《计算机体系结构》第二次实验-指令集实验
兰州大学 计算机专业(本科) 计算机体系结构 教学标准
兰州大学计算机科学与技术专业(本科)《计算机体系结构》教学标准目录一. 课程基本信息二. 课程的性质、地位与任务三. 教材与主要参考书四. 计划学时与学时分配五. 课程内容与要求第 1 章计算机设计基础第 2 章指令集的设计第 3 章CPU 的设计第 4 章流水线技术第 5 章存储器层次结构第 6 章计算机输入/输出系统第7 章网络并行计算系统第8 章多处理器计算机结构六. 教学环节七. 实验环节八. 考试要求九. 其它相关说明一. 课程基本信息课程编号：2043061课程名称：计算机体系结构课程英文名称：Computer Architecture课程性质：指定选修课先修课程：数字逻辑；计算机组成原理；概率论与统计；数据结构；操作系统；编译原理。
适用专业：计算机科学与技术专业、通信工程专业开课学期：第七学期学时：72（54）学分：4（3）二. 课程的性质、地位与任务计算机系统结构是计算机科学与技术领域的重要学科，也是高等院校计算机系本科生和研究生学习设计、分析和评价计算机的主干课程。
许多著名的院校作为研究生入学考试课程之一。
该课程以讲授计算机系统结构的基本概念和基本原理为主，而不是完整介绍各种系统结构，即不是以具体的机器为实例进行教学。
在教学中引进定量原理，让学生学会如何测试实际机器，分析实际机器，分析计算机设计中遇到的各种限制因素，培养正确选择各种折衷方案的能力。
强调计算机系统结构与操作系统和编译系统的相互关系，充分反映出计算机系统结构不是单纯的硬件课程，而是硬件和系统软件的结合点，因此本课程不仅适用于培养系统结构和芯片设计工程师和计算机系统工程师，而且也适用于培养编译系统和操作系统工程师。
三. 教材与主要参考书1.教材：《计算机体系结构》石教英等著杭州:浙江大学出版社,1998[1版].2.参考书：①《计算机系统结构—量化研究方法》（第三版）(美)J ohn L.H e nn e ss y D av i dA.P a tt e r s on著郑伟明、汤志忠、汪东升译电子工业出版社,2004[1版].②《高级计算机体系结构》(美)K a i H w a ng著ADVANCED COMPUTER ARCHITECTURE 机械工业出版社,1999[1版].③《计算机系统结构》郑伟民、汤志忠著清华大学出版社,1998[2 版].④《计算机系统结构》李学干著西安电子科技大学出版社,2000[3 版].⑤《计算机体系结构》张晟曦著高等教育出版社,2000[3 版].[21 世纪教材]四.计划学时与学时分配1.教学建议《计算机体系结构》课程分经典教案面授和电子教案面授两种。
计算机组成原理中的指令与指令集
计算机组成原理中的指令与指令集计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门基础课程，旨在介绍计算机系统的各个组成部分及其工作原理。
在这门课程中，指令与指令集是其中一个重要的内容，它涉及到计算机的指令执行过程和指令的编码方式。
一、指令的基本概念和作用指令是计算机程序中最基本的执行单位，它是计算机硬件中能够被执行的操作。
指令包括了操作码和操作数两个部分，操作码指明了要执行的操作类型，而操作数指明了操作码要操作的数据。
指令的作用是通过对数据的操作和处理来实现程序的功能。
不同的指令可以完成不同的操作，例如数据传输、运算、逻辑判断等。
通过不同的指令的组合和执行，计算机可以完成各种复杂的任务。
二、指令格式与编码方式指令的格式和编码方式是计算机硬件设计中的关键问题，它涉及到指令的存储、传输和执行等方面。
常见的指令格式包括固定格式、可变格式和寄存器-存储器格式等，不同的指令格式适用于不同的计算机体系结构。
指令的编码方式是指将指令的各个部分和参数按照特定的规则编码成二进制数。
根据指令的长度不同，编码方式可以分为定长编码和变长编码。
定长编码将所有指令都表示为相同长度的二进制数，这样可以简化指令的解码过程；而变长编码可以根据指令的需要灵活地分配不同长度的二进制数。
三、指令集的组成和分类指令集是一组用于描述计算机指令的规范，它包括了计算机所能执行的所有指令的集合。
指令集可以根据不同的要求和功能进行分类，常见的分类方式包括RISC指令集和CISC指令集。
RISC（Reduced Instruction Set Computers）指令集是一种精简指令集，它的设计原则是将指令集的数量减少到最小，并且每条指令的执行时间相当。
RISC指令集的特点是指令简单、指令执行时间短、流水线技术应用广泛等。
CISC（Complex Instruction Set Computers）指令集是一种复杂指令集，它的设计原则是将常用的操作通过单条指令来完成，以减少程序的长度和执行时间。
《计算机体系结构》教学大纲
《计算机体系结构》教学大纲英文名称：Computer Architecture预修课程：计算机原理、数据结构、操作系统、编译原理、高级语言总学时数：45学时，其中讲授36学时，课内实验4学时。
学分：2.5教学对象：计算机科学与技术专业本科学员开课学期：第6学期一、课程的性质、地位和任务该课程是计算机专业一门非常重要的专业基础课。
课程系统介绍进行计算机系统设计所必须了解与掌握的专业知识，重点介绍计算机体系结构的基本思想、基本概念、设计原理、设计方法与评价分析方法。
本课程内容广、概念多、系统性强、实例多，涉及计算机体系结构技术领域前沿。
本课程的任务是要使学生能够系统全面正确理解和掌握计算机体系结构技术的基本思想，并培养学生按照定量分析的方法初步设计和评价计算机系统的能力。
二、教学内容和要求（一）计算机体系结构基础内容和要求：了解计算机系统设计的基本任务；了解计算机技术发展的趋势；了解计算机性能与成本的影响因素，以及性能的评价方法，掌握计算机体系结构基本概念和定量分析方法的基本原理。
