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:目录实验 1 对指令操作码进行霍夫曼编码 (3)一、实验目得 (3)二、实验内容 (3)三、设计思路 (4)四、关键代码 (4)五、实验截图 (5)六、源代码 (5)实验 2 使用 LRU 方法更新 Cache (8)一、实验目得 (8)二、实验内容 (8)三、设计思路 (9)四、程序截图 (9)五、实验代码 (9)实验总结 (16)参考文献 (16)实验 1 对指令操作码进行霍夫曼编码一、实验目得了解与掌握指令编码得基本要求与基本原理二、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,并输出最后得编码结果以及对指令码得长度进行评价。
与扩展操作码与等长编码进行比较。
2、问题描述以及问题分析举例说明此问题,例如:下表所示:对此组指令进行 HUFFMAN 编码正如下图所示:最后得到得 HUFFMAN 编码如下表所示:P1 P2 P3 P4 P5 P6 P70 10 110 1110 11110 111110 111111H=0、45*1+0、30*2+0、15*3+0、05*4+0、03*5+0、01*6+0、01*6=-1、95、要对指令得操作码进行 HUFFMAN 编码,只要根据指令得各类操作码得出现概率构造HUFFMAN 树再进行 HUFFAM 编码。
此过程得难点构造 HUFFMAN 树,进行 HUFFAM 编码只要对您所生成得 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 ,不难瞧出构造 HUFFMAN 树所要做得工作:1、先对各指令操作码得出现概率进行排序,构造一个有序链表。
2、再取出两个最小得概率节点相加,生成一个生得节点加入到链表中,同时从两表中删除此两个节点。
3、在对链表进行排序,链表就是否只有一个节点,就是则 HUFFAN 树构造完毕,否则继续做 2 得操作。
为此设计一个工作链表(链表得元素时类,此类得功能相当结构。
)、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得结点得顺序private int leafNum; //叶子结点个数private HaffmanNode[] hnodes; //哈夫曼树得结点数组public HaffManCode(double[] weight) //构造指定权值集合得哈夫曼树{int n = weight、length; //n个叶子结点this、leafNum = n;this、hnodes = new HaffmanNode[2*n-1]; //n个叶子结点得哈夫曼树共有2n-1个结点for(int i=0; i<n; i++) //结点数组初始化有n个叶子结点this、hnodes[i] = new HaffmanNode(weight[i]);for(int i=0; i<n-1; i++) //构造n-1个2度结点,每循环一次,构造一个2度结点{double min1, min2; int x1, x2;min1 = min2 = Integer、MAX_VALUE; //选择最小与次最小权值,初值为最大权值x1 = x2 = -1; //记录两个无父母得最小权值结点下标for(int j=0; j<n+i; j++) //查找两个无父母得最小权值结点{if(hnodes[j]、weight<min1 && hnodes[j]、parent==-1) {min2 = min1;x2 = x1;min1 = hnodes[j]、weight; //min1记下最小权值x1 = j; //x1记下最小权值结点得下标}else if(hnodes[j]、weight<min2 && hnodes[j]、parent==-1) {min2 = hnodes[j]、weight;x2 = j;//x2记下次最小权值结点得下标}}五、实验截图六、源代码public class huffman {private String str;public huffman(String str){this、str=str;}/*** 创建节点类* param args*/class Node{Node left;Node right;int data;char c;}/*** 节点数组(字符串类)* param args*/public void creatTree(){//先去掉重复得字符串,若不存在将字符加在strRepeat中String strRepeat="";for(int i=0;i<str、length();i++){char c=str、charAt(i);//判断就是否存在if(strRepeat、indexOf(c)==-1){ //找到字符位置并返回字符所在得位置strRepeat+=c;}}//统计字符出现得次数并建立节点Node[] nodes=new Node[strRepeat、length()]; //定义了一个nodes数组//存储节点得坐标值int s=0;for(int i=0;i<strRepeat、length();i++){char c=strRepeat、charAt(i);int count=getCount(str,c); //c在string中出现得次数Node node=new Node();node、data=count;node、c=c;nodes[s++]=node;}//创建哈弗曼树while(nodes、length>1){Node node=new Node();Node n1=nodes[0];Node n2=nodes[1];node、data=n1、data+n2、data;node、left=n1;node、right=n2;//改变节点数组长度Node[] nodes2=new Node[nodes、length-1];for(int i=2;i<nodes、length;i++){nodes2[i-2] = nodes[i];}nodes2[nodes2、length-1]=node;nodes=nodes2;}Node root=nodes[0];printCode(root,"");}/*** 统计字符出现得次数 get方法*/private int getCount(String str,char c){int count = 0;for(int i=0;i<str、length();i++){if(c==str、charAt(i))count++;}return count;}/*** 冒泡排序法* param nodes*/public void sort(Node[] nodes){for(int i=0;i<nodes、length;i++){for(int j=i+1;j<nodes、length;j++){if(nodes[i]、data>=nodes[j]、data){//交换节点对象Node temp=nodes[i];nodes[i]=nodes[j];nodes[j]=temp;}}}}/*** 打印编码* param args*/public void printCode(Node node,String code){if(node != null){if(node、left==null && node、right==null)System、out、println(node、c+"、、、"+node、data+"得编码就是: "+code);printCode(node、left,code+""+0);printCode(node、right,code+""+1);}}public static void main(String[] args) {String str="add bate";huffman hf=new huffman(str);hf、creatTree();}}实验 2 使用 LRU 方法更新 Cache一、实验目得了解与掌握寄存器分配与内存分配得有关技术。
二、实验内容LRU置换算法就是选择最近最久未使用得页面予以置换。
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得时间T,当须淘汰一个页面时,选择现有页面中T值最大得,即最近最久没有访问得页面。
这就是一个比较合理得置换算法。
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得过程中,块得装入,置换及命中时,具体情况如下表所示:三、设计思路LRU 置换算法就是选择最近最久未使用得页面予以置换。
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得时间 T,当须淘汰一个页面时,选择现有页面中 T 值最大得,即最近最久没有访问得页面。
这就是一个比较合理得置换算法。
