HNU-计算机系统(CSAPP)实验一 原型机vspm1.0

一、题目

【实验目的】

（1）了解冯诺伊曼体系结构；

（2）理解指令集结构及其作用；

（3）理解计算机的运行过程，就是指令的执行过程，并初步掌握调试方法。

【实验准备】

（1）阅读教材，掌握冯诺伊曼体系的相关内容；

（2）学习课程《最小系统与原型机I》。

【实验步骤】

（1）进入终端，使用cd vspm1.0进入目录；

使用./vspm a-inst.txt来运行原型机1.0的模拟器，其中a-inst.txt为代码文件，

6

in R1   #输入a到R1

movi 1 #设置R0为1

add R2,R1 #R2存放累加值

sub R1,R0 #R1的值即a减去1,此时会设置Ｇ值

movd #将当前PC值保存在R3中

movi -3 #存放-3到R0中,跳转到第二行

add R3,R0 #R3减去3，注意此时不能用SUB指令，会影响G值

jg #如果R1的值还大于1，则跳到第2行去执行

out R2 #如果R1的值此时小于等于1，则准备输出

halt #停机

第一行的6，表示分配6个字节的数据段；

后面的均为原型机指令，每一行指令代表的意义及整体执行结果在《最小系统与原型机I》中已经进行了详细说明。

运行后界面如下图所示。

（2）在运行后，提示将要执行的指令地址及内容，在本例中，提示要执行位于内存00000110处的指令“in R1”，即等待输入一个整数值。此时输入si则表示执行此指令，同时也可以输入其他的指令，使用help可以查看此模拟器支持的命令：

（3）此时输入i r，可以查看各个寄存器的值，而输入x 6 0000则表示查看从0000开始的连续6个内存地址值，结果如图所示。

（4）输入si，则表示运行一条指令，例如此时运行的指令是“in R1”，表示等待输入，输入一个值5，在输入完成后将此数值存至R0寄存器，运行完成后，再运行i r指令，就可以看到输入的值5确实是已经存在R0寄存器中，每个寄存器的值都用十进制和十六进制表示，如下图所示。

后续程序的执行过程可参照视频进行操作。

（5）程序执行完毕后，可以使用q退出。

三、练习思考

1.练习内容

（1）按照上述的实验步骤，完成相关操作；

（2）在目录下还有b-inst.txt和c-inst.txt，请运行并调试，并对这些代码所做的工作进行解释；

（3）完成实验报告。

2.思考问题

（1)   如果基于这些指令实现两个整数的乘法与除法？

（2）  vspm1.0的指令集是否完备？如果是，那么如何证明（提示：搜索并阅读“可计算性理论”）？如果不是，那么要增加哪些指令？

（3）  如果一台计算机只支持加法、减法操作，那么能否计算三角函数，对数函数？（提示：搜索并阅读“泰勒级数展开”等内容）

（4）对于某个需要完成的功能，如果既可以通过硬件上增加电路来实现，也可以通过其他已有指令的组合来实现，那么如何判断哪一种比较合适？（提示：搜索并阅读RISC与CISC）。

二、实验报告 

 

 

 

三、可能问到的问题

1. a文件中movi -3是什么意思？为什么要赋值成-3，而不是其他值？

2.minicc中.q文件存的是什么？

3.c文件中乘法运算时，乘数和被乘数是否可以是负数？如果不能，是哪一个不能？

4.在这个原型机中，进行除法运算时，被除数是0时会发生什么？

5.精简指令集和复杂指令集的适用范围？