本文最后更新于：2023年3月24日晚上

计算机系统实验二 Datalab 实验报告

1.实验目的：

补充完整 bits.c 文件内容，完成实验；
了解机器中对整型、浮点数的存储方式；
熟悉位操作，完成一系列指令。

2.实验准备

学习 CSAPP 书上的相关信息表示部分；
配置好虚拟机环境。

3.实验任务

补充完整 bits.c 文件内容，并利用 btest 程序进行测试。

1.bitAnd

要求：输出两个数按位与操作后的值。
实现：参数 x，y 分别按位取反后，进行或操作，最后再将结果取反即可（数学推导而成）

代码截图：

2.getByte

要求：将整型数据 x 的第 n 个字节取出。
实现：直接将 x 右移 n*8 个位后，与 0xFF 进行与操作，取出最后一个字节即可。

代码截图：

3.logicalShift

要求：实现逻辑右移，由于 >> 为算术右移，需要实现负数的逻辑右移。
实现：将 x 算术右移 n 位后，与 ~(1 << 31) >> n) << 1)进行与操作，这样可以使负数算术右移后，前面的一串 1 改为 0 ，达到逻辑右移的目的。

代码截图：

4.bitCount

要求：计算出x中有多少个1。
实现：计算出每两位中1的个数，用对应的两位进行存储，随后计算每四位中，再计算每8位，最后可得到结果。

代码截图：

5.bang

要求：不使用逻辑取反的情况下实现逻辑取反。
实现：用x或其负数，再右移31位取符号位+1即可。利用了x取反后，符号位均为1，除x == 0外的特性。

代码截图：

6.tmin

要求：输出最小的二进制补码。
实现：最小的二进制补码是0x80000000。

代码截图：

7.fitsBits

要求：给出一个数，判断x 是否能最少被 n 位表示。
实现：对于正数，若 x 右移 n -1 位（这一个是符号位，不可缺少），剩余的都是0，即可，对于负数，剩余的应该都是1。

代码截图：

8.divpwr2

要求：输出x除以2的n次幂后，向0取整的结果。
实现：正数直接右移n位即可，负数需进行调整。

代码截图：

9.negate

要求：实现取反。
实现：直接按位取反+1（取补码）即可。

代码截图：

10.isPositive

要求：判断 x 是否大于0；
实现：对 x == 0 单独讨论即可

代码截图：

11.isLessOrEqual

要求：判断x是否小于等于y
实现：用y-x，判断符号位即可。

代码截图:

12.ilog2

要求：求xlog2的值
实现：在这个实现中，我们首先将结果初始化为0。然后，我们使用位运算符逐步将结果设置为x的二进制表示中最高位1的位置。具体来说，我们首先检查x的高16位是否有1，如果有，则将结果的高4位设置为4。然后，我们将x右移结果的值，以便在下一步中检查剩余的位。我们重复这个过程，直到我们检查了x的所有位。最后，我们返回结果。

代码截图：

13.float_neg

要求：浮点数取反
实现：先将NaN直接返回无需操作，其余数据修改符号位即可。

代码截图：

14.float_i2f

要求：将int转换为float
实现：首先使用0x80000000获取x的符号位，如果x的符号位上是1，则求其补码。这一过程通过if判断实现。之后，通过while循环寻找除符号位外最高位1的位置，由于0x0和0x80000000去除符号位后对循环跳出条件有影响（会陷入死循环），故作为特殊边界值取出，单独做返回值。找到最高位1的位置后加上偏置量即可得到阶码的数值，再通过移位操作即可转移到指定的地方。对x进行左移操作，使32位中仅保留尾数相关的信息。取前23位作为尾数基础部分，后9位作为判断舍入的依据。若后9位不处于中间值则按照“大于进位，小于保留原状态”的方式处理。若处于中间值，则看23位的最后一位，如果它是1则选择“进位+1”，如果它是0则选择“保持原状态”。最后，整合各部分结果即可得到题目要求的结果。

代码截图：