计算机系统-实验报告-LC-3机器码编程实验

一、实验目的与要求 （1）分析和理解实验指定的问题。 （2）利用LC-3的机器代码设计实现相关程序。 （3）通过LC-3仿真器调试和运行相关程序并得到正确的结果。 二、实验内容与方法 利用LC-3的机器代码计算一个16位的字中有多少位是‘1’。 程序从x3000开始。 需计算的字存储在x3100。 计算的结果存储在x3101。 三、实验步骤与过程 （依照实验内容，逐条撰写实验过程与实验所得结果：包括程序总体设计，核心数据结构及算法流程，调试过程。请附上核心代码，及注意格式排版的美观。实验提交时，以上为评分依据，请不删除本行） 程序总体设计及算法流程 问题是计算一个16位的字中有多少位是‘1’，初步思考一下，解决这个问题需要进行计数，判断是不是‘1’，以及一个16次的循环。做出流程图如图1所示。 用R0作为计数器，R1控制循环的次数，R2存储需要判断的字。 先用AND指令让R0和R1赋值为0，接着需要让R1的值为16，因为ADD指令的立即数寻址模式imm5只能表示-16到15，所以不能直接把16赋值给R1，我的方法是先把8赋值给R1，即用ADD指令让R0=R0+8，之后用ADD指令让 ### 计算机系统-实验报告-LC-3机器码编程实验 #### 一、实验目的与要求 本次实验的主要目的是使学生通过实践操作更好地理解计算机系统的底层工作原理，特别是如何利用LC-3架构下的机器代码来解决问题。具体要求如下： 1. **分析和理解实验指定的问题**：本次实验要求学生计算一个16位的字中有多少位是‘1’，并且理解该问题的背景及其解决方案。 2. **利用LC-3的机器代码设计实现相关程序**：要求学生利用LC-3架构下的机器代码编写一个程序来解决上述问题。 3. **通过LC-3仿真器调试和运行相关程序并得到正确的结果**：学生需要使用LC-3仿真器来调试和运行所编写的程序，确保程序能够正确地计算出输入字中的‘1’的数量。 #### 二、实验内容与方法 本实验的核心任务是设计一个程序，该程序能够计算一个16位的字中有多少位是‘1’。为了实现这一目标，需要完成以下步骤： 1. **程序从x3000开始**：程序的起始地址被设定为x3000。 2. **需计算的字存储在x3100**：待处理的16位字将被存储在内存地址x3100处。 3. **计算的结果存储在x3101**：程序运行结束后，计算出来的结果将会被存储在内存地址x3101处。 #### 三、实验步骤与过程 1. **程序总体设计及算法流程**：为了解决这个问题，需要设计一个简单的计数逻辑。具体来说，可以使用寄存器R0作为计数器，R1控制循环的次数，R2则用于存储需要判断的字。程序的大致流程如下： - 初始化R0和R1为0，R2用于存储需要判断的16位字。 - 通过一系列的ADD指令将R1的值设为16。 - 使用LD指令从内存地址x3100读取数据到R2。 - 主循环中，每轮循环通过判断R2的最高位是否为1来决定是否增加R0的值，之后将R2左移一位。 - 循环执行16次后，使用ST指令将R0的值写入x3101。 2. **核心数据结构**：本实验涉及的关键数据结构包括： - R0：作为计数器，记录16位字中‘1’的个数。 - R1：控制循环的次数，从16开始递减。 - R2：存储需要判断的16位字，在每次循环中都需要与自己相加以实现左移操作。 3. **实验及调试过程**：在LC-3Editor中编写程序并编译成二进制代码，然后在LC-3Simulate中进行调试。在调试过程中需要注意以下几点： - 设置断点，逐步跟踪程序的执行过程。 - 观察关键寄存器（R0、R1、R2）的值是否按照预期改变。 - 调整BR指令的目标地址，确保程序能够正确地跳转。 #### 四、实验结论或体会 通过本次实验，学生不仅掌握了如何利用LC-3的机器代码来解决问题，更重要的是对计算机底层的工作机制有了更深刻的理解。与高级语言相比，机器码编程更注重于对底层数据结构和内存管理的理解，这对于深入理解计算机系统具有重要意义。此外，通过实际动手操作LC-3仿真器，学生还学会了如何有效调试和运行程序，这对于提高编程技能非常重要。 此次实验不仅提高了学生的编程能力，还加深了他们对计算机底层原理的认识，对于未来学习和工作都有着重要的意义。