Практическое закрепление материала: домашние задания и семинары

Для уверенного закрепления материала в лекциях предусмотрены предусмотрены семинарские занятия по каждой теме, для которой имеется соответствующий инструмент (как правило, эмулятор соответствующей архитектуры или устройства). Задача семинара — заполнить базовые пробелы в знаниях и навыках студента и дать больше практики более активному студенту. Семинарские занятия не преследуют цели полностью закрывать лекционный материал, даже в практической части.

Семинар состоит из чередующихся активностей:

• Фрагмент теории (как правило, терминология, ссылки)

• Совместный разбор примеров (студенты копирую действия преподавателя)

• Самостоятельное решение простейших упражнений на разобранную тему

• Дополнительно может быть составлено отдельное домашнее задание по практической части лекций (в данном плане отсутствует)

Более подробно см. описание методологии ведения практикума.

Семинары пронумерованы в соответствии с лекционным планом; темы, по которым практической поддержки нет или она оказалась бы слишком сложной, отмечены «×»

Не предполагается пересказывать на семинарах «теоретическую» часть лекций — видеозаписи находятся в открытом доступе.

1. [2] Системы счисления и эмулятор учебных машин

   • Перевод между системами счисления

   • Перевод между двоичным, десятичным и шестнадцатеричным представлением числа

   • Запись отрицательного числа в дополнительном коде в двоичном виде.

   • Запись отрицательного числа в дополнительном коде в двоичном виде.

   • эмулятор учебных машин

   • Установка и запуск эмулятора modelmachine

   • Модификация простейшей программы для УМ3.

2. [4] УМ-3: условия и циклы

   • Система команд УМ3

   • Условие как переход вперёд

   • Сравнение двух чисел

   • Сравнение трёх чисел (вложенное условие)

   • Цикл как переход назад

   • Таблица умножения в столбик

3. [6] УМ-2 и УМ-1

   • Система команд УМ2

   • Команды УМ2 и флаги для условного перехода

   • Таблица умножения в столбик

   • Система команд УМ1

   • Планирование вычислений для одноадресной ЭВМ

   • Вычисление формулы

4. ×

5. [8] УМ-М и переменный размер команды

   • Регистры и их назначение

   • Простой цикл для УМ-М

   • Простой цикл для УМ-М

   • Косвенная адресация и массивы

   • Обход массива

   • Простейшая задача на модификацию массива

6. ×

7. [10] Система команд и ассемблер RISC-V

   • Понятие языка ассемблера, работа с RARS, интерактивная помощь в RARS

   • Простейшая программа для RARS

   • Сумма трёх чисел

   • Использование ecall

   • Вdод, сумма и вывод трёх чисел

8. [12] Работа с памятью

   • Хранение данных и строк

   • Ввести, обработать, вывести числа диагностикой

   • Условный переход

   • Неравенство треугольника

   • Каноническая схема цикла

   • Цикл

   • Таблица умножения в столбик

9. [14] Массивы

   • Косвенная адресация

   • Ввод и вывод массива

   • Ввод, обработка и вывод массива

   • Работа с отладчиком в RARS; точки останова

   • Вычислить формулу, посмотреть значения регистров посередине вычисления

   • Двумерные массивы: ввод и вывод

   • Транспонирование матрицы

10. [16] Концевые подпрограммы

    • call и ret; простейшая подпрограмма

    • Формула с подпрограммой к качестве подформулы

    • Конвенции по передаче параметров

    • Подпрограмма с несколькими параметрами и двумя возвращаемыми значениями

11. [18] Стек и универсальные подпрограммы

    • Стек в RISC-V; понятие «локальной переменной»

    • В цикле положить 10 значений на стек, потом снять и вывести их

    • Конвенции по использованию регистров

    • Простейшая универсальная подпрограмма — сложение двух чисел

    • Универсальная подпрограмма — сумма четырёх параметров с использованием подпрограммы, вычисляющей сложение

    • Использование стека для восстановления сохраняемых регистров

    • Универсальная подпрограмма reduce, которая получает на вход адрес массива A, его длину n и адрес подпрограммы, реализующей бинарную операцию ζ (например, сложение или умножение). Подпрограмма возвращает A₀ ζ A₁ ζ … ζ A_n-1

