Projecto de Arquitectura de Computadores Jogo Cobra

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1 1 / 12 Projecto de Arquitectura de Computadores Jogo Cobra Versão Comentário Data 1.0 Publicação inicial. 14 de Abril de 2008

2 2 / 12 Índice 1 Introdução Descrição do Jogo Inicialização Cercadura e Obstáculos Cobra Jogo Insectos e Roedores Movimento da cobra Movimento do Rato Mutante Apresentação dos resultados Plano de desenvolvimento Microprogramação Desenvolvimento do jogo A recordar... 9 Anexo A Endereçamento na janela de I/O Anexo B Cenário de referência Anexo C Geração de sequência pseudo-aleatória... 12

3 3 / 12 1 Introdução Pretende-se desenvolver um jogo interactivo como forma de desenvolver as capacidades de programação em assembly e de microprogramação. Descrição geral e objectivo do jogo O jogo decorre num cenário construído na janela de I/O do simulador. As entidades relevantes para o jogo são a cobra, os seus alimentos (insectos e roedores) e os obstáculos do cenário de jogo: Cobra >###########- cabeça corpo cauda (em várias posições) V ####< ####### # # # # # # # # #########- #####- ^ Insectos e roedores Mosquito + Aranha M Rato mutante *~ cabeça cauda (em várias posições) ~ Obstáculos. As únicas entidades activas são a cobra, que se desloca no ecrã controlada pelo jogador a partir do teclado, e, ocasionalmente, o rato mutante. A colocação dos obstáculos e dos alimentos é controlada pelo programa. A cobra desloca-se na horizontal ou na vertical, da forma característica destes répteis, isto é avançando sempre sobre o rasto já traçado. A cobra deve comer o maior número possível de alimentos que vão sendo colocados

4 4 / 12 aleatoriamente no terreno de jogo e vai engordando (aumentando de tamanho) à medida que os vai comendo. O jogo termina quando a cobra bater contra um obstáculo ou contra o seu próprio corpo. Fases do jogo: 1. Inicialização; 2. Jogo Cobra; 3. Apresentação dos resultados. É parte essencial deste trabalho a microprogramação de uma nova instrução assembly que deverá ser utilizada no programa. 2 Descrição do Jogo 2.1 Inicialização O jogo inicia-se pelo desenho no ecrã (janela de I/O) do cenário do jogo constituído pela cercadura, que delimita a zona de jogo, pelos obstáculos, e, por fim, pela cobra, parada no centro do cenário Cercadura e Obstáculos A cercadura é um rectângulo preenchido com caracteres de obstáculo que rodeia o cenário. A cercadura é encostada ao canto superior esquerdo da janela de I/O. A dimensão do cenário é definida pelas variáveis NLin e NCol: NLin Word 12 ;número de linhas entre 8 e 22 Ncol Word 20 ;número de colunas entre 8 e 78, em potências de Em seguida são colocados os obstáculos.

5 5 / 12 As declarações seguintes produziriam o efeito representado na figura: ; Obst1 Obst2 STR STR Obst3 Obst4 STR STR Obst5 Obst6 STR STR Obst7 Obst8 STR STR Obst9 Obst10 STR STR Obst11 Obst12 STR STR A disposição de referência dos obstáculos (para um cenário cuja dimensão máxima é a da janela de I/O 24 linhas com 80 colunas) é incluída no Anexo B. Para cenários mais pequenos deverá usar a parte superior esquerda do cenário de referência, não se esquecendo de fechar a cercadura Cobra A cobra parte com a cabeça no centro do cenário e com a seguinte configuração: >###- 2.2 Jogo Após os obstáculos e a cobra terem sido implantados o jogo pode iniciar-se.

