计算机系统结构实验三数据相关
计算机系统结构 实验报告 (截图 分析 总结)
实验一流水线中的相关一、实验目的1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点；2. 加深对计算机流水线基本概念的理解；3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响；5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停二、实验平台WinDLX 模拟器三、实验内容和步骤1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序：(分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容。
熟练掌握WinDLX的操作和使用。
)●求阶乘程序fact.s⏹步进的运行方式：步进的运行方式是指，每次控制只执行一条语句，快捷键为F7键：图1-1 单步运行测试⏹设置断点的运行方式：鼠标点击某行，按下“Insert键”，设置断点：图1-2 设置断点图1-3 断点设置成功，按F5运行至断点⏹连续的运行方式：通过按下F5键，可直接运行至断点处；按下F8键，并在对话框内键入跳跃的步数，可以直接跳转指定的步数：图1-4 设置跳转步数●求最大公倍数程序gcm.s，观察程序在流水线中的执行情况：●求素数程序prim.s，观察CPU 中寄存器和存储器的内容2. 用WinDLX运行程序structure_d.s通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比；论述资源相关对CPU性能的影响，讨论解决资源相关的方法。
●存在资源相关的指令、导致资源相关的部件⏹两条指令同时访问寄存器f4，造成资源相关：⏹两条指令同时访问ALU，造成资源相关：●由资源相关引起的暂停时钟周期数、暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比由资源相关引起的暂停时钟周期数：30；总执行周期数：139；暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：21.6%3. 在采用、以及不采用定向技术的情况下，分别用WinDLX 运行程序data_d.s(记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比；并计算采用定向技术后性能提高的倍数)●采用定向技术：（左下图）⏹计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：30/128=23.4%图3-1 采用定向技术图3-2 不采用定向技术●不采用定向技术：（右上图）⏹计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：104/202=51.5%●采用定向技术后性能提高的倍数：202/128=1.58倍四、实验总结●资源相关对CPU性能的影响、讨论解决资源相关的方法资源相关使相关指令在流水线上停滞，降低了执行效率；为解决这一问题，应在编写代码时尽量避免总是使用同一寄存器；并通过指令调度，使相关的代码执行距离拉开。
计算机组成原理实验三数据输出移位门
1
R-OE 右
(1) 按照下表 0 1 移门
连接线。
1
L-OE 左
1 0 移门
1
没有输
11 出
连信 接 接 号孔 入孔
作用
状态说明
J
J
将 K23-K26 接
实验模式：手
1
1 座 3 座 入 DBUS[7:0]
动
X
K
寄存器输出选
2
0
5
择
X
K
寄存器输出选
3
1
6
择
X
K
寄存器输出选
4
2
7
择
A
K
5
EN 3
分析 首先设置手动模式：按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。 系统清零 K23-K16 开关置零，按[RST]钮。将 55H 写入 A 寄存器，二进 制开关 K23-K16 依次置为：01010101，控制信号 K3，K2，K1，KO 依次为：0111。按住 STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器 A 的黄色选择指示灯亮，表明选择 A 寄 存器。放开 STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据 55H 被写入 A
据总线 DBUS 上；观察移位门输出结果。
2、实验电路
CPTH 中有 7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻
只能有一个寄存器输出数据，由 X2，X1，X0 决定那一个寄存器输出数据 ，
下表是 X2，X1，X0 与各个寄存器的关系表。图 8 是总线上的 7 个寄存器的
控制端原理图。
X
输出寄
寄存器。S2S1S0=111 时运算器结果为寄存器 A 内容。
计算机组成原理数据通路实验报告
计算机组成原理数据通路实验报告计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告实验一基本运算器实验一、实验目的1. 了解运算器的组成结构2. 掌握运算器的工作原理3. 深刻理解运算器的控制信号二、实验设备PC机一台、TD-CMA实验系统一套三、实验原理1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit）、浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）、通用寄存器组、专用寄存器组。
①算术逻辑运算单元ALU （Arithmetic and Logic Unit）ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。
在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。
通常ALU由两个输入端和一个输出端。
整数单元有时也称为IEU（IntegerExecution Unit）。