重点：计算机设计的基本任务，计算机体系结构基本概念，定量分析方法基本原理（二）计算机指令集结构设计内容和要求：从计算机系统指令集结构设计出发了解典型指令集结构的技术特点及其发展，掌握计算机系统指令集结构的设计方法以及各种设计方案的优缺点；掌握一种RISC指令集结构实例。
重点：计算机系统指令集结构设计，RISC指令集结构实例（三）流水线技术内容和要求：掌握流水线技术的基本原理及其性能评价方法；掌握RISC指令集结构流水线的基本设计方法，并能够从数据相关与控制相关两个方面分析流水线性能，掌握提高流水线性能的软硬件方法。
掌握向量处理机原理；了解基本的向量处理机结构；掌握向量处理机性能改善和评价的基本方法。
重点：流水线的基本原理与设计、分析评价方法、向量处理机原理（四）指令级并行内容和要求：掌握指令级并行的基本概念、指令的动态调度技术，理解控制相关的动态解决技术，掌握多指令流出技术的基本原理。
计算机组成原理实验CPU设计与指令集仿真
计算机组成原理实验CPU设计与指令集仿真在计算机组成原理实验中，CPU的设计和指令集仿真是非常重要的一部分。
本文将以一种适合科技类文章的格式，详细介绍CPU设计和指令集仿真的过程和原理。
一、CPU设计CPU设计是计算机组成原理的核心内容之一。
在CPU设计中，需要考虑的主要有以下几个方面：1.1 指令集架构指令集架构是CPU设计的基础。
它定义了CPU能够执行的指令集合，包括指令的格式、指令的操作码以及指令的操作类型等。
常见的指令集架构有精简指令集（RISC）和复杂指令集（CISC）等。
1.2 数据通路设计数据通路是指CPU中用于执行指令的路径。
它包括寄存器、算术逻辑单元（ALU）、控制单元等组成部分。
在数据通路设计中，需要考虑指令的执行顺序、数据的传输等关键问题。
1.3 控制单元设计控制单元是CPU中负责控制指令执行的部分。
它根据指令的操作码和操作数，产生控制信号，控制数据通路的工作。
在控制单元设计中，需要充分考虑指令的并行性、误差检测等因素。
1.4 存储器设计存储器是CPU与外部设备交换数据的接口。
在CPU设计中，需要选择适合的存储器结构，包括寄存器、缓存、主存等。
存储器的设计不仅关系到CPU的性能，还关系到整个计算机系统的性能。
二、指令集仿真指令集仿真是一种通过软件模拟CPU的工作过程，实现对指令集的测试和验证的方法。
指令集仿真主要分为以下几个步骤：2.1 定义指令集首先，需要根据CPU设计的指令集架构，定义仿真所需的指令集。
包括指令的格式、操作码和操作数等。
2.2 编写仿真程序根据指令集的定义，编写相应的仿真程序。
仿真程序可以使用高级编程语言如C、C++等编写，通过逐条解释CPU的指令，模拟CPU的执行过程。
2.3 仿真环境搭建为了能够进行指令集仿真，需要搭建相应的仿真环境。
包括模拟CPU的数据通路、控制单元以及存储器等组成部分。
可以使用软件仿真工具如ModelSim等来帮助搭建仿真环境。
2.4 指令集测试和验证在搭建好仿真环境后，可以对指令集进行测试和验证。
mips 实验报告
MIPS实验报告1. 引言MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种经典的指令集架构（ISA），被广泛应用于计算机体系结构的教学和研究中。
本实验报告将介绍使用MIPS指令集实现的一系列实验，包括指令执行、流水线设计和缓存优化等。
2. 实验目标本次实验的主要目标是通过设计和实现一系列MIPS指令，加深对计算机体系结构的理解，并掌握MIPS指令的执行过程和流水线设计。
3. 实验环境为了完成实验，我们使用了MIPS模拟器和相应的开发工具。
这些工具提供了一个仿真环境，可以在计算机上执行MIPS指令，并提供了调试和测试的功能。
4. 实验步骤步骤1：设计指令首先，我们需要设计一系列MIPS指令，以实现特定的功能。
例如，我们可以设计一个加法指令，将两个寄存器中的值相加，并将结果存储到另一个寄存器中。
步骤2：实现指令接下来，我们需要在MIPS模拟器中实现这些指令。
通过编写相应的汇编代码，我们可以将指令转化为机器码，并在模拟器中执行。
步骤3：调试和测试一旦指令实现完成，我们就可以开始调试和测试。
通过单步执行指令，我们可以观察程序的执行过程，并检查寄存器和内存中的数据是否符合预期。
步骤4：性能优化在实现指令的过程中，我们还可以考虑对程序进行性能优化。
例如，通过引入流水线技术，可以提高指令的执行速度。
此外，我们还可以设计和实现缓存系统，以减少内存访问的延迟。
5. 实验结果经过一系列的设计、实现和优化，我们成功完成了MIPS指令的实验。
通过观察实验结果，我们可以得出一些结论和发现。
6. 结论本次实验通过设计和实现MIPS指令，加深了对计算机体系结构的理解，并掌握了MIPS指令的执行过程和流水线设计。
通过调试和测试，我们进一步完善和优化了指令的实现。
实验结果表明，我们的设计能够成功执行各种指令，并具有一定的性能优化。
7. 参考文献参考文献提供了关于MIPS指令集和计算机体系结构的详细信息，为本实验提供了重要的支持和指导。
计算机体系结构实训课程学习总结指令级并行与流水线设计
计算机体系结构实训课程学习总结指令级并行与流水线设计在计算机科学与技术领域中，计算机体系结构是一门关于计算机硬件与软件的核心学科。
在我修习的计算机体系结构实训课程中，我学习了指令级并行与流水线设计，掌握了该领域的核心概念与技术，下面是我对该课程的学习总结和心得体会。
一、指令级并行概述指令级并行是指在一个周期内同时执行多条指令，以减少指令的执行时间，提高计算机的性能。
在学习指令级并行的过程中，我了解了计算机指令的基本原理及其执行过程。
通过学习指令流水线、数据前推、乱序执行等技术，我深入理解了指令级并行的优势和实现方法。
在实训过程中，我通过搭建指令级并行的实验平台，进行了仿真实验和性能分析。
