Actividades prácticas Programación en ensamblador de MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo

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1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA ESTRUCTURA DE COMPUTADORES Grado en Ingeniería Informática Grado en Ingeniería de Computadores Actividades prácticas Programación en ensamblador de MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo CURSO Susana Mata Fernández Ángel Serrano Sánchez de León Luis Rincón Córcoles Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores y CCIA

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3 Actividades prácticas 1 Introducción En esta actividad práctica se realizarán diversos ejercicios de programación en ensamblador de MIPS, utilizando para ello la herramienta MARS, realizada por Peter Sanderson y Kenneth Vollmar de la Missouri State University. Será preciso descargar la última versión del mismo. Puesto que MARS está escrito en Java, para poder ejecutarlo será preciso tener instalada una versión reciente del Java Runtime Environment. Se proporcionarán esqueletos para los programas que deben realizarse. LOS EJERCICIOS SE REALIZARÁN DE FORMA INDIVIDUAL. Trabajo preparatorio Es imprescindible estudiar los contenidos teóricos del bloque de ensamblador al completo. Antes de comenzar El material necesario para realizar las actividades de esta sesión se encuentra en el archivo comprimido actividad05-apoyo.zip. Este archivo deberá ser copiado en una carpeta de un medio de almacenamiento, junto con el archivo MARS.jar, y descomprimido posteriormente. Sólo aparecen archivos fuente en ensamblador. Al descomprimir actividad05-apoyo.zip se generará un subdirectorio por cada ejercicio, para que el código de unos ejercicios y otros se pueda ensamblar y simular de forma independiente. Dado que en todos los ejercicios el código fuente está dividido en varios cheros, será preciso activar en MARS la opción Settings Assemble all les in directory. También será recomendable denir la etiqueta main al principio del programa ejecutable, y declararla como símbolo global con la directiva.globl, así como activar en MARS la opción Settings Initialize Program Counter to global 'main' if dened. Ejercicio 1: subrutina de ordenación de tres valores enteros Realizar un programa en ensamblador de MIPS que ordene tres números enteros de mayor a menor. Para ello se diseñará una subrutina auxiliar que realice la tarea antedicha. La subrutina se denominará ordenar3. Los tres parámetros de la subrutina se pasarán por referencia a través de los registros $a0, $a1 y $a2. La subrutina pondrá el número más grande en la variable pasada por referencia en primer lugar (apuntada por $a0), el número intermedio en la variable pasada por referencia en segundo lugar (apuntada por $a1), y el número menor en la variable pasada por referencia en tercer lugar (apuntada por $a2). Se podrá partir de la siguiente versión del programa en C: void ordenar3 (int *x, int *y, int *z); int x,y,z; entrada(); ordenar3(&x,&y,&z);

4 2 Programación MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo void ordenar3 (int *x, int *y, int *z) { int tmp; if (*x < *y) { tmp = *x; *x = *y; *y = tmp; if (*x < *z) { tmp = *x; *x = *z; *z = tmp; if (*y < *z) { tmp = *y; *y = *z; *z = tmp; return; En el chero ejercicio01.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero ordenar3.asm y lo entregará a través del Aula Virtual. Ejercicio 2: subrutina para calcular si tres lados pueden formar un triángulo rectángulo Como se sabe, el teorema de Pitágoras establece que en un triángulo rectángulo se cumple la relación h 2 = c c 2 2, donde h es la hipotenusa y c 1 y c 2 son los dos catetos. Además, se deberá cumplir que h > 0, c 1 > 0 y c 2 > 0. Se precisa diseñar un programa en ensamblador de MIPS que determine si tres lados pueden formar un triángulo rectángulo. Para realizar el cálculo se diseñará una subrutina denominada pitagoras, que devolverá el valor 1 si los tres lados pueden formar triángulo rectángulo, y 0 si no. Para poder funcionar correctamente, la subrutina recibirá como primer parámetro de entrada el lado más largo (que podría ser la hipotenusa), y los dos restantes parámetros de entrada serán los dos lados más cortos (los hipotéticos catetos). Una versión del programa y la subrutina en C podría ser la siguiente int pitagoras (int h, int c1, int c2); int lon1, lon2, lon3, h, c1, c2; int es_rect;

