1、課程實驗報告 課 程 名 稱： 計算機組成與結構 實驗項目名稱： Datalab 專 業 班 級： 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 趙歡 完 成 時 間： 2016 年 4 月 12 日信息科學與工程學院實驗題目：Datalab實驗目的：按實驗要求完善 bit.c 里的各個函數，實現其功能，并通過 btest 的測試實驗環境：聯想ThinkPad E545,Ubuntu14（32位）實驗內容及操作步驟：第一步： 完善 bits.c 里的各個函數，代碼如下：(1).bitAnd 函數，要求如下： /* * bitAnd - x&y using only and | * Example: b

2、itAnd(6, 5) = 4 * Legal ops: | * Max ops: 8 * Rating: 1 */#題目說明：不使用&符號實現兩個數的位與運算；#思路 ：德摩根定律 (x & y) = (x) |(y) (x & y) = (x) |(y)#代碼：int bitAnd(int x, int y) return (x)|(y);(2).getByte 函數，要求如下：/* * getByte - Extract byte n from word x * Bytes numbered from 0 (LSB) to 3 (MSB) * Examples: getByte(0x12

3、345678,1) = 0x56 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 6 * Rating: 2 */ #題目說明：要求從數X中取出第n個字節#思路：1.首先，將需要保留的字節移到最低位字節（編號為00的字節）上，即右移n 個byte（每個byte有8位），也就是n*8（n(n3)& 0xff; (3).logicalShift 函數，要求如下： /* * logicalShift - shift x to the right by n, using a logical shift * Can assume that 0 = n = 31 * Examples: l

4、ogicalShift(0x87654321,4) = 0x08765432 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 20 * Rating: 3 */ #題目說明：用算術右移實現邏輯右移功能#思路： 1、邏輯右移，高位補0。 2、不管是正數還是負數亦或是0，算術右移n位后 位與&一個前n位為0，后面的位都為1的數（00001111（n個0），都能把移位后高位的符號變為0（如果原來為0就保持不變）；3.獲得一個前位為0的數：將（1 31）得到0x80000000 ,算術右移n-1位，即(1n)1 ; 得到一個前n位為1，后32-n為0的數（11110000（n個1），再

5、按位取反(yn)n）即可實現邏輯右移；#代碼： int logicalShift(int x, int n) int y=1; return (yn)n); (4).bitCount 函數，要求如下： /* * bitCount - returns count of number of 1s in word * Examples: bitCount(5) = 2, bitCount(7) = 3 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 40 * Rating: 4 */#題目說明：返回32位數字串中1的個數；#思路：1.依次檢測x 的每一位，ops 會超出所給限操作符數

6、；2.類似，由于bitcount 結果不會超過32，故可以利用一個32 位二進制數3.將每次的檢測位數設定為4 位的；4.初始化tmp=0x1111，用來依次檢測xi 的0，8，16，24 位是否為1；5.利用val 累加分別計算4 個字節上1 的個數，val 的每個字節的值為對應x 每個字節上的1 的個數；6.最后將得到val 四個字節的值相加，即x 四個字節上1 的個數的和，保留最低字節的信息，為最后結果。#代碼： int bitCount(int x) int tmp=(0x018|0x01)8|0x01)8|0x01)1); /檢測x 的1，9，17，25 位是否為1val+=tmp&

7、(x2); /.val+=tmp&(x3);val+=tmp&(x4);val+=tmp&(x5);val+=tmp&(x6);val+=tmp&(x7); /檢測x 的7，15，23，31 位是否為1val+=(val16); /將val 的高16 位加到低16 位上val+=(val8); /再將val 的高8 位加到低8 位上return val&0xff; /保留val 的最低byte 信息為最終結果(5).bang 函數，要求如下： /* * bang - Compute !x without using ! * Examples: bang(3) = 0, bang(0) = 1