我们通常所说的“CPU 是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。
②浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。
有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。
③通用寄存器组通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。
④专用寄存器专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。
而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。
下图为运算器内部原理构造图2. 运算器的控制信号实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供（脉冲信号），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
数据结构实验三栈和队列的应用
数据结构实验三栈和队列的应用数据结构实验三：栈和队列的应用在计算机科学领域中，数据结构是组织和存储数据的重要方式，而栈和队列作为两种常见的数据结构，具有广泛的应用场景。
本次实验旨在深入探讨栈和队列在实际问题中的应用，加深对它们特性和操作的理解。
一、栈的应用栈是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构。
这意味着最后进入栈的元素将首先被取出。
1、表达式求值在算术表达式的求值过程中，栈发挥着重要作用。
例如，对于表达式“2 ＋ 3 4”，我们可以通过将操作数压入栈，操作符按照优先级进行处理，实现表达式的正确求值。
当遇到数字时，将其压入操作数栈；遇到操作符时，从操作数栈中弹出相应数量的操作数进行计算，将结果压回操作数栈。
最终，操作数栈中的唯一值就是表达式的结果。
2、括号匹配在程序代码中，检查括号是否匹配是常见的任务。
可以使用栈来实现。
遍历输入的字符串，当遇到左括号时，将其压入栈；当遇到右括号时，弹出栈顶元素，如果弹出的左括号与当前右括号类型匹配，则继续，否则表示括号不匹配。
3、函数调用和递归在程序执行过程中，函数的调用和递归都依赖于栈。
当调用一个函数时，当前的执行环境（包括局部变量、返回地址等）被压入栈中。
当函数返回时，从栈中弹出之前保存的环境，继续之前的执行。
递归函数的执行也是通过栈来实现的，每次递归调用都会在栈中保存当前的状态，直到递归结束，依次从栈中恢复状态。
二、队列的应用队列是一种“先进先出”（First In First Out，FIFO）的数据结构。
1、排队系统在现实生活中的各种排队场景，如银行排队、餐厅叫号等，可以用队列来模拟。
新到达的顾客加入队列尾部，服务完成的顾客从队列头部离开。
通过这种方式，保证了先来的顾客先得到服务，体现了公平性。
2、广度优先搜索在图的遍历算法中，广度优先搜索（BreadthFirst Search，BFS）常使用队列。
从起始节点开始，将其放入队列。
吉林大学计算机系统结构题库第三章
第三章流水线技术知识点汇总先行控制、流水线、单功能流水线、多功能流水线、静态流水线、动态流水线、部件级流水线、处理机级流水线、处理机间流水线、线性流水线、非线性流水线、顺序流水线、乱序流水线、时空图、流水线性能评价（吞吐率、加速比、效率）、解决流水线瓶颈问题方法、相关（数据相关、名相关、控制相关）、换名技术、流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）、流水线互锁机制、定向技术、指令调度、预测分支失败、预测分支成功、延迟分支（从前调度、从失败处调度、从成功处调度）、流水寄存器、3种向量处理方式（横向、纵向、纵横）、链接技术。
简答题1.流水技术有哪些特点？（答出4个即可）（知识点：流水线）答：1.将处理过程分解为若干子过程，由专门的功能部件来实现，2各段的时间尽可能相等，3各部件间都有一个缓冲寄存器，4适用于大量重复的时序过程，5需要通过时间和排空时间。
2.什么是静态流水线？什么是动态流水线？（知识点：静态流水线、动态流水线）答：同一时间段内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作；同一时间段内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接同时执行多种功能。
3.什么是单功能流水线？什么是多功能流水线？（知识点：单功能流水线、多功能流水线）答：只能完成一种固定功能的流水线。
流水线的各段可以进行不同的连接，以实现不同的功能。
4.什么是线性流水线？什么是非线性流水线？（知识点：线性流水线、非线性流水线）答：流水线的各段串行连接，没有反馈回路。
流水线中除了有串行的连接外，还有反馈回路。
5.列举3种相关。
（知识点：相关）答：数据相关，名相关，控制相关。
6.流水线中有哪三种冲突？各是什么原因造成的？（知识点：流水线冲突）答：结构冲突，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求；数据冲突，指令在流水线中重叠执行时需要用到前面指令的执行结果；控制冲突，流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令。
7.选择至少2种解决流水线结构冲突的方法简述。
本科专业认证《计算机体系结构》教学大纲
《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。
其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。
本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。
1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。
2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。
