У роботі розглядаються
- Архітектура комп'ютера
- Симулятор машини Неймана
- Система команд
- Регістри пам'яті
- Виконання інструкцій
Звіт до лабораторної роботи №4 з дисципліни «Архітектура комп’ютера» на тему «Робота з симулятором машини Неймана. Дослідження архітектури системи команд»
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Факультет:
Комп’ютерні науки
Кафедра:
Кафедра програмного забезпечення
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Звіт до лабораторної роботи
Предмет:
Архітектура комп’ютера
Група:
КІ-31
Коротко про документ
Про що ця робота
У звіті досліджено роботу симулятора машини фон Неймана та виконання інструкцій системи команд. Виконано тестову програму на мові асемблера та проаналізовано стани пам'яті й регістрів.
Зміст і розділи
- Мета роботи
- Фрагменти коду
- Лістинг тестової програми
- Результат виконання
- Висновок
Для кого:Студенти технічних спеціальностей, викладачі дисципліни Архітектура комп'ютера.
Викладачі:Кицун Г.В.
Ключові поняття
машина Нейманасистема командпам'ятьінструкціяоперандкодвиконання
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки, молода та спорту України
Національний університет «Львівська Політехніка»
Звіт
До лабораторної роботи №4
з дисципліни “ Архітектура Компютера ”
на тему
«Робота з симулятором машини Ноймана. Дослідження архітектури системи команд»
Мета: зрозуміти принципи виконання архітектури системи команд на симуляторі машини Ноймана, зрозуміти і дослідити виконання інструкції
Варіант №8
Віднімання
Фрагменти коду в які були внесені зміни в ході виконання роботи:
assol:
/*
* Instruction-level simulator for the LC
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#define NUMMEMORY 65536 /* maximum number of words in memory */
#define NUMREGS 8 /* number of machine registers */
#define MAXLINELENGTH 1000
#define ADD 0
#define NAND 1
#define LW 2
#define SW 3
#define BEQ 4
#define JALR 5
#define HALT 6
#define SUB 7
typedef struct stateStruct {
int pc;
int mem[NUMMEMORY];
int reg[NUMREGS];
int numMemory;
} stateType;
void printState(stateType *);
void run(stateType);
int convertNum(int);
int
main(int argc, char *argv[])
{
int i;
char line[MAXLINELENGTH];
stateType state;
FILE *filePtr;
if (argc != 2) {
printf("error: usage: %s <machine-code file>\n", argv[0]);
exit(1);
}
/* initialize memories and registers */
for (i=0; i<NUMMEMORY; i++) {
state.mem[i] = 0;
}
for (i=0; i<NUMREGS; i++) {
state.reg[i] = 0;
}
state.pc=0;
/* read machine-code file into instruction/data memory (starting at
address 0) */
filePtr = fopen(argv[1], "r");
if (filePtr == NULL) {
printf("error: can't open file %s\n", argv[1]);
perror("fopen");
exit(1);
}
for (state.numMemory=0; fgets(line, MAXLINELENGTH, filePtr) != NULL;
state.numMemory++) {
if (state.numMemory >= NUMMEMORY) {
printf("exceeded memory size\n");
exit(1);
}
if (sscanf(line, "%d", state.mem+state.numMemory) != 1) {
printf("error in reading address %d\n", state.numMemory);
exit(1);
}
printf("memory[%d]=%d\n", state.numMemory, state.mem[state.numMemory]);
}
printf("\n");
/* run never returns */
run(state);
return(0);
}
void
run(stateType state)
{
int arg0, arg1, arg2, addressField;
int instructions=0;
int opcode;
int maxMem=-1; /* highest memory address touched during run */
for (; 1; instructions++) { /* infinite loop, exits when it executes halt */
printState(&state);
if (state.pc < 0 || state.pc >= NUMMEMORY) {
printf("pc went out of the memory range\n");
exit(1);
}
maxMem = (state.pc > maxMem)?state.pc:maxMem;
/* this is to make the following code easier to read */
opcode = state.mem[state.pc] >> 22;
arg0 = (state.mem[state.pc] >> 19) & 0x7;
arg1 = (state.mem[state.pc] >> 16) & 0x7;
arg2 = state.mem[state.pc] & 0x7; /* only for add, nand */
addressField = convertNum(state.mem[state.pc] & 0xFFFF); /* for beq,
lw, sw */
state.pc++;
if (opcode == ADD) {
