中南大学 计算机体系结构实验报告.docx

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中南大学计算机体系结构实验报告

计算机体系结构

课程设计

学院：

　信息科学与工程学院

专业班级：

指导老师：

学号：

姓名：

实验1对指令操作码进行霍夫曼编码

一、实验目的

了解和掌握指令编码的基本要求和基本原理

二、实验内容

1.使用编程工具编写一个程序，对一组指令进行霍夫曼编码，并输出最后的编码结果

以及对指令码的长度进行评价。

与扩展操作码和等长编码进行比较。

2.问题描述以及问题分析

举例说明此问题，例如：

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

0.45

0.30

0.15

0.05

0.03

0.01

0.01

有一组指令的操作码共分七类，它们出现概率如

下表所示：

对此组指令进行HUFFMAN编码正如下图所示：

最后得到的HUFFMAN编码如下表所示：

P1

P2

P3

P4

P5

P6

P7

0

10

110

1110

11110

111110

111111

最短编码长度为：

H=0.45*1+0.30*2+0.15*3+0.05*4+0.03*5+0.01*6+0.01*6=-1.95.

要对指令的操作码进行HUFFMAN编码，只要根据指令的各类操作码的出现概率构造

HUFFMAN树再进行HUFFAM编码。

此过程的难点构造HUFFMAN树，进行HUFFAM编

码只要对你所生成的HUFFMAN树进行中序遍历即可完成编码工作。

三、设计思路

观察上图，不难看出构造HUFFMAN树所要做的工作：

1、先对各指令操作码的出现

概率进行排序，构造一个有序链表。

2、再取出两个最小的概率节点相加，生成一个生的节

点加入到链表中，同时从两表中删除此两个节点。

3、在对链表进行排序，链表是否只有一

个节点，是则HUFFAN树构造完毕，否则继续做2的操作。

为此设计一个工作链表（链表

的元素时类，此类的功能相当结构。

）、HUFFMAN树节点、HUFFMAN编码表节点。

四、关键代码

哈夫曼树重点在于如何排列权值大小不同的结点的顺序 

private int leafNum;                         //叶子结点个数     private HaffmanNode[] hnodes;                //哈夫曼树的结点数组          

public HaffManCode（double[] weight）             //构造指定权值集合的哈夫曼树     { 

 int n = weight.length;                   //n个叶子结点         this.leafNum = n; 

 this.hnodes = new HaffmanNode[2*n-1];    //n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点 

 for（int i=0; i

        for（int i=0; i

         double min1, min2;             int x1, x2; 

            min1 = min2 = Integer.MAX_VALUE; //选择最小和次最小权值，初值为最大权值 

            x1 = x2 = -1;                       //记录两个无父母的最小权值结点下标             for（int j=0; j

                if（hnodes[j].weight

                    min2 = min1;                     x2 = x1; 

                    min1 = hnodes[j].weight;     //min1记下最小权值                   

  x1 = j;                      //x1记下最小权值结点的下标                 } 

                else if（hnodes[j].weight

                    min2 = hnodes[j].weight; 

                    x2 = j;                      //x2记下次最小权值结点的下标 

                }            

 }

五、实验截图

六、源代码

publicclasshuffman{

privateStringstr;

publichuffman（Stringstr）{

this.str=str;

}

/**

*创建节点类

*@paramargs

*/

classNode{

Nodeleft;

Noderight;

intdata;

charc;

Stringcode="";

}

/**

*节点数组（字符串类）

*@paramargs

*/

publicvoidcreatTree（）{

//先去掉重复的字符串，若不存在将字符加在strRepeat中

StringstrRepeat="";

for（inti=0;i

charc=str.charAt（i）;

//判断是否存在

if（strRepeat.indexOf（c）==-1）{//找到字符位置并返回字符所在的位置

strRepeat+=c;

}

}

//统计字符出现的次数并建立节点

Node[]nodes=newNode[strRepeat.length（）];//定义了一个nodes数组

//存储节点的坐标值

ints=0;

for（inti=0;i

charc=strRepeat.charAt（i）;

intcount=getCount（str,c）;//c在string中出现的次数

Nodenode=newNode（）;

node.data=count;

node.c=c;

nodes[s++]=node;

}

//创建哈弗曼树

while（nodes.length>1）{

sort（nodes）;

Nodenode=newNode（）;

Noden1=nodes[0];

Noden2=nodes[1];

node.data=n1.data+n2.data;

node.left=n1;

node.right=n2;

//改变节点数组长度

Node[]nodes2=newNode[nodes.length-1];

for（inti=2;i

nodes2[i-2]=nodes[i];

}

nodes2[nodes2.length-1]=node;

nodes=nodes2;

}

Noderoot=nodes[0];

printCode（root,""）;

}

/**

*统计字符出现的次数get方法

*/

privateintgetCount（Stringstr,charc）{

intcount=0;

for（inti=0;i

if（c==str.charAt（i））

count++;

}

returncount;

}

/**

*冒泡排序法

*@paramnodes

*/

publicvoidsort（Node[]nodes）{

for（inti=0;i

for（intj=i+1;j

if（nodes[i].data>=nodes[j].data）{

//交换节点对象

Nodetemp=nodes[i];

nodes[i]=nodes[j];

nodes[j]=temp;

}

}

}

}

/**

*打印编码

*@paramargs

*/

publicvoidprintCode（Nodenode,Stringcode）{

if（node!

