ΗΥ-225: Οργάνωση Υπολογιστών
Άνοιξη 2013
Τμ. Επ. Υπολογιστών
© Πανεπιστήμιο Κρήτης

Άσκηση 7:
Πρόγραμμα Συνδεδεμένης Λίστας και Διαδικασιών

Προθεσμία έως Κυριακή 7 Απριλίου 2013, ώρα 23:59 (τέλος βδ. 6)

Υπενθύμιση Διαγωνισμού Προόδου: Σάββατο 13 Απριλίου 2013, ώρα μάλλον 12-2
(Ο βαθμός της εξέτασης Προόδου αποτελεί το 20% του βαθμού μαθήματος, οιασδήποτε περιόδου)

[Up - Table of Contents]
[Prev - 6. Procedure Call]
[printer version - PDF]
[8. Verilog Intro. 1 - Next]

7.1   Δομές Δεδομένων (Data Structures):

Σε αυτή την άσκηση θα χρησιμοποιήσουμε μία δομή δεδομένων (structure) που θα αποτελεί ένα κόμβο μιάς συνδεδεμένης λίστας (linked list). Κάθε κόμβος (δομή δεδομένων) μας θα αποτελείται από δύο λέξεις (των 32 bits καθεμία): έναν ακέραιο "data" που θα περιέχει την "πληροφορία χρήστη", κι έναν δείκτη σύνδεσης (pointer) "nxtPtr" που θα περιέχει τη διεύθυνση του επόμενου κόμβου στη λίστα (στον τελευταίο κόμβο της λίστας, nxtPtr=0). Τα δύο στοιχεία (λέξεις) της δομής μας θα βρίσκονται σε διαδοχικές θέσεις (λέξεις) της μνήμης. Επομένως, κάθε δομή (κόμβος) μας θα έχει μέγεθος 2x4=8 bytes. Διεύθυνση μιάς δομής είναι η διεύθυνση του πρώτου στοιχείου της, δηλαδή του στοιχείου με "μηδενικό offset", που γιά μας είναι το "data". Άρα, το δεύτερο στοιχείο της δομής μας, ο "nxtPtr", βρίσκεται στη διεύθυνση που προκύπτει προσθέτοντας 4x1=4 στη διεύθυνση της δομής (κόμβου).

7.2   Δυναμική Εκχώρηση Μνήμης (Dynamic Memory Allocation):

Το πρόγραμμά σας θα ζητάει και θα παίρνει δομές (κόμβους) από το λειτουργικό σύστημα "δυναμικά", την ώρα που τρέχει (σε run-time). Γιά το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήστε το κάλεσμα συστήματος (system call) "sbrk" (set break). Το κάλεσμα αυτό "σπρώχνει" πιό πέρα (προς αύξουσες διευθύνσεις μνήμης) το σημείο "break", το όριο δηλαδή πριν από το οποίο οι διευθύνσεις μνήμης που γεννά το πρόγραμμα είναι νόμιμες, ενώ μετά από το οποίο (και μέχρι την αρχή της στοίβας) οι διευθύνσεις είναι παράνομες και τυχόν χρήση τους προκαλεί το γνωστό από την C "segmentation violation - core dumped". Το κάλεσμα συστήματος "sbrk" έχει κωδικό 9, και περιγράφεται στις σελίδες A.44 - A.45 του παραρτήματος Α του βιβλίου, από παλαιότερη Αμερικανική έκδοση, που υπάρχει στο αρχείο ~hy225/spim/documentation/HP_AppA.pdf και λειτουργεί κατ' αναλογία με τα άλλα καλέσματα συστήματος (εκτύπωσης και ανάγνωσης) που χρησιμοποιήσατε σε προηγούμενες ασκήσεις. Πριν το καλέσετε, θέτετε τον καταχωρητή $a0 ($4) να περιέχει το πλήθος των νέων bytes που επιθυμείτε (ένας αριθμός). Μετά την επιστροφή του, ο καταχωρητής $v0 ($2) περιέχει τη διεύθυνση του νέου block μνήμης, του ζητηθέντος μεγέθους, που το σύστημα δίνει στο πρόγραμμά σας (έναν pointer). Η επιστρεφόμενη διεύθυνση μνήμης είναι πάντα διάφορη του μηδενός (εκτός --πιθανότατα-- όταν γεμίσει όλη η μνήμη, αλλά δεν χρειάζεται εσείς εδώ να ελέγχετε κάτι τέτοιο), και είναι πάντα ευθυγραμμισμένη σε όρια λέξεων (πολλαπλάσιο του 4) (τουλάχιστο στη δική μας περίπτωση, που ζητάμε πάντα blocks μεγέθους πολλαπλάσιου του 4, αλλά --πιστεύω-- και σε κάθε περίπτωση).