2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。
3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。
4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。
4.2具备采集有效数据的能力。
5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。
6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。
6.2了解计算机系统结构的发展前沿。
6.3具有终身学习的意识与能力。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
数据结构实验-互联网域名查询实验报告
实验报告实验课程：数据结构实验项目：实验三互联网域名查询专业：计算机科学与技术班级：姓名：学号：指导教师：目录一、问题定义及需求分析（1）问题描述（2）实验任务（3）需求分析二、概要设计：(1)抽象数据类型定义(2)主程序流程(3) 模块关系三、详细设计(1)数据类型及存储结构(2)模块设计四、调试分析(1)调试分析(2)算法时空分析(3)经验体会五、使用说明(1)程序使用说明六、测试结果(1)运行测试结果截图七、附录(1)源代码一、问题定义及需求分析（1）实验目的互联网域名查询互联网域名系统是一个典型的树形层次结构。
从根节点往下的第一层是顶层域，如cn、com等，最底层（第四层）是叶子结点，如www等。
因此，域名搜索可以看成是树的遍历问题。
（2）实验任务设计搜索互联网域名的程序。
（3）需求分析：1)采用树的孩子兄弟链表等存储结构。
2)创建树形结构。
3)通过深度优先遍历搜索。
4)通过层次优先遍历搜索。
二、概要设计：采用孩子兄弟链表存储结构完成二叉树的创建；主程序流程：创建根节点域名输入域名拆分根据孩子兄弟链表表示的树进行插入调用层次优先遍历输出遍历结果调用深度优先遍历输出遍历结果结束程序模块关系：输入域名创建孩子兄弟树层次优先遍历输出结果深度优先遍历输出结果结束三、详细设计孩子兄弟链表结构：typedef struct CSNode{ElemType data[10];struct CSNode *firstchild, *nextsibling;}*CSTree;模块一深度优先遍历算法如下void DFS(CSNode *root) {if (!root) return;//递归结束条件printf("%s\n", root->data);DFS(root->firstchild);//递归遍历孩子节点DFS(root->nextsibling);//递归遍历兄弟节点}模块二层次优先遍历算法如下void BFS(CSNode *root) {printf("层次优先搜索遍历结果为：\n");Queue que;que.Clear();que.push(root);//根节点入队列while (!que.empty()) {//队列不空的时候执行循环CSNode *xx = que.front(); //取队首元素que.pop();//出队列printf("%s\n", xx->data);if (xx->nextsibling) {//出队节点的孩子节点若不空则入队列que.push(xx->nextsibling);}if (xx->firstchild) {//同样若孩子节点不空则入队列que.push(xx->firstchild);}}}四、调试分析问题解决：在编写层次优先遍历算法的时候遍历结果总是不正确，原因是取完队首元素后没有将出队列，经过改正，在取队首元素后加上出队列函数将队首元素出队；这样便解决了问题；时空分析：经过孩子兄弟链表表示的树创建后便得到一棵二叉树；对于两个遍历函数，深度优先遍历是递归算法，在时间上，递归算法效率较低，尤其是运算次数较大的时候；层次优先遍历函数借助到队列，所以在内存占用上较多；而深度优先遍历算法的空间占用上更优于层次优先遍历；经验体会：孩子兄弟链表表示的树与二叉树可以相互转化；它的深度优先遍历递归算法虽较为简单但相比非递归算法而言效率不高。
数据的结构实验的1
数据的结构实验的1：数据结构实验的1第一点：数据结构实验的重要性和目的数据结构实验是计算机科学和软件工程领域中非常重要的一部分。
它不仅是理论知识的具体实践，而且也是理解和掌握数据结构的关键步骤。
数据结构是计算机科学中的基础，它研究如何有效地存储、组织和处理数据。
通过实验，学生可以深入了解数据结构的工作原理和性能，培养解决问题的能力，提高编程技能，为将来的职业生涯打下坚实的基础。
数据结构实验的目的在于通过实际的操作和观察，让学生更好地理解和掌握各种数据结构的特点和应用场景。
通过实验，学生可以学习如何选择合适的数据结构来解决实际问题，如何设计和实现数据结构的相关算法，以及如何分析数据结构的性能和优化算法。
这些能力和技能对于计算机科学和软件工程领域的人才来说至关重要。
第二点：数据结构实验的基本内容和步骤数据结构实验通常包括多个基本内容和步骤，旨在帮助学生全面掌握数据结构的知识和技能。
以下是常见的数据结构实验内容和步骤：1.实验准备：在实验之前，学生需要了解实验要求和目的，阅读相关的理论知识，熟悉实验中所使用的编程语言和工具。
2.实验设计：学生需要根据实验要求，设计合适的数据结构和算法，选择合适的数据输入和测试用例，以确保实验结果的准确性和可靠性。
3.实验实现：学生需要根据设计方案，编写相应的代码来实现数据结构和算法。
在这个过程中，学生需要注重代码的可读性和可维护性，遵循编程规范和习惯。
4.实验测试：学生需要对实现的数据结构和算法进行测试，验证其正确性和性能。
测试可以包括手工测试和自动化测试，以保证实验结果的准确性和可靠性。
5.实验报告：学生需要根据实验结果和观察，撰写实验报告，总结实验中的发现和收获，反思实验中的问题和不足，提出改进的建议和思考。
通过这些基本内容和步骤，学生可以全面地掌握数据结构的知识和技能，培养解决问题的能力和创新思维，为将来的职业生涯打下坚实的基础。
数据结构实验是计算机科学和软件工程领域中不可或缺的一部分，学生应该重视并积极参与其中。
西安交大计算机系统结构实验报告.
