ICS5 PA

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PA1-1 24.5.30

又开始了ICS之旅，这次又给自己下了一个难度，找到了汪亮老师讲解的ICS 5！

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第一课的目标是修正一个register错误声明

insteresting

  • 中途网易源Bad Gateway 502了，更换清华源，学会了:%s/163/tuna/g非常爽！
  • 又学了几个终端快捷键
  • 想到了用 ccache 加速我的PA

problems

  1. union 和 struct 的区别？
    unioin 在同一个内存空间中存储不同的数据类型。
    struct 则是同时存储不同的数据类型。
  2. 为什么要用 union？阅读i386手册
    2.3.1 General Registers
    As Figure 2-5 shows, the low-order word of each of these eight registers has a separate name and can be treated as a unit. This feature is useful for handling 16-bit data items and for compatibility with the 8086 and 80286 processors. The word registers are named AX, BX, CX, DX, BP, SP, SI, and DI.
    对于CPU来说，可以把AH AX AL看成单独的单元，拆分成小块。所以它们是共用关系。

PA1-2 ALU 24.6.5

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实现ALU中的各类运算，包括设置标志位

knowledge

Appendix C

Name Function
CF Carry Flag ── Set on high-order bit carry or borrow; cleared otherwise.
PF Parity Flag ── Set if low-order eight bits of result contain an even number of 1 bits; cleared otherwise.
ZF Zero Flag ── Set if result is zero; cleared otherwise.
SF Sign Flag ── Set equal to high-order bit of result (0 is positive, 1 if negative).
OF
 Overflow Flag ── Set if result is too large a positive number or too small a negative number (excluding sign-bit) to fit in destination operand; cleared otherwise.

ADD

Operation
DEST ← DEST + SRC;
Flags Affected
OF, SF, ZF, AF, CF, and PF as described in Appendix C

ADC

ADD with Carry：“带进位的加法”操作，需要看操作数是否已经进位
Operation
DEST ← DEST + SRC + CF;
Flags Affected
OF, SF, ZF, AF, CF, and PF as described in Appendix C
注意CF标志位需要特殊设置，考虑之前的进位状态

SUB

借位：A - B，当A小于B时，结果为一个负数，产生了借位。
根据这个规则完成set_CF_sub()
在做减法时，
如果用一个正数减去一个负数得到一个负的结果，
或者用一个负数减去一个正数然后得到一个正的结果，
则发生了溢出 。
根据上面的规则比较符号，即可完成set_OF_sub()

SBB

Sub with Borrow
什么时候产生借位？
1. 和普通减法一样10-1， 0<1，产生借位
2. 已经借位的时候，130-31，3 不小于 3，但是3已经产生借位，所以(3-1借位)<3的时候，产生借位
根据上面规则，即可完成set_CF_sbb()

SHL

Shift Left
左移操作，CF位是最高位；只移1位时才需要设置OF（CF和操作数不相同时）
注意：符号位不等于最高位！

DIV

实现除法需要完成MOD
注意，dest是被除数，src是除数

PA1-3 FPU 24.7.30

按照手册和伪代码实现FPU的规格化操作，以及加法和乘法。注意NEMU的实现中，fraction包含Guard、Round、Sticky位，共23+3=26位。

加法

小阶向大阶对齐，shift right，exp–
根据guide处理各种情况即可

inline uint32_t internal_normalize(uint32_t sign, int32_t exp, uint64_t sig_grs) {
    if( /* 需要进行右规 */ ) {
        while( /* 需要右规 且 未发生阶码上溢*/ ) {
            /* 右规一次 */
        }
        if( /* 发生了阶码上溢 */ ) {
            /* 根据符号将结果置为 +∞ 或 -∞ */
        }
    } else if( /* 需要进行左规 */ ) {
        while( /* 需要左规 且 阶码大于0 */ ) {
            /* 左规一次 */        
        }
        if( /* 发生了阶码==0 */ ) {
            /* 右移一次化为非规格化浮点数 */
        }
    } else if( /* 两个非规格化数运算后得到了一个规格化数 */ ) {
        exp++; 
    }

    if( /* 规格化过程中未发生溢出 */ ) {
        /* 根据sig_grs最后三位GRS bits的取值决定舍入，采取就近舍入到偶数的方式 */
        /* 移除sig_grs最后三位保留的GRS bits*/
        if( /* 舍入后破坏了规格化 */ ) {
            /* 再进行规格化并判断溢出 */
        }
    }
    
    // 假设最后的结果的符号、阶码、尾数保留在sign, exp, sig_grs中
    FLOAT f;
    f.sign = sign;
    f.exponent = (uint32_t) (exp & 0xff);
    f.fraction = sig_grs; // here only the lowest 23 bits are kept
    return f.val;
}

乘法

非常简单，浮点相乘就是尾数相乘，阶码相加

加入GRS bits后，等同于约定中间结果的小数部分为26位。
对于除法而言，将被除数左移shift位后除以除数得到的小数部分为shift位，为了保证中间结果的小数部分为26位且真值不变，将多余的shift – 26位从阶码中减去，最后的阶码等于fa.exponent - fb.exponent + 127 – (shift – 26)。
对于乘法而言，用两个小数点后为23位的尾数相乘得到的乘积尾数小数点后为46位，为了保证中间结果的小数点后依然是26位，我们将多出来的46 – 26 = 20位归于阶码，因此阶码就是fa.exponent + fb.exponent - 127 - 20。

规格化

如果sig_grs >> (23 + 3) > 1，则需要右规直至sig_grs >> (23 + 3) == 1；
反之如果sig_grs >> (23 + 3) == 0且不是非规格化浮点数（exp > 0），则需要左规直至sig_grs >> (23 + 3) == 1。
注意这里的23 + 3的取值是因为我们在临时尾数的最低三位保留了GRS bits的缘故，也就是上文所述的等同于中间结果尾数sig_grs的小数部分约定为26位。
在规格化过程中，根据规格化的方向确定尾数右移还是左移，并对阶码进行增减操作。右规过程中需要保留粘位。
同时在每次右移前都要检查阶码上溢（exp >= 0xff）的情形。
在左规过程中，则有可能发生结果出现非规格化浮点数的情况（阶码变为exp == 0），此时需要将尾数额外右移1位以对应非规格化浮点数阶码是2 ^-126的约定（否则单纯从数值上看阶码全0对应2 ^ -127）。

整数部分不是1，(sig_grs >> 26) > 1，，需要进行右移；整数部分 < 1（也就是等于0）则需要进行左移

舍入

就近舍入偶数的规则可以参考视频和袁春风老师的书。

  1. Guard位为0，Round、Sticky不为0，舍去
  2. Guard位为1，Round、Sticky为0，确保尾数是偶数
  3. Guard位为1，Round、Sticky不为0，进位
    注意最后要处理掉GRS位

PA2-1

示例修改文件

objdump -d ./testcase/bin/mov | less

nemu/src/cpu/instr/jmp.c // 包含.h
nemu/include/cpu/instr/jmp.h // 声明函数

nemu/src/cpu/decode/opcode.c // 替换

nemu/include/cpu/operand.h // OPERAND read/write