通过比较顺序执行和指令级并行执行的效果，我发现指令级并行可以大幅度提高计算机的执行效率。
而在实现指令级并行时，我也面临了一些挑战，如数据相关、控制相关等问题，但通过优化代码和调整指令执行顺序，我成功地解决了这些问题。
这个过程让我深刻体会到指令级并行设计的重要性和技术难点。
二、流水线设计与优化流水线设计是指将计算机指令的执行过程划分为多个阶段，并使不同阶段的指令并行执行，从而提高计算机的吞吐量。
在学习流水线设计的过程中，我深入了解了流水线的原理、特点和结构。
通过学习流水线的组织方式、数据冒险、控制冒险等问题，我掌握了流水线设计的关键技术。
在实验中，我设计了一个基于流水线的简单计算机，并通过编写适当的指令集和流水线寄存器，实现了流水线的功能。
通过性能测试，我发现流水线设计可以显著提高计算机的执行效率和吞吐量。
然而，我也发现了一些流水线设计中的问题，比如分支预测错误、资源冲突等，这些问题对流水线的性能产生了负面影响。
通过调整分支预测策略和添加冲突检测机制，我成功地进行了优化，提高了流水线设计的性能。
三、实训过程中的收获与反思通过学习指令级并行与流水线设计，我不仅极大地提高了对计算机体系结构的理解和掌握，还培养了解决实际问题的能力。
《计算机系统结构》教学大纲
《计算机系统结构》教学大纲课程名称：计算机系统结构课程学时：72学时课程类型：专业必修课课程学分：3学分课程考核方式：考试一、课程目标本课程旨在使学生了解计算机系统的基本结构和原理，掌握计算机系统的层次结构、指令系统和中央处理器、主存储器和输入输出系统等方面的知识，培养学生分析和设计计算机系统的能力。
二、课程内容1.计算机系统概论1.1计算机系统的发展历程1.2计算机系统的基本组成部分1.3计算机系统的层次结构2.指令系统2.1指令的分类与特点2.2指令的寻址方式2.3指令的执行过程2.4简单指令系统的设计与实现3.中央处理器3.1数据通路和控制器3.2指令的执行过程3.3中央处理器的设计与实现3.4流水线技术4.主存储器4.1存储器的基本概念4.2存储器的层次结构4.3存储器的组织与管理4.4高速缓存存储器的设计与实现4.5虚拟存储器5.输入输出系统5.1输入输出系统的功能与分类5.2输入输出设备的接口技术5.3中断处理和DMA技术5.4输入输出系统的设计与实现三、教学方法本课程采用理论课和实验相结合的教学方法。
理论课主要讲授计算机系统的基本原理和概念，通过示例和案例分析加深学生的理解。
实验课将对部分计算机系统组成部分进行仿真和实践操作，提高学生的实际操作能力。
四、教材与参考书主教材：《计算机组成与设计》（第5版）- David A. Patterson, John L. Hennessy，机械工业出版社参考书：1. 《计算机系统结构教程》- M. Morris Mano, 赵洁，高等教育出版社2.《计算机体系结构》-王肇国，机械工业出版社五、考核方式与评分标准本课程采取考试的方式进行综合评估。
考试主要包括选择题、填空题、简答题和综合性问题。
评分标准包括学生对计算机系统原理的掌握程度、对计算机系统设计的理解程度以及实验操作能力的表现等。
六、实验内容1.设计一个简单的指令系统，包括指令集、寻址方式和控制流程。
计算机体系结构实验报告
计算机体系结构实验报告实验⼆结构相关⼀、实验⽬的：通过本实验，加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响。
⼆、实验内容：1. ⽤WinDLX模拟器运⾏程序structure_d.s 。
2. 通过模拟，找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件。
3. 记录由结构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。
4. 论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的⽅法。
三、实验程序structure_d.sLHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关ADDUI R2, R2, A&0xFFFFLHI R3, (B>>16)&0xFFFFADDUI R3, R3, B&0xFFFFADDU R4, R0, R3loop:LD F0, 0(R2)LD F4, 0(R3)ADDD F0, F0, F4 ；浮点运算，两个周期，结构相关ADDD F2, F0, F2 ; <- A stall is found (an example of how to answeryour questions)ADDI R2, R2, #8ADDI R3, R3, #8SUB R5, R4, R2BNEZ R5, loop ；条件跳转TRAP #0 ;; Exit <- this is a comment !!A: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10B: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10四、实验过程打开软件，load structure_d.s⽂件，进⾏单步运⾏。
经过分析，此程序⼀次循环中共有五次结构相关。
（R-stall 数据相关Stall- 结构相关）1)第⼀个结构相关：addd f2,,f0,f2由于前⾯的数据相关，导致上⼀条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段，所以下⼀条指令addd f2,,f0,f2发⽣结构相关，导致相关的部件：译码部件。
计算机体系结构实验报告
