计算机结构与组成cpu仿真.docx

Project 1一问题描述： 这个工程需要编写MIPS汇编语言一个子集的指令解释器. 它将实现取指、反汇编, 解码, 并执行MIPS机器指令。也就是构建一个缩微的MARS。二问题分析：老师已经给出了一个工程，要求我们在所给文件中添加相应的代码，使sample.dump中的机器码（也就是一串数字）可以实现反汇编，在控制台黑屏中输出汇编指令和寄存器及内存的更新情况。而且.cpp文件中提供了两个函数disassembled和simulateInstr来分别实现上述功能。反汇编说明：在disassembled函数中，我要将数字指令转化为汇编语言，这首先需要对一段数字进行分割，如先取32位数字的前6位为其opcode段等，数字分割是通过左移和右移实现的，具体代码如下：int opcode,func,rs,rt,rd,shamt,targaddress,immediate;opcode=instr26;rs=(instr27;rt=(instr27;rd=(instr27;shamt=(instr27;func=(instr26;immediate=(instr16;targaddress=(instr6;完成数字分割后，就进入具体的指令分析阶段，此步通过if-else语句实现。如先解析R格式语句，先选出opcode为0的32为指令数字段，再针对具体的func的值为其对上不同的汇编指令，例如opcode=0，func=33表示addu指令：if(opcode=0)if(func=33) /addustrcat_s(result1,addu $);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);运用strcat函数实现字符串的拼接，itoa_s函数将二进制数变为其他进制数输出，结果便可在黑频上输出如下类似指令： addu$0, $2, $2将所有情况的不同opcode和func的值用if-else语句像上面这样表示出来，于是就可以将所有的32位指令数字段解码成汇编代码，但此时的代码只是个空壳而已，需要用下面的simulateInstr函数将不同的指令的pc改变，计算，寄存器和内存的更新表示出来。在simulateInstr函数中同样也需要对每个32位指令数字段进行划分然后依据不同的opcode和func设置pc，进行计算以及表示寄存器和内存是否被更新 。在这里，寄存器及内存的是否更新使用数字表示，-1代表没有更新，例如addu：if(opcode=0) if(func=33) /addumips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrt+mips-registersrs;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1; 其中pc会顺序加4，内存没有改变，但addu所加的结果被存在rd寄存器中，所以rd寄存器会更新。 将所有指令的实质改变按此方法用if-else语句表示出来后，该工程也就完成了。三所遇问题及改进方案： （1）在编程过程中，我开始不知道该怎么样实现数据的符号扩展，因为我对32位数据采用的是左移右移方法来实现指令分割的，这就相对于对所有字段都进行的是零扩展，这对于addi，lw，sw指令中需要进行符号扩展的立即数来说显然矛盾。后来，在请教同学的基础上，我改进了方法，对于那些只需做零扩展的立即数，不需要做什么改变。对与addi这类需做符号扩展的立即数，我在相应的if语句中对立即数进行判断，如果立即数小于32768（也就是2的15次方），也就是该立即数的第一位数是0，那么零扩展与符号扩展对该立即数的真实值无影响，也就不需改变什么；反之，则该立即数的第一位数是1，那么必须进行符号扩展，即将该立即数减去65536（2的16次方）即可。例如sw：if(opcode=43) /swstrcat_s(result1,sw$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );if(immediate26;rs=(instr27;rt=(instr27;rd=(instr27;shamt=(instr27;func=(instr26;immediate=(instr16;targaddress=(instr6;if(opcode=0)if(func=35) /subustrcat_s(result1,subu $);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=33) /addustrcat_s(result1,addu$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=36) /andstrcat_s(result1,and$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=37) /orstrcat_s(result1,or$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=42) /sltstrcat_s(result1,slt$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=0) /sllstrcat_s(result1,sll$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );_itoa_s(shamt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=2) /srlstrcat_s(result1,srl$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rd,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );_itoa_s(shamt,temp,10);strcat_s(result,temp);if(func=8) /jrstrcat_s(result1,jr$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);if(opcode=9) /addiustrcat_s(result1,addiu$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );if(immediate=32768)immediate-=65536; pc=pc+4+immediate*4;_itoa_s(pc,temp,16);strcat_s(result,temp);if(opcode=5) /bnestrcat_s(result1,bne$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, $);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, 0x);if(immediate=32768)immediate-=65536;pc=pc+4+immediate*4;_itoa_s(pc,temp,16);strcat_s(result,temp);if(opcode=35) /lwstrcat_s(result1,lw$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );if(immediate32768)_itoa_s(immediate,temp,10);else_itoa_s(immediate-65536,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result,($);_itoa_s(rs,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result,);if(opcode=43) /swstrcat_s(result1,sw$);strcat_s(result,result1);_itoa_s(rt,temp,10);strcat_s(result,temp);strcat_s(result, );if(immediate28)28)+(targaddress4);strcat_s(result1,j0x);strcat_s(result,result1);_itoa_s(pc,temp,16);strcat_s(result,temp);if(opcode=3) /jalpc=(pc+4)28)28)+(targaddress4);strcat_s(result1,jal0x);strcat_s(result,result1);_itoa_s(pc,temp,16);strcat_s(result,temp);return result;void simulateInstr (Computer mips, unsigned int instr, int *changedReg, int *changedMem)/* You replace this code by the right stuff. */int opcode,func,rs,rt,rd,shamt,targaddress,immediate;opcode=instr26;rs=(instr27;rt=(instr27;rd=(instr27;shamt=(instr27;func=(instr26;immediate=(instr16;targaddress=(instr6;if(opcode=0)if(func=33) /addumips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrt+mips-registersrs;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=35) /subumips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrs+mips-registersrt;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=36) /andmips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrs&mips-registersrt;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=37) /ormips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrs|mips-registersrt;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=42) /sltmips-pc = mips-pc + 4;if(mips-registersrsregistersrt)mips-registersrd=1;elsemips-registersrd=0;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=0) /sllmips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrtpc = mips-pc + 4;mips-registersrd=mips-registersrtshamt;if(rd=0)rd=-1;*changedReg = rd;*changedMem = -1;if(func=8) /jrmips-pc=mips-registersrs;*changedReg = -1;*changedMem = -1; if(opcode=9) /addiuif(immediate=32768)immediate-=65536;mips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrt=mips-registersrs+immediate;if(rt=0)rt=-1;*changedReg = rt;*changedMem = -1; if(opcode=12) /andimips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrt=mips-registersrs&immediate;if(rt=0)rt=-1;*changedReg = rt;*changedMem = -1; if(opcode=13) /orimips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrt=mips-registersrs|immediate;if(rt=0)rt=-1;*changedReg = rt;*changedMem = -1;if(opcode=15)/luimips-pc = mips-pc + 4;mips-registersrt=immediate*65536;if(rt=0)rt=-1;*changedReg = rt;*changedMem = -1;if(opcode=4) /beqif(immediate=32768)immediate-=65536;if(mips-registersrs=mips-registersrt)mips-pc=mips-pc+4+(immediatepc = mips-pc + 4;*changedReg = -1;*changed