计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理

实

验

指

导

书

软件学院

2015.9

实验报告要求

一、该实验为计算机组成原理课程的仿真训练项目，包括实验1-5，每个实验6分，共30分，计入最终考核成绩。

二、每人每个实验写一份实验报告。要求在熟悉仿真软件和相关理论知识的基础上，按照实验步骤，认真观察实验结果数据，做好记录或截图，并对结果进行分析，最后总结实验中遇到的问题和解决方法，写出实验心得体会。

三、每个实验应在相对应的理论知识讲授完毕后进行，实验完成后以答辩形式组织考核打分。实验报告需要同时上交电子版和A4纸打印版，封面参考附件。

附件

计算机组成原理

实验报告

学院（系）：

专业：

班级：

学号：

姓名：

年月日

实验1 Cache模拟器的实现

一.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。

二、实验内容和步骤

1、启动CacheSim。

2、根据课本上的相关知识，进一步熟悉Cache的概念和工作机制。

3、依次输入以下参数：Cache容量、块容量、映射方式、替换策略和写策略。

4、读取cache-traces.zip中的trace文件。

5、运行程序，观察cache的访问次数、读/写次数、平均命中率、读/写命中率。思考：1、Cache的命中率与其容量大小有何关系？

2、Cache块大小对不命中率有何影响？

3、替换算法和相联度大小对不命中率有何影响？

三.实验结果分析

四.实验心得

实验2 运算器的编程实现

一、实验目的

1、加深对计算机中运算器的基本概念、运算方法和基本原理的理解。

2、提高学生对计算机编程语言掌握的熟练程度。

二、实验内容

运用一种编程语言实现计算器的基本功能。

思考：1、计算机中数据是如何表示的？

2、计算机中二进制数的加、减、乘、除四则运算如何实现？

3、运算器的基本结构和功能有哪些？

三.实验结果分析

四.实验心得

实验3 MIPS指令系统和MIPS体系结构

一.实验目的

（1）了解和熟悉指令级模拟器

（2）熟悉掌握MIPSsim模拟器的操作和使用方法

（3）熟悉MIPS指令系统及其特点，加深对MIPS指令操作语义的理解

（4）熟悉MIPS体系结构

二. 实验内容和步骤

首先要阅读MIPSsim模拟器的使用方法，然后了解MIPSsim的指令系统。（1）、启动MIPSsim。

（2）、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作在非流水方式。（3）、参照使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。

（4）、选择“文件”->“载入程序”选项，加载样例程序 alltest.asm，然后查看“代码”窗口，查看程序所在的位置。

（5）、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 。

（6）、执行load和store指令，步骤如下：

1)单步执行一条指令（F7）。

2)下一条指令地址为，是一条 (有，无)符号载入 (字节，半字，字)指令。

3)单步执行一条指令（F7）。

4)查看R1的值，[R1]= 。

5)下一条指令地址为，是一条 (有，无)符号载入 (字节，半字，字)指令。

6)单步执行1条指令。

7)查看R1的值，[R1]= 。

8)下一条指令地址为，是一条 (有，无)符号载入 (字节，半字，字)指令。

9)单步执行1条指令。

10)查看R1的值，[R1]= 。

11)单步执行1条指令。

12)下一条指令地址为，是一条保存 (字节，半字，字)指令。 13）单步执行一条指令。

14）查看内存BUFFER处字的值，值为。

(7)、执行算术运算类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为2。

2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为3。

3）单步执行一条指令。

4）下一条指令地址为，是一条加法指令。

5）单步执行一条指令。

6）查看R3的值，[R3]= 。

7）下一条指令地址为，是一条乘法指令。

8）单步执行一条指令。

9）查看LO、HI的值，[LO]= ，[HI]= 。(8)、执行逻辑运算类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中的R1，将其值修改为0XFFFF0000。

2）双击“寄存器”窗口中的R2，将其值修改为0XFF00FF00。

3）单步执行一条指令。

4）下一条指令地址为，是一条逻辑与运算指令，第二个操作数寻址方式是（寄存器直接寻址，立即数寻址）。

5）单步执行一条指令。

6）查看R3的值，[R3]= 。

7）下一条指令地址为，是一条逻辑或指令，第二个操作数寻址方式是（寄存器直接寻址，立即数寻址）。

8）单步执行一条指令。

9）查看R3的值，[R3]= 。

(9)、执行控制转移类指令。步骤如下：

1）双击“寄存器”窗口中R1，将其值修改为2。

2）双击“寄存器”窗口中R2，将其值修改为2。

3）单步执行一条指令。

4）下一条指令地址为，是一条BEQ指令,其测试条件是。

5) 单步执行1条指令。

6) 查看PC的值，[PC]= ，表明分支（成功，失败）。

7) 一条指令是一条BGEZ指令，其测试条件是，目标地址为。

8) 单步执行1条指令。

9) 查看PC的值，[PC]= ，表明分支 (成功，失败）。

10) 下一条指令是一条BGEZAL指令，其测试条件是，目标地址为。

11) 单步执行1条指令。

12) 查看PC的值，[PC]= ，表明分支（成功，失败）；查看R31的值，[R31]= 。

13) 单步执行1条指令。

14）查看R1的值，[R1]= 。

15）下一条指令地址为，是一条JALR指令，保存目标地址的寄存器为R1 ，保存返回地址的目标寄存器为R3。

16）单步执行1条指令。

17）查看PC和R3的值，[PC]= ，[R3]= 。

三、实验结果分析

四.实验心得