hexueyuan / virtualComputer

C++实现的概念计算机，可以执行简单的机器指令，通过工具封装成简单的汇编

Virtual Computer

一个从底层硬件模拟的简单计算机。从设计总线、寄存器、ALU、移位器、存储器到设计指令集、微指令控制器，实现了常用的十四条汇编指令，原型机的逻辑结构采用内外总线型，非常容易借此理解计算机组成原理。

功能预览

• 指令集

指令	说明
MOV	支持寄存器（值、内存地址）到寄存器（内存地址）
ADD	算数加法
AND	逻辑与
OR	逻辑或
NOT	逻辑非
XOR	逻辑异或
ZERO	判断参数是否为0，设置PSW寄存器
CMP	比较两个参数，设置PSW寄存器
JMP	无条件跳转，后接内存地址
JMPZ	当PSW寄存器设置了ZERO位时跳转
JMPN	当PSW寄存器设置了NAGITIVE位时跳转
JMPP	当PSW寄存器设置了POSITIVE位时跳转
LSFT	逻辑左移
RSFT	逻辑右移
NOP	空指令

• 指令执行逻辑
  初始化时PC寄存器值为0，此时从Memory内存的地址0处取得第一条指令，执行指令流程如下：

1. 从PC寄存器存的内存地址处取得下一条指令，并放到IP寄存器中，然后PC自增1指向下一条地址。
2. 微指令生成器从IP寄存器中取得指令，并生成相应的微指令，这里微指令生成器更像是采用逻辑电路生成而不是微程序。
3. 将操作数1传到选择器A中，零操作数指令忽略该过程。
4. 将操作数2传到选择器B中，零操作数和单操作数指令忽略该过程。
5. 计算PSW的值，并传递到PSW寄存器。
6. 计算指令的结果并传送到暂存器C。

• 极易扩展成任何类型的机器
  在src/kernel/base目录下边我详细构建了bus、register、mutil_register、selector、shiftor等类，同时在上层目录还有cpu、memory等类，在options.h中定义数据宽度、指令宽度、指令位说明等，因此可以通过简单等配置重构建实现任意种类型和结构的简单机器，在后文的细节部分会详细讨论这些内容。

• 交互式运行
  类似于调试过程的交互式运行，可以单步执行指令。通过控制指令可以调试输出寄存器参数、CPU参数、内存地址值等。

• 提供简单的编译程序
  asm工具将汇编指令转换成二进制机器码，以便于加载到内存中运行。源文件在tool/asm.cpp中，执行./asm code.src code.des汇编code.src文件中的汇编指令到code.des中。

• 交互式终端指令说明
  执行bin/computer可执行文件之后，进入VirtualComputer的交互式终端，之后可以在这个终端下加载编译后的二进制机器码到内存中，可以单步执行指令，可以调试输出信息等，简单演示如下：
  
  交互终端支持指令如下：

指令	参数	说明
load	file-path	加载二进制机器码，使用tool下的asm工具汇编出来
debug	options	调试指令，options可以是单个寄存器名，也可以是Register输出全部寄存器，也可以是CPU信息
exit	退出

下载&编译

下载

git clone [e-mail]:hexueyuan/virtualComputer.git

编译

debug版

cd VirtualComputer
mkdir build
cd build
cmake ..
make

release版

cd VirtualComputer
mkdir build
cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=release
make

在bin目录下生成asm-tool汇编工具和virtualComputer交互式终端程序。

待完成

• 组件类的说明文档
• 单元测试
• 考虑扩展性

说明文档

基础类在命名空间base下定义，逻辑类在命名空间computer下定义。

base命名空间组件

• 逻辑操作相关库kernel/base/bits.h 说明文档
• 总线类kernel/base/bus.h 说明文档
• 单I/O端口寄存器类kernel/base/register.h 说明文档
• 双I/O端口寄存器类kernel/base/mutil_register.h 说明文档
• 八端口选择器类kernel/base/selector.h 说明文档
• 运算器ALU类kernel/base/alu.h 说明文档
• 移位器类kernel/base/shiftor.h 说明文档
• Memory存储器类kernel/memory.h 说明文档

computer命名空间组件

• **处理器cpu类kernel/cpu.h 说明文档
• 微指令生成器类kernel/instruction_generator.h 说明文档

参与开发

非常欢迎有兴趣的朋友可以一起来完善这个项目，我的预期是在这个基础之上完成一个前端的游戏，类似于Appstore上的Human Resource Machine。我一个人开发进度应该不会很快，所以非常欢迎有人加入一起开发！

协议

MIT