6 6 / 12 O jogo começa quando o jogador carregar numa tecla. A partir deste momento a cobra passa a deslocar-se segundo as indicações do jogador ou, por omissão, para onde tiver a cabeça voltada. O objectivo do jogo é fazer crescer o mais possível a cobra Insectos e Roedores Os insectos e os roedores "%", "M", "@~" são distribuídos no plano de jogo, um a um de uma forma pseudo-aleatória desde que não se sobreponham aos obstáculos nem à cobra. São colocados um ou dois alimentos de cada vez, só havendo novas colocações após todos os alimentos existentes serem comidos. As posições dos alimentos, os tipos de alimentos e o seu número (um ou dois alimentos) são gerados aleatoriamente recorrendo à instrução RND a microprogramar. As probabilidades de geração dos alimentos são as seguintes: Alimento Probabilidade de ocorrência % 75% M 5% Por vezes é gerado um rato mutante que ataca cobras representado por *~ em vez Este rato dirige-se ao encontro da cobra, contornando obstáculos e outros alimentos, e, embora não consiga matá-la, consegue seccionar-lhe o corpo dividindo-o em duas partes no local da mordedura, efectuada com a sua cabeça (* ). A parte da cobra ligada à cabeça prossegue o jogo, aparecendo uma nova cauda na cobra ( ou ) no local da mordedura, a outra parte da cobra fica inerte no cenário de jogo, passando a constituir mais um obstáculo (+ ). A probabilidade de geração de um rato mutante é proporcional ao número de ratos gerados. Ratos gerados Probabilidade de geração de um mutante 1º 20% 2º 40% 3º 60% 4º e posteriores 80% Naturalmente a cobra pode-se antecipar ao mutante e comê-lo. O mutante aniquila-se após ter mordido a cobra ou após ter sido comido por esta. Quer a cobra quer o mutante podem passar por cima de restos de cobra (+ ) limpando-os do cenário do jogo sem outras implicações.

7 7 / Movimento da cobra O movimento da cobra é controlado pelas teclas "H", "K", "J" e "L" que indicam o sentido do movimento. O simulador interpreta estas teclas como botões de interrupção (respectivamente I0 a I3). Tecla H K J L Sentido Por cada ciclo do programa a cobra desloca-se uma posição na horizontal ou na vertical, mantendo, obviamente, as partes do seu corpo sempre contíguas. Tendo sido dirigido o movimento da cobra num determinado sentido ela mantém o movimento nesse sentido até o movimento ser alterado pelo jogador ou a cobra embater com a cabeça na cercadura, num obstáculo ou no seu próprio corpo. A cobra come um alimento quando o apanha com a boca (cabeça), desaparecendo então o alimento do cenário e engordando a cobra. A cobra engorda por aumento de comprimento de acordo com a seguinte tabela: Alimento e-calorias (aumento da dimensão) % 1 M *~ 15 O crecimento da cobra faz-se à medida que ela se vai deslocando. Durante a fase de crescimento a cabeça avança mas a cauda mantém-se parada até se atingir a nova dimensão. Por configuração nos interruptores 0 a 2 (bits de menor peso do porto em FFF9h), em qualquer momento do jogo, deverá ser possível definir um nível de dificuldade que se traduz na variação da energia gasta pela cobra para se deslocar: Nível de dificuldade e-calorias (diminuição da dimensão) 0 [(bit 1 = 0) e (bit 2 = 0)] 0 1 [(bit 1 = 1) e (bit 2 = 0)] 1 por 40 posições 2 (bit 2 = 1) 1 por 20 posições Assim, dependendo do nível de dificuldade do jogo, a cobra vai diminuindo de tamanho à medida que se vai deslocando. A diminuição de tamanho ocorre junto à cauda.

8 8 / 12 O programa memoriza, mesmo entre jogos, o último nível seleccionado. De cada vez que se executa o programa arranca no nível Movimento do Rato Mutante O rato mutante desloca-se a um ritmo, metade do da cobra, de 1 posição por cada 2 ciclos de jogo. O mutante desenvolveu inteligência, sendo capaz de se dirigir no sentido de intersectar a cobra e parti-la a meio e de se esconder da cobra, fugindo para trás dos obstáculos que se interponham entre ambos. Deixa-se ao critério dos alunos o desenvolvimento das capacidades de inteligência e agressividade do mutante Apresentação dos resultados O número de leds acessos indica o nível de dificuldade seleccionado. Quando o jogo termina o cenário no plano de jogo permanece estático e no seu centro é apresentada a seguinte mensagem: PONTUAÇÃO: / MÁIMO:. QUER CONTINUAR? (S) Quando o jogador responder afirmativamente (tecla "S") avança-se para um novo jogo. 3 Plano de desenvolvimento 3.1 Microprogramação No âmbito do projecto dever-se-á microprogramar uma nova instrução assembly MAD (Matrix Address) que gera um endereço de memória de um elemento de uma matriz a partir da especificação da sua linha e coluna: MAD op1,op2 Endereço efectivo = Endereço_base + x * número_colunas + y, x linha, y coluna. op1 BASE + op1 NUMERO_COLUNAS + op2 MAD será aplicada para o acesso ao cenário de jogo, assumindo que: 1. O número de colunas do cenário de jogo é uma potência de 2; 2. O logaritmo na base 2 do número de colunas é armazenado na posição de memória 8000h; 3. O endereço de base da matriz que armazena o cenário de jogo é 8001h; 4. A matriz é armazenada sequencialmente na memória por linhas (primeiro a linha 0, depois a linha 1, etc.); 5. Cada posição do cenário é representada numa palavra de memória do P3.