=null）{

if（node.left==null&&node.right==null）

System.out.println（node.c+"..."+node.data+"的编码是：

"+code）;

printCode（node.left,code+""+0）;

printCode（node.right,code+""+1）;

}

}

publicstaticvoidmain（String[]args）{

Stringstr="addbate";

huffmanhf=newhuffman（str）;

hf.creatTree（）;

}

}

实验2使用LRU方法更新Cache

一、实验目的

了解和掌握寄存器分配和内存分配的有关技术。

二、实验内容

LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以置换。

该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来经历的时间T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中T值最大的，即最近最久没有访问的页面。

这是一个比较合理的置换算法。

举例说明此问题，例如：

有一个CACHE采用组相连映象方式。

每组有四块，为了实现LRU置换算法，在快表中为每块设置一个2位计数器。

我们假设访问序列为“1,1,2,4,3,5,2,1,6,7,1,3”。

在访问CACHE的过程中，块的装入，置换及命中时，具体情况如下表所示：

三、设计思路

LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以置换。

该算法赋予每个页面一个访问

字段，用来记录一个页面自上次被访问以来经历的时间T，当须淘汰一个页面时，选择现有

页面中T值最大的，即最近最久没有访问的页面。

这是一个比较合理的置换算法。

四、程序截图

五、实验代码

importjava.awt.*;

importjava.awt.event.*;

importjavax.swing.*;

importjavax.swing.table.*;

publicclasslruextendsFrame{

publicstaticvoidmain（String[]args）{

JFrame.setDefaultLookAndFeelDecorated（true）;

lrulruc=newlru（）;

lruc.lauchFrame（）;

}

JLabeljlabel2;

JTextFieldjtf2;

JButtonjb_input;

JScrollPanejsp;

JTablejt;

DefaultTableModeldtm;

staticintlist=1,count=list-1;

inttime1=0;

inttime2=0;

inttime3=0;

inttime4=0;

publicvoidlauchFrame（）{

this.setLayout（null）;

this.setBounds（100,100,540,320）;

//this.setBackground（Color.cyan）;

this.setVisible（true）;

jlabel2=newJLabel（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

jtf2=newJTextField（）;

jb_input=newJButton（"输入"）;

jlabel2.setBounds（20,50,140,20）;

jtf2.setBounds（155,50,50,20）;

jb_input.setBounds（240,50,60,20）;

this.add（jlabel2）;

this.add（jtf2）;

this.add（jb_input）;

this.addWindowListener（newWindowAdapter（）{

publicvoidwindowClosing（WindowEvente）{

System.exit（0）;

}

}）;

jb_input.addActionListener（newInputActionListener（））;

Object[]title={"访问序列","Cache块0","Cache块1","Cache块2","Cache块3","状态"};

dtm=newDefaultTableModel（title,0）;

jt=newJTable（dtm）;

jsp=newJScrollPane（jt）;

jsp.setBounds（50,80,440,197）;

jsp.setBackground（Color.black）;

this.add（jsp）;

}

classInputActionListenerimplementsActionListener{//没有输入值，提示

publicvoidactionPerformed（ActionEvente）{

if（jtf2.getText（）.equals（""））{

Object[]options={"OK"};

JOptionPane.showOptionDialog（null,"输入错误，请按提示输入！

","警告",

JOptionPane.DEFAULT_OPTION,JOptionPane.WARNING_MESSAGE,

null,options,options[0]）;

}

list++;

if（count<4）{//count记录装入cache块的页面数

switch（count）{

case0:

//cache块中没有装入页面的情况

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jtf2.getText（）,"","","","装入"}）;

time2++;

time3++;

time4++;

count++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

break;

case1:

//cache块中装入一个页面的情况

if（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,1）））{//要访问的页面刚好在cache0中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,"","","","命中"}）;

time2++;

time3++;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}else{//要访问的页面不在cache块中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jtf2.getText（）,"","","装入"}）;

time1++;

time2=0;

time3++;

time4++;

count++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}

break;

case2:

//cache块中装入两个页面的情况

if（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,1）））{//要访问的页面刚好在cache0中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,"","","命中"}）;

time1=0;

time2++;

time3++;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}elseif（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,2）））{//要访问的页面刚好在cache1中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,"","","命中"}）;

time1++;

time2=0;

time3++;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}else{//要访问的页面不在cache块中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,jtf2.getText（）,"","装入"}）;

time1++;

time2++;

time3=0;

time4++;

count++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}

break;

case3:

//cache块中装入三个页面的情况

if（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,1）））{//要访问的页面刚好在cache0中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,jt.getValueAt（list-3,3）,"","命中"}）;

time1=0;

time2++;

time3++;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}elseif（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,2）））{//要访问的页面刚好在cache1中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,jt.getValueAt（list-3,3）,"","命中"}）;

time1++;

time2=0;

time3++;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}elseif（jtf2.getText（）.equals（jt.getValueAt（list-3,3）））{//要访问的页面刚好在cache2中

dtm.addRow（newObject[]{jtf2.getText（）,jt.getValueAt（list-3,1）,jt.getValueAt（list-3,2）,jt.getValueAt（list-3,3）,"","命中"}）;

time1++;

time2++;

time3=0;

time4++;

jtf2.setText（""）;

jlabel2.setText（"请输入第"+list+"个访问页面:

"）;

}

else{//要访问的页面不在cache块中

dtm.ad