1. Einleitung. 1.1 Motivation. 1.2 Ziel der Arbeit. 1.3 Danksagung

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1 1. Einleitung 1.1 Motivation Im Fach Systemprogrammierung des Informatik-Grundstudiums lernen die Studenten die Assembler-Sprache des Sparc-Mikroprozessors [6] kennen. Um mit dem Befehlssatz zu experimentieren, steht den Studenten der an der Universität von New Mexico entwickelte tkisem Sparc-Simulator [1] zur Verfügung. Leider existiert keine Version dieses Simulators, die auf dem neuen Mac OS X läuft. Ich habe Prof. Stricker vorgeschlagen, im Rahmen einer Semesterarbeit eine Simulationsumgebung zu entwickeln, welche auch von der grafischen Benutzeroberfläche her mit der Aqua-Oberfläche von Mac OS X [4] harmoniert. Die Simulationsumgebung sollte eine einfache Möglichkeit bieten, um später andere Prozessoren hinzuzufügen. Die Aufgabe war für mich reizvoll, weil Mac OS X selbst erst zu Beginn des Sommersemesters fertiggestellt wurde und ich gewissermassen mit einem brandneuen System arbeiten konnte. Programme für Mac OS X werden vor allem in der Smalltalk-verwandten, objektorientierten Programmiersprache Objective C geschrieben [2], welche unter anderem keine Typen zur Laufzeit erzwingt. Im Gegensatz zu klassischen objektorientierten Programmiersprachen wie Java und C++, welche an der ETH vermittelt werden, werden in Objective C keine Methoden aufgerufen, sondern Meldungen von Objekten an andere Objekte versendet. Diese grundlegenden Unterschiede haben mich motiviert, die Simulationsumgebung in Objective C zu entwickeln. 1.2 Ziel der Arbeit Das Ziel meiner Semesterarbeit war, die Simulationsumgebung und einige exemplarische Komponenten (Sparc Prozessor [6], Speicher, Standard-Ein-/Ausgabe) zu entwickeln und zu dokumentieren. 1.3 Danksagung Zuerst möchte ich Prof. Stricker danken, der mir erlaubt hat, eine eigene Semesterarbeit durchzuführen. In der Zeit, während der ich auf meinen PowerMac warten musste, hat er mir einen Dual-Prozessor G4 PowerMac mit dem Mac OS X Betriebssystem zur Verfügung gestellt, um die Simulationsumgebung zu programmieren. Ganz besonders danken möchte ich auch Stan Shebs von Apple Computer, der mir geholfen hat, den gcc-crosscompiler (Kompilieren für Sparc auf dem PowerMac) zum Laufen zu bringen. Der Crosscompiler ist ein wichtiger Bestandteil der Sparc-Komponente. Zuletzt möchte ich auch den Abonnenten des Cocoa-Newsletters danken, die geduldig meine newbie -Fragen zu Objective-C und Cocoa beantwortet haben.

2 2. Design Patterns Die Simulationsumgebung ist grob in drei Teile gegliedert, welche auf eigene Gruppen von Klassen aufgeteilt sind. Die Teile sind die Projektverwaltung (Zusammenfügen von Komponenten zu einem System), die Verdrahtung von Komponenten (Verbinden der Anschlüsse von Komponenten) und schliesslich die eigentliche Simulation (Übertragung von Signalen zwischen den Verbindungen.) Das Facade design pattern [5] wurde verwendet, um die komplexe Funktionalität der drei Teile gegeneinander abzuschirmen. Die entsprechenden Objekte sind singletons [5], d.h. existieren nur einmal innerhalb der Anwendung. Innerhalb der drei Teile kommen verschiedene low-level patterns aus [5] zum Einsatz. Darunter sind zum Beispiel - Iterator, um Mengen von Objekten (konkret Mengen von Komponenten und Signalen) zu traversieren - Factory, um Komponenten zu instanzieren (jede Komponente reagiert auf eine factory- Methode, indem sie eine eigene Instanz von sich selbst erstellt) - Proxy, um die Anschlüsse von Komponenten von den eigentlichen Verbindungen zwischen Anschlüssen (Signale) zu entkoppeln. (Eine Komponente kann nicht direkt den Wert eines Signals verändern, sondern muss seinen Anschluss eintsprechend ändern. Das Signal entscheidet dann, ob es den Wert des Anschlusses übernehmen will und löst Konflikte auf, wenn verschiedene Komponenten unterschiedliche Werte auf das Signal legen möchten) - Prototype, damit die Verbindungen von Komponenten nicht zerstört werden, falls die Komponenten einmal nicht geladen werden können. (Die abstrakte Komponenten- Superklasse schlüpft dann in die Rolle, indem sie eine Instanz von sich selbst als placehoder zur Verfügung stellt.) Im Zusammenhang mit der grafischen Benutzeroberfläche kommen ebenfalls design patterns zum Einsatz: - Model-View-Controller [2, 5], um die zugrundeliegenden Daten von Elementen der Benutzeroberfläche von den eigentlichen Elementen (widgets) zu entkoppeln - Target-Action [2] für die Interaktion zwischen Objekten der Benutzeroberfläche und Objekten der Simulationsumgebung. Die komponentenbasierte Struktur der Simulationsumgebung kann als Meta-Pattern verstanden werden, welches sich über mehrere kompilierbare Einheiten erstreckt.