8、* Legal ops: & | + * Max ops: 12 * Rating: 4 */#題目說明：不施用！符號實現!x的功能（即!0=1,!(other number)=1）；#思路： 1. 0的相反數仍為0。 2.其他整數的相反數符號位位必然與原數相反（原數和相反數必然符號位是其中1個為0，另一個為1）； 3.一個不為0的數原數和相反數相或的結果符號位必然為1； 0原數和相反數相或的結果符號位必然為0；4.將原數和相反數相或的結果的符號位移到最低位取反后 &上0x01就可以返回符號位的反（即相或的結果符號位為0則返回1，否則返回0）；5.一個數取相反數的規則跟負數補碼規則一樣，x +

9、1，按位取反加1即可；#代碼：int bang(int x) int tmp = x +1;tmp = x | tmp;tmp = tmp 31; return (tmp &0x01);（6）.tmin函數，要求如下：/* * tmin - return minimum twos complement integer * Legal ops: ! & | + * Max ops: 4 * Rating: 1 */#題目說明：求補碼編碼的最小數；#思路：補碼編碼的公式 ：從公式可以可以看出當最高位為1，而其余位為0的時候，獲得最小值。 我們要求的是32位的整數，所以最小值為0x80000000簡

10、寫就是0x0131，也就是1左移31位到最高位#代碼：int tmin(void) return 0x0131;（7）. fitsBits函數，要求如下：/* * fitsBits - return 1 if x can be represented as an * n-bit, twos complement integer. * 1 = n = 32 * Examples: fitsBits(5,3) = 0, fitsBits(-4,3) = 1 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 15 * Rating: 2 */#題目說明：求給定的一個數是否能用n位補碼表

11、示；#思路：x的前32-n都為0或1，可以假定第n-1位為符號位，通過先算術左移再算術右移后比較與原數是否有差別；有差別說明不能表示；如果有差別，與原數亦或后不為0，否則為0，再用邏輯非！取將有差別的返回0，無差別的返回1；#代碼：int fitsBits(int x, int n) int s=32+(n+1); /*32+(n+1)=32-n*/ return !(x(xs); （8）.divpwr2(除法)函數，要求如下：/* * divpwr2 - Compute x/(2n), for 0 = n = 30 * Round toward zero * Examples: divpwr

12、2(15,1) = 7, divpwr2(-33,4) = -2 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 15 * Rating: 2 */題目說明：將一個數除以(2n)，有余數則往靠近0的方向取舍；#思路：*分 x 為負數和非負數兩種情況：當x 為非負數時，直接將x 右移n 位即可；當x 為負數時，如果x 移出的位中不全為零，即有余數，則結果為右移n 位后的結果加1；#代碼：int divpwr2(int x, int n) int s=!(x31); /取x 的符號位的bool 值int t=(1n)+0; /t=(1n)+(!lown)&s);（9）. negat

13、e函數，要求如下：/* * negate - return -x * Example: negate(1) = -1. * Legal ops: ! & | + * Max ops: 5 * Rating: 2 */#題目說明：取一個數的相反數；#思路：一個數的相反數正好就是對其每一位取反后加一，跟負數的補碼規則相似，為x+1,無論正負數都適用。#代碼：int negate(int x) return x+1;（10）. isPositive函數，要求如下：/* * isPositive - return 1 if x 0, return 0 otherwise * Example: isPo

14、sitive(-1) = 0. * Legal ops: ! & | + * Max ops: 8 * Rating: 3 */#題目說明：一個數為正數，則返回1，否則返回0；#思路：1.正數的符號位為0，負數的符號位為1，如果是一個非0的數，返回符號位的反即可，0單獨考慮；2. 如果一個數x為0，則!x =1 ，!x =0；否則，一個不為0的數!x =0，!x =1；#代碼：int isPositive(int x) int s=!(x31);/x右移31位，得到符號位，若為正數，s=1 return s&!x; /返回x為正數滿足的條件（11）. isLessOrEqual函數，要求如下：

15、/* * isLessOrEqual - if x = y then return 1, else return 0 * Example: isLessOrEqual(4,5) = 1. * Legal ops: ! & | + * Max ops: 24 * Rating: 3 */#題目說明：如果x = y則返回1，否則返回0；#思路：1. 判斷是否有x=0 是否成立，轉化成判斷y-x 的正負；分為同號和異號兩種情況：2.當x 和y 同號時，y-x 不會發生溢出，判斷y-x 是否為非負數即可；3.當x 和y 異號時，y-x 可能會發生溢出，其結果一定和y（也就是!x）的符號一致。#代碼：i

