Bipide - Apresentacao TCC II

Bipide

Ambiente de Desenvolvimento Integrado para

a Arquitetura dos Processadores BIP

por

Paulo Viníccius Vieira

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

Itajaí, julho de 2009

2

Sumário da apresentação

Introdução

Fundamentação Teórica

Desenvolvimento Projeto

Implementação

Tecnologias utilizadas

Verificação e Avaliação

Considerações finais

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Introdução

Contextualização e motivação

Alunos costumam apresentar dificuldades na aprendizagem de Algoritmos e Programação

Alto nível de abstração apresentado nos conceitos de programação

4

Introdução

Contextualização e motivação

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

Permitem estabelecer relações dos conceitos de programação com aspectos concretos do hardware

variáveis atribuições operações aritméticas laços de repetição

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Introdução

BIP - Basic Instruction-set Processor

Desenvolvido por pesquisadores do Laboratório de Sistemas Embarcados e Distribuídos (LSED) – UNIVALI

Processador simplificado projetado para auxiliar o aprendizado

Utilizado para apresentação de conceitos básicos que permitem relacionar programação alto nível com sua representação em hardware

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

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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 ou com muitos recursos

Codificação do programa em linguagem baixo nível

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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 Portugol

tradução em linguagem assembly

ilustração do estado dos componentes dos processadores BIP

Redução da abstração envolvida nos conceitos de Programação

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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

Ambiente de Desenvolvimento Integrado

Processadores

IDE

BIP

9

Introdução

Objetivos específicos Consolidar conceitos sobre Arquitetura e Organização

de computadores e Compiladores

Estudar a arquitetura dos processadores BIP

Implementar e disponibilizar um ambiente de desenvolvimento integrado

programação em linguagem Portugol

visualização do assembly e do estado dos componentes dos processadores BIP I e BIP II

Testar e verificar o sistema

Documentar e divulgar o projeto

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Fundamentação teórica

Arquitetura e Organização de Computadores

Processadores BIP

Compiladores

Simuladores de Arquitetura

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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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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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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

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BIP I ULA Registradores

PC 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

15


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

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Compiladores programas de computador que traduzem de uma

linguagem para outra

ProgramaFonte

Análise Léxica

Análise Sintática

Análise Semântica

Programa Objeto

Análise Síntese

Compilador

Geração de Código

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Trabalhos Similares Simuladores de Arquitetura

18


Características 4AC MipsItNeander

WinR10k Simularq

VLIW-DLX

Bipide

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

possui não possui -não identificado

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Desenvolvimento

Projeto

Implementação

Tecnologias Utilizadas

20

Projeto

Requisitos funcionais

O sistema deverá:

permitir ao usuário escrever programas em linguagem Portugol

compilar os programas escritos

indicar os erros encontrados durante a compilação

permitir a execução do programa passo a passo

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Projeto

Requisitos funcionais

O sistema deverá:

gerar código assembly para os processadores BIP I e BIP II

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

possuir janelas de ajuda

apresentar funcionalidades típicas de ambientes de desenvolvimento

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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

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Implementação

Implementação

Compilador Simulador Interface (IDE)

ANTLRWorks

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Implementação

ANTLRWorks ANTLRWorks

Ferramenta para construção de compiladores

Construção de gramáticas próprias

Geração de componentes reconhecedores de linguagem

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Implementação

WPF Interface gráfica rica e interativa Melhor experiência do usuário

leiautes avançadossuporte a gráficos vetoriais, 3D, áudio e vídeodefinição de animações

XAML linguagem declarativa para a criação de interfaces

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XAML Define os elementos de

interface com o usuário, não sendo capaz de conter nenhum tipo de lógica de aplicação

