SPIM-Tutorium 1 - Institut für Informatik

Technische Grundlagen der Informatik II
SPIM-Tutorium 1
Abgabe bis spätestens 4. Juni 2007, 17:00 Uhr, Übungskästen im Foyer des EG von
Haus 4
In den SPIM-Rechnerübungen sollen Sie mit dem SPIM-Simulator vertraut werden, den
Aufbau des zugrundeliegenden MIPS-Prozessors kennenlernen, den Zusammenhang zwischen
den einzelnen Stufen der Programmierung (High-Level-Language, Assembler, Maschinencode)
erkennen und die Abarbeitung der Assembler-/Maschinenprogramme in der
Simulation beobachten. Als Literatur zum SPIM-Simulator/MIPS-Prozessor empfehlen
wir Ihnen:
Gerry Kane und Joe Heinrich, MIPS RISC Architecture, Prentice Hall 1992, oder in dem
Buch von David Patterson und John Hennessy, Computer Organization and Design - The
Hardware / Software Interface, Morgan Kaufmann Publishers, 1994 (auch in Deutsch
verfügbar). Auf den Webseiten zur Übung finden Sie den Link zu Dokumentation (in englisch).
In den Übungsblättern werden Erläuterungen zu den inhaltlichen Schwerpunkten
des Tutoriums gegeben.
Der SPIM-Simulator ist als Software frei verfügbar, es gibt Versionen für Windows9x/NT
und Linux. Die neuesten Versionen sind direkt unter
http://www.cs.wisc.edu/∼larus/spim.html
verfügbar. Auf den Webseiten zur Übung finden Sie ebenfalls die den Link zum Softwaredownload.
In den Rechnerpools (PC-Labore 1.03 und 1.04) des Instituts für Informatik
ist SPIM unter Linux und Windows XP installiert.
In den Rechnerübungen finden Sie Aufgaben zum Kennenlernen des Simulators und zur
Vorbereitung auf die Aufgabe, deren Lösung Sie abgeben sollten. Vom ersten Übungsblatt
sollen alle Aufgaben gelöst und abgegeben werden. Zur Aufgabe wird angegeben, ob der
Assemblertext als Email einzusenden ist. Analog zum Einwurf der schriftliche Lösungen
in die Kästen gibt es drei verschiedene Mailadressen:
spimeins@cs.uni-potsdam.de für Übungsgruppe 1
spimzwei@cs.uni-potsdam.de für Übungsgruppe 2
spimdrei@cs.uni-potsdam.de für Übungsgruppe 3
Bitte geben Sie als Subject die Nummer des SPIM-Aufgabenblattes an.
Die Lösungen sind als Attachment der Mail anzufügen. Jedes Assemblertextfragment ist
als einzelne Datei (ASCII) zu liefern. Der Dateiname ergibt sich wie folgt:”Ihr Name”**.s
oder ”Ihr Name”**.asm. ** ist durch die Spimblattnr. Aufgabennummer zu ersetzen. Im
Vorspann der Datei muß Ihr Name und das benutzte System (WindowsXP/Linux/Solaris)
angegeben sein. Da jedes Übungsblatt auch einen schriftlich abzugebenen Anteil hat, sind
die Programmausdrucke diesem beizulegen. Auf den Programmausdrucken werden die
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Korrektoren die erreichten Punkte und Bemerkungen anbringen. Programme sind zu kommentieren.
Fehlende Kommentare führen zu Punktabzug! Programme, die nicht
im Simulator laufen, werden nicht genauer untersucht. Fehler, die durch die unerschiedlichen
Betriebssysteme auftreten, führen nicht zu Nachteilen in der Bewertung.
Zu den Aufgaben:
• Benutzen Sie zur Eingabe des Assemblerprogramms einen Editor ihrer Wahl (kein
Textverarbeitungsprogramm). Die Dateien sollten die Extension *.s oder *.asm
haben.
