计组实验2报告

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 | * Example: 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) ? (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) * 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<<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： 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（0000?1111（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（1111?0000（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（0000?1111（n个0）），再 &（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: ! ~ & ^ | + << >> * 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： int 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1 val+=tmp&(x>>1); //检测x 的1，9，17，25 位是否为1 val+=tmp&(x>>2); //... val+=tmp&(x>>3); val+=tmp&(x>>4); val+=tmp&(x>>5); val+=tmp&(x>>6); val+=tmp&(x>>7); //检测x 的7，15，23，31 位是否为1 val+=(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: ~ & ^ | + << >> * 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；

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2^4 x>>=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2^3 x>>=s2; //x 相应右移 s=!!(x>>4); //... s3=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'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) { unsigned result ,down; down = uf & (0x7fffffff); if(down > 0x7f8fffff) result = uf; else result = 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-level 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-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, 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=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 * single-precision floating point values. * When argument is NaN, return argument * Legal ops: Any integer/unsigned operations incl. ||, &&. also if, while * Max ops: 30 * Rating: 4 */ #题目说明：将一个32位int型数解读为单精度浮点型数据f，返回2*f #思路： *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，如果是规格化数，则对阶码位作+1运算；如果是非规格化数（阶码全为0），则对小数位作左移运算。符号位不改变； *这里涉及到将一个数据拆解为多个部分（符号位、阶码位和小数位），以及最后将各个部分拼合的运算； 对于拆分数据，如果只是保留需要的部分，其它位清零，那么只要作&运算取数据即可；如果只留下需要的部分，其它位剔除，那么要先作右移运算，再作类似&0xFF的运算截断数据； 对于拼合数据，如果已经将几部分数据处理为置1位互不相干（即除了1有效位其它位都为0），那么直接用或|运算接合即可； 1.如果为特殊值，则返回uf本身； 2.如果为非规格化数，则进行左移（保留符号位，小数位仍为零） 3.如果为规格化数，则对符号位加一； #代码： unsigned float_twice(unsigned uf) { unsigned result,down; down = uf & (0x7f800000); if (down == 0x7f800000) result = uf; else if (down ==0 ) result = ((uf & 0x007fffff) <<1) | (uf & 0x80000000); else result = uf + 0x00800000; return result; } 实验结果及分析： 如图，经过btest测试后运行结果全部正确，说明思路和代码都正确； 收获与体会： 通过本实验，我对各种数据类型的在计算机中的存储方式有了更深的了解，对计算机里面对数据的加减乘除的实质有了进一步认识，对移位操作更加熟悉和运用的更加灵活了，思维和代码能力都有了提高。 实 验成绩

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