《计算机系统结构课内实验》实验报告第一次实验：记分牌算法和Tomasulo算法第二次实验：cache性能分析班级：物联网21姓名：李伟东学号：2120509011日期：2015.5.21第一次实验：记分牌算法和Tomasulo算法一、实验目的及要求1. 掌握DLXview模拟器的使用方法；2. 进一步理解指令动态调度的基本思想，了解指令动态调度的基本过程与方法；3. 理解记分牌算法和Tomasulo算法的基本思想，了解它们的基本结构、运行过程；4. 比较分析基本流水线与记分牌算法和Tomasulo算法的性能及优缺点。
二、实验环境DLXview模拟器三、实验内容1.用DLX汇编语言编写代码文件*.s（程序中应包括指令的数据相关、控制相关以及结构相关），以及相关的初始化寄存器文件*.i和数据文件*.d；2.观察程序中出现的数据相关、控制相关、结构相关，并指出三种相关的指令组合；四、实验步骤将自己编写的程序*.s、*.i、*.d装载到DLXview模拟器上，（1）分别用基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法模拟，针对每一种模拟做如下分析：①统计程序的执行周期数和流水线中的暂停时钟周期数；②改变功能部件数目重新模拟，观察并记录性能的改变；③改变功能部件延迟重新模拟，观察并记录性能的改变；论述功能部件数目、功能部件延迟对性能的影响。
（2）记录运行记分牌算法时的功能部件状态表和指令状态表；（3）记录运行Tomasulo算法时的指令状态表和保留站信息；五、实验结果1）基本流水线原始即加法延迟2，乘法延迟5，实验结果显示该段程序运行了11个时钟周期增加了一个除法器。
加法器延迟2，乘法器延迟5，除法器延迟19。
实验结果显示该段程序运行了11个时钟周期。
增加除法器对程序的执行无影响。
加法器延迟2，乘法器延迟6，无除法器。
实验结果显示该段程序运行了12个时钟周期乘法器的延迟对程序执行有有影响。
加法器延迟1，乘法器延迟5。
计算机体系结构(计算机软、硬件的系统结构)
计算机体系结构发展的第四代从20世纪80年代中期开始，一直持续到现在。这个阶段，人们感受到的是硬件 和软件的综合效果。由复杂操作系统控制的强大的桌面机及局域网和广域网，与先进的应用软件相配合，已经成 为当前的主流。计算机体系结构已迅速地从集中的主机环境转变成分布的客户机/服务器(或浏览器/服务器)环境。 世界范围的信息网为人们进行广泛交流和资源的充分共享提供了条件。软件产业在世界经济中已经占有举足轻重 的地位。随着时代的前进，新的技术也不断地涌现出来。面向对象技术已经在许多领域迅速地取代了传统的软件 开发方法。
概念性结构与功能特性，这是从程序设计者角度所看到的计算机属性。它包括机器内的数据表示、寻址方式 以及对这些数据的运算和控制这些运算的执行等(即指令系统)。对于通用型机器，一般包括数据表示、寻址方式、 寄存器定义、指令系统、中断机构、机器工作状态的定义和状态切换、机器级的输入、输出结构以及对信息保护 的支持等 。
Win-DLX 计算机系统结构课程实验教程
Win-DLX 计算机系统结构课程实验教程目录实验一熟悉WinDLX的使用 (2)实验二结构相关 (4)实验三数据相关................................................................... .6 实验四指令调度 (8)附录实验报告 (10)实验一汇编源程序的上机调试操作基础训练一．实验目的：通过本实验，熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点。
二．实验内容：（一）WinDLX的安装:1. WinDLX是一个基于Windows的模拟器, 能够演示DLX流水线是如何工作的。
WinDLX 包含windlx.exe和windlx.hlp文件。
同时，还需要一些扩展名为.s的汇编代码文件。
按以下步骤在Windows下安装WinDLX：⑴ WinDLX创建目录，例如D:\WINDLX⑵解压WinDLX软件包或拷贝所有的WinDLX文件（至少包含windlx.exe,windlx.hlp）到这个WinDLX 目录。
2. 启动和配置WinDLX:双击WinDLX图标,将出现一个带有六个图标的主窗口,双击这些图标会弹出子窗口.为了初始化模拟器, 点击File菜单中的Reset all菜单项，弹出一个“ResetDLX”对话框。
然后点击窗口中的“确认”按钮即可。
（二）程序介绍1.求阶乘程序fact.s这个程序说明浮点指令的使用。
该程序从标准输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。
该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。