• Die nötigen Informationen zur Syntax und zum Aufbau der Programme finden Sie
in der Dokumentation bzw. in den Beispielen der Einführungsveranstaltung.
• Das Programm wird dann in den Simulator geladen.
Aufgabe 1. Erstes SPIM-Programm (–)
Starten Sie eine beliebigen Texteditor. Geben Sie folgendes Programmfragment mit Hilfe
des Texteditors ein uns speichern Sie es unter dem Namen name01_01.s.
#####################################################
#
# Mein erstes SPIM-Programm
#
####################################################
#
# Autor: "Hier sollte Ihr Name stehen"
# erstellt am: "Datum"
# System: Linux/windows XP o.a.
#
###################################################
# Hier beginnt der Programmtext
main:
.text
.globl main
la $t0, werte
lw $t1, 0($t0)
lw $t2, 4($t0)
add $t3, $t2, $t1
sw $t3, 8($t0)
nop
nop
.data
werte: .word 12, 111, 0
2

Starten Sie den SPIM-Simulator wie folgt:
• Unter Linux: Wechseln Sie in einem Terminal in das Verzeichnis /usr/local/spim/xspim
und geben Sie das Kommando ./xspim &. Laden Sie das Programmfragment in
den Simulator (absoluten Pfad angeben) oder starten Sie das Programm mit dem
Kommando /usr/local/spim/xspim. Dazu mus vorher die Datei exception.s in das
entsprechende Verzeichnis kopiert worden sein.
• Unter Windows XP: Start über PCSpim-Desktop-Icon.
Was leistet dieses Programm? (Anweisungsfolge notieren) Welche Aktion hat die erste
Anweisung nach der Marke main zur Folge?
Aufgabe 2. Arithmetischer Ausdruck (–)
Gegeben ist folgender arithmetische Ausdruck:
y = ((a + c) ∗ (a − c) − b) ∗ ((a + b) − 7)
Schreiben Sie ein MIPS-Assemblerprogrammstück, welches den Wert y berechnet. Die
Variablen a, b und c sollen in den Registern $s0, $s1, $s2 stehen. $t0 bis $t7 können als
temporäre Register benutzt werden. Das Ergebnis y soll in $v0 stehen.
Benutzen Sie dabei folgende arithmetische Operationen:
add Ziel, Quelle1, Quelle2
mulo Ziel, Quelle1, Quelle2
sub Ziel, Quelle1, Quelle2
Addition
Multiplikation
Subtraktion
Belegen Sie die Register mit der set value-Funktion des Simulators und berechnen Sie
y. Ergänzen Sie in untenstehender Tabelle die errechneten Werte.
a b c Ergebnis y
123 7 9
9 15 1
1 1 778
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Aufgabe 3. Bitfolge (4)
Programm als Email-Attachment
Schreiben Sie ein MIPS-Assemblerprogramm (Eingabe der Bitfolge über die Konsole),
welches die Bits in Register $t0 umdreht. (z.B.
Vorher: 0100 1001 1100 1110 0000 0000 0000 0000
Nachher: 0000 0000 0000 0000 0111 0011 1001 0010)
Aufgabe 4. Matrixverwaltung (6)
Programm als Email-Attachment
Legen Sie im Datensegment eine Matrix der Größe (n,m) ab. (n und m beliebig, aber
fest, n,m >2) Initialisieren Sie die Matrix mit beliebigen Werten. Berechnen Sie im MIPS-
Programm die Summe aller Matrixelemente. Achten Sie auf die Adressierung! Geben Sie
das Ergebnis der Berechnungen über die Konsole aus.
Bitte beachten Sie die Abgabemodalitäten für die einzelnen SPIM-Aufgaben!
Bitte geben Sie Ihre Lösungsblätter geheftet mit Namen,
Matrikelnummern sowie die Übungsgruppennummer versehen ab!
Dozent: Prof. Dr. rer. nat. Christophe Bobda
Übungskoordination: Petra Vogel
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