3 3. Technische Dokumente Im Anhang zu dieser Einführung ist das Dokument cobass inside enthalten, welche das Design der Simulationsumgebung beschreibt. Jemand, der eigene Komponenten für die Simulationsumgebung erstellen möchte, findet in den ebenfalls im Anhang enthaltenen Tutorials Informationen, wie er am besten vorgehen soll. Zuhinterst folgt schliesslich die Benutzeranleitung für die Sparc-Prozessorkomponente.

4 4. Abschluss und Ausblick 4.1 Erfahrungen Bevor ich mit dem Design der Simulation beginnen konnte, musste ich mich in das neue Mac OS, die Programmiersprache Objective C und das Application Framework Cocoa einarbeiten. Apple stellt verschiedene Dokumente zur Verfügung [2, 3, 4], anhand derer ich mich eingearbeitet habe. Einige Teile der Dokumentation machten zu Beginn einen unfertigen Eindruck ( description forthcoming...) dies wurde aber durch die von Apple moderierten Mailinglisten zu Cocoa mehrfach kompensiert. Die hilfsbereiten Abonnenten der Mailingliste beantworteten geduldig meine newbie-questions! Sehr hilfreich war das Currency Converter Tutorial von Apple [7], dank welchem ich mich recht schnell an die Entwicklungsumgebung und die Programmiersprache Objective C gewöhnen konnte. Aus diesem Grund habe ich auch beschlossen, im Rahmen der Dokumentation dieser Semesterarbeit die im Anhang enthaltenen Tutorials zu verfassen, welche das Erstellen von Komponenten für die Simulationsumgebung vereinfachen sollten. 4.2 Mögliche Erweiterungen Die komponentenorientierte Struktur der Software lädt geradezu dazu ein, sie um weitere Komponenten zu ergänzen. Ich selbst werde demnächst eine schnellere Variante der Sparc- Prozessorkomponente schreiben. Denkbar sind aber auch andere Prozessorkomponenten (PowerPC, Intel Pentium.) Ich hoffe, die Tutorials ermutigen den einen oder anderen Studenten, sich in die Materie einzuarbeiten. 4.3 Schlussfolgerungen Das Ziel der Semesterarbeit war, eine Simulationsumgebung für den Sparc Prozessor zu erstellen, die auf dem neuen Mac OS X laufen sollte und sich modular erweitern lassen sollte. Während der nächsten Vorlesung in Systemprogrammierung wird sich zeigen, ob das erstellte Programm für den Praxiseinsatz geeignet ist und wo gegebenenfalls noch Änderungen oder Ergänzungen nötig sind.

5 5 Literatur [1] Jeff P. Van Dyke, Barney Maccabe et al., Tkisem a Sparc Version 8 Instruction Set Emulator. [2] Apple Computer, Inc. Inside Cocoa, Object-Oriented Programming and the Objective-C Language. Apple Developer Library, [3] Apple Computer, Inc. Inside Mac OS X, System Overview. Apple Developer Library, [4] Apple Computer, Inc. Inside Mac OS X, Aqua Human Interface Guidelines. Apple Deveolper Library, [5] Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides. Design Patterns, Elements of Reusable Object-Oriented Software. Addison-Wesley Publishing Company, ISBN [6] Sparc International, Inc. The Sparc Architecture Manual, Version 8. Prentice-Hall, Inc., ISBN [7] Apple Computer, Inc. Currency Converter Tutorial. Bestandteil der Mac OS X Developer Tools.