CSCI 2122任务4截止日期：2024年3月22日星期五晚上11:59，通过git提交目标本课业的目的是练习用C进行编码，并强化中讨论的概念关于程序表示的类。
在这个任务1中，您将实现一个二进制翻译器2，如Rosetta3。您的程序将从翻译一个简单的指令集（比x86简单得多）到x86并生成x86汇编代码。代码将然后通过组装和运行来进行测试。为了使任务更简单，将其分为两部分。在第一部分中，您将实现加载器和一个简单的翻译器，该翻译器翻译更简单的指令。在第二部分中，您将扩展翻译器以翻译更复杂的指令。准备1.完成工作分配0，或确保已安装完成工作分配所需的工具。2.克隆您的课业存储库：哪里是您的CSID。如果需要，请参阅课业0中的说明和Brightspace教程你不知道怎么做。在存储库中有一个目录：xtra，用于编写代码。目录中有一个tests目录，其中包含每次提交代码时将执行的测试。请不要修改测试目录或根目录中的.gitlab-ci.yml文件。正在修改这些文件可能会破坏测试。当分配完成时，这些文件将替换为原始文件分级。您将获得可用于构建程序的示例Makefile文件。如果你如果正在使用CLion，则将从CLion生成的CMakeLists.txt文件生成Makefile。
背景
对于这项任务，您将把简化的基于RISC的16位指令集中的二进制转换为x86-64装配具体地说X指令集包括少量（大约30条）指令，
其中大部分在大小上是两个字节（一个字）。X体系结构具有16位字大小和16个通用16位寄存器（r0…r15）。几乎所有指令对16位数据块进行操作。因此，所有值和地址的大小都是16位。全部16位值也以big-endian格式编码，这意味着最高有效字节位于第一位。除了16个通用寄存器外，该体系结构还有两个特殊的16位寄存器：一个程序计数器（PC），其存储将被执行的下一指令的地址和状态（F），其存储表示CPU状态的位标志。状态寄存器（F）的最低有效位是条件标志，表示最后一次逻辑测试操的真值。如果这个条件是真的，否则就是假的。
1这项任务的想法间接来自于凯尔?史密斯。
2.https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_translation3.https://en.wikipedia.org/wiki/Rosetta_软件此外，CPU使用最后一个通用寄存器r15来存储指向程序堆栈的指针。当一个项从堆栈中弹出时，此寄存器将增加2，当一个项目被推到堆栈上。程序堆栈用于存储临时值、函数以及函数调用的返回地址。
X指令集
指令集包括大约30条指令，用于执行算术和逻辑、数据移动、堆栈操作和流控制。大多数指令以寄存器作为操作数并存储寄存器中运算的结果。但是，有些指令也将立即值作为操作数。因此，有四类指令：0操作数指令、1操作数指令，2操作数指令和扩展指令，它们采用两个字（4字节）而不是一个字。除了扩展指令之外的所有指令都被编码为单个字（16位）。扩展说明如下也是一个字，但后面跟着一个额外的一个字操作数。因此，如果指令是扩展的指令时，PC在指令执行期间需要2的额外增量。如前所述以前，大多数指令都被编码为一个单词。单词的最高有效两位指示指令是0操作数指令代 写CSCI 2122翻译指令集（00）、1操作数指令“01”还是2操作数指令（10）或扩展指令（11）。对于0操作数指令编码，两个最高有效位为00，接下来的六位表示指令标识符。这个指令的第二个字节是0。对于1操作数指令编码来说两个最高有效位是01，
下一位指示操作数是立即数还是寄存器，
并且接下来的五个比特表示指令标识符。如果第三多有效位为0，则第二个字节的四个最高有效位对要操作的寄存器进行编码（0…15）。否则，如果第三个最高有效位是1，那么第二个字节对立即值进行编码。对于2操作数指令编码，两个最高有效位为10，并且接下来的六个比特表示指令标识符。第二个字节编码
两个四位块中的两个寄存器操作数。每个4位块标识一个寄存器（r0…r15）。对于扩展指令编码，两个最高有效位是11，下一位指示是否使用第二寄存器操作数，以及接下来的五个比特表示指令标识符。如果第三多有效位为0，则指令仅使用指令后面的一个字立即数操作数。否则，如果第三个最高有效位是1，那么四个第二字节的最高有效位对作为第二操作数的寄存器（1…15）进行编码。指令集如表1、表2、表3和表4所示。每个描述都包括助记符（以及语法）、指令的编码、指令的描述和功能。例如，
loadi和push指令具有以下描述：
记忆编码描述函数
rS，rD 10000001 S D将寄存器rS添加到寄存器rD.rD← rD+rSloadi V，rD 11100001 D 0将立即值或地址V加载到寄存器rD。
rD← 内存[PC]
个人计算机← PC+2
