Tema 3 - Miniprocesor
Responsabili:
- Costin Carabas
Termen de predare:
- Deadline soft: 16 Ianuarie 2023
- Deadline hard: 20 Ianuarie 2023
Pentru fiecare zi (24 de ore) de întârziere, se vor scădea 10 puncte din nota acordată, până la atingerea deadline-ului hard.
Întrebări
Dacă aveți nelămuriri, puteți să ne contactați pe forumul dedicat temei de casă nr. 3.
Cerință
Să se implementeze un interpretor de biti similar unui procesor. Acesta va avea capacitatea de a decodifica si executa instructiuni simple de adunare, scădere, înmulțire și împărțire.
La nivelul cel mai de bază, informația este stocată sub forma de biți. Pentru un procesor aceasta informație se repartizează în 2 categorii: instrucțiuni și date. Practic, dându-se un șir de biți, procesorul decodifică instrucțiunea, iar ulterior o execută.
În aceasta tema, vom implementa un procesor de baza care decodifică un sir de biți și ulterior îl execută.
Task 1 - Decodificare instructiune (50p)
Dându-se o instrucțiune în format binar, decodificați instrucțiunea.
O instrucțiune are următorul format:
Unde:
- N reprezintă numărul de instrucțiuni ce vor fi executate; acesta este reprezentat pe 3 biți și se obtine prin convertirea valorii celor mai semnificativi 3 biți din binar în decimal și adunarea cu 1. Astfel, pentru 000 vom avea de executat o instrucțiune, pentru 010 vom avea de executat 3 instrucituni. Numărul maxim de instrucțiuni de executat este 8.
- Op reprezintă codul unei instructiuni și se reprezintă pe 2 biți. Op poate fi +, -, * sau / conform tabelului de mai jos:
| Cod | Operatie |
|---|---|
| 00 | + |
| 01 | - |
| 10 | * |
| 11 | / |
In sirul de input, cei 3 biți care desemnează numărul de operații sunt urmați de număr de N*2 biți care desemnează operațiile ce urmează a fi executate.
- Dim reprezintă dimensiunea unui operand și se reprezintă pe 4 biti. Dim se calculează similar cu N prin transformarea celor mai puțini semnificativi 4 biți în valoarea zecimală și adunarea cu 1. Astfel, dimensiunea operanzilor poate lua valori din intervalul [1, 16].
În cadrul acestui exercițiu, veți citi de la intrarea standard un numar de tipul unsigned int ce contine instructiunea si o veti decodifica. Astfel, la iesirea standard veti afisa N, operatorii si dimensiunea operanzilor, toate separate printr-un spatiu.
Input: 1675493376 → Output: 4 + - / * 16
Input: 2483421184 → Output: 5 * * + + + 13
Precizări:
- dimensiunea totala a unei instructiunie nu poate depasi 3 + 8*2 + 4 = 23 biti, asadar ar trebui sa incapa intr-un unsigned int.
- citirea de la tastatura se va face folosind functia scanf: scanf(”%u”, &inst)
- formatul de afisare este: N op1 op2 .. opN Dim
- rezolvarea acestui task se va afla in fisierul task1.c
Task 2 - Executare instructiune (50p)
În cadrul acestui exercițiu vom continua task-ul anterior prin:
1. Citirea operanzilor. Plecând de la programul anterior, adăugați o sectiune de cod care interpretează (N+1) operanzi de la intrarea standard. Pentru acest task, dimensiunea operanzilor (Dim) este un numar putere a lui 2 din intervalul [1, 16]. Adică valorile posibile sunt: 1, 2, 4, 8, 16. Operanzii vor fi cititi sub forma unor numere unsigned short (dimensiune 16) de la intrarea standard. Numărul de operanzi citiți de la tastatură se va descompune în mai multe de numere unsigned short, folosind formula: ((N+1)*Dim)/16, la care adaugam +1 in cazul in care rezultatul are vreun rest. Astfel, se vor citi de la tastatură ((N+1)*Dim)/16 numere și vor fi descompune în (N+1) operanzi.
Pentru N = 3 si Dim = 4, folosim instrucțiunea 1410859008, output-ul de la Task 1 va fi 3 * * + 4.
Conform formulei de mai sus ((N+1)*Dim)/16, vom citi un singur unsigned short de la tastatura (((3+1)*4)/16 = 1). Presupunem că vom citi 54999. Valoarea acestuia in binar este: 1101 0110 1101 0111. Practic, primul operand va fi 13, al doilea 6, al treila 13, iar al patrulea 7.
Daca N = 4 si Dim = 8, folosim instrucțiunea 1947074560, output-uul de la Task 1 va fi 4 * * + + 8.
