"18308045_谷正阳_第四次实验1：计算机组成原理实验报告"

2019级学号：18308045姓名：谷正阳实验项目：第四次实验实验日期：2019 年 11 月 24 日一、实验目的通过本次实验，掌握计算机指令系统的设计与实现方法。二、实验要求1. 完成基本指令系统设计，包括指令格式、操作码、寻址方式、寄存器和标志寄存器的定义等内容。2. 编写相应的指令解码程序，实现对指令操作码和操作数的解析。3. 编写模拟器，模拟指令的执行过程，包括指令译码、寻址、执行和结果写回。4. 验证指令系统的正确性。三、实验内容1. 指令系统设计首先，根据实际需求和指令集架构，设计了一套基本的指令系统。指令格式为：操作码（8 位）+寄存器标识+操作数。操作码部分包括具体的指令操作，寄存器标识用于表示寄存器的编号，操作数表示具体的操作数或者地址。指令系统共包含 20 条指令，其中包括算术运算、逻辑运算、移位操作等，以及对寄存器和标志寄存器的操作。2. 指令解码程序根据设计的指令系统，编写了指令解码程序。程序接收输入的指令，通过解析操作码和操作数部分，识别具体的指令类型，并将操作数与寄存器进行匹配。解码程序的编写过程中，需要考虑指令系统的设计，确保对所有指令都能正确解析。3. 模拟器的编写模拟器是本次实验的重点内容。根据指令系统的设计和解码程序的实现，编写了模拟器程序。模拟器实现了指令的译码、寻址、执行和结果写回等功能。在模拟器的编写过程中，需要考虑指令的执行顺序、流水线化、异常处理等内容，确保模拟器能够正确模拟指令的执行过程。4. 指令系统的验证最后，通过编写测试用例，对设计的指令系统进行了验证。测试用例覆盖了各种类型的指令和不同的操作数情况。通过模拟器的执行，对比实际结果和预期结果，验证了指令系统的正确性。四、实验过程1. 指令系统设计在进行指令系统设计时，首先对需求进行了分析，确定了指令系统的总体结构和基本操作。在设计过程中，需要考虑到指令的多样性和灵活性，以及对应的解码和执行逻辑。经过多次讨论和修改，最终确定了包括 20 条指令在内的完整指令系统。2. 指令解码程序的编写指令解码程序的编写相对较为简单，根据设计的指令系统，可以将操作码和操作数部分直接解析出来。但是，在编写过程中，需要考虑到异常处理和错误检测等情况，确保程序的稳定性。为了验证解码程序的正确性，编写了一系列的测试用例，并进行了测试。3. 模拟器的编写模拟器的编写是本次实验的难点，需要仔细考虑指令的执行过程和可能出现的异常情况。在编写模拟器的过程中，需要充分理解每条指令的具体操作，以及对应的硬件执行过程。另外，对于一些复杂的指令，还需要考虑到流水线化等问题，确保模拟器的执行过程与实际硬件执行过程一致。经过多次调试和优化，最终实现了一个完整的模拟器程序。4. 指令系统的验证最后，根据设计的测试用例，对实现的指令系统进行了验证。在验证过程中，发现了一些错误和不足之处，并对模拟器和指令系统进行了一些调整和修改。最终，通过测试，证明了指令系统的正确性。五、实验结果实验结果表明，通过本次实验，我深入了解了计算机指令系统的设计与实现方法。通过设计指令系统、编写指令解码程序和模拟器，加深了对指令系统的理解。另外，通过验证实验结果，也确保了指令系统的正确性。我相信这次实验将对我今后的学习和研究工作有所帮助。六、总结本次实验使我对计算机指令系统有了更深入的了解，不仅加深了对指令系统设计与实现的理解，还提高了编程能力和调试能力。在今后的学习和工作中，我将继续深入研究计算机体系结构相关的知识，努力提高自己的能力。同时，我也会继续关注计算机领域的最新发展，不断学习和进步。七、致谢在本次实验中，我要感谢郭雪梅老师和助教汪庭葳、刘洋旗老师的悉心指导。他们不仅对实验内容和方法进行了详细讲解，还在实际操作中给予了我大量帮助。同时，我也要感谢同学们在实验过程中给予的帮助和鼓励。正是有了大家的支持和帮助，我才能顺利完成本次实验。最后，我还要感谢实验室的老师和同学们，他们在实验环境和设备的支持下，为我提供了良好的学习条件。感谢你们！