将rS 01000011 S 0将寄存器rS推到程序堆栈上。r15← r15-2存储器[r15]← rS
首先，观察加法指令取两个寄存器操作数，并将第一个寄存器与第二个寄存器相加。所有2操作数指令仅在寄存器上操作，第二个寄存器既是源，又是目的地，而第一个是源。它是一条2操作数指令；因此前两位是10，其指令标识符是000001，因此指令的第一个字节是0x81。其次，loadi指令是一条扩展指令，它采用16位立即数并将其存储在登记因此，前两位为11，寄存器位设置为1，指令标识符为00001。因此，第一个字节被编码为0xE1。
第三，push指令是一条1操作数指令，取单个寄存器操作数。因此，第一两个位为01，立即数位为0，指令标识符为00011。因此，第一个字节是编码为0x43。
注意，S和D是表示S和D的4位矢量。
表1:0-操作数指令
记忆编码描述函数
ret 0000000 1 0从过程调用返回。P C← 存储器[r15]r15← r15+2
cld 00000010 0停止调试模式请参阅下面的调试模式。std 00000011 S 0启动调试模式请参阅下面的调试模式。表1:1-操作数指令
记忆编码描述函数
否定rD 01000001 D 0否定寄存器rD。rD← ?rD而不是rD 01000010 D 0逻辑否定寄存器rD。rD←!rDinc rD 01001000 D 0增量rD。rD← rD+1dec rD 01001001 D 0递减rD。rD← rD–1将rS 01000011 S 0将寄存器rS推到程序堆栈上。r15← r15–2存储器[r15]← rS
pop rD 01000100 D 0将堆栈中的值放入寄存器rD.rD← 存储器[r15]r15← r15+2
out rS 01000111 S 0将rS中的字符输出到std-out。输出← rS（见下文）br L 01100001 L如果条件位为，则相对于标签L的分支是的。
如果F&0x0001==0x001：
个人计算机← PC+L–2
jr L 01100010 L相对于标签L.PC的跳跃← PC+L–2表3:2-操作数指令
记忆编码描述函数
将寄存器rS加到寄存器rD。rD← rD+rS
sub rS，rD 10000010 S D从寄存器rD.rD减去寄存器rS← rD-rSmul rS，rD 10000011 S D将寄存器rD乘以寄存器rS.rD← rD*rS以及rS、rD 10000101 S D和寄存器rS与寄存器rD。rD← rD和rS或rS、rD 10000110 S D或寄存器rS与寄存器rD。rD← rD|rSxor rS、rD 10000111 S D X或寄存器rS与寄存器rD。rD← rD^rStest rS1，rS2 10001010 S D将条件标志设置为true当且仅当rS1∧rS2不是0。
如果rS1&rS2！=0:
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
cmp rS1，rS2 10001011 S D将条件标志设置为true当且仅当rS1<rS2。
如果rS1<rS2：
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
equ rS1，rS2 10001100 S D将条件标志设置为true当且仅当rS1==rS2。
如果rS1==rS2：
F← F|0x0001
其他的
F← &0xFFFE
mov rS、rD 10001101 S D将寄存器rS复制到寄存器rD。rD← rS加载rS，rD 10001110 SD将字从存储器加载到寄存器rD由寄存器rS指向。
rD← 内存[rS]
stor rS，rD 10001111 SD将字从寄存器rS存储到存储器寄存器r中的地址。
内存[rD]← rS
loadb rS，rD 10010000 SD将字节从存储器加载到寄存器rD由寄存器rS指向。
rD← （字节）内存[rS]
storb rS，rD 10010001 S D将字节从寄存器rS存储到存储器寄存器r中的地址。
（字节）内存[rD]
愿望，直到最后期限。每次提交时，都会执行功能测试，您可以查看测试结果。若要提交，请使用与分配0相同的过程。
分级
如果你的程序没有编译，它将被视为不起作用且质量极差，这意味着你将收到0的解决方案。课业将根据三个标准进行评分：
功能：“它是否按照规范工作？”。这是通过以下自动方式确定的在多个输入上运行程序，并确保输出与预期输出匹配。这个分数是根据你的程序通过的测试次数来确定的。所以，如果你的程序通过了t/t测试，您将获得该比例的分数。