9 9 / 12 O código (opcode) de MAD é (2Fh). Por restrição do simulador do P3 a mnemónica da instrução deverá ser I2OP. O funcionamento de MAD deverá ser demonstrado na 2ª aula para realização do trabalho. O jogo propriamente dito será demonstrado na 3ª aula. 3.2 Desenvolvimento do jogo No que respeita ao desenvolvimento do jogo deverão seguir-se os seguintes passos: 1. Desenhe o fluxograma que descreve a aplicação que pretende desenvolver. Descreva também claramente os algoritmos relevantes para as várias funções do jogo que vai programar (movimento da cobra, colocação dos alimentos, etc.). Programar e demonstrar a geração do cenário de jogo, incluindo a inserção da cobra estática. O fluxograma deverá ser apresentado na 1ª aula para a realização do projecto e será a base para a discussão das opções genéricas de projecto, ainda nesta aula. 2. Identifique as rotinas nas quais acha útil estruturar a aplicação. Por cada rotina identifique claramente as entradas e as saídas. 3. Apresente o código da sua aplicação devidamente comentado. Inclua nos comentários referências ao fluxograma para auxiliar a leitura do programa. 4. Tenha em conta que o seu programa é uma aplicação interactiva que se irá executar num ambiente de simulação. Um critério importante na avaliação da qualidade do resultado final será a sua rapidez de resposta. 5. Teste o seu programa com várias dimensões de cenário; primeiro teste a geração do plano de jogo e só depois o jogo propriamente dito. 6. Indique o seu plano de testes, isto é, identifique as diferentes condições e situações de jogo (dimensão do cenário, nível de dificuldade, choque com obstáculo, etc.) e, para cada uma delas, defina um plano de teste. 3.3 A recordar 1ª aula: Apresentar e discutir o fluxograma e as opções genéricas de projecto. Programar e demonstrar a geração do cenário de jogo. 2ª aula: Demonstrar o funcionamento da instrução microprogramada IOP. 3ª aula: Demonstrar a aplicação resultante da realização do fluxograma apresentado na 1ª aula. Entregar o relatório.

10 10 / 12 Anexo A Endereçamento na janela de I/O A janela de I/O é acessível no endereço de memória 0FFFFh: JanelaIO EQU 0FFFFh Por omissão, sempre que é feita uma escrita neste endereço é escrito um novo caracter na janela logo a seguir ao caracter anteriormente escrito (endereçamento sequencial). Para colocar a janela em modo de endereçamento aleatório em escritas, é necessário enviar-lhe o código 0FFFFh, o que provoca a entrada neste modo e a limpeza do écrã: M[JanelaIO] 0FFFFh Se o ecrã já tiver sido completamente preenchido não é necessário enviar este comando podendo imediatamente lançar-se acessos aleatórios; evita-se assim o tempo necessário à limpeza do ecrã. Um acesso aleatório consta de uma sequência de duas escritas em JanelaIO: M[JanelaIO] Posição M[JanelaIO] Caracter A posição é especificada numa palavra de 16 bits com a seguinte estrutura: 1 L6 L5 L4 L3 L2 L1 L0 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C L6-L0: Linha (entre 0 e 23) C7-C0: Coluna (entre 0 e 79) Bit 15 = 1, define o modo de endereçamento aleatório

11 11 / 12 Anexo B Cenário de referência

12 12 / 12 Anexo C Geração de sequência pseudo-aleatória O seguinte algoritmo (registo de deslocamento modificado com realimentação) gera uma sequência aparentemente aleatória de números de 16 bits, com distribuição uniforme (isto é, os números são equiprováveis), com um passo de repetição elevado: Máscara = b if (n 0 = 0) /* Testa o bit de menor peso */ N i+1 = rotate_right (N i ); else N i+1 = rotate_right (OR (N i, Mascara)); Em cada invocação desta função lê-se o valor anterior N i e gera-se um novo valor pseudoaleatório N i+1. A raíz desta sequência (N 0 0) pode ser obtida a partir de um parâmetro que varie com o decorrer do jogo (por exemplo, o número de ciclos de programa ou ciclos de espera entre a inicialização do programa e o início efectivo do jogo. Esta função pode ser utilizada para ajudar a gerar: as posições dos alimentos; o tipo de alimentos (mosquito, aranha ou rato) tendo em conta as probabilidades de ocorrência anteriormente definidas; o número de alimentos disponibilizados de cada vez (um ou dois).