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Sorbonne-Université Sciences Architecture Logicielle et Matérielle des Ordinate

Sorbonne-Université Sciences Architecture Logicielle et Matérielle des Ordinateurs 2019 licence informatique LU3IN004 Alain Greiner Quentin Meunier Franck Wajsbürt Pirouz Bazargan Emmanuelle Encrenaz Travaux Dirigés Travaux Pratiques Dernière modification le 2 sept. 2018 à 04:15:25) ALMO TD n°1 - Assembleur MIPS32 : Instructions de base Préambule Ce TD permet de se familiariser avec le jeu d'instructions du processeur MIPS32 pour écrire des premiers programmes en assembleur. Pour en profiter pleinement, il est conseillé d'avoir lu auparavant le document Architecture externe MIPS, et il faut impérativement se référer au document Langage d'assemblage MIPS. 1. Étude d'une instruction simple Les registres $6 et $7 du processeur (registres sources) contiennent des valeurs connues. On souhaite ranger dans le registre $8 (registre destination) le résultat de la somme des valeurs contenues dans les registres $6 et $7 . Quelle instruction faut-il utiliser ? Quels registres sont modifiés par l'exécution de cette instruction ? Quelle est la différence entre les instructions add et addu ? 2. Chargement d'une valeur immédiate dans un registre La plupart des instructions utilisent des valeurs contenues dans des registres comme opérandes pour les opérations arithmétiques et logiques. Écrire le code permettant de charger la valeur 0x1234 dans le registre $16 . Même question avec la valeur 0x12345678 à charger dans le registre $19 . Même question avec la valeur -3 à charger dans le registre $22 3. Chargement dans un registre d'une valeur stockée en mémoire Les données d'un programme sont en général des valeurs stockées dans la mémoire. Ainsi, tout traitement portant sur l'une de ces valeurs nécessite de charger cette valeur dans un registre. Écrire les directives assembleur permettant de réserver en mémoire 2 mots de 32 bits aux adresses var1 et var2 , et d'initialiser ces 2 mots avec les valeurs hexadécimales 0x12 et 0x34 . Écrire les instructions permettant de charger le contenu du mot d'adresse var2 dans le registre $18 , l'adresse var2 étant placée dans le registre $8 . 4. Addition de deux valeurs stockées en mémoire Écrire un programme permettant de faire la somme entre deux nombres rangés en mémoire aux adresses var1 et var2 , et de ranger le résultat en mémoire à l'adresse var3 . La première instruction du programme (point d'entrée) doit avoir le label main , et le programme doit se terminer par l'appel système exit . 5. Itération : Somme de 1 à 10 Écrire, en utilisant une boucle, le programme assembleur qui stocke dans le registre $5 la somme des nombres de 1 à 10, en utilisant trois registres. On utilisera l'appel système exit pour terminer le programme. Comment peut-on optimiser la boucle pour ne faire intervenir que deux registres ? ALMO TP n°1 - Simulateur MARS Préambule Ce premier TP a pour but de vous familiariser avec l'outil MARS , que vous utiliserez dans les trois premiers TP de l'UE ALMO. Le simulateur MARS modélise un petit système composé d'un processeur MIPS32 et d'une mémoire, sans faire d'hypothèse sur l'architecture interne du processeur, qui est considéré comme une boîte noire, capable d'exécuter séquentiellement (instruction par instruction) un code binaire stocké en mémoire. MARS fait l'hypothèse qu'un programme utilise trois segments en mémoire : Le segment text, qui contient le code binaire exécutable du programme (c'est-à-dire les instructions). Le segment data, qui contient les données globales du programme (dont les valeurs peuvent être initialisées). Le segment stack, qui contient la pile d'exécution du programme (les variables locales aux fonctions). L'interface graphique de MARS vous permet d'examiner les valeurs contenues dans chacun de ces trois segments. Le logiciel MARS fournit en pratique trois services distincts : 1. Editeur: il contient un éditeur de texte permettant de saisir et de sauvegarder sur disque un programme écrit en langage d'assemblage. 2. Assembleur : à partir d'un fichier source en langage d'assemblage, il réalise l'assemblage, c'est-à-dire la génération du code binaire. Il effectue également le chargement en mémoire de ce code binaire dans les deux segments text et data . 