Processador MIPS Implementado em Simulador Visual para uso na Educação

Authors

  • Christofer Rodrigues UTFPR
  • Rogério Aparecido Gonçalves UTFPR
  • João Fabrício Filho UTFPR

DOI:

https://doi.org/10.5753/ijcae.2024.5342

Keywords:

MIPS, Arquitetura de Computadores, Processador, Pipeline, logisim

Abstract

Arquitetura e Organização de Computadores (AOC) é um componente curricular comum em cursos de Computação. Pelas características físicas dos objetos de estudo dessa matéria, não é possível trazermos para sala de aula uma forma de visualizarmos o funcionamento desses objetos como se estivéssemos enxergando as engrenagens de um relógio. A partir da observação de alguns estudos, verificamos que o uso de simuladores contribui para a melhoria dessa situação. Entretanto, normalmente esses softwares simulam o funcionamento da arquitetura mas não mostram como ela funciona ou carecem de formas para interagir com o circuito simulado. Neste trabalho, apresentamos o Projeto Aperture, e nele entregamos implementações incrementais de um processador MIPS, que vão desde o monociclo até um pipeline com encaminhamento e buffer de desvios, no simulador de circuitos digitais Logisim. Nesse projeto, pode-se executar códigos no processador, visualizar seu funcionamento e modificar o circuito. Com esse trabalho pretendemos colaborar com o ensino de AOC fornecendo um material que foca na visualização e interação do usuário com o circuito simulado.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Referências

Henk W. de Regt. ”Visualization as a Tool for Understanding,” in Perspectives on Science, vol. 22, no. 3, pp. 377-396, 2014.

R. Tennant. ”Visualizing Mathematics: Imagery Techniques for Learning Abstract Concepts,” in Math Pad Online Journal of the MiPad Research Group, vol. 13, 2006.

N. Dahal, B. P. Pant, I. M. . Shrestha, and N. K. Manandhar, “Use of GeoGebra in Teaching and Learning Geometric Transformation in School Mathematics”, Int. J. Interact. Mob. Technol., vol. 16, no. 08, pp. pp. 65–78, Apr. 2022.

“PhET Interactive Simulations.” PhET. [link] (accessed Aug. 12, 2024).

B. Ferreira and C. Martins. ” Arduino virtual no Tinkercad Circuits como motivação ao aprendizado prévio de Arquitetura de Computadores”, in Anais Estendidos do XXI Simpósio em Sistemas Computacionais de Alto Desempenho, Evento Online, 2020.

S. Fernandes, I. Silva. ”Relato de experiência interdisciplinar usando MIPS,” in International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 6, no. 1, pp. 52–61, 2017.

K. Vollmar, P. Sanderson. ”MARS: an education-oriented MIPS assembly language simulator,” in SIGCSE Bull., vol. 38, no. 1, pp. 239–243, 2006.

L. Reis, L. Duenha. ”TFSim: um simulador do algoritmo de Tomasulo para apoio ao ensinode arquiteturas superescalares,” in International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 8, no. 1, pp. 17–27, 2019.

C. Burch. ”Logisim: a graphical system for logic circuit design and simulation,” in J. Educ. Resour. Comput., vol. 2, no. 1, pp. 5–16, 2002.

D. Patterson, J. Hennessy, Computer Organization and Design, Fifth Edition: The Hardware/Software Interface. Morgan Kaufmann Publishers Inc., 2013.

C. Rodrigues, R. Gonçalves, J. Fabrício Filho, ” Implementações de Processadores MIPS em Simulador Visual,” in Anais da XV Escola Regional de Alto Desempenho de São Paulo, 2024, pp. 57–60.

H. Baranda, J. Penha, R. Ferreira. ”Implementacão de um Preditor de Desvio no MIPS 5 Estágios,” in International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 6, no. 1, pp. 18–26, 2017.

Duenha, L., et al. ”Avaliacão de preditores de desvios por meio de simuladores como parte do processo de ensino eaprendizagem de Arquitetura de Computadores,” in International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 6, no. 1, pp. 1–9, 2017.

C. Koliver, C. Meinhardt, M. Silva. ”Por um Ensino de Arquitetura de Computadores para Cursos de Sistemas de Informação,” in International Journal of Computer Architecture Education (IJCAE), vol. 11, no. 1, pp. 1–9, 2022.

John Hennessy, ”MIPS reference card,” , 1996.

Waterman, A., et al, ”The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Version 2.0,” EECS Department, University of California, Berkeley, Tech. Rep., 2014.

E. Blem, J. Menon, and K. Sankaralingam, ‘Power struggles: Revisiting the RISC vs. CISC debate on contemporary ARM and x86 architectures’, in 2013 IEEE 19th International Symposium on High Performance Computer Architecture (HPCA), 2013, pp. 1–12.

P. Higa, ”O que é Apple Silicon? Saiba quais são os modelos de chips da Apple.” tecnoblog.net. [link] (accessed Aug. 1, 2024).

”Raspberry Pi 5 é anunciado com primeiro processador próprio da marca.” tudocelular.com. [link] (accessed Aug. 1, 2024).

I. Cutress, ”New #1 Supercomputer: Fugaku in Japan, with A64FX, take Arm to the Top with 415 PetaFLOPs.” anandtech.com. [link] (accessed Aug. 1, 2024).

C. Burch, ”Schools using Logisim.” cburch.com. [link] (accessed Aug. 12, 2024).

Patti, D., et al. ”Supporting Undergraduate Computer Architecture Students Using a Visual MIPS64 CPU Simulator,” in IEEE Transactions on Education, vol. 55, no. 3, pp. 406-411, 2012.

M. Petersen, ”Ripes: A Visual Computer Architecture Simulator,” in 2021 ACM/IEEE Workshop on Computer Architecture Education (WCAE), 2021, pp. 1-8.

Downloads

Published

2024-12-15

Como Citar

Rodrigues, C., Gonçalves, R. A., & Fabrício Filho, J. (2024). Processador MIPS Implementado em Simulador Visual para uso na Educação. International Journal of Computer Architecture Education, 13(1), 33–42. https://doi.org/10.5753/ijcae.2024.5342

Issue

Section

Artigos Completos