Implementação

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Implementação

Expression Blend 2

Ferramenta de design interativo aplicações em WPF e Silverlight

Interface orientada por design controles padrões do Windows (botões, menus, etc.) elementos gráficos e 3D recursos de áudio e vídeo animar propriedades individuais dos componentes ao longo do

tempo

28

Implementação

Expression Blend 2

29

Bipide

30

Verificação

Testes Compilador

utilizado um conjunto de aplicações Portugol após compilados, os códigos assembly gerados foram

analisados e comparados com os resultados esperados

Programa Inicio x<-2 Fim

LD 1ADD 2

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Verificação

Testes Simulador

conjunto de instruções assembly para verificar o estado esperado para os registradores e memórias

os valores resultantes foram analisados e comparados com o obtido previamente na validação do processador µBIP

LD 1ADD 2

ACC <- 3PC <- 8

32

Avaliação

Avaliação

Aplicação de questionário disciplina de Algoritmos e Programação – UNIVALI 1º período (2009-I)

nº de alunos: 21

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Avaliação

1. Você acha que o seu nível de conhecimento foi compatível com as telas e vocabulário empregado no sistema?

66,67% (entre 8 e10)

34

Avaliação

2. As mensagens de erro lhe auxiliaram de forma adequada?

71,43% (entre 8 e10)

35

Avaliação

3. O sistema lhe proporcionou feedback, ou seja, você conseguiu visualizar todas suas ações?

80,95% (entre 8 e10)

36

Avaliação

4. A estrutura dos painéis do menu lhe parece disposta de forma lógica por agrupamento de tipos de opções?

90,48% (entre 8 e10)

37

Avaliação

5. Qual é o grau de satisfação que você atribui à utilização do sistema?

80,95% (entre 8 e10)

38

Avaliação

Resultado geral

78,10% (entre 8 e10)

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Considerações Finais

Pôde-se consolidar e aplicar uma série de conhecimentos adquiridos durante o bacharelado em Ciência da Computação

Teve-se a possibilidade de conhecer e aplicar novas tecnologias e ferramentas

A análise de ferramentas similares serviram para definir características do ambiente Bipide

WPF e Expression Blend 2

facilidades para o desenvolvimento de aplicações que exigem muitos recursos de interface

integradas às demais ferramentas e componentes utilizados resultou em uma interface gráfica capaz de proporcionar uma melhor experiência para o usuário

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Os objetivos definidos para este trabalho foram alcançados

Consolidar conceitos sobre Arquitetura e Organização de computadores e Compiladores

Estudar a arquitetura dos processadores BIP

Implementar e disponibilizar um ambiente de desenvolvimento integrado que possibilite a programação em linguagem Portugol e visualização do assembly e do estado dos componentes dos processadores BIP I e BIP II

Testar e verificar o sistema

Documentar e divulgar o projeto

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Este trabalho é parte integrante de um projeto que visa promover a integração interdisciplinar permitir que os processadores da família BIP possam ser utilizados

em diferentes fases e disciplinas de cursos de graduação e pós-graduação.

Busca-se ainda elucidar qual o impacto do uso de um modelo simplificado de computador na compreensão de conceitos básicos ligados ao ensino inicial de algoritmos o ambiente Bipide irá permitir coletar evidências empíricas sobre a

vantagem em reduzir o nível de abstração envolvido nesta aprendizagem

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Trabalhos futuros suporte a arquitetura do processador µBIP

utilização de diferentes linguagens de alto nível como C, Java, entre outras

suporte a diferentes formatos numéricos

otimização do código assembly gerado

implementação e integração de novos módulos que agreguem funcionalidades ao ambiente

desenvolvimento de uma versão on-line

avaliação da utilização da ferramenta em sala de aula

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Referências

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.

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.

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

WILLIAMS, Brennon. Microsoft Expression Blend Unleashed. Pearson Education: Indianapolis, 2008.

MacVITTIE, Lory A. XAML in a Nutshell. Sebastopol: O'Reilly, 2006.

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Paulo Viníccius [email protected]

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

Itajaí, julho de 2009

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