[论文解读] Instruction sequences with dynamically instantiated instructions

J.A. Bergstra, C.A. Middelburg|Nov 27, 2007

Hermeneutics and Narrative Identity被引用 11

一句话总结

本文引入了包含动态实例化指令的指令序列（PGLD_dii），提出了两种基于翻译的语义，将此类程序映射为标准PGLD程序。关键贡献在于一种复杂度差异的方法：一种翻译保持程序长度和执行步数不变，另一种则导致组合爆炸，表明通过强大服务可实现动态指令实例化的最小开销模拟，验证了其作为编程特性的实用性。

ABSTRACT

We study sequential programs that are instruction sequences with dynamically instantiated instructions. We define the meaning of such programs in two different ways. In either case, we give a translation by which each program with dynamically instantiated instructions is turned into a program without them that exhibits on execution the same behaviour by interaction with some service. The complexity of the translations differ considerably, whereas the services concerned are equally simple. However, the service concerned in the case of the simpler translation is far more powerful than the service concerned in the other case.

研究动机与目标

• 为包含动态实例化指令的顺序程序开发形式化语义，扩展PGLD程序表示法。
• 研究此类程序是否可有意义地翻译为标准PGLD程序，同时保持行为等价性。
• 在不同服务假设下，比较两种不同的翻译策略——一种复杂度最低，一种导致组合爆炸。
• 证明尽管在传统汇编实践中不存在，动态指令实例化仍是一种有用且形式上可处理的编程特性。
• 将线程代数中的使用机制推广，以支持动作转换，从而在程序执行期间实现与服务的交互。

提出的方法

• 定义一种广义的动作转换使用机制，以建模程序与服务在执行期间的交互。
• 引入一种基于状态的服务模型，通过将方法调用转换为原语指令，支持动态指令实例化。
• 提出两种将PGLD_dii程序翻译为标准PGLD程序的方法：一种由服务处理实例化（简单翻译），另一种由翻译后的程序自身执行实例化（复杂翻译）。
• 使用投影语义通过已知的、更简单的程序定义程序意义，而非抽象数学对象。
• 将PGLD_dii程序表示法形式化为PGLD的扩展，包含原型指令和动态实例化机制。
• 通过比较生成的原语指令数量分析翻译复杂度：一种翻译产生1:1映射，另一种则基于寄存器数I和最大值N导致组合爆炸。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过投影语义和翻译为标准PGLD程序，对包含动态实例化指令的指令序列进行有意义的定义？
• RQ2 在模拟动态指令实例化时，翻译复杂度与服务能力之间的权衡是什么？
• RQ3 是否存在一种翻译策略，能在正确模拟动态指令实例化的同时，保持程序长度和执行步数不变？
• RQ4 动作转换使用机制如何推广原始使用机制，以支持程序执行期间的服务交互？
• RQ5 尽管在传统汇编语言中不存在，能否证明动态指令实例化是一种有用且形式上严谨的编程特性？

主要发现

• 本文通过翻译为PGLD，提出了PGLD_dii程序的两种语义，一种复杂度最低，一种导致组合爆炸。
• 简单翻译将每个PGLD_dii指令映射为一个PGLD指令，保持程序长度和执行步数不变。
• 复杂翻译将每个原型指令替换为由(5·N + 1)·((N+1)^I - 1)/N + 1条原语指令组成的序列，导致程序规模呈指数级增长。
• 在简单翻译中，服务能力显著更强，因其直接处理指令实例化；而在复杂翻译中，该功能被内化到翻译后的程序中。
• 结果表明，动态指令实例化是一种可行且有用的编程特性，因为其可通过适当服务以最小开销实现模拟。
• 本研究证明，投影语义可扩展以处理如动态实例化等高级特性，而无需依赖程序行为的抽象数学模型。