PA1实验报告1

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【PA1实验报告1】是关于计算机系统和软件开发的一个实验项目，主要涵盖了以下几个关键知识点：1. **指令集架构**：实验的目标之一是熟悉指令集的架构。指令集是计算机处理器理解和执行的基本命令集合，它定义了处理器如何处理数据和控制硬件。在这里，虽然可以选择不同的指令集，如RISC-V或x86，但因为实现多个指令集的复杂性，实验选择了x86。x86架构是一种复杂的CISC（复杂指令集计算）架构，包含了大量的单条指令，可以执行多种操作。2. **图灵机原理**：图灵机是一种理论计算模型，用于描述通用计算能力的极限。在实验中，探究图灵机的运行原理意味着理解其基本操作，包括如何读取和修改存储带上的符号，以及如何根据当前状态和读取的符号来改变状态和移动读写头。3. **调试器的工作原理**：调试器是软件开发中的重要工具，用于检查和控制程序的执行。实验要求用代码模拟寄存器结构，实现调试器的基本功能。这包括设置断点、单步执行、查看寄存器和内存状态等。调试器的工作原理涉及追踪程序执行流程，中断执行以便分析，并能恢复执行以继续调试。4. **寄存器结构模拟**：在x86架构中，有不同大小的寄存器，如32位、16位和8位寄存器。实验要求使用`union`结构来模拟这些寄存器，因为`union`可以在同一内存空间中存储不同大小的数据类型，从而反映x86寄存器的共用特性。例如，EAX寄存器可以视为AX、AH和AL的组合。5. **NEMU模拟器**：NEMU是一个程序模拟器，它的目的是使其他程序能够在NEMU上运行，就像在真实的硬件上一样。实验中提到的`init_monitor()`函数是NEMU启动时调用的关键初始化函数，负责处理参数解析、日志文件初始化、镜像加载和ISA相关的初始化工作。`load_img()`函数用于加载客户程序的镜像，而`init_isa()`则涉及CPU状态的初始化，包括寄存器的设置。6. **内存管理**：实验中提到了固定内存位置0x10000来加载客户镜像，以及抽象出来的API如`isa_default_img[]`和`isa_default_img_size`，这些API简化了镜像加载和内存管理。7. **设备初始化**：`init_device()`函数用于初始化设备，这是模拟真实计算机环境的关键部分，因为模拟器需要模拟I/O设备以处理输入输出操作。8. **断点和监视点**：实验还要求实现监视点功能，即断点。断点是调试中的一个关键元素，允许在特定代码行暂停程序执行，以便检查程序的状态。这个实验全面地覆盖了计算机系统的基础知识，从底层的指令集到高级的调试技术，旨在加深学生对计算机系统运行机制的理解，并提供实践经验。通过这样的实验，学生不仅能够学习到理论知识，还能提升实际编程和解决问题的能力。