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1、计算机体系结构实验讲义信息学院计科系2013.&20实验1MIPS指令系统和MIPS体系结构1.实验目的（1）了解和熟悉指令级模拟器；Q熟练掌握MIPSsin）模拟器的操作和使用方法；（3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解；④熟悉MIPS体系结构。2.实验内容首先要阅读MEPSsim模拟器的使用方法，然后了解MLPSshn的指令系统和汇编语言。（1）启动MIPSsim（用鼠标双击MIPSsimexe）Q（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^拟器的操作和
2、使用方法。可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一条指令、执行多条指令、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CRJ中寄存器和存储器的内容的变化。（0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（起始地址为0x00000100。（5）查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：恋o（®执行load和store指令，步骤如下：1）单步执行一条指令（FT）o2）下一条指令地址为,是一条（有，无）符号载入（字节，半字，字）指令
3、。3）单步执行一条指令（F5）o4）查看R1的值，R1］慾o5）下一条指令地址为,是一条（有，无）符号载入（字节，半字，字）指令。®单步执行1条指令。7）查看R1的值，R1］趣o8下一条指令地址为，是一条（有，无）符号载入（字节,半字，字）指令。9单步执行1条指令。10）查看R1的值，R11=OXo11）单步执行1条指令。12）下一条指令地址为,是一条保存（字节，半字,字）指令。13）单步执行一条指令（F5）。］切查看内存BUTTR处字的值，值为o（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L2）双击“寄存器”
4、窗口中的R2,将其值修改为,3）单步执行一条指令。4下一条指令地址为0,是一条加法指令。5）单步执行一条指令。®查看R3的值，凹=Oxo7）下一条指令地址为0,是一条乘法指令。8）单步执行一条指令。9查看IDHI的值，唆=0,Oxo（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OXFEFFOOOa2）双击“寄存器”窗口中的R1,将其值修改为OXFEFFOOOa3）单步执行一条指令。切下一条指令地址为0,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，立即数寻址）。5）单步执行一条指令。®查看R3的值，
5、凹=Oxo7）下一条指令地址为Ox,是一条逻辑或指令，第二个操作数寻址方式是（寄存器直接寻址，立即数寻址）O8单步执行一条指令。9查看R3的值，凹=OxO（9执行控制转移类指令。步骤如下：1）双击“寄存器”窗口屮R1,将其值修改为L2）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Ox,是一条匹指令，其测试条件是,目标地址为OxO》单步执行1条指令。®查看pc的值，ra=ox,表明分支（成功，失败）。7）一条指令是一条BGEZ指令，其测试条件是,目标地址为Oxo8）单步执行1条指令。9）查看pc的值，ra=o
6、x,表明分支（成功，失败）。10）F-条指令是一条BGEZAL指令，其测试条件是,目标地址为Oxo11）单步执行1条指令。12）查看pc的值，ra=ox,表明分支（成功，失败）；查看R31的值，K311=OxO13）单步执行1条指令。14）杳看R1的值、R11=0xO15）下一条指令地址为Ox,是一条JALR指令，保存目标地址的寄存器为R,保存返回地址的目标寄存器为R。1®单步执行1条指令。17）查看PC和R3的值，PCWx,R3]^x1.实验要求通过本实验应达到如下要求:(1)对指令级模拟器有一定了解；0能够熟练使用MlPSsim^拟器；(3
7、)理解MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解。1.实验器材(1)实验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsini0计算机一台。实验2流水线及流水线中的冲突1.实验目的(1)加深对计算机流水线基本概念的理解。Q理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。(3)加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPIB•能的影响。④进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。2.实验内容首先要掌握MlPSsim^拟器的使用方法。(1)启动MIPSsim(2)根据预备知识中关
8、于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。(用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容)(3)
