1. 实验项目一
   1. 项目名称

原型机vspm1.0

1. 1. 实验目的
      1. 1. 1. 了解冯诺依曼体系结构
            2. 理解指令集结构及其作用
            3. 理解计算机的运行过程，就是指令的执行过程，并初步掌握调试方法
   2. 实验资源
2. 参考文件《最小系统与原型机》
3. 参考文件《原型机vspm1.0》
4. 通过WSL实现Windows下的Linux子系统的Ubuntu20.04

1. 实验任务
   1. 实验任务A

任务名称：按照实验步骤完成a-inst.txt代码的执行

1.进入终端，运行代码

2.输入help，查看原型机的支持的命令

3.输入i r查看各个寄存器的值

4.输入x 6 0000查看从0000 开始的连续6个内存地址值

5.输入si，运行一条指令，查看结果：

R0设置为1

继续运行

R2此时为5，即为R1+R2

最终输出结果为15（即5+4+3+2+1）

最后输入q退出程序

1. 1. 实验任务B

任务名称：运行并调试b-inst.txt和c-inst.txt。并对其代码所做的工作进行解释。

b-inst.txt：

代码解释：比较a和b的大小（通过sub设置G），并且输出较小的那个数

c-inst.txt：

代码解释：通过累加法（累加b个a的值），计算a×b的值，并输出

1. 1. 思考问题

1.基于这些指令实现两个整数的乘法与除法？

乘法：通过运行c-inst.txt的代码，可以学习到，实现两个整数的乘法可以通过累加的方法，执行a×b，可以通过将R1设置为b，a存放到地址0000 0000中，用R2记录累加的值。进行循环。每次从0000 0010中取出上一轮的累加的值放入R2，并且将R2的值加上a，再存入0000 0000中，同时令b（即R1）减1,直到b的值不大于1，输出的结果即为a×b。

除法：学习乘法的方法，可以类比得到实现除法的方法。可以通过累减的方法，将R1设为b的值，a的值存放在0000 0000中，地址0000 0010的值为0，R2记录每次从0000 0000取出的值减去b后的值，并存入0000 0000中，同时令地址0000 0010的值加1，直到0000 0000中的值不再大于b（R1）的值，此时输出0000 0010中的值即为a/b的值，而0000 0000的值为余数。

以下为分析得到的代码进行运行的结果：

2.vspm的指令集是否完备？如果是，如何证明？如果本身，要增加哪些指令？

查阅资料可知，图灵完备性的几个关键条件有：数据存储和访问（这个在vspm中有in，out，mov等指令实现）、条件跳转（这个可以通过jg实现）、循环和分支（可以通过jg跳转来实现）、基本算数和逻辑运算（算数运算有add，sub，但不能实现逻辑运算，与运算或运算位运算等）

故指令集并不完备，缺少实现逻辑运算的指令：按位与，按位或，位运算，还有求反等。

3.如果一台计算机只支持加法和减法操作，能否计算三角函数，对数函数？

通过泰勒公式或麦克劳林公式，可以将三角函数和对数函数转化为加减乘除运算。由已知的加减法操作和拓展的通过累加累减实现的乘除法操作，是可以实现计算三角函数和对数函数的。

4.对于某个需要完成的功能，如果既可以通过硬件上增加电路来实现，也可以通过其他已有指令的组合来实现，那么如何判断哪一种比较合适？

RISC架构下：RISC通常依赖较简单的指令集实现较高的性能，因此，如果通过组合现有指令可以达到性能要求，那就选择指令组合。但如果目标是非常快速或频繁的操作，且现有指令集无法高效完成任务，可以考虑增加专用硬件来实现加速。

CISC架构下：CISC已经倾向于通过更复杂的指令集来处理一些复杂操作。如果硬件资源允许，可以直接使用现有的复杂指令来完成某些功能。而在资源受限的情况下，仍然可以考虑组合已有的简单指令来实现所需的功能。

1.性能需求：硬件适用于要求高性能的需求，而软件适合实现低性能的需求。

2.成本：如果需要大规模生产，可以考虑使用硬件，否则软件即可。

3.开发：硬件的开发较复杂，而软件较简单，且灵活。

1. 总结
   1. 实验中出现的问题

【分任务列出实验过程中出现的问题】

实验A中vm最开始使用的utunbu版本较高（可能卡bug了或者我操作有误），导致共享文件夹始终无法实现，于是查找资料了解到还可以通过wsl实现。

实验B无问题。

思考题中，对于除法的运算，最开始写的代码功能实现有误（比如无法解决整除的情况），询问了同学和学长学姐成功修改。

1. 1. 心得体会

【真实感受】

1.大致了解了冯诺依曼体系

2.学会了执行汇编代码

3.对于出现的问题，多动手实践，多尝试新的方法，总能够解决。