【计算机体系结构实验】MIPS指令系统和MIPS体系结构_实验一 mips指令系统和mips体系结构

实验：MIPS指令系统和MIPS体系结构

实验目的要求

实验目的

熟悉实验环境、掌握初步汇编语言结构及编程

实验要求

了解实验环境，利用实验机观察的方法，掌握实验环境虚拟机的基本情况。掌握常用汇编语言指令，能够看懂汇编语言程序，并进行简单汇编语言编程。

实验材料和仪器设备

硬件：计算机
软件：虚拟仿真环境

实验内容

1．启动MIPSsim。
2．选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。
3．参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。
4．选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。
5．查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0X00000000 。
6．执行load和store指令
7．执行算术运算类指令
8．执行逻辑运算类指令
9．执行控制转移类指令

实验要求

1.在使用该模拟软件之前，应先熟悉软件的各个组成部分及其使用方法。
2.掌握模拟软件的指令系统，并且能够编写简单的汇编程序并调试成功。

实验步骤：（含基本步骤及异常情况记录等：问题你是怎么解决的，在实验过程中碰到的哪些问题）

首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统。

1.启动MIPSsim。

2.选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。

3.参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。

4.选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。

C:\users\Administrator\Desktop\计算机组成原理实验\MIPSsim\miosSIM模拟器\样例程序\alltest.s

5.查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0X00000000 。

6.执行load和store指令，步骤如下：

1)单步执行一条指令（F7）。
2)下一条指令地址为 0X00000004 ，是一条 有 (有，无)符号载入 字节 (字节，半字，字)指令。

3)单步执行一条指令（F7）。
4)查看R1的值，[R1]= -128 十六进制-> 0XFFFFFFFFFFFFFF80 。
5)下一条指令地址为 0X00000008 ，是一条 无 (有，无)符号载入 字 (字节，半字，字)指令。
6)单步执行1条指令。
7)查看R1的值，[R1]= 128 十六进制-> 0X0000000000000080 。
8)下一条指令地址为 0X0000000C ，是一条 无 (有，无)符号载入 字节 (字节，半字，字)指令。
9)单步执行1条指令。
10)查看R1的值，[R1]= 128 十六进制-> 0X0000000000000080 。
11)单步执行1条指令。
12)下一条指令地址为 0X00000014 ，是一条保存 字 (字节，半字，字)指令。
13）单步执行一条指令。
14）查看内存BUFFER处字的值，值为 0X00000008 。

7.执行算术运算类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为2。
2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为3。

3）单步执行一条指令。
4）下一条指令地址为 0X00000020 ，是一条加法指令。
5）单步执行一条指令。
6）查看R3的值，[R3]= 5 。
7）下一条指令地址为 0X00000024 ，是一条乘法指令。

8）单步执行一条指令。
9）查看LO、HI的值，[LO]= 0X0000000000000006 ，[HI]= 0X0000000000000000

8.执行逻辑运算类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为0XFFFF0000。
2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为0XFF00FF00。
3）单步执行一条指令。
4）下一条指令地址为 0X00000030 ，是一条逻辑与运算指令，第二个操作数寻址方式是 寄存器直接寻址 (寄存器直接寻址，立即数寻址）。
5）单步执行一条指令。
6）查看R3的值，[R3]= 0X00000000FF000000 。

7）下一条指令地址为 0X00000034 ，是一条逻辑或指令，第二个操作数寻址方式是 立即数寻址 (寄存器直接寻址，立即数寻址）。
8）单步执行一条指令。
9）查看R3的值，[R3]= 0X0000000000000000 。

9.执行控制转移类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中R1，将其值修改为2。
2）双击“寄存器”窗口中R2，将其值修改为2。

3）单步执行一条指令。
4）下一条指令地址为 0X00000040 ，是一条BEQ指令,其测试条件是 两操作数相等 。
5) 单步执行1条指令。
6) 查看PC的值，[PC]= 0X0000004c ，表明分支 成功 （成功，失败）。
7) 一条指令是一条BGEZ指令，其测试条件是 >=0 ，目标地址为 0X00000058 。
8) 单步执行1条指令。
9) 查看PC的值，[PC]= 0X00000058 ，表明分支 成功 (成功，失败）
10) 下一条指令是一条BGEZAL指令，其测试条件是 >=0 ，目标地址为 0X00000064 。
11) 单步执行1条指令。
12) 查看PC的值，[PC]= 0X00000064 ，表明分支 成功 （成功，失败）；查看R31的值，[R31]= 92 16进制-> 0X000000000000005c
13) 单步执行1条指令。
14）查看R1的值，[R1]= 1160X0000000000000074 。
15）下一条指令地址为 0X00000068 ，是一条JALR指令，保存目标地址的寄存器为 R1 ，保存返回地址的目标寄存器为 R3 。
16）单步执行1条指令。
17）查看PC和R3的值，[PC]= 0X00000074 ，[R3]=1080X000000000000006c 。

实验结果分析：

实验体会：简单描述你在实验过程中的问题和收获。

问题：
(1)仍然有部分的寄存器值的变化不很清楚，希望可以在接下来的实验环节中弄懂；
(2)对时钟周期内存这部分理解的还不是很清晰，在以后的实验中解决。

收获：
(1)MIPSsim模拟器的基础操作以及使用方法；
(2)单步执行（F7、F8的使用），程序的载入，以及配置方式中的流水；
(3)熟悉MIPS指令系统；加深对MIPS指令操作语义的理解；
(4)对load和store指令、算术指令、逻辑指令、控制转移指令有了初步的认识
(5)对代码区，寄存器进行了剖析；
(6)思考了LB,字节，字，双字，以及无符号如何查看，以及buffer如何查看内容；
(7)然后通过对对代码区中的符号指令进行了自我学习；
(8)认识LW,LB,LU,ADDU,ADDIU,SLL,MUL,BEQ等简单指令的含义进行了分析。