浮點(diǎn)數(shù)的表示和計(jì)算

1、精品文檔計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告年級(jí)、專業(yè)、班級(jí)姓名實(shí)驗(yàn)題目浮點(diǎn)數(shù)的表示和計(jì)算實(shí)驗(yàn)時(shí)間實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)A主404實(shí)驗(yàn)成績(jī) 實(shí)驗(yàn)性質(zhì)驗(yàn)證性 設(shè)計(jì)性 綜合性教師評(píng)價(jià)：算法/實(shí)驗(yàn)過(guò)程正確； 源程序/實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提交 程序結(jié)構(gòu)/實(shí)驗(yàn)步驟合理；實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確； 語(yǔ)法、語(yǔ)義正確； 報(bào)告規(guī)范； 其他： 評(píng)價(jià)教師簽名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 深入掌握二進(jìn)制數(shù)的表示方法以及不同進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換； (2) 掌握二進(jìn)制不同編碼的表示方法； (3) 掌握IEEE 754 中單精度浮點(diǎn)數(shù)的表示和計(jì)算。二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容 假設(shè)沒有浮點(diǎn)表示和計(jì)算的硬件，用軟件方法采用仿真方式實(shí)現(xiàn)IEEE 754單精度浮點(diǎn)數(shù)的表示及運(yùn)算功能，具體要求如下： (1)

2、 程序需要提供人機(jī)交互方式（GUI或者字符界面）供用戶選擇相應(yīng)的功能； (2) 可接受十進(jìn)制實(shí)數(shù)形式的輸入，在內(nèi)存中以IEEE 754單精度方式表示，支持以二進(jìn)制和十六進(jìn)制的方式顯示輸出； (3) 可實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)的加減乘除運(yùn)算； (4) 可以使用80X86或MIPS或ARM匯編指令，但是不能使用浮點(diǎn)指令，只能利用整數(shù)運(yùn)算指令來(lái)編寫軟件完成。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程或算法（源程序） 1. 本次項(xiàng)目我們采用單精度浮點(diǎn)數(shù)格式讀入兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，并讀入一個(gè)操作符，然后根據(jù)操作符類型選擇運(yùn)算類型，加法指令如下： sum:subu$sp,$sp,32 sw $ra,20($sp)sw$fp,16($sp)addiu $fp

3、,$sp,28sw $a0,0($fp) #calculate the first numberandi $s2,$s0,0x80000000 # s2 is the sign srl$s2,$s2,31andi $s3,$s0,0x7f800000# s3 is the exponent srl$s3,$s3,23andi $s4,$s0,0x007fffff# s4 is the fraction addi$s4,$s4,0x00800000 #calculate the second numberandi $s5,$s1,0x80000000 # s5 is the sign srl$s

4、5,$s5,31andi $s6,$s1,0x7f800000# s6 is the exponent srl$s6,$s6,23andi $s7,$s1,0x007fffff# s7 is the fraction addi$s7,$s7,0x00800000sub$t0,$s3,$s6blt$t0,0,sumL1 # add subbgt$t0,0,sumL2# sub addbeq$t0,0,sumL3 2. 減法指令如下：mysub:subu$sp,$sp,32 sw $ra,20($sp)sw$fp,16($sp)addiu $fp,$sp,28sw $a0,0($fp) #calc

5、ulate the first numberandi $s2,$s0,0x80000000 # s2 is the sign srl$s2,$s2,31andi $s3,$s0,0x7f800000# s3 is the exponent srl$s3,$s3,23andi $s4,$s0,0x007fffff# s4 is the fraction addi$s4,$s4,0x00800000 #calculate the second numberxori $s5,$s1,0x80000000 # s5 is the sign srl$s5,$s5,31andi $s6,$s1,0x7f8

6、00000# s6 is the exponent srl$s6,$s6,23andi $s7,$s1,0x007fffff# s7 is the fraction addi$s7,$s7,0x00800000sub$t0,$s3,$s6blt$t0,0,subL1 # +,-bgt$t0,0,subL2# -,+beq$t0,0,subL3# +,+ or -,-3. 乘法指令如下：mutilStart:srl $t2,$s0,31 srl $t3,$s1,31 sll $t4,$s0,1srl $t4,$t4,24 # expsll $t5,$s1,1srl $t5,$t5,24 # ex