state.reg[arg2] = state.reg[arg0] + state.reg[arg1];
} else if (opcode == NAND) {
state.reg[arg2] = ~(state.reg[arg0] & state.reg[arg1]);
} else if (opcode == LW) {
if (state.reg[arg0] + addressField < 0 ||
state.reg[arg0] + addressField >= NUMMEMORY) {
printf("address out of bounds\n");
exit(1);
}
state.reg[arg1] = state.mem[state.reg[arg0] + addressField];
if (state.reg[arg0] + addressField > maxMem) {
maxMem = state.reg[arg0] + addressField;
}
} else if (opcode == SW) {
if (state.reg[arg0] + addressField < 0 ||
state.reg[arg0] + addressField >= NUMMEMORY) {
printf("address out of bounds\n");
exit(1);
}
state.mem[state.reg[arg0] + addressField] = state.reg[arg1];
if (state.reg[arg0] + addressField > maxMem) {
maxMem = state.reg[arg0] + addressField;
}
} else if (opcode == BEQ) {
if (state.reg[arg0] == state.reg[arg1]) {
state.pc += addressField;
}
} else if (opcode == JALR) {
state.reg[arg1] = state.pc;
if(arg0 != 0)
state.pc = state.reg[arg0];
else
state.pc = 0;
} else if (opcode == SUB) {
state.reg[arg2] = state.reg[arg1]-state.reg[arg0];
} else if (opcode == HALT) {
printf("machine halted\n");
printf("total of %d instructions executed\n", instructions+1);
printf("final state of machine:\n");
printState(&state);
exit(0);
} else {
printf("error: illegal opcode 0x%x\n", opcode);
exit(1);
}
state.reg[0] = 0;
}
}
void
printState(stateType *statePtr)
{
int i;
printf("\n@@@\nstate:\n");
printf("\tpc %d\n", statePtr->pc);
printf("\tmemory:\n");
for (i=0; i<statePtr->numMemory; i++) {
printf("\t\tmem[ %d ] %d\n", i, statePtr->mem[i]);
}
printf("\tregisters:\n");
for (i=0; i<NUMREGS; i++) {
printf("\t\treg[ %d ] %d\n", i, statePtr->reg[i]);
}
printf("end state\n");
}
int
convertNum(int num)
{
/* convert a 16-bit number into a 32-bit Sun integer */
if (num & (1<<15) ) {
num -= (1<<16);
}
return(num);
}
ssol:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#define NUMMEMORY 65536 /* maximum number of words in memory */
#define NUMREGS 8 /* number of machine registers */
#define MAXLINELENGTH 1000
#define ADD 0
#define NAND 1
#define LW 2
#define SW 3
#define BEQ 4
#define JALR 5
#define HALT 6
#define SUB 7
typedef struct stateStruct {
int pc;
int mem[NUMMEMORY];
int reg[NUMREGS];
int numMemory;
} stateType;
void printState(stateType *);
void run(stateType);
int convertNum(int);
int
main(int argc, char *argv[])
{
int i;
char line[MAXLINELENGTH];
stateType state;
FILE *filePtr;
if (argc != 2) {
printf("error: usage: %s <machine-code file>\n", argv[0]);
exit(1);
}
/* initialize memories and registers */
for (i=0; i<NUMMEMORY; i++) {
state.mem[i] = 0;
}
for (i=0; i<NUMREGS; i++) {
state.reg[i] = 0;
}
state.pc=0;
/* read machine-code file into instruction/data memory (starting at
address 0) */
filePtr = fopen(argv[1], "r");
if (filePtr == NULL) {
printf("error: can't open file %s\n", argv[1]);
perror("fopen");
exit(1);
}
for (state.numMemory=0; fgets(line, MAXLINELENGTH, filePtr) != NULL;
state.numMemory++) {
if (state.numMemory >= NUMMEMORY) {
printf("exceeded memory size\n");
exit(1);
}
if (sscanf(line, "%d", state.mem+state.numMemory) != 1) {
printf("error in reading address %d\n", state.numMemory);
exit(1);
}
printf("memory[%d]=%d\n", state.numMemory, state.mem[state.numMemory]);
}
printf("\n");
/* run never returns */
run(state);
return(0);
}
void
run(stateType state)
{
int arg0, arg1, arg2, addressField;
int instructions=0;
int opcode;
int maxMem=-1; /* highest memory address touched during run */
for (; 1; instructions++) { /* infinite loop, exits when it executes halt */
printState(&state);
if (state.pc < 0 || state.pc >= NUMMEMORY) {
printf("pc went out of the memory range\n");
exit(1);
}
maxMem = (state.pc > maxMem)?state.pc:maxMem;
/* this is to make the following code easier to read */
opcode = state.mem[state.pc] >> 22;
arg0 = (state.mem[state.pc] >> 19) & 0x7;
