1. MIPS & SPIM
MIPS & SPIM
Modulo del Corso di Architettura degli Elaboratori
Nicola Paoletti
Universit` di Camerino
a
Scuola di Scienze e Tecnologie
29 Marzo 2011
AA 2010/2011

2. MIPS & SPIM
Informazioni utili (1/2)
Email: nicola.paoletti@unicam.it
Orario: Marted` 16:00-17:00
ı,
Pagina web del corso: . . .
Pagina Facebook del corso:
http://www.facebook.com/#!/pages/Mips-Spim-Unicam/164156776971007

3. MIPS & SPIM
Informazioni utili (2/2)
Modalit` d’esame: Progetto + Relazione
a
Materiale didattico e d’approfondimento: reperibile sulla
pagina web del corso (non appena pronta)

4. MIPS & SPIM
Obiettivi del corso
Architettura HW del processore MIPS32
Set di istruzioni del processore MIPS32
Il tool SPIM, un simulatore MIPS32

5. MIPS & SPIM
Introduzione
Riepilogo
1 Introduzione

6. MIPS & SPIM
Introduzione
Concetti fondamentali (1/2)
Linguaggio macchina
Il linguaggio basato su valori numerici utilizzato dai computer per
memorizzare ed eseguire programmi. Alfabeto: {0, 1}.
Linguaggio assembly
Rappresentazione simbolica del linguaggio macchina; utilizza
simboli invece di numeri per rappresentare istruzioni, registri e dati.
Pi` leggibile rispetto al linguaggio macchina.
u
Linguaggio ad alto livello
Astrae i dettagli hardware; si avvicina al linguaggio naturale.

7. MIPS & SPIM
Introduzione
Concetti fondamentali (2/2)
File sorgente
ad alto livello Compilatore
(C, C++, Java, ...)
File sorgente
Assembler
assembly
File oggetto
in linguaggio
macchina

8. MIPS & SPIM
Introduzione
Linguaggio assembly (1/2)
Solleva il programmatore dal lavorare direttamente con
sequenze di bit.
Associa ad ogni comando nel linguaggio macchina (codice
operativo) una sequenza di caratteri (forma mnemonica)
Le locazioni di memoria e i registri possono essere indirizzati
con identificatori testuali, anzich` attraverso i loro indirizzi
e
binari.

9. MIPS & SPIM
Introduzione
Linguaggio assembly (2/2)
Dipende direttamente dall’hardware − ogni CPU o famiglia di
→
CPU ha un suo proprio assembly
Pro: efficienza; controllo completo sull’hw.
Contro: scarsa portabilit`; scrittura del codice lenta e
a
costosa.

10. MIPS & SPIM
Introduzione
Architetture RISC (1/2)
RISC (Reduced Instruction Set Computer) ` una strategia di
e
progettazione per microprocessori caratterizzata da
operazioni semplici eseguibili in
tempi rapidi e uniformi;
tanti registri per memorizzare risultati intermedi.
`
E opposto alla filosofia CISC (Complex Instruction Set Computer),
in cui si hanno istruzioni pi` complesse con tempi di esecuzione
u
diversi.

11. MIPS & SPIM
Introduzione
Cenni storici (1/2)
Anni ’70
Memorie costose e compilatori inefficienti
− costruzione di chip in grado di eseguire in hardware istruzioni
→
anche molto complesse
− architetture CISC
→
La pi` celebre CISC ISA (Instruction Set Architecture) ` l’Intel x86,
u e
che copre tutta la gamma dei processori Intel dagli anni ’70 fino ad
oggi (Intel Pentium, Core Duo, Core Quad, Core Extreme, . . . )

12. MIPS & SPIM
Introduzione
Cenni storici (2/2)
Anni ’80
Memorie pi` economiche e compilatori pi` efficienti
u u
Divario tra velocit` CPU e velocit` memorie
a a
Il 90% del tempo, il processore utilizza sempre un
sottoinsieme ristretto di istruzioni
Esecuzione diretta solo di queste poche istruzioni, lasciando al
compilatore l’onere di spezzettare le istruzioni pi` complesse
u
Limitare gli accessi in memoria centrale con poche e semplici
modalit` di accesso (load/store) e aumentando il numero di
a
registri nel processore.
→
− architetture RISC

13. MIPS & SPIM
Introduzione
Piattaforme e architetture RISC
ARM: architettura leader nei dispositivi mobile e embedded
(iPod, iPhone, iPad, Blackberry, Windows Mobile, Gameboy
Advance, Nintendo DS, . . . )
Power Architecture: IBM supercomputer, Apple PowerPC,
Nintendo Gamecube e Wii, Xbox 360, Playstation 3, . . .
SPARC e UltraSPARC: Oracle (Sun Microsystems) server
...
MIPS: ` l’architettura che studieremo in questo corso. Molti
e
prodotti commerciali sono basati su MIPS, tra cui Playstation,
Playstation 2, PSP, e Nintendo 64.

14. MIPS & SPIM
Introduzione
RISC vs CISC
CISC RISC
Approccio HW complesso, SW sem- HW semplice, SW comp-
plice lesso
Codice Codice compatto; HW si Dimensione del codice
occupa della decodifica aumenta; HW pi` sem-
u
di istruzioni complesse plice
Hardware Pochi registri; Centinaia Molti registri; solo ac-
di istruzioni macchina; cessi load/store; qualche
Tante modalit` di indiriz-
a decina di istruzioni
zamento soltanto