5 Actividades prácticas 3 // La función de entrada pone el primer lado en lon1, el segundo en lon2 // y el tercero en lon3 entrada(); c1 = lon1; c2 = lon2; h = lon3; ordenar3(&h,&c1,&c2); es_rect = pitagoras(h,c1,c2); int pitagoras (int h, int c1, int c2) { return ( (h*h) == ((c1*c1) + (c2*c2)) ); En el chero ejercicio02.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero pitagoras.asm y lo entregará a través del Aula Virtual. Se deberá usar la subrutina ordenar3 realizada en el ejercicio previo, para lo cual el chero ordenar3.asm se copiará en el mismo directorio en el que se encuentren ejercicio02.asm y pitagoras.asm, si bien no deberá entregarlo de nuevo. Ejercicio 3: valores máximo y mínimo de un vector de enteros Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que calcule los valores máximo y mínimo de un vector de enteros. Se puede partir del siguiente código en C: #define N 16 int vector[n] = {1,-3,55,8905,-111,90,543,-4321,0,43,99,-34,-55,4231,45, int maximo, minimo; register int i, aux; maximo = vector[0]; minimo = maximo; for (i = 1; i < N; i++) { aux = vector[i]; if (aux < minimo) minimo = aux; else if (aux > maximo) maximo = aux; En el chero ejercicio03.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual.

6 4 Programación MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo Ejercicio 4: suma de vectores Diseñar un fragmento de programa en ensamblador de MIPS que, dados dos vectores que contienen 16 números de 32 bits expresados en complemento a 2, sume sus componentes y genere como resultado un nuevo vector de igual tamaño que los anteriores. Se puede partir del siguiente código en C: #define N 16 int x[n] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16; int y[n] = {100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600; int z[n]; register int i; for (i = 0; i < N; i++) z[i] = x[i] + y[i]; En el chero ejercicio04.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual. Ejercicio 5: serie de Fibonacci Realizar un programa en ensamblador de MIPS que calcule los 16 primeros términos de la serie de Fibonacci y los almacene en un vector de datos. A continuación se muestra una posible solución en C: #define N 16 int fibo[n]; register int i; fibo[0] = 1; fibo[1] = 1; for (i = 2; i < N; i++) fibo[i] = fibo[i-1] + fibo[i-2]; En el chero ejercicio05.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual.

7 Actividades prácticas 5 Ejercicio 6: contar cifras en un string Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que, dada una cadena de caracteres, cuente cuántos de ellos corresponden con dígitos del `0' al `9'. A continuación se muestra una posible solución en C: void entrada (char *str); int digitos; register int i; char string[30]; register char caracter; entrada(string); digitos = 0; i = 0; while ( (caracter = string[i])!= '\0' ) { if ( (caracter >= '0') && (caracter <= '9') ) digitos++; i++; En el chero ejercicio06.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual. Ejercicio 7: reemplazar caracteres en un string Diseñar un fragmento de programa en ensamblador de MIPS que, dada una cadena de caracteres, reemplace todas las ocurrencias del carácter c1 por el carácter c2. Es decir, si la cadena de entrada es Hola a todos, y los caracteres c1 y c2 son c1='o' y c2='i', entonces la cadena resultante será Hila a tidis. A continuación se muestra una posible solución en C: char string[30]; char c1, c2; register char caracter; register int i; entrada(); i = 0; while ( (caracter = string[i])!= '\0' ) { if (caracter == c1)

8 6 Programación MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo string[i] = c2; i++; En el chero ejercicio07.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual. Ejercicio 8: palíndromos Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que determine si una cadena de caracteres ASCII es o no palíndroma. Una cadena es palíndroma si se lee igual de derecha a izquierda que de izquierda a derecha. A continuación se muestra una posible solución en C: register char *ini, *fin; char string[30]; char palin; entrada(); // Buscar el final de la tira ini = fin = string; while (*fin!= '\0') fin++; fin--; // Comparar los caracteres palin = 'S'; while (ini < fin) { if (*ini == *fin) { ini++; fin--; else { palin = 'N'; break; En el chero ejercicio08.asm se proporciona un esqueleto de la solución. El alumno lo completará y entregará el código nal a través del Aula Virtual.

