Agenda

• Unidade I: Introdução:
• Modelo geral de um computador: interface Processador-memória

• Modelos gerais de organizações de computadores: von Neumann e Harvard
• Classificação das arquiteturas conforme o conjunto de instruções (Quant. 2.2 p.67) - máquina de pilha, máquinas com acumulador, máquinas com conjunto de registradores (de uso geral) (subdivididas em registrador-memória e registrador-registrador)

• Elementos definitórios de uma arquitetura: (i) registradores, (ii) modos de endereçamento, (iii) conjunto de instruções, (iv) formatos de instrução, (v) linguagem de montagem
• Tipo, quantidade e tamanho de operandos (Quant. 2.5 p.77) - Modos de endereçamento - imediato, direto, base-deslocamento, indexado
• Endereçamento de memória (Quant. 2.3 p.70)

• Tipos de operações (Quant. 2.7 p.79)
• Codificação das instruções (Quant. 2.10 p.86)
• A função do compilador (Quant. 2.11 p.89)
• Arquitetura MIPS: características

• Conjunto de instruções da arquitetura MIPS
• Modos de endereçamento (HS p.85)
• Conjunto de registradores
• Operações registrador-registrador
• Acesso à memória via instruções load/store
• Formato do código objeto

• Exemplo a ser apresentado em aula:
  • Soma uma constante a cada elemento de um vetor

• SIMULADOR SPIM - Documentação e tutorial:
  • Simulador SPIM - versão para Windows - spimwin.exe
    Instalação (caso não exista grupo PCSPIM for Windows no Strat Menu --> Programs): (1) salve o simulador em um diretório de trabalho; (2) execute o instalador; (3) para simular, execute o pcspim.exe; (4) a primeira vez que se executa o simulador ele pede para achar o arquivo "trap.handler" que se encontra no diretório de instalação do SPIM.
  • Apêndice A da Bibliografia 1 - documentação do processador MIPS - cod-appa.pdf
  • Simulador SPIM - documentação introdutória - spimwin.pdf
  • Simulador SPIM - documentação mais completa - spim_documentation.pdf
  • Simulador SPIM - tutorial introdutório - spim_tutorial.pdf
• Exemplo a ser apresentado em aula:
  • Soma uma constante a cada elemento de um vetor

Conjunto de instruções da arquitetura MIPS:

• Instruções de controle de fluxo: branches (10+11), jumps (4)
• Instruções de comparação (test and set) (4+8) slts (set if less than)
• Exemplo a ser apresentado em aula:
  • Conta o número de letras maiúsculas em um string
  • Link para um exemplo de Tabela ASCII

Programação em linguagem de montagem do MIPS ( 2/2 )

• Multiplicação por deslocamentos

• Exercícios
  • Especificação dos três exercícios a serem feitos na aula

    • Solução do problema de soma de vetores
    • Solução do problema de divisão por somas sucessivas (incompleto)
    • Solução do problema elementos comuns em dois vetores (incompleto)

• Procedimentos especiais:   uso da pilha no MIPS
  • Chamadas não aninhadas - subrotinas folha e a instruções JAL e JALR
  • Chamadas aninhadas
    • Rotinas aninhadas com uso da pilha
  • Chamadas recursivas - caso especial de chamadas aninhadas
  Laboratório com exercício de chamada a procedimentos
  • Exemplo de programa com chamadas recursivas de subrotina: fatorial
  Exercício de recursão: divisão por dois recursiva

• Exercícios referentes à programação em linguagem de montagem (assembly) do MIPS

Ver Capítulo 2 das transparências do livro texto

• Instruções executadas
• Tempo de execução
• CPI: ciclos de ciclos de relógio (clocks) por instrução - CPI
• MIPS, SPEC, etc.

  Medidas de Desempenho - Conclusão

Unidade III: Bloco de Dados e Bloco de Controle

Componentes básicos do bloco de dados:

1. Revisão de blocos digitais básicos - decodificadores, multiplexadores, demultiplexadores, registradores, memórias RAM e ROM - conclusão

1. Revisão de blocos digitais básicos - decodificadores, multiplexadores, demultiplexadores, registradores, memórias RAM e ROM - conclusão
2. Controle do PC: memória de instruções, registrador, somador
3. Banco de Registradores
4. ULA; Unidade lógico-Aritmética
5. Memória de dados

Implementação do bloco de dados monociclo ( 1/4 )

• Discussão da estrutura do processador para implementar algumas das instruções com formato R (ADDU, SUBU, AND, OR, XOR, NOR) e as algumas das instruções com formato I (LW e SW). Link para explicações dos 4 formatos básicos de instruções do MIPS.

Implementação do bloco de dados monociclo ( 2/4 )

• Abrir o projeto VHDL da versão inicial do MIPS, disponível em mips.zip

• Discussão das implementações multiciclo e monociclo
• Características temporais de sistemas síncronos - como calcular freqüência máxima de operação de sistemas síncronos
• Apresentação do código VHDL para este processador
• Simulação do bloco de dados monociclo
• Sua CPU é Little ou Big Endian? little_big.c. Execução no PC (x86): "Little endian". Execução na Sun (SPARC): "Big endian"

1. Usar como programa de teste o prog2.asm
2. Programa de teste utilizado: prog1.asm (neste exemplo, ao se gerar o spim.log substituir a primeira instrução pelo ori da segunda, ou seja, a primeira e segunda instrução serão iguais)
3. Aula prática: incluir a capacidade de executar as seguintes instruções adicionais pela organização da aula passada:
   ADDIU, ANDI, ORI, XORI, LUI - Obs: Alterar o código VHDL
4. Solução - a organização MIPS_V1:
5. Inclusão dos saltos condicionais / incondicionais (J) e do JAL
6. Desempenho e limitações da implementação monociclo

• Lâminada da aula (1-26): multi_ciclo_apresentacao.pdf . Se o pdf estiver rotacionado, use o botão de girar do acrobat reader - ao lado do zoom.

• Lâminada da aula (27-40), mesmo conjunto de lâminas da aula anterior
• Bloco de controle com máquina de estados
• Tempo de execução de programas

• Executar as tarefas descritas no arquivo simulacao_mr_std.doc
               EXERCÍCIOS AO FINAL DO DOCUMENTO
• Descrição VHDL - mips_multiciclo.vhd
• Test bench - mrStd_tb.vhd
• Código de teste - rotinas_aninhadas.asm

• Exercícios para a unidade III

• Algoritmo de multiplicação serial
• Integração do multiplicador ao processador MIPS
• Arquivos para a aula: mult_div.ppt e mult_div.zip
• O mult_div.ppt corresponde às lâminas com a explicação da multiplicação e divisão seriais
• O mult_div.zip corresponde ao projeto do ActiveHDL a ser usado na próxima aula

• Instruções para a aula: inclusao_mult_div.doc.vhd
• Código de teste: mult_div.txt e mult_div.asm
• Multiplicador/Divisor em VHDL: muti_div.vhd
• Descrição VHDL - mips_multiciclo.vhd
• Test bench - mrStd_tb.vhd

• Continuação da aula anterior, com a apresentação do projeto mult/div

• Periféricos com entrada/saída mapeada em memória
• Código VHDL necessário à aula: tx_simplificado.vhd Versão incompleta do VHDL do periférico e testbench simples

• Módulos periféricos
• Integração do periférico ao processador MIPS
• Atenção: Disponibilizado projeto (Active-HDL) completo do periférico, funcionando, com novo testbench (duas transmissões simultâneas). Baixe o arquivo trans_serial.zip