      • Для хранения индекса массива или адреса элемента использовать сохраняемый регистр s1

12. [20] Математический сопроцессор

    • (коротко) Представление вещественных чисел по IEEE 754; нормализованная и денормализованная формы

    • RARS Floating Point Representation

    • Система команд RISC-V FPU (расширение F)

    • Написать программу, которая получает из числа в нормализованном представлении число в денормализованом представлении (путём деления на 4, например); убедиться в этом с помощью Floating Point Representation

    • Конвенции по передаче параметров и использованию регистров

    • Универсальная подпрограмма с вычислением формулы; ввод и вывод вещественных чисел в RARS

    • Универсальная подпрограмма с вычислением формулы

13. [22] Макросы

    • Макроподстановка и макровзрыв

    • Макроопределение и макроподстановка в программе, использование параметров

    • Задание и использование макроса «вывод строки + числа в заданном формате» (строка передаётся в виде адреса, формат передаётся в виде номера ecall)

    • Локальное хранение констант (совмещение секций кода и данных) и метки в макросах

    • Переписать предыдущий пример с передачей строки в виде строки

14. [24] Математический сопроцессор (продолжение) и кадр стека

    • Назначение кадра стека, регистр fp; конвенции по использованию кадра (кратко)

    • Универсальная подпрограмма с использованием кадра

    • Трижды вызвать по цепочке одну подпрограмму с кадром из другой, пронаблюдать в памяти связный список кадров

    • Неатомарная операция сравнения; пример

    • Неравенство треугольника (ввести три числа и проверить, можно ли построить треугольник с такими сторонами)

    • Управляющие регистры FPU и их использование: пример с флагом fcsr OF

    • Ввести два числа, вывести их произведение и информацию, была ли потеряна точность (fcsr NX)

15. [26] Статические структуры данных

    • Косвенная индексация и адресная арифметика

    • Моделирование двумерных массивов: подпрограммы вывода двумерного массива по строкам и ввода по столбцам

    • Написать подпрограмму rotate N addr0 addr1, которая поворачивает квадратную матрицу addr0 размером N×N на 90°, заполняя addr1. Вызвать её четырежды.

    • Структура кольцевого буфера — очереди

    • Разбор реализации очереди из лекций

    • Дописать к имеющейся реализации две подпрограммы — push_q, которая добавляет значение в голову очереди, и pop_q, которая снимает значение из хвоста очереди

16. [28] Обработка исключений

    • Регистры статуса и управления RISC-V; понятие исключения и обработчика

    • Разбор простейшего обработчика из лекций

    • Написать простейший обработчик несуществующего внешнего вызова (ENVIRONMENT_CALL), который перегружает a0 в -1, а в противном случае — останавливает работу программы

    • Конвенция по сохранению контекста в обработчике: uscratch и память для регистров

    • Написать «внешний вызов "счётчик"»: обработчик исключения ENVIRONMENT_CALL, который при a7 == 0x100 возвращает в a0 постоянно увеличивающееся на 1 число. В остальных исключениях останавливать выполнение.

17. [30] Ввод/вывод: поллинг и MMIO

    • Понятие MMIO

    • Цифровой блок RARS: сегментный индикатор

    • Написать подпрограмму, которая выводит на цифровом индикаторе двузначное двоичное число в диапазоне от 0 до 3

    • Цифровой блок RARS: клавиатура

    • Написать подпрограмму, которая возвращает число от 0 до 15, соответствующее клавише, нажатой на цифровой клавиатуре, иначе -1.

    • {OК} Графический дисплей RARS: подпрограмма рисования точки

    • Написать подпрограмму рисования круга circle xcenter ycenter radius color (подсказка: перебрать все точки квадрата, и заполнить те, для которых (xcenter - x)² + (ycenter - y)² ⩽ radius² ).

18. [32] Прерывания по таймеру

19. [34] Прерывания

20. [36] Конвейер, кеш и предсказание перехода

21. ×

22. [38] Динамические структуры данных