Practice1 - 2023年度システムプログラミング

課題内容

本課題では，以下について学習します．

CPUが命令を実行していく過程と機械語の関係の概略
MIPSシミュレータ xspim の使い方

Practice1-1: CPUと機械語の関係 (演習課題)

解答は，演習時間内に配布する用紙に記入して提出すること

以下の命令表を持った CPU がある．

命令	値	意味	説明
ADD A,B,C	01 A B C	(A)+(B)→(C)	A番地の値とB番地の値を加えC番地に格納
SUB A,B,C	02 A B C	(A)-(B)→(C)	A番地の値からB番地の値を減じC番地に格納
ADI A,X,C	03 A X C	(A)+X→(C)	A番地の値にXそのものを加えC番地に格納
SBI A,X,C	04 A X C	(A)-X→(C)	A番地の値からXそのものを減じC番地に格納
JNZ X,Y	05 X Y	JUMP TO Y IF (X)!=0	X番地の値が0でないならY番地に分岐
HLT	06	HALT	プログラムを停止する

このとき，以下のプログラムをメモリ中に格納して，0番地から実行する．このプログラムは，何を計算していることになるか．また，その結果は，どうやって確認できるか．

番地	値	ヒント
00	01 80 81 80	ADD SUM,COUNT,SUM
04	04 81 01 81	SBI COUNT,01,COUNT
08	05 81 00	JNZ COUNT,00
11	06	HLT
:
80	00	SUMの中身
81	05	COUNTの中身

Practice1-2: xspim を利用したアセンブリプログラムの実行

前問と同様の動作をするMIPS CPU上のプログラムは，以下の通りである．このプログラムを MIPSシミュレータである SPIM (xspim) を利用して実行してみよ．実行結果を確認するには，何を見ればよいかを考えて，結果を確認せよ．

      .text                  # text セグメントに配置する指定
      .align  2              # 4バイト境界に配置する指定

main:                        # main (ここから実行開始)
      move    $a0,$zero      # $a0 : SUM   = 0
      li      $v1,1          # $v1 : COUNT = 1
loop:
      addu    $a0,$a0,$v1    # SUM   += COUNT
      addu    $v1,$v1,1      # COUNT++
      slt     $v0,$v1,6      # $v0 = COUNT < 6 ? 1 : 0
      bnez    $v0,loop       # if ($v0 != 0) goto loop
      move    $t0,$a0        # $t0 = SUM
      j       $ra            # return

以下，実際の操作方法，

上記のアセンブラプログラムを practice1-1.s という名前で作成する．
xspim コマンドを起動する．教育用計算機上では，
```
$ xspim -mapped_io&
```
のように入力して起動できる．
(load) のメニューから， practice1-1.s と入力， (assembly file) を押す．

これで，SPIM のメモリ中に， practice1-1.s が読み込まれる．
次に， (run) のメニューを選んで (ok) を押す．

すると，SPIMは，メモリ中のプログラムを実行する．例では，一瞬で実行が終了するはずである．

また，SPIM (= xspim) の使用方法について，教科書A.9節「SPIM」を参考に，以下の操作方法を試してみよ．

ステップ実行
ブレークポイント設定，解除
無限ループなどに陥った場合の強制中断
プログラムを変更し，再び実行する