2.程序gcm.sgcm.s程序从标准输入读入两个整数，求他们的greatest common measure，然后将结果写到标准输出。
3. 求素数程序prim.sprim.s程序计算若干个整数的素数。
三．实验要求：实验前要做好充分准备，包括WinDLX安装与调试步骤、程序运行方法，以及对模拟结果的分析等。
北邮计算机系统结构-WINDLX模拟器实验 报告
实验报告学院：计算机学院课程名称：计算机系统结构实验名称：WINDLX模拟器实验班级：姓名：学号：实验一 WINDLX模拟器安装及使用略实验二指令流水线相关性分析一．实验类别验证实验二．实验目的通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。
三．实验环境Windows XP操作系统WinDLX模拟器四．实验原理指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。
相关影响流水线性能。
（1）数据相关定义：原有先后顺序的两条指令（I1，I2)在对共享变量（位置）进行读、写时，指令流水线中实际完成的读、写顺序与原有顺序不一致，导致流水线输出错误。
三类数据相关：写读(WR)相关读写(RW)相关写写(WW)相关解决方法技术：1. 使某些流水线指令延迟、停顿一或多个周期。
2. 双端口存储器:如果指令和数据放在同一个存储器。
3. 设置两个存储器：一个数据存储，一个为指令存储器。
4. 软件优化编译：通过指令重新排序，消除数据相关。
5. 定向技术：又称旁路技术或专用通路技术，是使后续指令提前得到前指令的运算结果(适合ALU类指令）（2）结构相关定义：如果某指令在流水线重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，会产生资源冲突或竞争，称为流水线结构相关解决方法技术：1. 延迟技术：使某些指令延迟、停顿一或多个时钟周期2. 双端口存储器：允许同时读两个数据或指令3. 设置双存储器（哈弗结构）：一个数据存储，一个指令存储。
4软件优化编译：通过指令重新排序消除结构相关。
（3）控制相关定义：控制相关是指因程序执行转移类指令而引起的冲突相关。
包括无条件转移、条件转移、子程序调用、中断等，它们属于分支指令，执行中可能改变程序方向，造成流水线断流。
解决方法技术：1、静态分支技术静态转移预测技术(猜测法) ；延迟转移；提前形成条件码，生成转移目标地址；改进循环程序；2、动态分支预测技术转移历史表BHT；转移目标缓冲栈（BTB）；转移目标指令缓冲栈BTIB；五．实验步骤（1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。
计算机体系结构实验报告3篇
计算机体系结构实验报告第一篇：计算机体系结构概述计算机体系结构是计算机学科中的一个重要分支，它研究的是计算机的硬件组成和工作原理，包括计算机的处理器、存储器、输入输出设备、总线等。
计算机体系结构的研究可以帮助我们理解计算机的工作原理，优化计算机的性能，提升计算机的能力。
计算机体系结构可以分为两个方面：指令集体系结构和微体系结构。
其中，指令集体系结构是指计算机的操作系统能够直接识别和执行的指令集合，它们是应用程序的编程接口；而微体系结构是指通过硬件实现指令集合中的指令，在底层支持指令集合的操作。
指令集体系结构和微体系结构是密切相关的，因为指令集体系结构会影响微体系结构的设计和实现。
目前，计算机体系结构主要有三种类型：单处理器体系结构、多处理器体系结构和分布式计算体系结构。
其中，单处理器体系结构是指所有的指令和数据都存放在同一台计算机中，这种体系结构的优点是操作简单、易于管理，但是主频存在瓶颈，无法很好地发掘多核的性能优势；多处理器体系结构是指多个计算机共享同一块物理内存，因此可以方便地实现负载均衡和任务协作，但是存在通信延迟和数据一致性问题；分布式计算体系结构则是指通过互联网将多个计算机连接成一个网络，可以在全球范围内共享计算资源，但是通信成本和数据安全问题需要考虑。
总之，计算机体系结构是计算机学科中的重要分支，它研究计算机的硬件组成和工作原理，帮助我们理解计算机的工作原理，优化计算机性能，提升计算机能力。
第二篇：计算机指令集体系结构计算机指令集体系结构，简称ISA（Instruction Set Architecture），是指计算机能够识别和执行的指令集合。
ISA是计算机指令的编程接口，定义了一组指令和地址模式，以及寄存器和内存的组织方式，它是计算机软件和硬件协同工作的关键接口之一。
ISA可以分为两类：精简指令集体系结构（RISC，Reduced Instruction Set Computer）和复杂指令集体系结构（CISC，Complex Instruction Set Computer）。
计算机系统结构实验-循环展开和指令调度.
