计组实验2报告

1、课程实验报告 课 程 名 称： 计算机组成与结构 实验项目名称： Datalab 专 业 班 级： 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 赵欢 完 成 时 间： 2016 年 4 月 12 日信息科学与工程学院实验题目：Datalab实验目的：按实验要求完善 bit.c 里的各个函数，实现其功能，并通过 btest 的测试实验环境：联想ThinkPad E545,Ubuntu14（32位）实验内容及操作步骤：第一步： 完善 bits.c 里的各个函数，代码如下：(1).bitAnd 函数，要求如下： /* * bitAnd - x&y using only and | * Exampl

2、e: bitAnd(6, 5) = 4 * Legal ops: | * Max ops: 8 * Rating: 1 */#题目说明：不使用&符号实现两个数的位与运算；#思路 ：德摩根定律 (x & y) = (x) |(y) à (x & y) = (x) |(y)#代码：int bitAnd(int x, int y) return (x)|(y);(2).getByte 函数，要求如下：/* * getByte - Extract byte n from word x * Bytes numbered from 0 (LSB) to 3 (MSB) *

3、 Examples: getByte(0x12345678,1) = 0x56 * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 6 * Rating: 2 */ #题目说明：要求从数X中取出第n个字节#思路：1.首先，将需要保留的字节移到最低位字节（编号为00的字节）上，即右移n 个byte（每个byte有8位），也就是n*8（n<<3）位；2.清除高三位字节的信息而保留最低位字节的信息，即与0xff 进行&运算即可。#代码：int getByte(int x, int n) return x>>(n&

4、lt;<3)& 0xff; (3).logicalShift 函数，要求如下： /* * logicalShift - shift x to the right by n, using a logical shift * Can assume that 0 <= n <= 31 * Examples: logicalShift(0x87654321,4) = 0x08765432 * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 20 * Rating: 3 */ #题目说明：用算术右移实现逻辑右移功能#思路：

5、 1、逻辑右移，高位补0。 2、不管是正数还是负数亦或是0，算术右移n位后 位与&一个前n位为0，后面的位都为1的数（00001111（n个0），都能把移位后高位的符号变为0（如果原来为0就保持不变）；3.获得一个前位为0的数：将（1 <<31）得到0x80000000 ,算术右移n-1位，即(1<<31)>>n)<<1 ; 得到一个前n位为1，后32-n为0的数（11110000（n个1），再按位取反(y<<31)>>n)<<1)得到一个前n位为0，后32-n为1的数（00001111（n个0），再

6、&（x>>n）即可实现逻辑右移；#代码： int logicalShift(int x, int n) int y=1; return (y<<31)>>n)<<1)&(x>>n); (4).bitCount 函数，要求如下： /* * bitCount - returns count of number of 1's in word * Examples: bitCount(5) = 2, bitCount(7) = 3 * Legal ops: ! & | + << >> *

7、 Max ops: 40 * Rating: 4 */#题目说明：返回32位数字串中1的个数；#思路：1.依次检测x 的每一位，ops 会超出所给限操作符数；2.类似，由于bitcount 结果不会超过32，故可以利用一个32 位二进制数3.将每次的检测位数设定为4 位的；4.初始化tmp=0x1111，用来依次检测x>>i 的0，8，16，24 位是否为1；5.利用val 累加分别计算4 个字节上1 的个数，val 的每个字节的值为对应x 每个字节上的1 的个数；6.最后将得到val 四个字节的值相加，即x 四个字节上1 的个数的和，保留最低字节的信息，为最后结果。#代码： in

8、t bitCount(int x) int tmp=(0x01<<8|0x01)<<8|0x01)<<8|0x01)<<8|0x01;int val=tmp&x; /检测x 的0，8，16，24 位是否为1val+=tmp&(x>>1); /检测x 的1，9，17，25 位是否为1val+=tmp&(x>>2); /.val+=tmp&(x>>3);val+=tmp&(x>>4);val+=tmp&(x>>5);val+=tmp&(

9、x>>6);val+=tmp&(x>>7); /检测x 的7，15，23，31 位是否为1val+=(val>>16); /将val 的高16 位加到低16 位上val+=(val>>8); /再将val 的高8 位加到低8 位上return val&0xff; /保留val 的最低byte 信息为最终结果(5).bang 函数，要求如下： /* * bang - Compute !x without using ! * Examples: bang(3) = 0, bang(0) = 1 * Legal ops: & |