7、p # 0.1fracsll$t6,$s0,9srl $t6,$t6,9ori $t6,$t6,0x00800000sll $t6,$t6,8 addi $t4,$t4,1 # 0.1fracsll $t7,$s1,9srl $t7,$t7,9ori $t7,$t7,0x00800000sll $t7,$t7,8addi $t5,$t5,1sub $t4,$t4,127add $t4,$t4,$t5 # final expsub $t5,$t5,$t5mutilCompareSign:add $t2,$t2,$t3sll $t2,$t2,31 # final signmultu $t6,$t7

8、mfhi $t5#regularandi $t8,$t5,0x80000000beq $t8,0x80000000,mutilnextsll $t5,$t5,1sub $t4,$t4,1mutilnext:sll $t5,$t5,1 # IEEE754sub $t4,$t4,1srl $t5,$t5,9 # final fractionmutilFinal:sll $t4,$t4,24srl $t4,$t4,1addu $t2,$t2,$t4addu $t2,$t2,$t5 # resultadd$s2,$t2,$zero# save resultli $v0,4la $a0,msg3sysc

9、all li $v0,2mtc1 $t2,$f12 syscallla $a0,msg0 # new lineli $v0,4syscalllw$ra,20($sp)lw $fp,16($sp)addiu $sp,$sp,32jr$ra 4. 除法指令如下：divideStart:srl $t2,$s0,31 srl $t3,$s1,31 sll $t4,$s0,1srl $t4,$t4,24 # expsll $t5,$s1,1srl $t5,$t5,24 # expsll $t6,$s0,9srl $t6,$t6,9ori $t6,$t6,0x00800000sll $t7,$s1,9sr

10、l $t7,$t7,9ori $t7,$t7,0x00800000sub $t4,$t4,$t5 # final expaddi $t4,$t4,127sub $t5,$t5,$t5divideCompareSign:add $t2,$t2,$t3 sll $t2,$t2,31 # final signsub $t8,$t8,$t8 # use to record divid sub $t3,$t3,$t3 # use to record remaindersub $t5,$t5,$t5 # use as counterdividecompare:bge $t5,24,dividebreako

11、ut #compare the two numberblt $t6,$t7,dividelowerdividegreater:sub $t6,$t6,$t7 #divide is lowersll $t6,$t6,1sll $t8,$t8,1addi $t8,$t8,1addi $t5,$t5,1j dividecomparedividelower:sll $t6,$t6,1sll $t8,$t8,1addi $t5,$t5,1jdividecomparedividebreakout:blt $t8,0x00800000,dividedoSllbge $t8,0x01000000,divide

12、doSrlj divideresultdividedoSll:sll $t8,$t8,1subi $t4,$t4,1blt $t8,0x00800000,dividedoSllj divideresultdividedoSrl:srl $t8,$t8,1addi $t4,$t4,1bge $t8,0x01000000,dividedoSrlj divideresultdivideresult:bgt $t4,255,divideoverFlowsll $t8,$t8,9srl $t8,$t8,9sll $t4,$t4,24srl $t4,$t4,1add $t2,$t2,$t4add $t2,

13、$t2,$t8add$s2,$t2,$zero# save resultli $v0,4la $a0,msg3 #output messagesyscall li $v0,2mtc1 $t2,$f12 syscalljdiviedend 5. 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制指令如下：dex2:subu$sp,$sp,32 sw $ra,20($sp)sw$fp,16($sp)addiu $fp,$sp,28sw $a0,0($fp)add$a0,$s2,$zeroadd $t9,$zero,$a0 sub $t6,$t6,$t6# set $t6=0sub $t7,$t7,$t7 # set $t7=0a

14、ddi $t5,$zero,32 # set $t5=32 as a counteraddi $t8,$zero,0x80000000 # set $t8=1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000beginLoop:addi $t5,$t5,-1# counter -and $t7,$t8,$t9srl $t8,$t8,1srlv $t7,$t7,$t5add $a0,$t7,$zero #output one bitli $v0,1syscallbeq $t5,$t6,Exist #if equals jump exist j beginLoop 6.