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．预备知识1. WinDLXWinDLX模拟器是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器，能够演示DLX流水线是如何工作的。
该模拟器可以装载DLX汇编语言程序（后缀为“.s”的文件），然后单步、设断点或是连续执行该程序。
CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以用图形表示出来，以形象生动的方式描述DLX流水线的工作过程。
模拟器还提供了对流水线操作的统计功能，便于对流水线进行性能分析。
有关WinDLX的详细介绍，见WinDLX教程。
2. 熟悉WinDLX指令集和WinDLX源代码的编写3. 复习和掌握教材中相应的内容（1）DLX基本流水线（2）流水线的结构相关与数据相关结构相关：当指令在重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，发生资源冲突时，将产生“结构相关”。
数据相关：当一条指令需要用到前面指令的执行结果，而这些指令均在流水线中重叠执行时，就可能引起“数据相关”。
（3）定向技术的主要思想：在发生数据相关时，等待前面计算结果的指令并不一定真的马上就用到该计算结果，如果能够将该计算结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，就可以避免暂停。
四．实验内容及结果1. 用 WinDLX 模拟器执行下列三个程序（任选一个）：求阶乘程序 fact.s求最大公倍数程序 gcm.s求素数程序 prim.s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。
thco mips实验指导书
Thco Mips 实验指导书目录一、实验目的二、实验环境三、实验步骤3.1 准备工作3.2 编译程序3.3 运行程序四、实验总结一、实验目的本实验旨在通过对Thco Mips进行实验操作，加深对计算机体系结构的理解，提高学生的实践能力，培养学生的动手能力，帮助学生掌握计算机系统的基本实验技能。
二、实验环境本实验需要使用Thco Mips模拟器进行操作。
Thco Mips是一个Mips指令集的模拟器，可以模拟Mips处理器的运行情况，对于学习计算机体系结构非常有帮助。
在进行本实验之前，请确保已经下载并安装了Thco Mips模拟器，并熟悉了其基本操作方法。
三、实验步骤3.1 准备工作1. 打开Thco Mips模拟器。
2. 点击“文件”菜单，选择“新建”创建一个新的Mips程序文件。
3. 在新建的Mips程序文件中，输入所需的Mips指令代码。
3.2 编译程序1. 点击“编辑”菜单，选择“编译”命令，对输入的Mips指令代码进行编译。
2. 如果程序中存在语法错误，会提示相应的错误信息，需要及时进行修改并重新编译程序，直至通过编译。
3.3 运行程序1. 点击“运行”菜单，选择“运行”命令，可在Thco Mips模拟器中运行已经编译通过的程序。
2. 在程序运行期间，可以通过监控寄存器和内存的方式，观察程序的运行情况，分析程序的执行过程。
四、实验总结通过本次实验，我深入了解了Thco Mips模拟器的使用方法，掌握了Mips指令集的基本编程技巧，加深了对计算机体系结构的理解。
在实验过程中，我不仅学会了如何编写Mips程序，还学会了如何调试和运行Mips程序，对于我今后的学习和研究都具有重要的意义。
通过这次实验，我对计算机体系结构有了更深入的认识，也为我未来的学习和研究打下了良好的基础。
实验实践能力的培养不仅仅是在课堂上学习理论知识，更需要通过实践操作，将理论知识转化为实际应用能力。
Thco Mips模拟器作为一个模拟Mips处理器的工具，给我们提供了一个很好的实践评台，让我们能够深入理解计算机体系结构的工作原理，加强对计算机系统的实际操作能力。
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）。
指令实验报告
指令实验报告指令实验报告一、引言计算机指令是计算机系统中的基本操作单位，它们决定了计算机能够执行的任务和操作。
指令集架构是计算机体系结构的重要组成部分，对计算机系统的性能和功能起到了至关重要的作用。
本实验旨在通过对指令集架构的实验研究，深入了解指令的执行过程和机器指令的设计原则。
二、实验目的本实验的主要目的是通过设计和实现一系列机器指令，来掌握指令的编码方式、指令的执行过程以及指令的设计原则。
通过实验，可以加深对计算机体系结构的理解，提高对计算机指令的使用和优化能力。
三、实验内容1. 设计一组机器指令集，包括算术运算指令、逻辑运算指令、条件分支指令和数据传输指令等。
2. 实现指令集的编码和解码器，将指令转化为计算机可以识别和执行的二进制码。
3. 搭建计算机系统，包括中央处理器(CPU)、存储器和输入输出设备。
4. 编写指令的执行程序，模拟指令的执行过程，并进行测试和验证。
四、实验步骤1. 设计机器指令集。
根据实验要求和需求，设计一组满足功能要求的机器指令集，并确定指令的格式和编码方式。
2. 实现指令的编码和解码器。
根据指令集的设计，编写编码和解码器的代码，将指令转化为计算机可以理解的二进制码，并将其解码为可执行的指令。
3. 搭建计算机系统。
根据实验要求，搭建计算机系统，包括CPU、存储器和输入输出设备等，确保计算机系统能够正常工作。
4. 编写指令执行程序。
根据指令集的设计和编码方式，编写指令的执行程序，模拟指令的执行过程，并进行测试和验证。
五、实验结果与分析通过实验，我们成功设计和实现了一组机器指令集，并完成了指令的编码和解码器的开发。
在搭建计算机系统后，我们编写了指令的执行程序，并进行了测试和验证。
实验结果表明，指令的执行程序能够正确地执行指令，并输出正确的结果。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 指令的编码方式对指令的执行效率和系统性能有重要影响。
