Различия между версиями 4 и 5
Версия 4 от 2018-02-04 14:47:09
Размер: 7831
Редактор: FrBrGeorge
Комментарий:
Версия 5 от 2018-02-04 15:28:02
Размер: 11438
Редактор: FrBrGeorge
Комментарий:
Удаления помечены так. Добавления помечены так.
Строка 29: Строка 29:
 * Если хватит времени/интеллектуальных усилий, прокинуть мостик между Ассемблером и Си в стиле «Си — это такой суперудобный макроассемблер», перейдя либо на настоящее железо, либо на полный эмулятор [[http://qemu.org|Qemu]].

----
'''TODO'''
 * Если хватит времени/интеллектуальных усилий, прокинуть мостик между языком ассемблера и Си в стиле «Си — это такой суперудобный макроассемблер», перейдя либо на настоящее железо, либо на полный эмулятор [[http://qemu.org|Qemu]].
Строка 36: Строка 33:
MM Базовой LMS у нас на факультете является [[https://moodle.cs.msu.ru/course/view.php?id=42|Moodle]]. В основном использовались три вида модулей — урок, задание, форум-семинар и контрольная. В контрольных мы старались давать параметрические задачи.
Строка 38: Строка 35:
MARS Для изучения модельных машин Владимир Лютов написал [[https://github.com/vslutov/modelmachine|эмулятор]], программы для которого задаются в шестнадцатеричных кодах. Эмулятор поддерживает пять архитектур из рассмотренных в [[http://al.cs.msu.su/files/ModComp.pdf|методчке]], отладчик, а также простой ассемблер для одной из них. Написан на Python.
Строка 40: Строка 37:
Moodle Эмулятор MARS оказался неплох (правда, только в своей области):
 * Простая IDE
 * Отладчик и дизассемблер, редактора памяти, регистров, сопроцессора
 * поддержка текстового В/В и выполнения программы в режиме эмулятора без UI
 * Поддержка нескольких простейших внешних устройства, в т. ч. работающих по прерываниям и растрового графического дисплея
 * Наглядные модули, описывающие работу конвейера, кеша и предсказателя перехода
Строка 42: Строка 44:
EJudge
 * MARS! и даже ММ, но нет
Поскольку практических заданий было много (в среднем, 3 к лекции), в какой-то момент в их проверке подключилась система проведения олимпиад [[https://ejudge.ru/|Ejudge]]. И модельные машины, и MARS хорошо встраиваются в EJudge, но в силу простоты и краткости программ для первых, мы решили ограничиться автоматической проверкой только программ для Mars.

Пришлось разработать [[https://moodle.cs.msu.ru/mod/page/view.php?id=1877|три варианта «обвязки» Д/З]]:
 * типа «из памяти в память», когда входные и выходные данные лежат в заданных местах памяти, а необходимый для EJudge ввод-вывод делает программа-footer
 * типа «полная программа» (после изучения темы «ввод-вывод»)
 * типа «подпрограмма» (после изучения темы «подпрограммы и конвенции по передаче параметров»), в которой программа-footer, помимо формирования ввода и вывода, проверяла соблюдение конвенций по вызову

Задачи для контрольных каждый студент получал так: скачивал поргамму-гененратор (на Python), запускал её и получал текст условия и «номер варианта». Контрольные также пришлось проверять вручную.
Строка 46: Строка 54:

-----
'''TODO'''
Строка 50: Строка 61:

Чего нет в Mars и непонятно как

RiscV?

Инструментальная поддержка преподавания дисциплины «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» на ВМК МГУ

  • Курячий Георгий владимирович, «Базальт СПО»

  • Рудаченко Михаил Евгеньевич, ГБС РАН

Аннотация: преподавание базовой (второй семестр обучения) дисциплины «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера» требует совмещать в семестровом курсе (52 часа теории + 52 часа практики) широкую фактологическую часть с практическим изучением одного конкретного языка ассемблера. Продуктивная по сути идея (автокод как практическая иллюстрация архитектуры) встречает всё больше трудностей: изучение современного ассемблера (nasm для x86_64) усложнено незначимыми практическими реалиями, изучение устаревшего (MASM для DOS) или модельного — страдает вопиющим расхождением с современностью. Так или иначе, большая часть теоретического материала не имеет практической поддержки. Авторами разработан, предложен и дважды проведён курс, основанный на архитектуре MIPS32 (эмулятор MARS) и классических модельных машинах, в котором сделана попытка поддержать практикой максимально возможный спектр изучаемых тем с автоматической проверкой программной части домашних заданий. В конце доклада обсуждаются возможности дальнейшего развития программной части курса.