arg1 = (state.mem[state.pc] >> 16) & 0x7;
arg2 = state.mem[state.pc] & 0x7; /* only for add, nand */
addressField = convertNum(state.mem[state.pc] & 0xFFFF); /* for beq,
lw, sw */
state.pc++;
if (opcode == ADD) {
state.reg[arg2] = state.reg[arg0] + state.reg[arg1];
} else if (opcode == NAND) {
state.reg[arg2] = ~(state.reg[arg0] & state.reg[arg1]);
} else if (opcode == LW) {
if (state.reg[arg0] + addressField < 0 ||
state.reg[arg0] + addressField >= NUMMEMORY) {
printf("address out of bounds\n");
exit(1);
}
state.reg[arg1] = state.mem[state.reg[arg0] + addressField];
if (state.reg[arg0] + addressField > maxMem) {
maxMem = state.reg[arg0] + addressField;
}
} else if (opcode == SW) {
if (state.reg[arg0] + addressField < 0 ||
state.reg[arg0] + addressField >= NUMMEMORY) {
printf("address out of bounds\n");
exit(1);
}
state.mem[state.reg[arg0] + addressField] = state.reg[arg1];
if (state.reg[arg0] + addressField > maxMem) {
maxMem = state.reg[arg0] + addressField;
}
} else if (opcode == BEQ) {
if (state.reg[arg0] == state.reg[arg1]) {
state.pc += addressField;
}
} else if (opcode == JALR) {
state.reg[arg1] = state.pc;
if(arg0 != 0)
state.pc = state.reg[arg0];
else
state.pc = 0;
} else if (opcode == SUB) {
state.reg[arg2] = state.reg[arg1]-state.reg[arg0];
} else if (opcode == HALT) {
printf("machine halted\n");
printf("total of %d instructions executed\n", instructions+1);
printf("final state of machine:\n");
printState(&state);
exit(0);
} else {
printf("error: illegal opcode 0x%x\n", opcode);
exit(1);
}
state.reg[0] = 0;
}
}
void
printState(stateType *statePtr)
{
int i;
printf("\n@@@\nstate:\n");
printf("\tpc %d\n", statePtr->pc);
printf("\tmemory:\n");
for (i=0; i<statePtr->numMemory; i++) {
printf("\t\tmem[ %d ] %d\n", i, statePtr->mem[i]);
}
printf("\tregisters:\n");
for (i=0; i<NUMREGS; i++) {
printf("\t\treg[ %d ] %d\n", i, statePtr->reg[i]);
}
printf("end state\n");
}
int
convertNum(int num)
{
/* convert a 16-bit number into a 32-bit Sun integer */
if (num & (1<<15) ) {
num -= (1<<16);
}
Лістинг тестової програми:
lw 0 1 var1
lw 0 2 var2
start SUB 1 2 2
done halt
var1 .fill 4
var2 .fill 3
stAddr .fill start
Результат виконання:
memory[0]=8454148
memory[1]=8519685
memory[2]=30015490
memory[3]=25165824
memory[4]=4
memory[5]=3
memory[6]=2
@@@
state:
pc 0
memory:
mem[ 0 ] 8454148
mem[ 1 ] 8519685
mem[ 2 ] 30015490
mem[ 3 ] 25165824
mem[ 4 ] 4
mem[ 5 ] 3
mem[ 6 ] 2
registers:
reg[ 0 ] 0
reg[ 1 ] 0
reg[ 2 ] 0
reg[ 3 ] 0
reg[ 4 ] 0
reg[ 5 ] 0
reg[ 6 ] 0
reg[ 7 ] 0
end state
@@@
state:
pc 1
memory:
mem[ 0 ] 8454148
mem[ 1 ] 8519685
mem[ 2 ] 30015490
mem[ 3 ] 25165824
mem[ 4 ] 4
mem[ 5 ] 3
mem[ 6 ] 2
registers:
reg[ 0 ] 0
reg[ 1 ] 4
reg[ 2 ] 0
reg[ 3 ] 0
reg[ 4 ] 0
reg[ 5 ] 0
reg[ 6 ] 0
reg[ 7 ] 0
end state
@@@
state:
pc 2
memory:
mem[ 0 ] 8454148
mem[ 1 ] 8519685
mem[ 2 ] 30015490
mem[ 3 ] 25165824
mem[ 4 ] 4
mem[ 5 ] 3
mem[ 6 ] 2
registers:
reg[ 0 ] 0
reg[ 1 ] 4
reg[ 2 ] 3
reg[ 3 ] 0
reg[ 4 ] 0
reg[ 5 ] 0
reg[ 6 ] 0
reg[ 7 ] 0
end state
@@@
state:
pc 3
memory:
mem[ 0 ] 8454148
mem[ 1 ] 8519685
mem[ 2 ] 30015490
mem[ 3 ] 25165824
mem[ 4 ] 4
mem[ 5 ] 3
mem[ 6 ] 2
registers:
reg[ 0 ] 0
reg[ 1 ] 4
reg[ 2 ] -1
reg[ 3 ] 0
reg[ 4 ] 0
reg[ 5 ] 0
reg[ 6 ] 0
reg[ 7 ] 0
end state
machine halted
total of 4 instructions executed
final state of machine:
@@@
state:
pc 4
memory:
mem[ 0 ] 8454148
mem[ 1 ] 8519685
mem[ 2 ] 30015490
mem[ 3 ] 25165824
mem[ 4 ] 4
mem[ 5 ] 3
mem[ 6 ] 2
registers:
reg[ 0 ] 0
reg[ 1 ] 4
reg[ 2 ] -1
reg[ 3 ] 0
reg[ 4 ] 0
reg[ 5 ] 0
reg[ 6 ] 0
reg[ 7 ] 0
end state
Висновок: я зрозумів принципи виконання архітектури системи команд на симуляторі машини Ноймана, та дослідив виконання інструкції
Допоможи студентському архіву
Ми допомогли тобі — допоможи наступному студенту
Оголошення від адміністратора
Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!