中央民族大学实验报告
八、实验数据及结果分析：
一、用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关：
1、instruction.s文件的代码：
2、运行程序部分截图
3、未用指令调度技术之前程序执行过程中的相关：
4、运行结果数据统计
5、采用指令调度后的程序代码
6、采用调度技术后发生的关联
7、运行结果数据统计
二、用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能：
1、test.s文件的源代码如下：
2、运行test.s文件，记录运行过程中存在的相关，以及运行总的时钟周期数
3、将循环展开3次，将4个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。
然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度，代码如下：
4、记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数：。
计算机组成原理实验报告
《计算机组成与系统结构》实验指导书计算机与信息工程系2013年7月目录实验概述 .......................................................... 实验项目一专用寄存器(1)........................................... 实验项目二通用寄存器.............................................. 实验项目三专用寄存器(2)........................................... 实验项目四数据输出/移位门......................................... 实验项目五微程序计数器............................................ 实验项目六运算器.................................................. 实验项目七程序计数器.............................................. 实验项目八存储器读写.............................................. 实验项目九微程序存储器读写........................................ 实验项目十中断.................................................... 实验项目十一模型计算机设计........................................实验概述一、实验目的1．加深对讲授内容的理解，通过实验来掌握计算机系统原理。
熟练地掌握计算机中每个部件的电路设计方法并完成调试和分析结果。
2．熟悉所用的仿真软件。
学会使用仿真软件上机调试电路。
计算机系统结构实验报告-MIPS 指令系统和MIPS 体系结构
计算机系统结构实验报告实验名称：MIPS 指令系统和MIPS 体系结构专业年级：0xxxxxxx姓名：xxxxxx计算机系统结构实验报告班级xxxxxxxxxxx 实验日期xxxxxxxxxx 实验成绩姓名xxxxxxxx 学号230xxxxxxxxxx4实验名称Cache性能分析实验目的、要求及器材实验目的：1、加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解。
2、掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响3、掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处。
4、理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响实验平台：采用Cache模拟器MyCache。
实验内容、步骤及结果首先要掌握 MaCache模拟器的使用方法。
1、Cache容量对不命中率的影响选择地址流文件，选择不同的Cache容量，执行模拟器，记录各种情况的不命中率。
表：地址流文件名： eg.din结论：Cache容量越大，不命中率越低.但增加到一定程度时命中率不变。
2、相联度对不命中率的影响表：64KB相联度 1 2 4 8 16 32 不命中率（%）0.89 0.53 0.47 0.45 0.44 0.44地址流文件： all.din图：64KB表：256KB相联度 1 2 4 8 16 32 不命中率（%）0.49 0.38 0.36 0.36 0.35 0.35地址流文件： all.din图：256KB结论：相联路数越多，则不命中率越低，同时，有个极限值，且该极限值随Cache容量大小的增加而减小。