О курсе «Архитектура ЭВМ и язык ассемблера»

Это базовая дисциплина, которую читают на первом курсе во втором семестра на факультете ВМК МГУ. Плотность достаточная (4 часа теории + 4 часа практики в неделю), но объём сведений, которые хочется (следует!) туда втиснуть, год от году растёт.

Цель
сформировать понимание, что такое «архитектуры ЭВМ» и почему они такие
Задачи
теория + фактология + практика
  • Изучить основы логической организации ЭВМ; смоделировать и сравнить несколько различных архитектур
  • Рассмотреть современное состояние ЭВМ и принципы, по которым развивается их архитектура, например:
    • конвенции и ABI;
    • базис: система команд, виды адресации, регистры, подпрограммы, флаги и т. д.
    • системные вызовы, прерывания, ловушки; внешние устройства, порты, MMIO, DMA и прочее; сопроцессоры;
    • аппаратная оптимизация — кеш, конвейер, упреждающие вычисления и зависимости вычислительных потоков;
    • аппаратная изоляция: режимы процессора, виртуальная память, виртуализация;
  • Освоить язык ассемблера, в котором по возможности эти принципы применяются на практике

К сожалению, два варианта этого базового курса, на наш взгляд, упираются в две крайности: один воспроизводит курс прошлого тысячелетия по 16-битной архитектуре (MASM6 + DOS), другой основан на nasm и x86_64. Сейчас готовится новый курс на базе Masm32 и Windows XP, сочетающий, на наш взгляд, худшие качества первых двух вариантов — моральную и актуальную устарелость и усложнённость изучаемого материала.

Выбор архитектуры

Мы провели много времени в спорах, что же взять за основу — идеальный учебный процессор в вакууме или настоящее живое железо, в котором пропустить всё лишнее. В итоге разработку идеального процессора мы оставили команде RiscV, а сами пришли к такому компромиссу:

  • В качестве модельных машин использовать факультетские наработки, только дописать к ним эмулятор.

  • В качестве базовой архитектуры выбрать MIPS32, как наиболее подходящую по соотношению «современность»/«адекватность системы команд». В виде бонуса мы получаем простой и понятный конвейер. Российские реалии: процессор «Байкал Т» имеет архитектуру MIPS32.
  • В качестве среды программирования выбрать MIPS Assembler and Runtime Simulator (MARS). Недостатки того, что это эмулятор, компенсируются наглядностью

  • Если хватит времени/интеллектуальных усилий, прокинуть мостик между языком ассемблера и Си в стиле «Си — это такой суперудобный макроассемблер», перейдя либо на настоящее железо, либо на полный эмулятор Qemu.

Инструменты

Базовой LMS у нас на факультете является Moodle. В основном использовались три вида модулей — урок, задание, форум-семинар и контрольная. В контрольных мы старались давать параметрические задачи.

Для изучения модельных машин Владимир Лютов написал эмулятор, программы для которого задаются в шестнадцатеричных кодах. Эмулятор поддерживает пять архитектур из рассмотренных в методчке, отладчик, а также простой ассемблер для одной из них. Написан на Python.

Эмулятор MARS оказался неплох (правда, только в своей области):

  • Простая IDE
  • Отладчик и дизассемблер, редактора памяти, регистров, сопроцессора
  • поддержка текстового В/В и выполнения программы в режиме эмулятора без UI
  • Поддержка нескольких простейших внешних устройства, в т. ч. работающих по прерываниям и растрового графического дисплея
  • Наглядные модули, описывающие работу конвейера, кеша и предсказателя перехода

Поскольку практических заданий было много (в среднем, 3 к лекции), в какой-то момент в их проверке подключилась система проведения олимпиад Ejudge. И модельные машины, и MARS хорошо встраиваются в EJudge, но в силу простоты и краткости программ для первых, мы решили ограничиться автоматической проверкой только программ для Mars.

Пришлось разработать три варианта «обвязки» Д/З:

  • типа «из памяти в память», когда входные и выходные данные лежат в заданных местах памяти, а необходимый для EJudge ввод-вывод делает программа-footer
  • типа «полная программа» (после изучения темы «ввод-вывод»)
  • типа «подпрограмма» (после изучения темы «подпрограммы и конвенции по передаче параметров»), в которой программа-footer, помимо формирования ввода и вывода, проверяла соблюдение конвенций по вызову

Задачи для контрольных каждый студент получал так: скачивал поргамму-гененратор (на Python), запускал её и получал текст условия и «номер варианта». Контрольные также пришлось проверять вручную.

Выводы и задачи


TODO

Хотелось бы поменять ММ на MIPS-подобное что-то

До Си не дошли, зато я почти написал учебник)

Чего нет в Mars и непонятно как

RiscV?

См. также

FrBrGeorge/LVEE_Winter_2018 (последним исправлял пользователь FrBrGeorge 2019-06-14 15:17:59)