合理设计指令的编码方式可以提高指令的执行效率和系统的性能。
mips 实验报告
mips 实验报告MIPS实验报告引言：计算机体系结构是计算机科学中的一个重要领域，它研究计算机硬件和软件之间的关系。
在计算机体系结构的学习过程中，我们接触到了MIPS （Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）指令集架构。
本实验报告将介绍我们在实验中对MIPS进行的学习和实践。
一、MIPS的背景和特点MIPS是一种经典的RISC（Reduced Instruction Set Computer）指令集架构，它于1981年由斯坦福大学的约翰·亨尼西（John Hennessy）和他的学生大卫·帕特森（David Patterson）提出。
MIPS架构的设计理念是简化指令集，提高指令执行速度，以及降低硬件复杂度。
MIPS指令集包含了一组简洁而强大的指令，使得编译器和硬件设计更容易实现。
该架构的特点包括高效的流水线执行、固定长度的指令格式、延迟槽等。
二、MIPS的实验环境和工具为了学习和实践MIPS指令集，我们使用了一款名为MARS（MIPS Assembler and Runtime Simulator）的工具。
MARS提供了一个模拟器，可以在计算机上运行MIPS指令。
它还提供了汇编器和调试器，方便我们编写和调试MIPS程序。
通过MARS，我们可以观察和分析指令的执行过程，更好地理解MIPS的工作原理。
三、MIPS的基本指令和寄存器MIPS指令集包含了一系列基本指令，如加载（Load）指令、存储（Store）指令、算术运算（Arithmetic）指令、逻辑运算（Logic）指令等。
这些指令可以完成各种计算和数据操作任务。
同时，MIPS架构还提供了32个通用寄存器，用于存储和操作数据。
这些寄存器以$0、$1、$2等命名，并且有特殊用途的寄存器如程序计数器（PC）和堆栈指针（SP）等。
四、MIPS程序设计实践通过MARS工具，我们编写了一些简单的MIPS程序，以加深对MIPS指令集和寄存器的理解。
大学计算机系统结构教案
大学计算机系统结构教案一、教学目标本课程旨在介绍计算机系统的基本结构，教授基本的计算机组成原理和设计方法，帮助学生掌握计算机体系结构的基本知识，提高学生计算机系统结构的实际应用能力，为学生深入了解计算机体系结构理论奠定基础。
二、教学内容1. 计算机结构基本概念2. 计算机指令系统3. CPU结构4. 存储器结构5. 输入输出系统6. 总线结构三、教学方法1. 经验传授2. 实例分析3. 讨论互动4. 实验演示四、教学要求1. 学生要认真听讲，积极思考2. 学生要参与实验，掌握实际操作技能3. 学生要理解计算机结构的基本理论五、考核方式1. 平时考核占40%，包括参与讨论、实验操作、实验报告等方面。
2. 期末考核占60%，考试形式为笔试，重点考核学生的理论掌握能力。
六、教学内容详细介绍1. 计算机结构基本概念本课程将首先介绍计算机体系结构的概念，分析不同的计算机组成部分，包括 CPU、存储系统、输入输出系统和总线结构等。
教学目标：了解计算机体系结构的各个模块，明确不同模块的相互作用关系。
2. 计算机指令系统计算机指令系统是计算机系统结构的核心，本课程将介绍指令系统的设计原则，包括指令的分类、寻址方式、指令格式和指令周期等。
通过实例分析和计算器实验，学生将深入了解指令系统的设计原则，并掌握指令集的设计方法。
3. CPU结构CPU是计算机系统的中央处理器，本课程将介绍CPU的基本结构和功能，包括寄存器文件、运算器、控制器和时钟等。
学生将结合实验操作，了解各种CPU件的构成和相互作用，掌握CPU的基本设计概念和方法。
4. 存储器结构存储器是计算机系统的重要组件之一，本课程将介绍存储器的基本结构和分类，包括主存储器、辅助存储器，以及各种存储器的访问方式和特点。
通过实例分析和实验操作，学生将了解各种存储器的使用和设计方法。
5. 输入输出系统输入输出系统是计算机系统和外部世界的接口，本课程将介绍输入输出系统的基本结构，包括输入输出设备、控制器和驱动程序等。
mips实验报告
mips实验报告Title: MIPS实验报告Abstract:本实验报告旨在介绍MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）架构及其在计算机体系结构课程中的应用。
通过实验，我们将了解MIPS指令集架构的基本原理和实现，以及如何使用MIPS模拟器进行程序设计和调试。
本报告将详细介绍MIPS架构的特点、指令集、寄存器组、内存模型等内容，并通过实验结果分析MIPS在计算机体系结构中的重要性和应用价值。
Introduction:MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集计算机（RISC）架构，广泛应用于嵌入式系统和高性能计算领域。
在计算机体系结构课程中，学习MIPS架构可以帮助学生深入理解计算机的工作原理和指令级并行处理技术。
通过实验，学生可以通过模拟器编写和调试MIPS汇编程序，加深对计算机体系结构的理解。
MIPS Architecture:MIPS架构采用精简指令集（RISC）的设计理念，包括32位寄存器、固定长度的指令格式和简单的指令集。
MIPS架构的特点包括高性能、低功耗、易于实现和优化等优点，因此在嵌入式系统和高性能计算领域得到广泛应用。
MIPS指令集包括算术运算指令、逻辑运算指令、数据传输指令、控制流指令等，能够满足各种计算需求。
MIPS Simulator:为了方便学生学习和实验MIPS架构，通常会使用MIPS模拟器进行程序设计和调试。
MIPS模拟器可以模拟MIPS处理器的运行过程，包括指令执行、寄存器操作、内存访问等，帮助学生理解MIPS指令集的工作原理和实现过程。
