EKSMIPS Um Simulador Para O Processador MIPS 2012

EKSMIPS: Um Simulador para o Processador MIPS

Elder E. Schemberger1, Kenzo Araujo2, Sidgley C. Andrade3

Departamento de Informática – Universidade Estadual de Maringá (UEM)

CEP 87020-900 – Maringá – PR – Brasil

{1elderes, 2k34z00, 3sidgley}@gmail.com

Abstract. Simulators may be used in several areas of knowledge in order to facilitate

the use of processes which depend on different nested aspects. In the context of

Computer Architecture, simulators are important tools to reinforce learning about the

behavior of real system, to predict error occurrence, and to manipulate specific details

and others. In order to study the processors, there are several simulators in the

literature, from Von Neumann’s architecture model to RISC architecture. This paper

shows a simulator which represents the functionality of MIPS R2000/R3000 (RISC),

and the execution of detailed instructions aimed at facilitating the understanding of its

functionality.

Resumo. Simuladores podem ser usados em diversas áreas do conhecimento, a fim de

facilitar o entendimento de processos que dependem de vários aspectos aninhados. No

contexto de Arquitetura de Computadores, simuladores são ferramentas importantes

para reforçar a aprendizagem sobre o comportamento de um sistema real, prever a

ocorrência de erros, manipular detalhes específicos e afins. Para o estudo de

processadores, há diversos simuladores propostos na literatura, que abordam desde o

modelo da arquitetura de Von Neumann até a arquitetura RISC. Este artigo apresenta

um simulador que representa o funcionamento do processador MIPS R2000/R3000

(RISC), tornando possível visualizar a execução de instruções de maneira detalhada

objetivando facilitar o entendimento do funcionamento das mesmas.

Palavras Chaves: Simulador, Processador, MIPS, RISC.

1. Introdução

Simuladores podem ser usados em diversas áreas do conhecimento como Física, Biologia,

Engenharias, Matemática, entre outras. No contexto de Ciência da Computação há vários

simuladores usados para auxiliar o ensino de conteúdos em disciplinas específicas, haja vista que

na maioria das vezes se trabalha com objetivos não palpáveis, como algoritmos, matemática

computacional, modelagens, e afins.

Especificamente na disciplina de Arquitetura de Computadores, o uso de simuladores é

bastante utilizado para aperfeiçoar o aprendizado acerca de processadores, fornecendo maiores

detalhes do funcionamento dos mesmos no que tange o tipo de instruções e/ou como elas são

executadas, por exemplo.

Os simuladores também propiciam um ambiente mais conveniente do que uma máquina

real. Através deles é possível verificar a existência de erros e prever a necessidade de mudanças,

podendo realizá-las com muito mais facilidade, uma vez que o projeto é construído primeiro no

simulador e não fisicamente. Deste modo é permitida a adição de novas instruções, novas

características, ou simplesmente a coleta de dados estatísticos para uma melhor análise do

funcionamento do processador [4].

Este artigo apresenta uma proposta de simulador para a arquitetura MIPS, o EKSMIPS.

MIPS é bastante utilizado para estudo da arquitetura de processadores por ser de notória

simplicidade e clareza [7]. É a arquitetura base para construção de vários simuladores, a saber:

R10k, ProcSIM, WinMIPS, MARS, WebSimple, SPIM, SimDE, entre outros. Alguns destes

simuladores serão descritos na Seção 3.

A Seção 2 apresenta a arquitetura MIPS, sua evolução e principais características. Na

Seção 3 são relacionados alguns trabalhos correlatos ao tema abordado, mostrando

características e funcionalidades de simuladores que também abordam a arquitetura MIPS. O

simulador proposto é apresentado na Seção 4, onde é detalhado suas características,

funcionamento e demais considerações sobre o projeto. A Seção 5 traz as considerações finais e

a proposição de trabalhos futuros.

2. O Processador MIPS

O MIPS nasceu nos anos 80 a partir de um trabalho realizado por John Hennessy, na

Universidade de Stanford. O trabalho tinha como objetivo explorar o padrão RISC (Reduced

Instruction Set Computing), e é ainda considerado o mais elegante neste contexto. O conceito

introduzido por Hennessy foi tão bem sucedido que em 1984 foi formada a MIPS Technologies,

Inc, a fim de comercializar os microprocessadores MIPS, que conseguem estar entre os mais

eficientes a cada geração, mesmo permanecendo entre os mais simples.

MIPS segue a arquitetura RISC com um número limitado de formatos de instrução, todas

com o mesmo tamanho. Tem 32 registradores de propósito geral que comportam palavras de 32

bits cada [7][8][9].

Há