四、程序截图五、实验代码import java、awt、*;import java、awt、event、*;import javax、swing、*;import javax、swing、table、*;public class lru extends Frame {public static void main(String[] args) {JFrame、setDefaultLookAndFeelDecorated(true);lru lruc = new lru();lruc、lauchFrame();}JLabel jlabel2;JTextField jtf2;JButton jb_input;JScrollPane jsp;JTable jt;DefaultTableModel dtm;static int list = 1, count = list - 1;int time1 = 0;int time2 = 0;int time3 = 0;int time4 = 0;public void lauchFrame() {this、setLayout(null);this、setBounds(100, 100, 540, 320);//this、setBackground(Color、cyan);this、setVisible(true);jlabel2 = new JLabel("请输入第" + list + "个访问页面:");jtf2 = new JTextField();jb_input = new JButton("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(new WindowAdapter() {public void windowClosing(WindowEvent e) {System、exit(0);}});jb_input、addActionListener(new InputActionListener());Object[] title = {"访问序列","Cache块0", "Cache块1", "Cache块2", "Cache块3", "状态"};dtm = new DefaultTableModel(title, 0);jt = new JTable(dtm);jsp = new JScrollPane(jt);jsp、setBounds(50, 80, 440, 197);jsp、setBackground(Color、black);this、add(jsp);}class InputActionListener implements ActionListener { //没有输入值,提示public void actionPerformed(ActionEvent e) {if(jtf2、getText()、equals("")) {Object[] options = { "OK" };JOptionPane、showOptionDialog(null, "输入错误,请按提示输入！", "警告", HZn6aJOptionPane、DEFAULT_OPTION, JOptionPane、WARNING_MESSAGE,8oJtInull, options, options[0]);}list++;if(count < 4) {//count记录装入cache块得页面数switch(count) {case 0://cache块中没有装入页面得情况dtm、addRow(new Object[]{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;case 1://cache块中装入一个页面得情况if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 1))) {//要访问得页面刚好在cache0中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), "", "", "", "命中"});time2++;time3++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else {//要访问得页面不在cache块中dtm、addRow(new Object[]{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;case 2://cache块中装入两个页面得情况if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 1))) {//要访问得页面刚好在cache0中dtm、addRow(new Object[]{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:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 2))) {//要访问得页面刚好在cache1中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), "", "", "命中"});time1++;time2 = 0;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else {//要访问得页面不在cache块中dtm、addRow(new Object[]{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;case 3://cache块中装入三个页面得情况if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 1))) {//要访问得页面刚好在cache0中dtm、addRow(new Object[]{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:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 2))) {//要访问得页面刚好在cache1中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), "", "命中"});time1++;time3++;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 3))) {//要访问得页面刚好在cache2中dtm、addRow(new Object[]{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 {//要访问得页面不在cache块中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jtf2、getText(), "装入"});time1++;time2++;time3++;time4 = 0;count++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");}break;}} else {//四个cache块都装满得情况if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 1))) {//要访问得页面刚好在cache0中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "命中"});System、out、println(1);time1 = 0;time2++;time3++;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 2))) {//要访问得页面刚好在cache1中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "命中"});System、out、println(2);time1++;time2 = 0;time3++;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 3))) {//要访问得页面刚好在cache2中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "命中"});System、out、println(3);time1++;time2++;time3 = 0;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(jtf2、getText()、equals(jt、getValueAt(list-3, 4))) {//要访问得页面刚好在cache3中dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "命中"});System、out、println(4);time1++;time2++;time3++;time4 = 0;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");}else {//要访问得页面不在cache块中if(time1>time2 && time1>time3 && time1>time4) {//如果cache0得页面最长时间没有被访问,新页面置换cache0中页面dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "置换"});time1 = 0;time2++;time3++;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(time2>time1 && time2>time3 && time2>time4) {//如果cache1得页面最长时间没有被访问,新页面置换cache1中页面dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 3), jt、getValueAt(list-3, 4), "置换"});time1++;time2 = 0;time3++;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(time3>time1 && time3>time2 && time3>time4) {//如果cache2得页面最长时间没有被访问,新页面置换cache2中页面dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 4), "置换"});time1++;time2++;time3 = 0;time4++;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");} else if(time4>time1 && time4>time2 && time4>time3) {//如果cache3得页面最长时间没有被访问,新页面置换cache3中页面dtm、addRow(new Object[]{jtf2、getText(), jt、getValueAt(list-3, 1), jt、getValueAt(list-3, 2), jt、getValueAt(list-3, 3), jtf2、getText(), "置换"});time1++;time2++;time3++;time4 = 0;jtf2、setText("");jlabel2、setText("请输入第" + list + "个访问页面:");}}}}}}实验总结体系结构属于计算机整个得结构,涉及计算机得整个结构,从底层到高层,每层得原理,结构及实现,就是一门比较抽象得学科,通过这次得几个实验,让我对计算机得编码与页面得替换算法有了更深层次得理解。