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.

21 Diagrama de Blocos

22 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);

23 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 i : operações sobre int o l : operações sobre long o f : para float o d : para double o a : para o tipo referência (classes, arrays, interfaces)

24 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

25 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.

26 Conjunto de Instruções Conversões de tipo: o A primeira letra é o tipo origem, a última é o tipo destino. o O número 2 tem o sentido de to (para). o Suporta diretamente as seguinte conversões de extensão (sem perdas significativas): int => long => float => double i2l, i2f, l2f, f2d. o As outras conversões suportadas podem resultar em perdas significativas do valor: i2b, i2c, l2i,...

27 Conjunto de Instruções Instruções para criação e manipulação de objetos: o Criação de objetos: new, newarray, etc. o Acessar atributos: getfield, putfield, etc. o Acessar uma posição do array: baload, caload, bastore, castore, etc. o Tamanho do array: arraylength

28 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.

29 Conjunto de Instruções Instruções de controle (desvios): o Desvios incondicionais: goto, goto_w, etc. o 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

30 Conjunto de Instruções Chamada e retorno de métodos: o 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.

31 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>

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