北邮计算机系统结构实验：MIPS指令与体系结构探索

"北邮计算机系统结构实验一主要围绕MIPS指令系统和MIPS体系结构展开，旨在让学生理解和熟悉指令级模拟器，掌握MIPSsim模拟器的使用，理解MIPS指令的操作语义，以及深入了解MIPS体系结构。实验中，学生通过启动MIPSsim，观察程序执行过程，分析CPU寄存器和存储器的变化，以此来实践load和store指令的执行，并对不同类型的载入指令进行辨识和操作。" 在这个实验中，MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛用于教学和研究。实验目标包括以下几点： 1. **理解指令级模拟器**：指令级模拟器是模拟真实硬件行为的软件，能够执行特定架构的指令集，MIPSsim便是针对MIPS架构的此类工具。 2. **掌握MIPSsim**：学生需要学会如何配置模拟器，比如设置流水线方式，以及如何加载、执行、调试MIPS汇编语言程序。 3. **熟悉MIPS指令系统**：MIPS指令系统以其简洁高效著称，包括数据传输、算术逻辑运算、控制转移等多种指令。在实验中，学生会遇到load和store指令，它们分别用于从内存加载数据到寄存器和将寄存器中的数据存储回内存。 4. **理解MIPS体系结构**：包括其五级流水线结构（取指、译码、执行、访存、写回），以及CPU中的各种寄存器，如程序计数器（PC）。 实验的具体步骤如下： - 启动MIPSsim并设置为非流水线模式。 - 使用MIPSsim的菜单功能加载样例程序，例如`alltest.asm`，并观察代码和寄存器窗口。 - 关注PC寄存器的值，它是执行指令的地址指示器。 - 单步执行load和store指令，观察R1寄存器的变化，识别指令类型，如无符号或有符号载入字、半字或字节。 通过这个实验，学生能够深入理解MIPS指令的执行流程，以及MIPS体系结构如何处理数据存储和传输，从而增强对计算机系统底层工作原理的理解。