9 Actividades prácticas 7 Ejercicio 9: polinomios Se pretende diseñar un programa en ensamblador de MIPS que calcule el valor de un polinomio P (x) para un valor concreto de la variable x. Para ello se utilizará una subrutina llamada horner, que recibirá como parámetros un vector con los coecientes del polinomio, un entero que indica su grado y otro entero para la variable independiente, y realizará la evaluación del polinomio mediante el algoritmo de Horner. A continuación se muestra una posible solución en C: float horner (float *poly, int grado, float x); float polinomio[10] = {11.0,5.0,3.5,4.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0; int grado = 3; float x = 2.5; float valor; valor = horner(polinomio,grado,x); float horner (float *poly, int grado, float x) { register int i; register float v; i = grado; v = 0; do { v = v * x + poly[i]; i--; while (i >= 0); En el chero ejercicio09.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero horner.asm y lo entregará a través del Aula Virtual. Ejercicio 10: media aritmética de un vector Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que calcule la media aritmética de un vector de números en coma otante de precisión simple. Se utilizará una subrutina llamada promedio, que recibirá como parámetros un vector de datos de tipo float y un entero con el número de elementos del mismo. A continuación se muestra una posible solución en C: float promedio (float *poly, int n);

10 8 Programación MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo float vector[10] = {1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, 6.5, 7.5, 8.5, 9.5, 10.5; int n = 10; register float suma; float media; suma = promedio(vector,n); float promedio (float *vec, int n) { register int i; register float v; i = 0; v = 0; do { v = v + vec[i]; i++; while (i < n); return (v/n); En el chero ejercicio10.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero promedio.asm y lo entregará a través del Aula Virtual. Ejercicio 11: función atoi Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que convierta una tira de caracteres a un valor numérico de tipo entero. Para ello se diseñará una subrutina llamada atoi, que recibirá como parámetro la tira de caracteres, y devolverá un entero con el valor representado. La tira deberá estar compuesta por caracteres entre el `0' y el `9' (aparte del carácter nulo que marca el nal de la misma), y podrá ir precedida de un signo positivo o negativo. Si en cualquier punto aparecen caracteres en blanco, letras u otros caracteres diferentes, se considerará que la tira es errónea, y atoi devolverá un 0. Se puede partir de la siguiente versión en C: int atoi (char *string); int valor; char string[30]; entrada(); valor = atoi(string);

11 Actividades prácticas 9 int atoi (char *string) { register int i, v, signo; register char caracter; i = 0; if (string[0] == '-') { signo = -1; i = 1; else { signo = 1; if (string[0] == '+') i = 1; v = 0; while ( (caracter = string[i])!= '\0' ) { if ( (caracter >= '0') && (caracter <= '9') ) { v = v * 10 + (caracter - '0'); i++; else { v = 0; break; return (v * signo); En el chero ejercicio11.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero atoi.asm y lo entregará a través del Aula Virtual. Ejercicio 12: función strcmp Dos tiras de caracteres son iguales si tienen la misma longitud y sus caracteres coinciden. Por otra parte, se dice que una cadena es menor que otra si los caracteres de la primera preceden en orden alfabético a los de la segunda. Diseñar un programa en ensamblador de MIPS que, dadas dos cadenas de caracteres ASCII de longitud desconocida, las compare y diga si una es mayor que la otra o son iguales. Para ello se utilizará la subrutina strcmp, que recibirá las direcciones de comienzo de las dos cadenas, y que devolverá un entero que contendrá un 0 si ambas cadenas son iguales, un -1 si la primera es menor que la segunda, y un +1 si la segunda es menor que la primera. Se puede partir de la siguiente versión de la solución en C: int strcmp (char *str1, char *str2); int valor; char string1[30], string2[30];

12 10 Programación MIPS: ejercicios avanzados de desarrollo entrada(); valor = strcmp(string1,string2); int strcmp (char *str1, char *str2) { register int res; register char c1, c2; res = 2; do { c1 = *str1; c2 = *str2; if (c1 < c2) res = -1; else if (c1 > c2) res = 1; else if (c1 == '\0') res = 0; else { str1++; str2++; while (res == 2); return (res); En el chero ejercicio12.asm se proporciona la reserva de espacio para variables, así como el programa principal completo. El alumno realizará la subrutina en el chero strcmp.asm y lo entregará a través del Aula Virtual.

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