解决方案质量：“这是一个好的解决方案吗？”这考虑了您的方法和算法解决方案是正确的。这是通过目视检查代码来确定的。有可能取得好成绩在这方面，即使您有导致代码无法通过某些测试的错误。代码清晰度：“它写得好吗？”这考虑了解决方案是否正确格式化、文档记录良好以及是否遵循编码风格准则。为了清晰起见，将指定一个整体标记。请参阅Brightspace课程课业部分的风格指南。
将使用以下分级方案：任务100%80%60%40%20%0%
功能
未提交课业测试
通过提交进行测试可能需要一些时间，尤其是在加载了服务器的情况下。您可以在没有使用提供的runtests.sh脚本提交代码。运行不带参数的脚本将运行所有测试。运行测试编号为00、01、02、03…09的脚本将运行特定的测验请参阅下面的脚本运行方式。
准备好程序运行
如果您直接在unix服务器上进行开发，
1.通过SSH连接到远程服务器，并确保您在xtra目录中。2.确保程序是通过运行make编译的。
如果您正在使用CLion
1.如CLion教程中所述，在远程服务器上运行程序。2.通过工具打开远程主机终端→ 打开远程主机终端
如果您正在使用VSCode
1.如VSCode教程中所述，在远程服务器上运行程序。2.单击窗口下半部分的“终端”窗格或通过“终端”→ 新建终端运行脚本
3.使用以下命令在终端中运行脚本：
./runtest.sh
运行所有测试，或指定运行特定测试的测试编号，例如：./runtest.sh 07
您将在终端窗口中看到测试运行。
X汇编程序（xas）
提供了一个汇编程序（xas），允许您为X体系结构编写和编译程序。到制作汇编程序，只需在xtra目录中运行“make-xas”即可。要运行汇编程序，请指定程序集和可执行文件。例如
./xas example.xas example.xo将X程序集文件example.xas汇编为X可执行文件example.xo。程序集文件的格式很简单。
1.任何位于#标记右侧的内容，包括#，都将被视为注释并被忽略。2.忽略空行。
3.程序集文件中非空的每一行都必须包含一个指令、一个标签和/或一条指令。如果行同时包含标签和指令，则标签必须位于第一位。4.标签的形式
标识符：
其中标识符由任意长度的字母（A-Za-z）、数字（0-9）或下划线（）序列组成第一个字符不是数字。冒号（：）必须终止标签。标签表示程序中的相应位置，并可用于跳转到代码中的那个位置。5.指令由助记符组成，如add、loadi、push等，后面跟零或更多操作数。操作数必须与助记符用一个或多个空格分隔。
多个操作数用逗号分隔。
6.如果操作数是寄存器，则其形式必须为r#，其中#的范围介于0和15之间（包括0和15）。例如，r13。7.如果指令是立即数，那么自变量可以是标签，也可以是整数。笔记标签区分大小写。如果指定了标签，则标签后面不应该有冒号。8.指令指示汇编程序执行特定的功能或以特定的方式表现。所有指令都以句点开头，后面跟一个关键字。有三个指令：.literal、.words和.glob，每个指令都接受一个操作数。（a） .literal指令当前编码以null结尾的字符串或整数程序中的位置。例如。，
mystring：
.字面意思是“你好，世界！”
myvalue：
.文字42
对后面跟有表示十进制值42的16位（1个字）值的以零结尾的字符串进行编码。在本例中，每个编码之前都有标签，因此很容易访问这些文字。也就是说，标签mystring表示字符串编码的地址（相对于程序的开始），标签myvalue表示值的地址（相对于程序的开始）。此用于
hello.xas示例。
（b） .words指令当前留出指定数量的内存单词程序中的位置。例如。，
myspace：
.单词6
在程序的当前点分配6个字的内存。此空间未初始化为任何特定值。和以前一样，指令前面的标签表示相对于程序开始的第一个单词的地址。这在xrt0.xas中用于为程序堆栈留出空间。
（c） .glob指令导出指定的符号（标签）（如果在文件中定义），并且如果指定的符号（标签）已使用但未在文件中定义，则导入该符号。例如。，.glob foo
.glob条
...
loadi bar，r0
...
foo：
.字面意思是“你好，世界！”
声明了两个符号（标签）foo和bar。符号foo是在这个文件中声明的，所以它将在其他文件中导出（可以访问）。使用后一个符号bar，但不使用定义。链接此文件时，链接器在中查找符号（标签）定义其他文件使对符号的所有引用都指向定义符号的位置。注意：建议您将文字和所有空间分配放在程序的末尾，因此它们不会干扰程序本身。如果你确实把文字放在程序的中间，你将需要确保您的代码绕过这些分配。
提供了几个示例程序集文件（以.xas结尾）。您可以通过调用来组装它们汇编程序，例如：./xas example.xas example.xo此调用将导致汇编程序读入example.xas文件并生成输出文件example.xo。请随意查看汇编程序的代码。