【计算机系统1】2 LC-3机器码编程实验

目录

目的与要求

内容与方法

程序总体设计

核心数据结构及算法流程

调试过程

结论或体会

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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。

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

程序总体设计

根据题目，用与操作不断取出操作数各位，我计划先用部分寄存器存放数据：

• R1：存放内存x3100的数据
• R2 = 16，代表循环次数，每次经过1次循环处理完1位数后，自减1，为0时结束循环。采用do-while。
• R3：存放结果，即1的个数，初始化为0。
• R4：用于取位和操作数相与的操作数，初始为1（即从最低位开始取位），通过不断左移（即乘2，这里用加法实现）实现依次取各位。

核心数据结构及算法流程

    具体算法实现流程图如下：

注意代码得先声明程序起始于x3000，以及程序结束HALT。

代码如下：

0011000000000000    ;程序从x3000开始

0010001011111111    ;R1 <- M[PC+xFF]=M[x3001+xFF]=M[x3100]，把x3100内存存的16位数加载到R1

0101011011100000    ;R3 <- 0， R3清零用于存放结果

0101100100100000    ;R4 <- 0， R4清零

0001100100100001    ;R4 <- R4+1=1， R4初始化为1，用于辅助取位(从最低位开始)

0101010010100000    ;R2 <- 0， R2清零

0001010010101111    ;R2 <- R2+15=0+15=15

0001010010100001    ;R2 <- R2+1=15+1=16， R2初始化为16，用于记录位数（循环次数，为0时结束）

0101101001000100    ;循环开始，R5 <- R1&R4， R1与R4相与并将结果存于R5，表示R2不为0时取第R2位数字

0000010000000001    ;R5为0时跳转至PC+1=x3009+1=x300A， R5=0说明取出的位为0，直接跳至x300A开始处理下一位

0001011011100001    ;R3 <- R3+1， R3自加，R5不为0时执行，此时说明取出的位为1，计数R3加1

0001100100000100    ;R4 <- R4+R4， R4加倍，等同R4左移，方便取下一位

0001010010111111    ;R2 <- R2-1， R2减1

0000101111111010    ;R2非0时继续循环，跳转至LOOP

0011011011110011    ;M[PC+xF3]=M[x300E+xF3]=M[x3101] <- R3， 将R3里的结果存于内存x3101处

1111000000100101    ;程序结束

调试过程

• 打开LC3Edit将上述汇编代码输入，保存为二进制文件格式（.bin），并编译生成可执行文件（.obj）(图1)

图表 1 保存编译

• 打开LC3Simulator导入编译生成的可执行文件（.obj），并设置断点。（图2）

图表 2 导入程序，设置断点

• 设值并运行（图3）

图表 3 设值运行

• 运行至断点结束，跳转至x3101，答案正确。（图4 5）

图表 4 运行及结果

 

图表 5 答案均正确

结论或体会

        通过本次实验，我初次尝试用 LC3编写机器代码，实现简单的程序。初步学会LC3代码的编写，进一步加深了关于LC3汇编代码指令的相关学习应用。学会了关于LC3里面跳转指令，循环结构，基本加减实现。学会寄存器的灵活运用。学会如何将一个问题利用流程图的方式进行程序框架的设计。