16、nt isLessOrEqual(int x, int y) int sx=!(x31);/取x的符號位，為bool類型值int sy=!(y31);/ 取y的符號位，為bool類型值int z=y+(x+1);/z=y-x,x求反加一得-x(-x絕對值不變)int s=!(z31);/ 取z的符號位，為bool類型值 return (!(sxsy)&s)|(sxsy)&sx);/x,y同號；x,y異號（12）. ilog2函數，要求如下：/* * ilog2 - return floor(log base 2 of x), where x 0 * Example: ilog2(16) = 4

17、 * Legal ops: ! & | + * Max ops: 90 * Rating: 4 */#題目說明：求一個數的log2的值；#思路：*即求32 位二進制x 的最高位1 對應的log base 2；*由x0，ilog 的結果不會超過31，可以想到用5 位二進制來表示；*依次折半累加得出最高位的權，方法如下（設結果ret=ijklm(2)）：首先判斷x 的高16 位是否全部為0，ret+=24*i，x 相應右移16 位；再判斷右移后x 的高8 位是否全部為0，ret+=23*j，x 相應右移8 位；依次累加得出結果ret。#代碼：int ilog2(int x) int s,s1,s2

18、,s3,s4,s5;s=!(x16); /判斷最高位是否在高16 位上s1=s=s1; /x 相應右移s=!(x8); /判斷最高位是否在高8 位上s2=s=s2; /x 相應右移s=!(x4); /.s3=s=s3;s=!(x2);s4=s=s4;s=!(x1);s5=s; /最后一位return s1+s2+s3+s4+s5;/累加得出結果（13）. float_neg函數，要求如下：/* * float_neg - Return bit-level equivalent of expression -f for * floating point argument f. * Both th

19、e argument and result are passed as unsigned ints, 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

20、 */#題目說明：將一個32位int型數解讀為單精度浮點型數據f，返回-f；#思路：1.若這個數被解讀為特殊值（階碼位全1），則返回原數；若為非特殊值，則直接對符號位（即最高位）取反；2.使用異或操作符。對1求異或，等價于對1求反；對0求異或，等價于保持原數；當需要對一組數中一部分求反，一部分保持原數時，就可以使用異或運算； 3.判斷一個浮點數是否為特殊值：截取其階碼位和小數位與階碼位全1，小數位全0（即0x7fffffff）比較，若大于它，則必然為特殊值； 4.截取數據：可以參考getByte，利用與運算&，需要截取的數和1與，需要清零的數和0與，即可保留需要的數據部分#代碼：unsigne

21、d float_neg(unsigned uf) unsigned result ,down; down = uf & (0x7fffffff);if(down 0x7f8fffff)result = uf;elseresult = uf 0x80000000; return result;（14）. float_i2f函數，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 interp

22、reted 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：這個函數是將一個整形數，轉化為浮點數，浮點數的符號只取決于第一位，所以對負數作取絕對值處理之后，所有數都可以按照同一種方法處理；將二進制數左邊的零位全部移出，直到移到“1”位為止，移出的位數shiftleft則為32位中前

23、面“0”的個數，因此32-shiftleft代表的就是階碼的原碼部分，再加上127的移碼就可以得到最終的階碼；移完0之后得到的aftershift這串數，就是小數部分，所以最后將aftershift右移9位，127+32-shiftleft左移23位，最前面加上符號位，即可得到轉移后的數字； #代碼：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; /i

24、f x 0, sign = 1000.,abs_x = -x if (x0) sign=0x80000000; absX=-x; afterShift=absX; /count shift_left and after_shift while (1) tmp=afterShift; afterShift0x0100) flag=1; else if (afterShift & 0x03ff)=0x0300) flag=1; else flag=0; return sign + (afterShift9) + (159-shiftLeft)23) + flag;（14）float_twice函數

25、，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 ints, 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