通过MIPS模拟器，学生可以编写和调试MIPS汇编程序，加深对计算机体系结构的理解。
Experiment Results:通过实验，我们学习了MIPS架构的基本原理和实现，包括指令集、寄存器组、内存模型等内容。
定时器指令实验报告
定时器指令实验报告定时器指令实验报告一、引言定时器指令是计算机科学中常用的一种指令类型，用于实现时间控制和计时功能。
在本次实验中，我们将学习并掌握定时器指令的使用方法，并通过实验验证其正确性和有效性。
二、实验目的1. 理解定时器指令的原理和功能。
2. 学习定时器指令的编程方法。
3. 掌握定时器指令在实际应用中的使用。
三、实验器材和方法1. 实验器材：计算机、编程软件。
2. 实验方法：通过编写程序，使用定时器指令进行计时和时间控制。
四、实验过程1. 初始化定时器：在程序开始时，需要对定时器进行初始化设置。
通过设定计时周期和工作模式等参数，确保定时器能够按照预定的时间间隔工作。
2. 编写定时器指令程序：根据实际需求，编写程序，使用定时器指令实现计时和时间控制功能。
例如，可以编写一个简单的程序，通过定时器指令实现每隔一秒钟在屏幕上显示一次当前时间。
3. 运行程序并观察结果：将编写好的程序在计算机上运行，并观察定时器指令的效果。
确保程序能够按照预期的时间间隔进行计时和时间显示。
五、实验结果与分析经过实验，我们成功使用定时器指令实现了计时和时间控制的功能。
每隔一秒钟，程序会在屏幕上显示一次当前时间，实现了时间的自动更新和显示。
这在实际应用中非常有用，比如在科学实验中需要精确计时，或者在工业自动化控制中需要按照一定时间间隔进行操作等。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了定时器指令的原理和功能，并学会了如何使用定时器指令进行时间控制和计时。
定时器指令在计算机科学和工程技术中具有广泛的应用，可以用于实现各种时间相关的功能。
掌握定时器指令的使用方法对于我们提高编程能力和解决实际问题具有重要意义。
七、存在的问题与改进方向在本次实验中，我们成功实现了定时器指令的功能，但仍存在一些问题。
首先，定时器指令的精度可能受到计算机硬件和操作系统等因素的影响，需要进行更精确的测试和调整。
其次，定时器指令的编程方法可能较为复杂，需要更深入地学习和理解。
《计算机系统结构》课程教学大纲
《计算机系统结构》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码:课程名称：计算机系统结构英文名称：Computer Architecture课程类别: 专业课学时：72(其中实验18学时)学分: 3.5适用对象: 计算机科学与技术、网络工程专业考核方式：考试（其中平时成绩占30%，期末考试成绩占70%）先修课程：计算机组成原理、操作系统二、课程简介本课程是计算机专业一门重要的专业基础课，对于培养学生的抽象思维能力和自顶向下、系统地分析和解决问题的能力有非常重要的作用。
其目标是使学生掌握计算机系统结构的基本概念、基本原理、基本结构、基本设计和分析方法，并对计算机系统结构的发展历史和现状有所了解。
通过学习本课程，能把在“计算机组成原理”等课程中所学的软、硬件知识有机地结合起来，从而建立起计算机系统的完整概念。
This course is a computer professional important foundation for the professional class, for training students in abstract thinking, and top-down, System analysis and the ability to solve problems is a very important role. The goal is to enable students to master computer system structure the basic concepts, basic principles and basic structure, basic design and analysis methods and computer system architecture and the history of the development of an understanding of the status quo. Through the study of this course, can in "Principles of Computer Organization", y the school curriculum of the software and hardware knowledge combined organic, Computer systems in order to establish the integrity of the concept.三、课程性质与教学目的《计算机系统结构》的教学对象为计算机相关专业的高年级本科生专业技术基础课程，目的是介绍计算机体系结构的概念、技术和最新动态，着重介绍软，硬件功能分配以及如何最佳、最合理地实现软、硬件功能分配。
mips实验报告
mips实验报告MIPS实验报告引言：计算机体系结构是计算机科学中的重要研究领域，而MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种经典的RISC（Reduced Instruction Set Computer）体系结构。
本实验报告将介绍我对MIPS实验的理解和实践，包括MIPS指令集的基本特点、实验环境的搭建、以及在MIPS架构下编写和运行程序的过程。