Rezulta ca vom citi 3 unsigned short de la tastatura (((4+1)*8)/16 = 2,5). Presupunem ca vom citi 54998 (11010110 11010110), 64041 (11111010 00101001) si 42752 (10100111 00000000). Practic, primul operand va fi 214, al doilea tot 214, al treilea 250, al patrulea 41, iar al cincilea 167, urmat de bitii de padding.
2. Executarea instructiunii: din moment ce avem atât operațiile cât si operanzii, nu ne mai ramane decât să calculăm rezultatul. Calcularea rezultatului se va face in ordinea primirii operatiilor si nu conform prioritatii operatorilor (adica, * nu are precedenta fata de +).
In cazul in care avem operatiile + - * + si operanzii 1 2 3 4 5 se va valcula 1 + 2 - 3 * 4 + 5 = 5 (1 + 2 = 3 - 3 = 0 * 4 = 0 + 5 = 5)
Pentru acest task, se vor citi de la tastatura instructiunea si operanzii si se va afiza rezultatul:
./task1 1410859008 3 * * + 4 Numere de introdus = 1 Introduceți număr: 54999 Operanzii: 13 6 13 7 Rezultat: 1021
sau
./task1 1947074560 4 * * + + 8 Numere de introdus = 3 Introduceți număr: 54998 64041 42752 Operanzii:214 214 250 41 167 0 0 0 0 0 Rezultat: 11449208
Precizari:
- rezolvarea acestui exercițiu se va afla in fisierul task2.c
- va recomandăm mai intai sa rezolvati taskul 1 și apoi sa faceti copy-paste codului in fisierul task2.c și să porniti rezolvarea de acolo
- numerele citite de la tastatura sunt considerate pozitive, insa rezultatul poate fi negativ asa ca folositi o variabila de tip int pentru a salva rezultatul executarii instrucțiunii.
- afișați doar numărul rezultat, altfel checker-ul nu va lua in considerare testul
Bonus 1 - Operanzi cu dimensiuni ciudate (20p)
In cadrul acestui task vom extinde implementarea de la Task 2 pentru a executa instrucțuni ale căror operanzi pot avea orice dimensiune din intervalul [1, 16]. În continuare, operanzii for fi citiți de la intrarea standard sub forma unsigned short, însă un operand ar putea să se întindă pe 2 citiri succesive.
N = 1, Dim = 11. (1+1)*11/16 = 1,375 ⇒ se citesc 2 numere de tipul unsigned short. Sa presupunem ca acestea sunt 37444 (10010010010 00100) si 33792 (100001 0000000000). Va trebuie sa facem o operație intre 1170 (10010010010) si 289 (00100 100001)
Precizări:
- Acest task se va rezolva in fisierul task3.c
- Pentru acest task veti copia continutul fisierul task2.c in fisierul task3.c si veti extinde functionalitatea acestuia.
- Pentru acest task, veti afisa doar rezultatul final.
Bonus 2 - Precedenta operatorilor (20p)
Implementati precedenta operatilor, astfel incat * si / au precedenta egala intre ei, insa precdenta mai mai mare ca + si -.
Pentru + * - / si 1 2 3 4 5 vom avea 1 + 2*3 - 4/5 = 1 + 6 - 0 = 7
Precizari:
- Acest task se va rezolva in fisierul task4.c.
- Veti afisa doar rezultatul final.
Trimitere temă
Tema va fi trimisă folosind vmchecker, cursul Programarea Calculatoarelor (CB & CD).
Formatul arhivei va fi următorul:
- {task1.c task2.c task3.c task4.c Makefile}
- Un fișier README în care vă descrieți rezolvarea taskurilor.
- Arhiva trebuie să fie de tipul zip.
- Makefile-ul și testele vor fi cele din aceasta arhiva: miniprocesor.zip
Listă depunctări
Lista nu este exhaustivă.
- o temă care nu compilează și nu a rulat pe vmchecker nu va fi luată în considerare
- o temă care nu rezolvă cerința și trece testele prin alte mijloace nu va fi luată în considerare
- [-1.0]: numele variabilelor nu sunt sugestive
- [-1.0]: linii mai lungi de 80 de caractere
- [-5.0]: abordare ineficientă
- [-10.0]: variabile globale
- [-25.0]: Daca se folosesc vectori pentru stocarea bitilor
- [-100.0]: TOT punctajul, în cazul în care se încearcă “obținerea” punctajului pe temă folosind alte metode decât cele normale
- în cadrul cursului de programare nu avem ca obiectiv rezolvarea în cel mai eficient mod posibil a programelor; totuși, ne dorim ca abordarea să nu fie una ineficientă, de genul să nu folosiți instrucțiuni repetitive acolo unde clar nu era cazul, etc.
