实验-使用递归计算阶乘-RISC-V（计算机组成原理）

目录

一、实验内容

二、实验步骤

三、实验效果

四、实验环境

五、实验小结和思考

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一、实验内容

一个典型的计算阶乘的递归过程如下图所示：

在这个任务中，一份汇编代码的框架“task4-阶乘”你需要使用RISC-V或MIPS汇编程序以递归的形式解决这个问题。你可能会遇到的挑战包括：（1）如何使用栈保护某些重要的寄存器；（2）如何结合RISC-V的MIPS的jal分支跳转指令实现递归。当你进入测试阶段时，你可以在第4行代码修改n的值：

二、实验步骤

（1）我们利用a2这个寄存器来暂存阶乘的结果，所以在main函数中，我们在跳转前，先加入一条初始化a2为1的指令。

（2）在这里我们首先需要判断n是否为0，如果为0，直接跳到loop函数处，将a2的值赋给a0，再跳回A处（不用调用factorial函数），打印出结果。

（3）如果n不为0，则调用factorial函数，计算阶乘。

（4）首先先保护ra的值，先将sp指针的值减4，然后把ra的值写入当前sp指向的地址处。

（5）将a2和a0寄存器中的值相乘保存到a2寄存器中，然后a0寄存器中的值减一（加-1）。

（6）接着比较a0的值是否为0，不为0则继续递归，如果为0就出栈（把当前sp指向地址的值赋给ra，sp加4）。再把a2的值赋给ra，返回main函数。

（7）最后将a0的值打印出来。

三、实验效果

（1）输入0时的答案：

（2）输入6时的答案

（3）程序运行中栈的变化：

还未调用factorial函数时sp的值：

调用一次factorial函数时sp的值：

可以看到，调用一次factorial函数，sp的值减4。

四、实验环境

 Venus仿真器（https://venus.cs61c.org/）

五、实验小结和思考

• 问题1：未正确处理递归终止条件（n=0），导致程序陷入无限循环。
  解决：在factorial函数开始时增加beq a0, zero, exit判断，若n=0则直接跳转至返回阶段。

• 问题2：首次尝试时，未正确保存ra（返回地址），导致递归返回时跳转到错误位置。
  解决：在每次递归调用前，先调整栈指针（addi sp, sp, -4），并存储ra到栈中（sw ra, 0(sp)），返回时再恢复。

• 问题3：未保护a0（当前n值）和a2（累积结果），导致递归过程中数据丢失。
  解决：在递归调用前将a0和a2压栈，返回后恢复，确保数据一致性。