计算机组成原理mips汇编大作业报告（冒泡排序、选择排序）

1. 请结合冯诺依曼思想，对本次实践所使用的模型机进行描述，并对比《单周期MIPS (硬布线)》中使用的模型机的相同和不同之处。
   问题一：结合冯诺依曼思想，对本次实践所用的模型机进行描述
   冯诺依曼思想：计算机处理的数据和指令一律用二进制数表示，顺序执行程序，计算机硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分构成。
   在本次实验所使用的模型机中，除了最开始输入存储器的指令为16进制之外，在该模型机内部接收或者传输的指令都为2进制。
   在该模型机中，需要把要执行的指令和处理的数据首先存入存储器中，程序执行时，将自动地并按顺序从存储器中取出指令一条一条地执行。
   本模型机的运算器为：
   运算器由算数逻辑单元ALU、状态寄存器、通用寄存器等组成
   算数逻辑单元ALU如图1-1，打开后如图1-2
   
   
   状态寄存器如图1-3
   

通用寄存器如图1-4

本模型机的控制器如图1-5，打开后如图1-6，分析如下：1.控制器的输入信号为：指令字，Func字段，时钟信号，复位信号2.控制器的输出信号为：多路选择器选择信号，内存访问控制信号，寄存器写使能信号，运算器控制信号，指令译码信号


本模型机的存储器如图1-7

问题二：两模型机的相同之处与不同之处
相同之处：两模型机都符合冯诺依曼思想：对于单周期来说也包含存储器，运算器，控制器。且整个数据和指令在内部也以二进制的方式传输。符合顺序执行，需要把要执行的指令和处理的数据首先存入存储器中，程序执行时，将自动地并按顺序从存储器中取出指令一条一条地执行。
不同之处：

1. 定义不同：单时钟周期硬布线是一个时钟周期执行一条指令，多时钟周期硬布线是一条指令多个时钟周期。
   2.在单周期中含有数据存储器和指令存储器，指令和数据分开存放。但在多周期硬布线中存储器未分开使用，由IorD来控制是数据还是指令。IorD为0，则选择上面的指令，IorD为1则选择下面的数据。如图2-1
   
   3.在单周期硬布线中没有PCWrite,即不能对PC进行写操作，但在多周期硬布线中含有PCwrite，在多周期硬布线中要进行跳转去更改PC的值，一条指令占用不止一个时钟周期，有多个时钟周期，要执行PC+4->PC操作。如图2-2、2-3
   
   
   4.在单周期硬布线中只含有一个AluSrcB,但在多周期硬布线中同时含有AluSrcB和AluSrcA。如图2-4
   
   5.单周期硬布线无微程序控制器，为组合逻辑控制器，而多周期硬布线具有多周期微程序控制器，打开控制存储器如图2-5：
   
   以013201和030010为例分析：
   013201H=0000 0001 0011 0010 0000 0001
   第3~0位：0001表示下一微地址指令地址为1
   第4位：0，判断逻辑，将下址字段送入Uar。如图2-6
   
   第6~5位: 00 ALU_Control为00，则ALU_OP=5。如图2-7
   
   第14~7位：011 0010 0，则MemRead=1,PcWrite=1,IRWrite=1。如图2-8
   
   第16~15位：01，ALUSrcB=01,则将00000004传入ALUB端，即进行PC+4，如图2-9、2-10
   
   
   第19~17：000

030010H=0000 0011 0000 0000 0010 0000
第3~0位：0000表示下一微地址指令地址为0，但是第四位为1，所以没有选中
第4位：1，判断逻辑，将微程序入口送入Uar。如图2-11

第6~5位：00 ALU_Control=00,则ALU_OP=5。如图2-12

第14~7：都为0
第16~15：10，ALUSrcB=10,则将扩展过的32位立即数传入B端。如图2-13

第19~17:001，ALUSrcA=1,则将R1的值传入A端。如图2-14

2. 结合自己所学知识，请对所给的冒泡法排序程序进行分析。
冒泡排序的原理是：从左到右，相邻元素进行比较。每次比较一轮，就会找到序列中最大的一个或最小的一个。这个数就会从序列的最右边冒出来。
以从小到大排序为例，第一轮比较后，所有数中最大的那个数就会浮到最右边；第二轮比较后，所有数中第二大的那个数就会浮到倒数第二个位置……就这样一轮一轮地比较，最后实现从小到大排序。
有n个数据，则需比较n-1轮。
冒泡排序的伪代码如图3-1：

C代码如图3-2：

此段代码分析如下：

.text
#################################################################################
#本程序实现0x80开始的8个字单元的降序排序,此程序可在mars mips仿真器中运行,字地址0x80
#运行时请将Mars Setting中的Memory Configuration设置为Compact，data at address 0
#
#################################################################################
 .text
sort_init:
 addi $s0,$0,-1          给$s0赋值为-1，将-1+$0的值传到$s0号寄存器中 
 addi $s1,$0,0           $S1就是相当于C语言的int i，即给i赋初值为0
 sw $s0,128($s1)         写入到实际地址$s1 0x80单元   128*4/4=128=0x80
 addi $s0,$s0,1          给$s0赋值为0，将1+$s0=1+(-1)=0的值传到$s0号寄存器中
 addi $s1,$s1,4          将$s1+4的值传入到$s1号寄存器中，即c代码中的i=i+1
 sw $s0,128($s1)         写入实际地址 (128*4+4)/4=129=0x81单元  
 addi $s0,$s0,1          给$s0赋值为1，将1+$s0=1+0=1的值传到$s0号寄存器中
 addi $s1,$s1,