3 Cache块大小对不命中率的影响块大小Cache容量2 8 32 128 51216 18.61 10.12 3.81 1.95 1.4232 14.22 7.59 2.84 1.26 0.8764 12.62 6.47 2.36 0.92 0.60128 12.98 6.35 2.31 0.76 0.47256 16.04 7.29 2.15 0.72 0.40地址流文件：ccl.din结论：不命中率随分块大小的增大先减小后增大，即存在一个最优的分块大小，且该最优分块随Cache容量的增大而增大。
实验作业3：DLX流水线实验报告
实验作业3：DLX流水线实验报告计算机体系结构姓名：学号：班级：班级号：《计算机系统结构》第三次实验作业一、实验目的本次实验的主要目的是熟悉dlx流水线以及结构相关、数据相关、控制相关、前送(forwarding)等概念和技术。
二、实验内容1.了解各种指令在dlx流水线中的运行过程；2.流水线相关实验；3.转发技术对对流水线性能的影响；4.调查更改部件数量和延迟次数对性能的影响。
三、实验步骤及结果分析1.了解Dlx管线中各种指令的操作流程如上次实验那样，读入并运行fact.s和input.s。
请从程序中选择有代表性的5条不同类型的指令，并描述每条指令在5段流水线中每步完成的工作。
（1）（2）（3）（4）（5）2.流水线相关实验在管道窗口中观察，分别找出结构相关性、数据相关性和控制相关性，并描述风险情况以及如何在windlx中解决这些风险。
（1）结构相关在循环期间执行subdf0、F0、F4和jfact时，硬件资源无法满足jfact，因为Alu被占用，循环进入ex阶段并承担结构风险。
Windlx通过阻止EX1循环来解决这个问题。
（2）数据相关性bnezr5,input.finish需要使用seqi的计算结果r5,所以产生数据相关的冒险。
winddlx通过阻塞解决问题。
（3）控制相关语句lwr2、saver2（R0）被中止，这是由控制相关风险引起的。
因为前面的语句jinput Loop是一个跳转语句，并且在解码后可以知道指定给ex stage的语句的函数，所以执行该指令的LW语句被取消。
3.前送（forwarding）技术对流水线性能的影响（1）打开转发：没有开启forwarding:。
Logisim平台数据运算实验-计算机组成原理
广州xx学院专业班级计算机实验日期2020.5.28姓名李学号xxxxx实验名称数据运算实验指导老师张xx（报告内容包括：实验目的、实验设备及器材、实验步骤、实验数据、图表及曲线处理、实验小结等）。
实验名称：数据运算实验实验场地：计算机仿真实验设备：Logisim实验平台1实验目的完成算术运算实验，熟悉ALU运算器组成原理。
在计算机中完成两个二进制数相加的基本加法器有半加器和全加器。
半加器在完成两数相加时，不需要考虑低位进位。
全加器用来完成两个二进制数相加，并且同时考虑低位的进位，即全加器完成三个1位数相加的功能。
通过本实验理解计算机基本半加器和全加器数据运算原理。
2实验要求1）半加器半加器电路是指对两个输入数据位相加，输出一个结果位和进位，没有进位输入的加法器电路。
图1为半加器加法原理图。
图2是实现两个一位二进制数的加法运算电路。
图1 半加器加法原理图图2 半加器加法运算电路2）全加器用门电路实现两个二进制数相加并求出和的组合线路，称为一位全加器。
图1为一位全加器加法原理。
一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。
3个输入分别是：两个加数A i，B i，前一位的进位C i。
2个输出分别是：本位的和结果S i，下一位进位C i+1。
图3 全加器加法原理图图4 加法运算全加器电路图4是实现两个一位二进制数加法运算的全加器电路。
3）基本的二进制加法/减法器多个一位全加器进行级联可以得到多位全加器。
如图5所示，由一位全加器，可以组成S位基本的二进制加法/减法器。
通过M控制端可以实现加法或减法，同时还可判断溢出。
图5 基本的二进制加法/减法器原理图3 实验步骤3.1半加器实验（1）半加器真值表表1 半加器真值表Si=Ai⊕BiCi=AiBi（3）在Logisim中画出电路图3.2全加器实验（1）全加器真值表表2 全加器真值表Si= Ai⊕Bi⊕C iCi=AiBi+C i-1(Ai⊕Bi)（3）在Logisim中画出电路图3.3 基本的二进制加法/减法器（1）二进制加法器/减法器真值表表3 二进制加法器真值表（2）在Logisim中画出电路图4 实验数据4.1半加器实验在Logisim中的电路如图6所示图6 半加器原理图在Logisim中输入数据得出的结果，如表2所示4.2 全加器实验在Logisim中全加器的电路如图7所示图7全加器的电路原理图图7是实现两个一位二进制数加法运算的全加器电路，测试结果如表3所示表6 全加器测试结果表4.3 基本的二进制加法/减法器在Logisim中全加器的电路如图8所示图8 基本的二进制加法/减法器原理图图7是实现两个一位二进制加法/减法器电路，测试结果如表7和表8所示5 实验小结（1）初步学会运用Logisim画电路原理图；（2）基本理解了半加器和全加器数据运算原理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4．采用定向技术的情况下，用WinDLX模拟器再次运行程序data_d.s。
