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如何在MARIE中将数字x提升到y的幂?

在MARIE中将数字x提升到y的幂,可以通过使用循环和累乘的方式来实现。下面是一个示例的MARIE程序:

  1. 将x的值存储在一个寄存器中,假设为R1。
  2. 将y的值存储在另一个寄存器中,假设为R2。
  3. 将1存储在一个寄存器中,假设为R3,作为累乘的初始值。
  4. 使用循环来进行幂运算,直到y的值减为0。
    • 将R3与R1相乘,并将结果存储在R3中。
    • 将R2的值减1,并将结果存储在R2中。
    • 如果R2的值不为0,则跳转到循环的开始处。
  • 幂运算完成后,R3中存储的就是x提升到y的幂的结果。

这是一个简单的MARIE程序示例,用于演示如何在MARIE中进行幂运算。在实际应用中,可以根据具体需求进行优化和改进。

关于MARIE(Machine Architecture that is Really Intuitive and Easy)是一种教学用的计算机体系结构,用于教授计算机组成原理和计算机体系结构的基本概念。MARIE的特点是简单易懂,适合初学者学习和理解计算机的工作原理。

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程序计数器PC详解

冯 ·诺伊曼计算机体系结构的主要内容之一就是“程序预存储,计算机自动执行”!处理器要执行的程序(指令序列)都是以二进制代码序列方式预存储在计算机的存储器中,处理器将这些代码逐条地取到处理器中再译码、执行,以完成整个程序的执行。为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条取指指令的地址。程序计数器(PC )正是起到这种作用,所以通常又称之为‘指令计数器’。CPU总是按照PC的指向对指令序列进行取指、译码和执行,也就是说,最终是PC 决定了程序运行流向。故而,程序计数器(PC )属于特别功能寄存器范畴,不能自由地用于存储其他运算数据。   在程序开始执行前,将程序指令序列的起始地址,即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC,CPU 按照 PC的指示从内存读取第一条指令(取指)。当执行指令时,CPU自动地修改PC 的内容,即每执行一条指令PC增加一个量,这个量等于指令所含的字节数(指令字节数),使 PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改PC 的过程通常只是简单的对PC 加“指令字节数”。   当程序转移时,转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值,此PC值就是转去的目 标地址。处理器总是按照PC 指向取指、译码、执行,以此实现了程序转移。   ARM 处理器中使用R15 作为PC,它总是指向取指单元,并且ARM 处理器中只有一个PC 寄存器,被各模式共用。R15 有32 位宽度(下述标记为R15[31:0],表示R15 的‘第31位’到‘第0位’),ARM 处理器可以直接寻址4GB 的地址空间(2^32 = 4G )。   (解释什么是字对齐什么是半字对齐)存储器是计算机中用于记忆数据信息的电子装置,它通过记忆“高/低”电平记忆“1/0”能记忆 1 位“1/0”数据的电子单元,称之为存储元,计算机中的存储器通常将每8 个这样的存储元组成一个单元,称之为字节,字节是处理器访问存储器的最小单位。ARM 处理器对存储器空间的访问分辨率以字节为最小单位;ARM 处理器还支持 16bit 数据(2 字节)的存储器访问和 32bit数据(4 子节)的存储器访问。在ARM 中将32 位的数据称之为‘字’,将 16 位的数据称之为‘半字’。    ARM 处理器在对于“字”/ “半字”数据进行访问时,对数据的存储格式是有要求的。要求被访问的“半字”必须存放在存储器紧邻的两个字节单元,并且首字节地址必须能被2整除,这样存储的 16bit 数据称为 ‘半字对齐’存储数据,16bit 数据这样的存储方式称为 ‘半字对齐’存储。类似的,ARM 处理器在进“字”数据访问时,要求被访问的“字”必须 存放在存储器紧邻的4 个字节单元,并且首字节地址必须能被4 整除,这样存储的32bit 数 据称为‘字对齐’存储数据,32bit 数据这样的存储方式称为‘字对齐’存储。   能被2 整除数据的二进制表示,其最低位一定是‘0’;能被4 整除数据的二进制表示,其最低两位一定是‘00’。ARM 体系要求32 位长的ARM 指令在存储器中必须字对齐存储,16 位长的 Thumb 指令必须半字对齐存储。因此,在ARM 状态下,R15 的值总是能被4 整除,也就是R15 寄存器的最低2 位总是 0;Thumb 状态下,R15 的值总是能被2 整除,也就是R15 寄存器的最低位总是0。

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ARM指令集

ARM指令的基本格式为: <Opcode> {<Cond>} {S} <Rd>, <Rn> { , <Opcode2> } 其中,<>内的项是必需的,{}内的项是可选的。 1)Opcode项 Opcode是指令助记符,即操作码,说明指令需要执行的操作,在指令中是必需的。 2)Cond项(command) Cond项表明了指令的执行的条件,每一条ARM指令都可以在规定的条件下执行,每条ARM指令包含4位的条件码,位于指令的最高4位[31:28]。 条件码共有16种,每种条件码用2个字符表示,这两个字符可以添加至指令助记符的后面,与指令同时使用。 当指令的执行条件满足时,指令才被执行,否则指令被忽略。如果在指令后不写条件码,则使用默认条件AL(无条件执行)。 指令的条件码 条 件 码 助记符后缀 标 志 含 义 0000 EQ Z置位 相等equal 0001 NE Z清零 不相等not equal 0010 CS C置位 无符号数大于或等于Carry Set 0011 CC C清零 无符号数小于 0100 MI N置位 负数minus 0101 PL N清零 正数或零plus 0110 VS V置位 溢出 0111 VC V清零 没有溢出 1000 HI C置位Z清零 无符号数大于high 1001 LS Z置位C清零 无符号数小于或等于less 1010 GE N等于V 带符号数大于或等于 1011 LT N不等于V 带符号数小于least 1100 GT Z清零且(N等于V) 带符号数大于great 1101 LE Z清零或(N不等于V) 带符号数小于或等于 1110 AL 忽略 无条件执行all 1111 条件码应用举例: 例:比较两个值大小,并进行相应加1处理,C语言代码为: if ( a > b ) a++; else b++; 对应的ARM指令如下(其中R0中保存a 的值,R1中保存b的值): CMP R0, R1 ; R0与R1比较,做R0-R1的操作 ADDHI R0, R0, #1 ;若R0 > R1, 则R0 = R0 + 1 ADDLS R1, R1, #1 ; 若R0 <= R1, 则R1 = R1 + 1 CMP比较指令,用于把一个寄存器的内容和另一个寄存器的内容或一个立即数进行比较,同时更新CPSR中条件标志位的值。指令将第一操作数减去第二操作数,但不存储结果,只更改条件标志位。 CMP R1, R0 ;做R1-R0的操作。 CMP R1,#10 ;做R1-10的操作。 3)S项(sign) S项是条件码设置项,它决定本次指令执行的结果是否影响至CPSR寄存器的相应状态位的值。该项是可选的,使用时影响CPSR,否则不影响CPSR。 4)

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