Week 1 notes

VM（Virtual Machine）是 Jack 语言的中间层，其负责将 high-level 语言转化为汇编：

We can only see a short distance ahead, but we can see plenty there that needs to be done. –Alan Turing

为什么会有这种架构：

• 计算器的构成不同，导致机器语言不同
• 直接面向机器语言的编译器是 machine language depended，编译器实现不同。

VM 的理念就是将所有的高级语言翻译为一种抽象化的代码：VM code(bytecode)。在这个层级中，编译器不关心具体的机器语言实现，而是将所有的计算机统一视作虚拟机（Virtual Machine）

本层级负责具体的，基于计算机类型的实现。具体的工作是将虚拟机中的 bytecode 转化为基于特定机器语言的映射实现。

• Jack compiler： Jack 语言 → VM code
• VM emulator：VMcode to PC & Hack computer

VM code 有两点需要关注：

• VM code 需要足够的接近高级语言层，这样编译器的实现会相对简单
• VM code 也需要足够接近底层，这样 VM implementaion 也会相对简单

Stack machine abstraction 是一种抽象结构，能够在上述两点要求中找到较为平衡的位置。其包含架构部分和命令部分

Stack 由一块 RAM 和一个 Stack 组成。 Stack 拥有两种基础操作：

• push：在最高点之上添加元素
• pop：移除最高点的元素

基于上述两种基础操作，Stack 中定义了一系列算术运算。这些算术运算的基础流程为：

• 将所有需要 argument 从 stack 中 pop 出来
• 计算结果
• 将结果 push 回 stack

比如下面的命令 add ，实质是将 stack 最上面的两层元素进行相加。其流程为：

• 先将两个元素都 pop 出来
• 进行加法运算
• 在 push 到原有的 stack 里

常见的命令：

• 算术：add / sub / neg
• 逻辑：eq / gt / lt | and / or / not

为什么需要 memory segment？

我们在编程中通常会根不同作用域的变量打交道。比如下面的 jack 语言：

static inst s1, s2;
function int bar(int x, int y)
{
    var int a, b, c;
    ...
    let c = s1 + y;
    ...
}

push s1 // global
push y // argument
add
pop c // local

本课的 VM 设计中提出了 memory segment 这一概念来解决该问题。其原理是将不同类型的变量存储到对应的 memory segment 中。比如上面的例子：


实际上通过 memory segment 对所有的变量进行了一次分组。因此对应的命令实际上可以改写为：

push static 0 // s1
push argument 1 // y
add
pop local 2 // c

• push：将指定内存区域的内容送到 stack 的栈顶
• pop：将栈顶的元素移除出 stack，并送入到指定内存区域中

比如下面的例子：

push local 1 // 将 local[1] 的内容推到栈顶
pop local 1 // 将栈顶的内容移除，并存储到 local[1]

local // 局部变量
argument // 参数变量
this // 类对象
that // 
constant // 常量
static //