Simulador e Ambiente de Software Básico SIC/XE

Simulador gráfico interativo, Montador de Duas Passagens, Processador de Macros, Ligador e Carregador para a arquitetura de computador hipotética SIC/XE (Simplified Instructional Computer Extra Equipment), baseada na obra clássica de Leland L. Beck (System Software: An Introduction to Systems Programming).

Trabalho desenvolvido na disciplina de Software Básico / Sistemas Operacionais — Engenharia de Computação, Universidade Federal de Pelotas (UFPel).

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Sumário

• Visão Geral
• Arquitetura do Sistema e Pipeline de Execução
• Mapeamento de Registradores
• Formatos de Instrução e Modos de Endereçamento
• Interface Gráfica (JavaFX)
• Estrutura do Repositório
• Compilação e Execução
• Autor
• Licença

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Visão Geral

O SIC/XE é uma máquina de ensino amplamente adotada na literatura acadêmica para o aprendizado de arquitetura de computadores, montadores, carregadores e sistemas operacionais. Este projeto implementa a suíte completa de software básico do SIC/XE em linguagem Java com interface gráfica em JavaFX:

1. Processador de Macros: Realiza a expansão de definições de macros, substituição de parâmetros reais/formais e geração do código assembly intermediário expandido.
2. Montador de Duas Passagens (Two-Pass Assembler):
   • Passo 1: Constrói a Tabela de Símbolos (SYMTAB), calcula o Contador de Localização (LOCCTR) e valida mnemônicos (OPTAB).
   • Passo 2: Gera o Código Objeto completo (Record Header, Record Text, Record Modification e Record End) para instruções dos Formatos 1, 2, 3 e 4.
3. Ligador Relocável (Linker): Resolve referências externas entre diferentes seções de controle (EXTDEF e EXTREF) e aplica registros de modificação (M).
4. Carregador Relocável (Loader): Carrega o código objeto ligado na memória principal simulada no endereço base especificado.
5. Máquina de Execução e Registradores: Simula o ciclo de busca e execução de instruções (Fetch-Decode-Execute), atualizando a memória principal e o banco de registradores em tempo real.

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Arquitetura do Sistema e Pipeline de Execução

flowchart TD
    ASM[Código Fonte Assembly .asm] --> MACRO[Processador de Macros - MacroProcessor.java]
    MACRO --> EXP[Assembly Expandido]
    
    subgraph Montador["Montador de Duas Passagens (Assembler.java)"]
        EXP --> PASS1[Passo 1: Construção da SYMTAB & LOCCTR]
        PASS1 --> PASS2[Passo 2: Geração de Código Objeto]
    end
    
    PASS2 --> OBJ[Código Objeto .obj / .txt]
    
    subgraph LigadorCarregador["Sistema de Carga e Ligação"]
        OBJ --> LINK[Ligador - Ligador.java]
        LINK --> LOAD[Carregador Relocável - AbsoluteLoader.java]
    end
    
    LOAD --> MEM[Memória Principal Simulada - Memoria.java]
    
    subgraph CPU["Núcleo de Execução CPU"]
        MEM <--> CPU_ENG[Motor de Execução Step/Run - Controller.java]
        CPU_ENG <--> REGS[Banco de Registradores - Registradores.java]
    end

Loading

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Mapeamento de Registradores

A máquina SIC/XE simulada disponibiliza 9 registradores de hardware acessíveis para operações de aritmética, indexação e controle de fluxo:

Mnemônico	Número (Hex)	Tamanho	Função Principais
A	0	24 bits	Acumulador (Operações aritméticas principais)
X	1	24 bits	Registrador de Índice (Endereçamento indexado)
L	2	24 bits	Registrador de Ligação (Linkage / Endereço de retorno de sub-rotinas)
B	3	24 bits	Registrador Base (Endereçamento relativo à base)
S	4	24 bits	Registrador de Uso Geral
T	5	24 bits	Registrador de Uso Geral
F	6	48 bits	Acumulador de Ponto Flutuante (IEEE 754)
PC	8	24 bits	Contador de Programa (Program Counter)
SW	9	24 bits	Palavra de Status (Status Word / Flags de condição <, =, >)