一、MIPS指令集的基本特点MIPS指令集是一种精简的指令集，其特点主要包括以下几点：1. 定长指令格式：MIPS指令采用32位定长指令格式，使得指令解码和执行过程更加高效。
2. 延迟槽：MIPS指令集中的延迟槽是指在分支指令后的一条指令，它总是会被执行，无论分支是否发生。
这种设计可以提高指令流水线的效率。
3. 五种指令格式：MIPS指令集包括R格式、I格式、J格式、COP0格式和COP1格式，分别用于处理寄存器相关操作、立即数操作、跳转操作、协处理器0操作和协处理器1操作。
4. 寄存器：MIPS体系结构中有32个通用寄存器，可以进行高速数据传递和操作。
二、实验环境的搭建为了进行MIPS实验，我们需要搭建相应的实验环境。
在本次实验中，我选择使用MARS（MIPS Assembler and Runtime Simulator）作为MIPS实验的模拟器。
MARS提供了一个图形化界面，可以方便地进行MIPS程序的编写、调试和运行。
搭建实验环境的步骤如下：1. 下载和安装MARS：从MARS官方网站上下载最新版本的MARS软件，并按照提示进行安装。
2. 配置MARS：打开MARS软件后，点击“Settings”菜单，选择“MIPS Assembler”选项卡。
在这里，我们可以设置MIPS汇编程序的语言类型、字符集和显示格式等。
3. 编写MIPS程序：在MARS的编辑器中，我们可以编写MIPS程序。
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指令集实验王宇航09283020指令集实验实验内容通过观察求素数程序在windlx以及Intel中的运行方式和内存中的存储方式，进行比较和分析。
实验步骤1、安装windlx模拟器，分析、运行其自带的求素数代码。
详细分析其用到的各类机器指令格式。
在windlx中将prim.s文件导入到其中并进行;-------------------------------------------------------------------; Program begins at symbol main; generates a table with the first 'Count' prime numbers from 'Table';-------------------------------------------------------------------.data;*** size of table.global CountCount: .word 10.global TableTable: .space Count*4.text.global mainmain:;*** Initializationaddi r1,r0,0 ;Index in Tableaddi r2,r0,2 ;Current value//r1=r0+0 ; r2=r0+2 ;建立索引并初始化;*** Determine, if R2 can be divided by a value in tableNextValue: addi r3,r0,0 ;Helpindex in Table//r3=r0+0 ;建立帮助索引Loop: seq r4,r1,r3 ;End of Table?bnez r4,IsPrim ;R2 is a prime numberlw r5,Table(R3)divu r6,r2,r5multu r7,r6,r5subu r8,r2,r7beqz r8,IsNoPrimaddi r3,r3,4j Loop//循环判断是否为素数IsPrim: ;*** Write value into Table and increment indexsw Table(r1),r2addi r1,r1,4;*** 'Count' reached?lw r9,Countsrli r10,r1,2sge r11,r10,r9bnez r11,Finish//循环中的子函数，对是素数的进行存储和处理IsNoPrim: ;*** Check next valueaddi r2,r2,1 ;increment R2j NextValue//循环中的子函数，对不是是素数的进行存储和处理Finish: ;*** endtrap 0//程序结束2、编写c语言求素数程序，并分析其在Intel机器上执行的汇编代码。
#include "stdafx.h"#include "stdio.h"int isprime(int n){int m=2;for(;m*m<=n;++m)if(n%m==0)return 0;return 1;}//循环中的子函数，对是素数的进行存储和处理，是素数则返回1，不是素数则返回0int main(int argc, char* argv[]){int b;for(b=2;b<=100;b++){if(isprime(b))printf("%d\n",b);}return 0;}//主函数，利用循环对100以内的数进行判断并输出。
以下为上面的程序翻译过来后的汇编程序。