10、 + << >> * Max ops: 12 * Rating: 4 */#题目说明：不施用！符号实现!x的功能（即!0=1,!(other number)=1）；#思路： 1. 0的相反数仍为0。 2.其他整数的相反数符号位位必然与原数相反（原数和相反数必然符号位是其中1个为0，另一个为1）； 3.一个不为0的数原数和相反数相或的结果符号位必然为1； 0原数和相反数相或的结果符号位必然为0；4.将原数和相反数相或的结果的符号位移到最低位取反后 &上0x01就可以返回符号位的反（即相或的结果符号位为0则返回1，否则返回0）；5.一个数取相反数的规则跟负数补码规则

11、一样，x +1，按位取反加1即可；#代码：int bang(int x) int tmp = x +1;tmp = x | tmp;tmp = tmp >> 31; return (tmp &0x01);（6）.tmin函数，要求如下：/* * tmin - return minimum two's complement integer * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 4 * Rating: 1 */#题目说明：求补码编码的最小数；#思路：补码编码的公式 ：从公式可以可以看出当最高位为1，而

12、其余位为0的时候，获得最小值。 我们要求的是32位的整数，所以最小值为0x80000000简写就是0x01<<31，也就是1左移31位到最高位#代码：int tmin(void) return 0x01<<31;（7）. fitsBits函数，要求如下：/* * fitsBits - return 1 if x can be represented as an * n-bit, two's complement integer. * 1 <= n <= 32 * Examples: fitsBits(5,3) = 0, fitsBits(-4,3)

13、= 1 * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 15 * Rating: 2 */#题目说明：求给定的一个数是否能用n位补码表示；#思路：x的前32-n都为0或1，可以假定第n-1位为符号位，通过先算术左移再算术右移后比较与原数是否有差别；有差别说明不能表示；如果有差别，与原数亦或后不为0，否则为0，再用逻辑非！取将有差别的返回0，无差别的返回1；#代码：int fitsBits(int x, int n) int s=32+(n+1); /*32+(n+1)=32-n*/ return !(x(x<<s)>

14、>s); （8）.divpwr2(除法)函数，要求如下：/* * divpwr2 - Compute x/(2n), for 0 <= n <= 30 * Round toward zero * Examples: divpwr2(15,1) = 7, divpwr2(-33,4) = -2 * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 15 * Rating: 2 */题目说明：将一个数除以(2n)，有余数则往靠近0的方向取舍；#思路：*分 x 为负数和非负数两种情况：当x 为非负数时，直接将x 右移n 位即可；

15、当x 为负数时，如果x 移出的位中不全为零，即有余数，则结果为右移n 位后的结果加1；#代码：int divpwr2(int x, int n) int s=!(x>>31); /取x 的符号位的bool 值int t=(1<<n)+0; /t=(1<<n)-1（t=000.000111.111）int lown=t&x; /lown 保存x 的低n 位的值return (x>>n)+(!lown)&s);（9）. negate函数，要求如下：/* * negate - return -x * Example: negate(1)

16、 = -1. * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 5 * Rating: 2 */#题目说明：取一个数的相反数；#思路：一个数的相反数正好就是对其每一位取反后加一，跟负数的补码规则相似，为x+1,无论正负数都适用。#代码：int negate(int x) return x+1;（10）. isPositive函数，要求如下：/* * isPositive - return 1 if x > 0, return 0 otherwise * Example: isPositive(-1) = 0. * Legal op

17、s: ! & | + << >> * Max ops: 8 * Rating: 3 */#题目说明：一个数为正数，则返回1，否则返回0；#思路：1.正数的符号位为0，负数的符号位为1，如果是一个非0的数，返回符号位的反即可，0单独考虑；2. 如果一个数x为0，则!x =1 ，!x =0；否则，一个不为0的数!x =0，!x =1；#代码：int isPositive(int x) int s=!(x>>31);/x右移31位，得到符号位，若为正数，s=1 return s&!x; /返回x为正数满足的条件（11）. isLessOrEqual

18、函数，要求如下：/* * isLessOrEqual - if x <= y then return 1, else return 0 * Example: isLessOrEqual(4,5) = 1. * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 24 * Rating: 3 */#题目说明：如果x <= y则返回1，否则返回0；#思路：1. 判断是否有x<=y，即y-x>=0 是否成立，转化成判断y-x 的正负；分为同号和异号两种情况：2.当x 和y 同号时，y-x 不会发生溢出，判断y-x 是否为非负

19、数即可；3.当x 和y 异号时，y-x 可能会发生溢出，其结果一定和y（也就是!x）的符号一致。#代码：int isLessOrEqual(int x, int y) int sx=!(x>>31);/取x的符号位，为bool类型值int sy=!(y>>31);/ 取y的符号位，为bool类型值int z=y+(x+1);/z=y-x,x求反加一得-x(-x绝对值不变)int s=!(z>>31);/ 取z的符号位，为bool类型值 return (!(sxsy)&s)|(sxsy)&sx);/x,y同号；x,y异号（12）. ilog2函