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Formatos de Instrução e Modos de Endereçamento

O montador e o executor possuem suporte completo aos 4 formatos de instrução da arquitetura SIC/XE:

• Format 1 (1 byte): Apenas o código de operação (op).
• Format 2 (2 bytes): Código de operação + registradores (op, r1, r2).
• Format 3 (3 bytes): Instrução padrão com deslocamento de 12 bits (op, n, i, x, b, p, e, disp).
• Format 4 (4 bytes / Estendido): Endereçamento direto de 20 bits com a flag e = 1 (op, n, i, x, b, p, e, address).

Flags de Modos de Endereçamento (n i x b p e):

• n=1, i=0: Endereçamento Indireto (Indirect)
• n=0, i=1: Endereçamento Imediato (Immediate)
• n=1, i=1: Endereçamento Simples (Simple)
• x=1: Endereçamento Indexado (Indexed)
• b=1, p=0: Endereçamento Relativo à Base (Base-relative)
• b=0, p=1: Endereçamento Relativo ao Contador de Programa (PC-relative)
• e=1: Formato Estendido de 4 Bytes (Extended Format)

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Interface Gráfica (JavaFX)

A aplicação conta com um painel de controle interativo construído em JavaFX, permitindo inspecionar o estado interno da máquina durante a execução:

_{Ambiente de depuração do simulador SIC/XE: inspeção de registradores, memória principal, código assembly e execução passo a passo (Step/Run).}

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Estrutura do Repositório

sic-xe-simulator/
├── simulator/
│   └── src/
│       ├── App.java                 # Ponto de entrada da aplicação JavaFX
│       ├── Controller.java          # Controlador da interface e ciclo de instrução
│       ├── style.fxml               # Layout FXML da interface gráfica
│       ├── styless.css              # Estilização CSS da aplicação
│       ├── Carregador/
│       │   └── AbsoluteLoader.java  # Carregador de Código Objeto para a memória
│       ├── Ligador/
│       │   └── Ligador.java         # Ligador Relocável e resolução de símbolos
│       ├── Mem/
│       │   ├── Memoria.java         # Banco de Memória Principal (1 MB)
│       │   └── Palavramem.java      # Estrutura de palavra de memória
│       ├── Montador/
│       │   ├── Assembler.java       # Montador de Duas Passagens (Pass 1 & Pass 2)
│       │   └── Macros/
│       │       └── MacroProcessor.java # Processador e expansor de macros
│       ├── Regs/
│       │   ├── Registrador.java     # Abstração de Registrador de Hardware
│       │   └── Registradores.java   # Banco com os 9 Registradores do SIC/XE
│       └── utils/                   # Arquivos de teste, tabelas OPTAB e arquivos intermediários
├── codigoFonte.asm                  # Programa de exemplo em Assembly SIC/XE
├── image.png                        # Captura de tela da interface gráfica
├── LICENSE
└── README.md

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Compilação e Execução

Pré-requisitos

• Java Development Kit (JDK 17+)
• OpenJFX / JavaFX SDK

Execução via Linha de Comando / IDE:

1. Via IntelliJ IDEA / Eclipse:

   • Abra a pasta simulator como um projeto Java.
   • Adicione a biblioteca do JavaFX no classpath.
   • Execute a classe principal App.java.

2. Via Linha de Comando (com JavaFX):

   cd simulator/src
   javac --module-path /caminho/para/javafx-sdk/lib --add-modules javafx.controls,javafx.fxml App.java
   java --module-path /caminho/para/javafx-sdk/lib --add-modules javafx.controls,javafx.fxml App

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Autor

João Vitor Kauer Schuck
Engenharia de Computação — Universidade Federal de Pelotas (UFPel)

GitHub: jvkauer

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Licença

Distribuído sob a licença MIT.