TITLE F:\学习\程序\求素数\求素数.cpp.386Pinclude listing.incif @Version gt 510.model FLATelse_TEXT SEGMENT PARA USE32 PUBLIC 'CODE'_TEXT ENDS_DATA SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'DATA'_DATA ENDSCONST SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'CONST' CONST ENDS_BSS SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'BSS'_BSS ENDS$$SYMBOLS SEGMENT BYTE USE32 'DEBSYM' $$SYMBOLS ENDS$$TYPES SEGMENT BYTE USE32 'DEBTYP' $$TYPES ENDS_TLS SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'TLS'_TLS ENDS; COMDAT ??_C@_03HMFC@?$CFd?6?$AA@CONST SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'CONST' CONST ENDS; COMDAT ?isprime@@YAHH@Z_TEXT SEGMENT PARA USE32 PUBLIC 'CODE'_TEXT ENDS; COMDAT _main_TEXT SEGMENT PARA USE32 PUBLIC 'CODE'_TEXT ENDSFLAT GROUP _DATA, CONST, _BSSASSUME CS: FLAT, DS: FLAT, SS: FLATendifPUBLIC ?isprime@@YAHH@Z ; isprime; COMDAT ?isprime@@YAHH@Z_TEXT SEGMENT_n$ = 8?isprime@@YAHH@Z PROC NEAR ; isprime, COMDAT ; 7 : {push ebpmov ebp, espsub esp, 68 ; 00000044Hpush ebxpush esipush edilea edi, DWORD PTR [ebp-68]mov ecx, 17 ; 00000011Hmov eax, -858993460 ; ccccccccHrep stosd; 8 : int m=2;mov DWORD PTR _m$[ebp], 2; 9 : for(;m*m<=n;++m)jmp SHORT $L530$L531:mov eax, DWORD PTR _m$[ebp]add eax, 1mov DWORD PTR _m$[ebp], eax$L530:mov ecx, DWORD PTR _m$[ebp]imul ecx, DWORD PTR _m$[ebp]cmp ecx, DWORD PTR _n$[ebp]jg SHORT $L532; 10 : if(n%m==0)mov eax, DWORD PTR _n$[ebp]cdqidiv DWORD PTR _m$[ebp]test edx, edxjne SHORT $L533; 11 : return 0;xor eax, eaxjmp SHORT $L528$L533:; 12 : return 1;jmp SHORT $L531$L532:mov eax, 1$L528:; 13 : }pop edipop esimov esp, ebppop ebpret 0?isprime@@YAHH@Z ENDP ; isprime_TEXT ENDSPUBLIC _mainPUBLIC ??_C@_03HMFC@?$CFd?6?$AA@ ; `string' EXTRN _printf:NEAREXTRN __chkesp:NEAR; COMDAT ??_C@_03HMFC@?$CFd?6?$AA@; File F:\学习\程序\求素数\求素数.cppCONST SEGMENT??_C@_03HMFC@?$CFd?6?$AA@ DB '%d', 0aH, 00H ; `string' CONST ENDS; COMDAT _main_TEXT SEGMENT_b$ = -4_main PROC NEAR ; COMDAT; 16 : {push ebpmov ebp, espsub esp, 68 ; 00000044Hpush ebxpush esipush edilea edi, DWORD PTR [ebp-68]mov ecx, 17 ; 00000011Hmov eax, -858993460 ; ccccccccHrep stosd; 17 : int b;; 18 : for(b=2;b<=100;b++)mov DWORD PTR _b$[ebp], 2jmp SHORT $L539$L540:mov eax, DWORD PTR _b$[ebp]add eax, 1mov DWORD PTR _b$[ebp], eax$L539:cmp DWORD PTR _b$[ebp], 100 ; 00000064Hjg SHORT $L541; 20 : if(isprime(b))mov ecx, DWORD PTR _b$[ebp]push ecxcall ?isprime@@YAHH@Z ; isprimeadd esp, 4test eax, eaxje SHORT $L542; 21 : printf("%d\n",b);mov edx, DWORD PTR _b$[ebp]push edxpush OFFSET FLAT:??_C@_03HMFC@?$CFd?6?$AA@ ; `string'call _printfadd esp, 8$L542:; 22 : }jmp SHORT $L540$L541:; 23 : return 0;xor eax, eax; 24 : }pop edipop esipop ebxadd esp, 68 ; 00000044Hcmp ebp, espcall __chkespmov esp, ebppop ebpret 0_main ENDP_TEXT ENDSEND观察相同的素数在windlx内存以及Intel内存中存储的方式。
素数在windlx内存以及Intel内存中存储的方式有所不同，DLX 指令格式由于 DLX 的寻址方式较少，因此在指令格式中没有专门设置必要的寻址方式。