Άσκηση 7.3:   Κατασκευή και Σάρωση Συνδεδεμένης Λίστας

Γράψτε και τρέξτε στον SPIM, σε Assembly του MIPS, ένα πρόγραμμα που πρώτα θα κατασκευάζει και θα γεμίζει με θετικούς ακέραιους αριθμούς μία συνδεδεμένη λίστα (linked list), και στη συνέχεια θα την σαρώνει επαναληπτικά, τυπώνοντας κάθε φορά ένα διαφορετικό υποσύνολο των στοιχείων της --συγκεκριμένα: όσα στοιχεία της είναι μεγαλύτερα από δοθείσα τιμή. Το πρόγραμμά σας θα κρατάει στον καταχωρητή $s0 (δηλαδή τον $16) τον pointer στην αρχή (στον πρώτο κόμβο) της λίστας, και θα αποτελείται από δύο κομμάτια:

7.3(a): Κατασκευή της Λίστας. Χρησιμοποιήστε τον καταχωρητή $s1 ($17) σαν pointer στην ουρά (στον τελευταίο κόμβο) της λίστας. Γιά διευκόλυνση του βρόχου κατασκευής της λίστας (επειδή η εισαγωγή σε κενή λίστα διαφέρει από την εισαγωγή σε μη κενή λίστα), αρχικοποιήστε τη λίστα να περιέχει ένα αδιάφορο ("dummy") κόμβο: ένα κόμβο με data=0 (αφού όλοι οι κόμβοι θα περιέχουν θετικούς αριθμούς, και αφού θα τυπώνουμε μόνο τις τιμές που θα είναι μεγαλύτερες από δοθέντα μη αρνητικό αριθμό, ο κόμβος αυτός ποτέ δεν θα τυπώνεται, κι έτσι θα είναι σαν να μην υπάρχει). Η αρχικοποίηση γίνεται ζητώντας και παίρνοντας ένα κόμβο από το λειτουργικό σύστημα, γράφοντας data=0 και nxtPtr=0 (τελευταίος κόμβος) σε αυτόν, και κάνοντας τους $s0 και $s1 να δείχνουν σε αυτόν τον κόμβο (να περιέχουν τη διεύθυνσή του). Μετά, μπείτε στο βρόχο ανάγνωσης στοιχείων και κατασκευής της λίστας. Σε κάθε ανακύκλωση αυτού του βρόχου:

7.3(b): Σάρωση της Λίστας. Το δεύτερο μέρος του προγράμματος θα διαβάζει έναν μη αρνητικό αριθμό, και θα τυπώνει, με τη σειρά από την αρχή μέχρι το τέλος, όσα στοιχεία της λίστας είναι μεγαλύτερα από αυτόν τον αριθμό. Μην χρησιμοποιήστε τον pointer στον τελευταίο κόμβο της λίστας (από την παλιά τιμή του καταχωρητή $s1 ($17)) γιά να βρίσκετε πού τελειώνει η λίστα --χρησιμοποιήστε τον nxtPtr κάθε κόμβου γιά να ξέρετε αν υπάρχει ή όχι επόμενος κόμβος στη λίστα. Το μέρος αυτό του προγράμματος κάνει τα εξής:

7.3(c): Χρήση υπορουτινών.

Τρόπος Παράδοσης: Παραδώστε ηλεκτρονικά τον κώδικά σας, "ex07.s", κι ένα στιγμιότυπο της εκτέλεσής του στον SPIM, "ex07.jpg". Παραδώστε τα αυτά μέσω: submit ex07@hy225 [directoryName]
Θα εξεταστείτε και προφορικά για την Άσκηση 7, από βοηθούς του μαθήματος, με διαδικασία γιά την οποία θα ενημερωθείτε μέσω ηλτά (email) στη λίστα του μαθήματος.


© copyright University of Crete, Greece. Last updated: 12 Mar. 2013 by M. Katevenis.