3. Simulateur : après chargement du code binaire en mémoire, il simule l'exécution en mode pas-à-pas, en vous permettant de visualiser comment l'exécution de chaque instruction modifie l'état du système (c'est-à-dire les valeurs stockées dans la mémoire externe et dans les registres internes du processeur). Le langage d'assemblage est décrit dans le document MIPS32 : Langage d'assemblage. MARS prend en entrée un fichier en langage d'assemblage possédant l'extension " .s ". Pour MARS , la structure d'un fichier nom.s doit être la suivante : .data # début de la section des données globales label1: .word 0x3F, 0x45 label2: .asciiz "b" .text # début de la section instructions (code) en mémoire .globl main # définition du point d'entrée du programme main: la $5, label1 # première instruction du programme lw $8, 4($5) ... ori $2, $0, 10 # appel système numéro 10 pour terminer le programme (exit (0)) syscall 1. Addition de deux valeurs stockées en mémoire Saisir, soit sous votre éditeur de texte favori, soit en utilisant l'éditeur intégré dans l'outil MARS , le programme de calcul de la somme de deux nombres rangés en mémoire (Exercice n°4 du TD1), et sauvez-le sous le nom sum.s . Définissez les valeurs des variables d'environnement UNIX utilisées par le logiciel MARS , en suivant les recommandations du manuel de configuration. Vous pouvez maintenant lancer le simulateur MARS , en tapant la commande : $ mars & Si le terminal vous répond qu'il ne trouve pas la commande mars , c'est que l'environnement du terminal n'a pas été correctement configuré. Si le problème persiste, demandez de l'aide à votre encadrant. Lancez l'assemblage et le chargement du programme sum.s . Prenez le temps de vérifier que le segment text de la mémoire contient bien le code binaire correspondant au programme que vous avez écrit. XSPIM range ce segment à l'adresse 0x00400000. À quoi correspond la première instruction du segment text ? Prenez le temps de vérifier que le segment data de la mémoire contient bien les variables globales que vous avez définies et initialisées. À quelles adresses sont rangées les trois variables var1 , var2 et Dernière modification le 26 août 2019 à 10:38:20) var3 ? Lancez l'exécution du programme en mode pas à pas (commande step ), en analysant pour chaque instruction quels registres du processeur et quelles cases de la mémoire externe ont été modifiées. 2. Somme des dix premiers entiers Saisir le programme de calcul de la somme des dix premiers nombres entiers (Exercice n°5 du TD1). Sauvez le sous le nom sum10.s . Lancez le simulateur MARS , lancez l'assemblage et le chargement du programme sum10.s , vérifiez que les segments text et data sont sont correctement initialisés, puis lancez l'exécution et vérifiez le résultat obtenu. 3. Conversion binaire - hexadécimal ascii On cherche maintenant à écrire et à exécuter sous MARS un programme plus compliqué, qui effectue la conversion d'un nombre entier binaire 32 bits vers une chaîne de 10 caractères décrivant la valeur de ce nombre en hexadécimal. On convertit la valeur stockée en mémoire à l'adresse val , et on sauve sa représentation sous forme de chaîne de caractère dans un espace mémoire réservé au préalable à l'adresse string . La conversion est faite en utilisant une table contenant les 16 caractères ASCII représentant les 16 résultats possibles de la conversion d'une valeur sur 4 bits. Les caractères sont ordonnés de telle sorte qu'il suffit d'indexer la table avec la valeur sur 4 bits pour obtenir le résultat de la conversion. En langage C on écrirait : char table[] = "0123456789ABCDEF"; /* table des caractères ASCII des chiffres hexa */ char string[] = "0x--------"; /* string est la chaine de caractère résultat */ int n = 0x5432ABCD; /* n est le nombre à convertir */ char * ps = &string[2]; /* adresse de la 1ère case de string à remplir */ int q; /* variable contenant le chiffre courant à convertir */ int i = 32; /* numéro du bit de poids faible du chiffre courant */ do { /* on boucle sur tous les chiffres à convertir */ i = i - 4; /* du poids fort au poids faible */ q = (n >> i) & 0x0000000F; /* isole dans q le chiffre courant */ *ps = table[q]; /* place dans string le code ASCII de q */ ps++; /* pointe sur la prochaine case de string à remplir */ } while (i > 0); /* tant qu'il reste des chiffres à convertir */ Écrire le programme assembleur correspondant au programme C décrit ci-dessus, puis exécutez-le sous le simulateur MARS . ALMO TD n°2 - Utilisation de la pile : Appels de fonctions Préambule Ce TD a pour but de vous familiariser avec les trois utilisations principales de la pile d'exécution en mémoire : stockage en mémoire des variables locales aux fonctions sauvegarde / restauration des registres. passage des arguments de la fonction appelante vers la fonction appelée. Les calculs réalisés sont volontairement très simples, car on s'intéresse principalement aux conventions d'utilisation de la pile lors des uploads/S4/ almo-sujets-td-tp 1 .pdf