15、十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制指令如下：dex16:subu$sp,$sp,32 sw $ra,20($sp)sw$fp,16($sp)addiu $fp,$sp,28sw $a0,0($fp)sub $t0,$t0,$t0# use as countersrloop:bge $t0,8,dex16end #16addi$t0,$t0,1srl$t1,$s2,28sll$s2,$s2,4bgt$t1,9,outcharli $v0,1add$a0,$t1,$zerosyscalljsrloopoutchar:addi $t1,$t1,55# change to charli $v0,11add$a0,$

16、t1,$zerosyscalljsrloopdex16end:la $a0,msg0# new lineli $v0,4syscalllw$ra,20($sp)lw $fp,16($sp)addiu $sp,$sp,32jr$ra四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析和（或）源程序調(diào)試過(guò)程 1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本次實(shí)驗(yàn)我們以十進(jìn)制實(shí)數(shù)形式的輸入兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)，在內(nèi)存中以IEEE 754單精度方式表示，執(zhí)行運(yùn)算操作后，以十進(jìn)制形式把結(jié)果輸出，并且可以以二進(jìn)制和十六進(jìn)制的方式顯示輸出，下圖是執(zhí)行加法運(yùn)算，并輸出二進(jìn)制形式：下圖是執(zhí)行乘法操作，并輸出十六進(jìn)制形式：減法運(yùn)算如下圖：除法運(yùn)算如下圖：當(dāng)輸入錯(cuò)誤，如除數(shù)為0時(shí)，會(huì)顯示

17、錯(cuò)誤信息并退出，如下圖： 2. 實(shí)驗(yàn)分析：本次實(shí)驗(yàn)我們使用MIPS匯編指令，利用整數(shù)運(yùn)算指令來(lái)編寫了一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算程序，通過(guò)在MARS 4.4軟件上進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，得到了正確結(jié)果，本次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了以下功能：(1) 程序提供了人機(jī)交互方式（字符界面）供用戶選擇相應(yīng)的功能；(2) 接受十進(jìn)制實(shí)數(shù)形式的輸入，在內(nèi)存中以IEEE 754單精度方式表示，支持以二進(jìn)制和十六進(jìn)制的方式顯示輸出；(3) 實(shí)現(xiàn)了浮點(diǎn)數(shù)的加減乘除運(yùn)算；(4) 沒有使用浮點(diǎn)指令，只利用了整數(shù)運(yùn)算指令來(lái)完成軟件的編寫。 3. 成員分工：加、減、乘、除四個(gè)運(yùn)算指令程序的編寫。：十進(jìn)制轉(zhuǎn)二進(jìn)制，十進(jìn)制轉(zhuǎn)十六進(jìn)制代碼的編寫。實(shí)驗(yàn)報(bào)告由兩人共同

18、完成。備注：1、教師在布置需撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將報(bào)告書上的“實(shí)驗(yàn)題目”、“實(shí)驗(yàn)性質(zhì)”、“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹薄ⅰ皩?shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容”等項(xiàng)目填寫完成，然后再下發(fā)給學(xué)生。2、教師在布置需撰寫報(bào)告的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)告知學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最后期限。3、學(xué)生應(yīng)按照要求正確地撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1) 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上正確地填寫“實(shí)驗(yàn)時(shí)間”、“實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)”等欄目。2) 將實(shí)驗(yàn)所涉及的源程序文件內(nèi)容（實(shí)驗(yàn)操作步驟或者算法）填寫在“實(shí)驗(yàn)過(guò)程或算法（源程序）”欄目中。3) 將實(shí)驗(yàn)所涉及源程序調(diào)試過(guò)程（輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果）或者實(shí)驗(yàn)的分析內(nèi)容填寫在“實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析和（或）源程序調(diào)試過(guò)程”欄目中。4) 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告頁(yè)腳的“報(bào)告創(chuàng)建時(shí)間：”處插入完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)的日期和時(shí)間。5) 學(xué)生將每個(gè)實(shí)驗(yàn)完成后，按實(shí)驗(yàn)要求的文件名通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提交（上載）到指定的服務(wù)器所規(guī)定的共享文件夾中。每個(gè)實(shí)驗(yàn)一個(gè)電子文檔，如果實(shí)驗(yàn)中有多個(gè)電子文檔（如源程序或圖形等），則用WinRAR壓縮成一個(gè)壓縮包文檔提交，壓縮包文件名同實(shí)驗(yàn)報(bào)告文件名（見下條）。6) 提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子文檔命名為：“年級(jí)（兩位數(shù)字不要“級(jí)”字）專業(yè)（縮寫：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（計(jì)科