计算机组成和结构实验指南2015年春季学期.docVIP

计算机组成与结构实验指南 程序性能分析 实验目标 学习使用Linux系统命令time查看程序执行时间； 学习使用Linux系统工具perf查看程序执行中的性能事件； 学习使用clock()函数和gettimeofday()函数记录程序执行的CPU时间和实际时间。 实验条件 Linux操作系统； Linux操作系统内核源代码和程序开发工具GCC，MAKE； Linux下标准C/C++运行时库。 实验准备 安装Linux操作系统； 如果发现Linux默认安装没有带GCC和MAKE等编译开发工具，那么要下载安装编译开发工具； 获取Linux内核源代码，编译安装perf工具（参考/developerworks/cn/linux/l-cn-perf1/index.html中有关内容）； 利用图书馆或互联网资源，了解Linux系统命令time的用法（例如：/time）； 利用图书馆或互联网资源，了解Linux系统工具perf的用法（例如：/index.php/Tutorial）； 利用图书馆或互联网资源，了解标准C/C++运行时库的clock()和gettimeofday()函数用法（例如：/info/functions/time.html）； 实验内容 数的表示 实验目标 掌握数的二进制表示方法，并能运用于编程中； 通过编写位操作程序了解对二进制数的位操作。/wiki/Operators_in_C_and_C%2B%2B）。 实验内容/CertCom/game/binary_game_page.htm）； 编写程序把一个二进制数中1的个数，最高位1的位置和最低位1的位置显示出来。程序接受用户输入的一个整数（正负均可），输出该整数，以及其中1的个数，最高位1的位置，最低位1的位置。一个示例的输出如下： 用GCC编译程序运行，检查程序运行是否正确。 思考问题 C语言中的无符号整型和带符号整型数各采用了什么二进制编码，表示范围如何； C语言中有哪些不同宽度的整数类型，怎么处理； 算术移位和逻辑移位是什么含义，有什么区别； C语言中移位运算是如何区分算术移位和逻辑移位的； 本实验中应使用哪种移位运算，怎样实现要求的功能。 报告要求 实验报告需要有姓名，学号，班级，实验名称，实验目标，实验条件，实验内容，实验记录，实验分析等项目； 实验记录需要有如下信息：（1）实验机器CPU配置，内存配置，操作系统名称和版本号，内核版本号，GCC版本号；（2）二进制数各位分析程序源代码，GCC编译命令文本；（3）测试记录要有整个命令文本或程序输入输出的截图，测试至少用5个数（最大正数，最小正数，最大负数，最小负数，零），建议增加另外5个数总共10个数做测试，程序输出结果要与手工计算结果一同列出（或者输出数的二进制表示替代手工计算），以便验证结果是否正确。 实验分析要根据实验记录中的程序源代码，以及测试得到的结果，回答思考问题中各个问题。  指令的表示 实验目标 了解汇编语言，加深对指令二进制编码的理解； 了解GDB调试器的用法。 实验条件 Linux操作系统； Linux操作系统程序开发工具GCC，GDB和objdump； 实验准备 安装Linux操作系统； 如果发现Linux默认安装没有带GCC、GDB和objdump等编译开发工具，那么要下载安装编译开发工具； 回顾教材2.5-2.6节，A.1节中关于指令的二进制表示方法和汇编语言的内容； 利用图书馆或互联网资源，了解GCC命令（例如：/man/1/gcc）； 利用图书馆或互联网资源，了解GDB和objdump等调试和二进制目标文件查看工具（例如：/developerworks/cn/linux/sdk/gdb/index.html（GDB的介绍），以及/man/1/objdump（objdump的命令手册））。 实验内容–g 编译参数进行编译，运行并验证正确； 使用objdump带 –S 参数查看编译后可执行文件内容。输出的结果应该与下面的例子类似，包含指令的二进制编码，汇编代码和源代码（具体的输出应该与所编写的程序内容有关）： 请截图作为记录； 用GDB调试程序执行文件，练习GDB的file，run，next，break，print，list，disassemble等命令，请截图作为记录。 思考问题 GCC的 –g 编译参数有什么含义； objdump的 –S 参数有什么含义； 程序中的条件语句编译为了哪些机器指令； 程序中的循环语句编译为了哪些机器指令； GDB的file，run，next，break，print，list，disassemble命令各有什么含义。 报告要求 实验报告需要有姓名，学号，班级，实验名称，实验目标，实验条件，实验内容，实验记录，实验分析等项目； 实验记录需要有如下信息：