20、数，要求如下：/* * ilog2 - return floor(log base 2 of x), where x > 0 * Example: ilog2(16) = 4 * Legal ops: ! & | + << >> * Max ops: 90 * Rating: 4 */#题目说明：求一个数的log2的值；#思路：*即求32 位二进制x 的最高位1 对应的log base 2；*由x>0，ilog 的结果不会超过31，可以想到用5 位二进制来表示；*依次折半累加得出最高位的权，方法如下（设结果ret=ijklm(2)）：首先判断x 的高

21、16 位是否全部为0，ret+=24*i，x 相应右移16 位；再判断右移后x 的高8 位是否全部为0，ret+=23*j，x 相应右移8 位；依次累加得出结果ret。#代码：int ilog2(int x) int s,s1,s2,s3,s4,s5;s=!(x>>16); /判断最高位是否在高16 位上s1=s<<4; /s1 的权为24x>>=s1; /x 相应右移s=!(x>>8); /判断最高位是否在高8 位上s2=s<<3; /s1 的权为23x>>=s2; /x 相应右移s=!(x>>4); /.s

22、3=s<<2;x>>=s3;s=!(x>>2);s4=s<<1;x>>=s4;s=!(x>>1);s5=s; /最后一位return s1+s2+s3+s4+s5;/累加得出结果（13）. float_neg函数，要求如下：/* * float_neg - Return bit-level equivalent of expression -f for * floating point argument f. * Both the argument and result are passed as unsigned int

23、's, but * they are to be interpreted as the bit-level representations of * single-precision floating point values. * When argument is NaN, return argument. * Legal ops: Any integer/unsigned operations incl. |, &&. also if, while * Max ops: 10 * Rating: 2 */#题目说明：将一个32位int型数解读为单精度浮点型数据f，返

24、回-f；#思路：1.若这个数被解读为特殊值（阶码位全1），则返回原数；若为非特殊值，则直接对符号位（即最高位）取反；2.使用异或操作符。对1求异或，等价于对1求反；对0求异或，等价于保持原数；当需要对一组数中一部分求反，一部分保持原数时，就可以使用异或运算； 3.判断一个浮点数是否为特殊值：截取其阶码位和小数位与阶码位全1，小数位全0（即0x7fffffff）比较，若大于它，则必然为特殊值； 4.截取数据：可以参考getByte，利用与运算&，需要截取的数和1与，需要清零的数和0与，即可保留需要的数据部分#代码：unsigned float_neg(unsigned uf) unsig

25、ned result ,down; down = uf & (0x7fffffff);if(down > 0x7f8fffff)result = uf;elseresult = uf 0x80000000; return result;（14）. float_i2f函数，要求如下：/* * float_i2f - Return bit-level equivalent of expression (float) x * Result is returned as unsigned int, but * it is to be interpreted as the bit-leve

26、l representation of a * single-precision floating point values. * Legal ops: Any integer/unsigned operations incl. |, &&. also if, while * Max ops: 30 * Rating: 4 */#思路：这个函数是将一个整形数，转化为浮点数，浮点数的符号只取决于第一位，所以对负数作取绝对值处理之后，所有数都可以按照同一种方法处理；将二进制数左边的零位全部移出，直到移到“1”位为止，移出的位数shiftleft则为32位中前面“0”的个数，因此32

27、-shiftleft代表的就是阶码的原码部分，再加上127的移码就可以得到最终的阶码；移完0之后得到的aftershift这串数，就是小数部分，所以最后将aftershift右移9位，127+32-shiftleft左移23位，最前面加上符号位，即可得到转移后的数字； #代码：unsigned float_i2f(int x) unsigned shiftLeft=0; unsigned afterShift, tmp, flag; unsigned absX=x; unsigned sign=0; /special case if (x=0) return 0; /if x < 0,

28、sign = 1000.,abs_x = -x if (x<0) sign=0x80000000; absX=-x; afterShift=absX; /count shift_left and after_shift while (1) tmp=afterShift; afterShift<<=1; shiftLeft+; if (tmp & 0x80000000) break; if (afterShift & 0x01ff)>0x0100) flag=1; else if (afterShift & 0x03ff)=0x0300) flag

29、=1; else flag=0; return sign + (afterShift>>9) + (159-shiftLeft)<<23) + flag;（14）float_twice函数，要求如下：/* * float_twice - Return bit-level equivalent of expression 2*f for * floating point argument f. * Both the argument and result are passed as unsigned int's, but * they are to be interpreted as the bit-level representation of