Practice1 - 2024年度 システムプログラミング

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．

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．

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 (qtspim) 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．

教育用計算機上では，Practice2 までの課題は，

qtspim -mapped_io&

のように入力して起動する．これは，SPIM がメモリマップド方式で IO を行うという意味であるが，これらの意味は後に講義の中触れられる．

一方，Practice3 以降課題では，以下のように起動する．

qtspim -nomapped_io&

起動直後の画面は，以下の通り．

Console という別のウィンドウも同時に表示されているはずである． これは，SPIM からの画面出力やキーボードからの入力を与える場合に利用する．

File メニューから，Load File，もしくは Reinitialize and Load File を選択 (アイコンバーのアイコンでもよい) し， 作成したファイル (practice1-1.s) を SPIM に読み込む．

ロードしたアセンブリプログラムは，Text タブで確認できる． どこにそれがあるか確認して欲しい

また，プログラムの記述ミスなどで正しくロードできない場合もある． qtspim の下部を占めている領域に表示されるメッセージに注意すること． 下記の例は，main が定義されていないというエラーメッセージである．

Simulator メニューから Run/Continue を選択すると，プログラムが実行される．

SPIMは，メモリ中のプログラムを実行する．今回の例では，一瞬で実行が終了するはずである． 実行結果を確認するには，どこを見ればよいか考えて欲しい．

SPIM (= spim) について，教科書A.9節 「SPIM」を参考にして以下の操作方法を試してみよ．

また，Simulator メニューにあるその他の機能を試してみよ．

• 実行中のプログラムの中断 (Pause)
• 実行中のプログラムの強制終了 (Stop)
• 1行づつ状態を確認しながら実行 (Single Step)

さらに，実行を指定した箇所で中断する機能 (ブレークポイント) を試してみよ．

1. ロードしたプログラムの目的の行で右クリック (上図のコンテキストメニューが出現)
2. Set Breakpoint で中断箇所を指定
3. Run でプログラムを実行
4. ブレークポイント設定箇所でプログラムが自動的に中断 (Pause)

ブレークポイントによって，プログラムの特定の行で中断できる． 中断後，メモリやレジスタ (変数) の値を見たり，Single Step で 1行づつ実行を進めての様子を確認したりできるので，デバッグや実行の理解に役立つ．

アセンブリプログラムはメモリを書換えながら動くので，一度実行を終えた後に再び実行しようとすると， メモリの内容が初期状態とは異なる場合がある．したがってプログラムを二度目に実行する場合は， たとえプログラムの変更がなくとも，以下の操作が必要になる．

1. メモリとレジスタの初期化
2. 初期化したメモリに再びプログラムのロード
3. 実行

File メニューにある Reinitialize and Load File は，上記1,2 を一度に行う操作である．

プログラムの実行に先立って必ず初期化が必要なので，通常は Load File は使わない． Load File をあえて使うケースは，1つのプログラムが 2つ以上のファイルで構成されていて， 両方をロードしなければ実行できない場合である．その場合は， 2つ目以降のファイルは Load File でロードする．

qtspim の起動方法として，qtspim -mapped_io& と qtspim -nomapped_io& があるが， 起動後に qtspim のメニューからこれらの状態を確認/変更するには， Simulator→Settings→MIPS→Enable Mapped IO で on/off すればよい．