三．实验要求：
实验前要做好充分准备，包括WinDLX安装与调试步骤、程序运行方法，以及对模拟结果的分析等。
四．实验原理：
深圳大学实验报告
课程名称：计算机系统结构
实验项目名称：实验三数据相关
学院：信息工程
指导教师：
报告人：学号：班级：
实验时间：
实验报告提交时间：
一．实验目的
通过本实验，加深对数据相关的理解，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。
二．实验内容
1．在不rwarding选项设置），用WinDLX模拟器运行程序data_d.s。
指令trap 0x5已经写到屏幕上，你可以通过点击主窗口菜单条上的Execute/Display DLX-I/O来查看。
六．实验报告：
1．程序data_d.s装入主存运行后记录下Statistics窗口中的各种统计数字：总的周期数和暂停数( RAW，Control，Trap，Total)，然后关闭窗口。
2．Code窗口：
双击图标Code，你将看到代表存储器内容的三栏信息，从左到右依次为：地址(符号或数字)、命令的十六进制机器代码和汇编命令。点击主窗口中的Execution开始模拟。在出现的下拉式菜单中，点击Single Cycle或按F7键，模拟就向前执行一步。
3．Breakpoint窗口：
当通过Code窗口观察代码时(如果未打开，双击图标Code)，你会看到接下来的几条指令几近一样，它们都是sw-操作：将寄存器中的数写入存储器中。重复按F7将很枯燥，因此，我们使用断点加快此过程。
3．再次打开Statistics窗口，记下新的统计数字。计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。计算采用定向技术后性能提高的倍数。
总的周期数为207，
RAW 104
Control 9
Trap 3
Total 116
暂停周期116占56.04%
由于没有采用定向技术性能，没有提高
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日
备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
总的周期数为202，
RAW 104
Control 9
Trap 3
Total 116
2．点击Configuration中的Enable Forwarding使定向无效（去掉小钩），打开断点Breakpoints图标并点击Breakpoints菜单，删除所有断点，然后按F5，键入20后，按Enter，程序一直运行到结束。
现在，请指向Code窗口中包含命令trap 0x5的0x0000015c行，此命令是写屏幕的系统调用。单击命令行，然后点击主窗口菜单Code，单击Set Breakpoint(确保命令行仍被标记！)，将弹出一个新的"Set Breakpoint"窗口。通过此窗口，你可以选择命令运行到流水线的哪一阶段时，程序停止执行。缺省为ID段。点击OK关闭窗口。
点击Clock cycle diagram窗口中的trap 0x5行，你将看到模拟正处于时钟周期14。trap 0x5行如下所示：
原因是：无论何时遇到一条trap指令时，DLX处理器中的流水线将被清空。在Information窗口（双击trap行弹出）中，在IF段显示消息"3 stall(s) because of Trap-Pipeline-Clearing!"。(不要忘了按OK关闭窗口)。
在Code窗口中，trap 0x5行上出现了"BID"，它表示当本指令在译码段时，程序中止执行。
如果想查看已定义的断点，你只要单击图标Reakpoints，将弹出一个小窗口，其中显示了所有断点。重新使窗口图标化。
现在你只要点击Execution/Run或按F5，模拟就继续运行。会出现一个对话框提示你"ID-Stage: reached at Breakpoint #1"，按“确认”按钮关闭。
1．三种数据相关：“先读后写”、“先写后读”和“写-写”相关。
2．在流水线中建立专用数据路径来避免数据相关的基本原理是数据重定向。
五．WinDLX的窗口配置：
1．Statistics窗口：
将待运行程序装入主存后按F5使程序完成执行，出现消息"Trap #0 occurred"表明最后一条指令trap 0已经执行，Trap指令中编号“0”没有定义，只是用来终止程序。双击图标Statistics。Statistics窗口提供各个方面的信息：模拟中硬件配置情况、暂停及原因、条件分支、Load/Store指令、浮点指令和traps。窗口中给出事件发生的次数和百分比。