Просмотр исходного текста страницы Свободный эмулятор MARS в курсе «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» (Михаил Рудаченко, OSEDUCONF-2017)

== Аннотация ==
;Докладчик: {{Speaker|Михаил Рудаченко}}
<blockquote>
Одной из заметных тенденций последних лет в построении курсов «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» (АЭиЯА)
стала практика использования эмуляторов для демонстраций и решения учебных задач.

В данной работе представлен подход к формированию основных требований к эмулятору. Дан краткий обзор существующих
решений. Рассмотрен свободный эмулятор MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator). Обсуждаются вопросы
возникшие в практике применения свободного эмулятора MARS в курсе «АЭиЯА».
</blockquote>

== Видео ==
{{vimeoembed|201654077|800|450}}
{{youtubelink|WprVz7hc7Io}}{{letscomment}}
== Слайды ==
[[File:Свободный эмулятор MARS в курсе «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» (Михаил Рудаченко, OSEDUCONF-2017) .pdf|left|page=-|256px]]

== Тезисы ==
<latex>
При подготовке курса «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» (АЭиЯА)встал вопрос выбора эмулятора, поддерживающего
архитектуру системы команд(ISA) MIPS\cite{rud-4}. Программных продуктов, реализующих ISA MIPS, существует большое
количество. Эти системы довольно разнообразны по объёму и точности реализации ISA, объёму модулируемого оборудования, 
качеству работы. При выборе эмулятора необходимо учитывать и особенности учебного процесса. Для наших целей было важно
учесть следующие из них:

\begin{itemize}
\item Работоспособность на разных платформах
\item Покрытие материала курса
\item Удобство для студента
\item Автоматическая проверка заданий
\item Низкий порог вхождения
\item Приемлемость для преподавательского коллектива
\item Лицензия
\end{itemize}

Доступные к настоящему моменту времени MIPS-эмуляторы можно разделить на несколько групп:

\begin{enumerate}
\item Образовательные SPIM\cite{rud-5}, EduMIPS64\cite{rud-2}, MARS.
\item Промышленные среды производителей микропроцессоров и QEMU.
\item Прочее.
\end{enumerate}

В первой группе следует выделить SPIM и MARS, как программы специально ориентированные на курс Паттерсона,
Хеннеси\cite{rud-1} \cite{rud-6}. EduMIPS64 примечателен удачной визуализацией работы конвейера, но реализует ISA
MIPS64, что для наших целей избыточно. SPIM и MARS соответствуют всем выше перечисленным требованиям. Однако, MARS
оказался более удобен для  преподавательского коллектива.

Промышленные среды, как то MPLAB X, MCStudio и т.п., обладают рядом уникальных возможностей, но сложны в использовании,
непрозрачны, часто непереносимы.

В третьей группе можно отнести множество представленных в сети интернет проектов разной степени зрелости. Объединяет их
одно свойство --- все они непригодны для использования в курсе АЭиЯА.

MARS написан на языке программирования java. Интерфейс программы типичен для java-swing и реализует следующие функции:

\begin{itemize}
\item интегрированный редактор и ассемблер.
\end{itemize}
\begin{itemize}
\item контроль скорости выполнения, в том числе пошаговое выполнение и возврат.
\end{itemize}
\begin{itemize}
\item обозреватель регистров общего назначения, регистров математического сопроцессора, специальных регистров и памяти.
\end{itemize}
\begin{itemize}
\item выбор формата отображения значений данных или адресов в десятичной или шестнадцатеричной системе,а для ячеек
памяти и в ASCII.
\end{itemize}

Эмулятор MARS реализует методически важную часть инструкции MIPS. Возможно и использование псевдо-инструкций. Язык
ассемблера компактен, но не более чем необходимо для закрытия всех тем учебного плана по ЯА.

В эмуляторе реализована простая модель памяти и модель исключений MIPS, что позволяет наполнить простыми примерами и
задачами сложные темы курса о работе с внешними устройствами.

MARS может быть запущен в режиме командной строки, что позволяет реализовать автоматическую проверку учебных заданий.
Аргументы командной строки используются для того,чтобы запросить вывод отдельных регистров, ячеек памяти или для
проверки результатов работы программы.

Эмулятор оснащён набором  инструментов для  моделирования внешних устройств и управления ими. Утилиты: кеш, терминал,
цифровая клавиатура, дисплей оказались очень полезны для иллюстрации соответствующих тем.

MARS спроектирован с учётом возможности самостоятельной модификации. Возможна реализация собственных команд ЯА и
системных вызовов.

Достаточно просто могут быть реализованы собственные инструменты, так как инструмент представляет собой  исполняемый в
отдельном потоке класс, наследуемый от класса \\AbstractMarsToolAndApplication. 

AbstractMarsToolAndApplication —
абстрактный класс, который предоставляет общие компоненты для реализации инструмента.

\begin{thebibliography}{9}
\bibitem{rud-1} \emph{Паттерсон Д., Хеннеси Д.}, Архитектура компьютеров и проектирование компьютерных систем, 4-е изд., СПб. Питер, 2012, 784 с., ISBN 978-5-459-00291-1
\bibitem{rud-2} EduMIPS64 Free cross-platform educational MIPS64 CPU Simulator, \url{http://www.edumips.org}
\bibitem{rud-3} MARS (MIPS Assembler and Runtime Simulator) An IDE for MIPS Assembly Language Programming, \url{http://courses.missouristate.edu/KenVollmar/Mars}
\bibitem{rud-4} MIPS32 Instruction Set Quick Reference, \url{https://imagination-technologies-cloudfront-assets.s3.amazonaws.com/documentation/MD00565-2B-MIPS32-QRC-01.01.pdf}
\bibitem{rud-5} SPIM: A MIPS32 Simulator, \url{http://spimsimulator.sourceforge.net}
\bibitem{rud-6} MARS: An Education-Oriented MIPS Assembly Language Simulator, \url{http://www.cs.missouristate.edu/~vollmar/MARS/fp288-vollmar.pdf}
\bibitem{rud-7} \emph{Wolffe, G., Yurcik, W., Osborne, H. and Holliday, M.}, Teaching Computer Organization/Architecture With Limited Resources Using Simulators, ACM SIGCSE Bulletin 34 
\end{thebibliography}
</latex>

{{----}}

== Примечания и отзывы ==
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

{{fblink|1850597048526641}}                                          
{{vklink|454}}                                          
<references/>
[[File:{{#setmainimage:Свободный эмулятор MARS в курсе «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» (Михаил Рудаченко, OSEDUCONF-2017)!.jpg}}|center|640px]]
<!-- topub -->

[[Категория:OSEDUCONF-2017]]
[[Категория:Образование]]
[[Категория:Open-source]]
{{stats|disqus_comments=0|refresh_time=2021-08-31T18:20:54.556981|vimeo_comments=0|vimeo_plays=46|youtube_comments=0|youtube_plays=223}}