bipide - apresentação tcc 1

Grupo de Sistemas Embarcados e Distribuídos

Ambiente de Desenvolvimento Integrado para uma Arquitetura de

Processador Simplificada

por

Paulo Viníccius Vieira

Orientador: Prof. Dr. André Luis Alice RaabeCo-orientador: Prof. Dr. Cesar Albenes Zeferino

Itajaí, 11 de dezembro de 2008

2

Sumário da apresentação

Introdução

Fundamentação teórica

Projeto

Considerações finais

Referências

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Introdução

Contextualização e motivação

Alunos costumam apresentar dificuldades na aprendizagem de conceitos de programação

As disciplinas de Arquitetura e Organização de Computadores fornecem subsídios para a aprendizagem e compreensão da lógica de programação

4

Introdução

Contextualização e motivação

BIP – Basic Instruction-set Processor Processador simplificado projetado para auxiliar o aprendizado Utilizado para apresentação de conceitos básicos para um

melhor entendimento das abstrações utilizadas nas disciplinas da área de Algoritmos e Programação

Usado em disciplinas como Computação Básica, Arquitetura de Computadores, Programação, Circuitos Digitais

5

Introdução

Contextualização e motivação

Simuladores de arquitetura permitem estabelecer relações dos conceitos de programação com aspectos concretos do hardware,

variáveis atribuições operações aritméticas laços de repetição

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Introdução

Definição do problema Alto nível de abstração apresentado nos conceitos de

programação Simuladores focados na Arquitetura e Organização de

Computadores Simuladores disponíveis para ensino costumam

apresentam uma interface de usuário pouco elaborada Codificação do programa em linguagem de máquina

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Introdução

Solução proposta Ambiente de Desenvolvimento Integrado (IDE) que

auxilie na utilização dos processadores BIP na aprendizagem de programação:criação e execução de programas em linguagem Portugolexibir a linguagem assembly ilustrar o estado dos componentes dos processadores

BIP

8

Introdução

Objetivo geral

Construção de um ambiente de desenvolvimento integrado que possibilite a criação de programas e ilustre sua execução, relacionando-os aos aspectos da arquitetura dos processadores BIP I e BIP II

9

Introdução

Objetivos específicos Consolidar conceitos sobre compiladores e arquitetura

e organização de computadores Estudar a arquitetura dos processadores BIP Implementar e disponibilizar um ambiente de

desenvolvimento integrado programação em linguagem Portugolsimulação dos processadores BIP I e BIP II

Testar e verificar o sistema Documentar e redigir artigo

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Introdução

Justificativa Promove integração multidisciplinar Aplica e estende conceitos estudados na faculdade Será disponibilizada uma ferramenta que poderá ser

aplicada no ensino, possibilitando a integração entre conceitos da lógica de programação com aspectos de hardware, favorecendo o entendimento das abstrações utilizadas nas disciplinas da área de Algoritmos e Programação

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Fundamentação teórica

Arquitetura e Organização de Computadores

Processadores BIP

Compiladores

Simuladores de Arquitetura

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Fundamentação teórica

Arquitetura Refere-se aos atributos visíveis ao programador

Atributos arquiteturais Conjunto de instruções Formatos e tipos de dados Modos de endereçamento Memórias de programa e dados Registradores

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Fundamentação teórica

Conjunto de Instruções Todas as instruções reconhecidas por um computador

Classe de Instrução Grupos de instruções com propósito e formato

semelhante carga, armazenamento, aritmética, desvio

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Fundamentação teórica

Organização Trata de como o processador é implementado Refere-se aos atributos do processador não visíveis ao

programador

Caminho de Dados unidade de execução banco de registradores

Unidade de Controle gerencia o fluxo interno de dados, a memória e a comunicação com os

dispositivos de entrada e saída

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Fundamentação teórica

Organização da Memória

Processador Processador

Memória(Dados e Programa)

Memória de Dados

Memória de Programa

(a) Arquitetura Princeton (b) Arquitetura Harvard

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Fundamentação teórica

Processadores BIP Desenvolvido por pesquisadores do Laboratório de

Sistemas Embarcados e Distribuídos (LSED) – UNIVALI relacionar programação alto nível com sua representação em

hardware auxiliar no aprendizado de Arquitetura e Organização de

Computadores

Três Versões: BIP I, BIP II, μBIP

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Fundamentação teórica

Processadores BIP BIP I

níveis de linguagem constantes e variáveis representação de dados conjuntos de instruções geração de código em linguagem de máquina

BIP II desvios condicionais e incondicionais laços de repetição

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Fundamentação teórica

Processadores BIP

1 formato de instrução

Tipo de Dados: Inteiro

Modos de endereçamento Direto: O operando é um endereço da memória Imediato: O operando é uma constante

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Fundamentação teórica

Processadores BIP Classes de Instruções

Transferência: STO, LD, LDI

Aritmética: ADD, ADDI, SUB e SUBI

Controle: HLT

BIP I

BIP II

Desvio: BEQ, BNE, BGT, BGE,

BLT, BLE e JMP

20

Fundamentação teórica

BIP I Registradores:

PC e ACC

Baseado em acumulador

CPU

DatapathControl

Decoder

+

+/–

PCena

1

ACCenaWrAccSelB

SelA

Op

Extensão de Sinal

Data MemoryProgram Memory

WrAccOp

SelASelB

WrPC

Addr Data Addr In_Data Out_Data

WrRam

Wr

Opcode

Operand

Instruction

012

01

21

Fundamentação teórica

CPU

DatapathControl

Decoder

+

1

Extensão de Sinal

Data MemoryProgram Memory

WrAccOp

SelASelB

WrPC

Addr Data Addr In_Data Out_Data

WrRam

Wr

Opcode N Z

Operand

Instruction

012

ACCenaWrAcc

SelA

SelB01

+/–Op

Branch

01

PCena

Z N

BIP II Registradores:

PC, ACC

STATUS

Desvios e laços de repetição

22

Fundamentação teórica

Compiladores programas de computador que traduzem de uma

linguagem para outra

Programa Fonte

Programa ObjetoCompiladores

23

Fundamentação teórica

Compiladores Etapas

ProgramaFonte

Análise Léxica

Análise Sintática

Análise Semântica

Programa Objeto

Análise Síntese

Compilador

Geração de Código

24

Fundamentação teórica

Simuladores de Arquitetura Trabalhos similares

25

Fundamentação teórica

Características 4AC MipsItNeander

WinR10k Simularq

VLIW-DLX

Ferramenta Proposta

Programação em alto nível Programação em assembly Visualização da Memória Visualização dos valores dos registradores Execução Passo a Passo Simulação da Organização Identificação de erros de compilação - - - Alteração de valores em tempo de execução - -

Arquivos de Ajuda

Simuladores de Arquitetura

26

Projeto

Análise de requisitos

Definição da Linguagem

Protótipo de Interfaces

Planejamento do TCC II

27

Projeto

Requisitos funcionais O sistema deverá:

permitir ao usuário escrever programas em linguagem Portugol

compilar os programas escritos indicar os erros encontrados durante a compilaçãopermitir a execução do programa passo a passogerar código de máquina para os processadores BIP I e

BIP II

28

Projeto

Requisitos funcionais O sistema deverá:

simular o funcionamento do programa sobre a arquitetura dos processadores BIP I e BIP II

possuir janela de ajudaapresentar funcionalidades típicas de ambientes de

desenvolvimento gerenciamento de arquivos, identação destaque em palavras reservadas localizar e substituir

29

Projeto

Definição da linguagem subconjunto da

linguagem Portugol que represente as operações suportadas

programa <nome_do_programa>declaracoes

<declaracao_de_variaveis>inicio

<instrucoes_do_programa>fim

programa somadeclaracoes

inteiro a, b, soma

inicioa <- 3b <- 2soma <- a + b

Fim

30

Projeto

Conjunto de Símbolos Desvios Laços de repetição Operadores

Descrição Portugol

Declarações

programadeclaracoesdefinainiciofiminteiro

Desvios e laços de repetição

se ___ entaosenaofimseenquanto ___ facafimenquantofaca ___ enquantopara __ ate __ passo __ fimpara

Operadores

<-+, ->, <, <=, >=, !=, =

31

Projeto

Protótipo de Interfaces

32

Projeto

Planejamento do TCC II - Metodologia

Implementação Compilador Simulador Ajuda

Verificação Testes e experimentação no sistema

aplicações de teste

ANTLR

33

Projeto

Planejamento do TCC II - Metodologia

Avaliação Experimento de utilização por alunos da disciplina de

algoritmos do primeiro semestre de 2009 identificar como o uso do sistema auxilia na redução da abstração instrumento de avaliação elaborado e aplicado com a turma de 2008/II

para avaliação comparativa

Documentação

34

Projeto

Planejamento do TCC II Cronograma

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Considerações Finais

Projeto de uma IDE para uso em disciplinas de programação, permitindo relacionar conceitos de Arquitetura de Computadores com a lógica de programação

Revisão bibliográfica dos principais temas Arquitetura e Organização de Computadores Compiladores Processadores BIP

Trabalhos similares

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Referências

AHO, Alfred V. et al. Compiladores: princípios, técnicas e ferramentas. 2. ed. São Paulo: Pearson Addison-Wesley, 2008.

HENNESSY, John L.; PATTERSON, David A. Arquitetura de computadores: uma abordagem quantitativa, 2003.

LOUDEN, Kenneth C. Compiladores: princípios e práticas. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004.

MORANDI, Diana ; PEREIRA, Maicon Carlos ; RAABE, André Luis Alice ; ZEFERINO, Cesar Albenes . Um processador básico para o ensino de conceitos de arquitetura e organização de computadores, 2006.

PARR, Terence. ANTLR v3 Documentation. 2007. Disponível em: <http://www.antlr.org/wiki/display/ANTLR3/ANTLR+v3+documentation>. Acesso em: 15 out 2007a.

STALLINGS, William. Arquitetura e organização de computadores: projeto para o desempenho. 5 ed. São Paulo: Prentice Hall, 2005.

VAHID, Frank, GIVARGIS, Tony, Embedded system design: a unified hardware/software introduction, 2002.

WEBER, Raul Fernando. Fundamentos de arquitetura de computadores. 3. ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, 2004.

Grupo de Sistemas Embarcados e Distribuídos

Ambiente de Desenvolvimento Integrado para uma Arquitetura de

Processador Simplificada

por

Paulo Viníccius Vieira

Orientador: Prof. Dr. André Luis Alice RaabeCo-orientador: Prof. Dr. Cesar Albenes Zeferino

Itajaí, 11 de dezembro de 2008