计算机系统结构实验
计算机体系结构实验报告
计算机体系结构实验报告实验目的：1.掌握计算机体系结构的基本概念和组成部分2.学会使用模拟器对计算机性能进行测试和优化3.理解计算机指令的执行过程和流水线工作原理4.掌握计算机性能指标的测量方法和分析技巧实验材料和工具：1.一台个人电脑2.计算机体系结构模拟器3.实验指导书和实验报告模板实验步骤：1.搭建计算机系统：根据实验指导书提供的指导，我们搭建了一个简单的计算机系统，包括中央处理器（CPU）、内存和输入输出设备。
2.编写测试程序：我们编写了一段简单的测试程序，用于测试计算机系统的性能。
3.运行测试程序：我们使用模拟器运行测试程序，并记录测试结果。
模拟器可以模拟计算机的执行过程，并提供各种性能指标的测量功能。
4.分析和优化：根据测试结果，我们对计算机系统的性能进行分析，并尝试优化系统设计和测试程序，以提高性能。
实验结果：通过测试程序的运行和性能指标的测量，我们得到了如下结果：1.计算机的时钟频率：根据模拟器显示的结果，我们得知计算机的时钟频率为1000MHz。
2. 指令执行时间：我们计算了测试程序的平均执行时间，得到了结果为5ms。
4.流水线效率：我们通过模拟器提供的流水线分析功能，得到了计算机流水线的平均效率为80%。
实验分析：根据测试结果1.提高时钟频率：通过增加时钟频率可以加快计算机的运行速度。
我们可以尝试调整计算机硬件的设计和制造工艺，提高时钟频率。
2.优化指令执行过程：我们可以通过优化指令的执行过程，减少执行时间。
例如，并行执行多个指令、增加指令缓存等。
3.提高流水线效率：流水线是提高计算机性能的关键技术，我们可以通过增加流水线级数和优化流水线结构，提高流水线效率。
4.增加并行计算能力：并行计算是提高计算机性能的重要途径，我们可以尝试增加计算机的并行计算能力，例如增加处理器核心的数量。
实验总结：通过本次实验，我们深入了解了计算机体系结构的工作原理和性能指标。
通过模拟器的使用，我们学会了对计算机性能进行测试和进行性能优化的方法。
计算机组成与结构实验指导(学生)1
《计算机组成与结构》实验指导（学生用书）1.实验硬件环境简介2.运算器原理实验3.存储器工作原理实验4.简单模型机的设计与实现实验硬件环境简介一．系统构成TDN-CN计算机组成原理实验箱由八个功能模块单元构成，各功能模块的名称及包含的主要器件如表1-1所示。
表1-1TDN-CM系统构成电路名称主要电路内容运算器单元(ALUUNIT) 运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、通道内部总线程序存储器单元(PRAMUNIT)RAM6116、地址寄存器、地址移位寄存器微控器单元(MCROCONTROLLERUNIT) 指令寄存器、指令译码器、微代码控制寄存器及其编程器、逻辅译码单元、时序电路逻辑信号测量单元两路逻辑信号PC示波器12131313131单片机控制单元（PC UNIT)控制单片机、RS-232C串口等I/O单元开关、显示灯、控制台(读写、启动、停机〉电源采用高效开关电源、输出为5V/2A、±12V/02A 系统操作器(选件〉24键键盘和8位LED显示、打印机接口二．系统主要元件配置系统中各主要功能单元所采用的器件如表1-2所示表1-2 实验板的主要元件配置名称器件型号数量运算器74LS181 2移位器74LS299 1通用寄存器74LS273 2 74LS274 3指令程序存储器SRAM6116 1 指令寄存器74LS273 1程序计数器74LS161 2时序发生器74LS175 1 74LS74 1启停控制器拨动开关 2微动开关 2 微程序控制存储器E2PROM2816 3微指令寄存器74LS273 2 74LS175 1微地址寄存器74LS74 3 编辑运行方式开三态开关 1信号源555 1 74LS123 1 电位器 2显示灯发光二极管8 机内电源|5V、±12V输出8 单片机89C51 1串行通讯接口MC1488 1 MC1489 1 9针插座 1实验用元件排线若干三．系统单元电路简介1．运算器单元（ALU UNIT）运算器电路单元由两部分组成：运算器单元（ALU UNIT）和寄存器堆单元（REG UNIT），运算器运算器电路单元位于实验板的左部，其中标有“ALU UNIT”。
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告实验目的：掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解计算机系统的组成部分及其相互关系。
实验仪器和材料：计算机硬件设备（主机、硬盘、内存、显卡等）、操作系统、实验指导书、实验报告模板。
实验原理：实验步骤：1.搭建计算机硬件设备，将主机、硬盘、内存、显卡等组装连接好。
2. 安装操作系统，如Windows、Linux等。
3.启动计算机，进入操作系统界面。
4.打开任务管理器，查看CPU的使用情况。
5.打开任务管理器，查看内存的使用情况。
6.运行一些应用程序，观察CPU和内存的使用情况。
7.尝试使用输入输出设备，如键盘、鼠标等。
实验结果：通过实验，我们可以观察到计算机系统的硬件部分和软件部分的工作情况。
通过任务管理器，我们可以查看到CPU的使用情况和内存的使用情况。
在运行应用程序时，我们可以观察到CPU和内存的使用情况的变化。
通过使用输入输出设备，我们可以与计算机进行交互操作。
实验分析：从实验结果可以看出，计算机系统的硬件部分和软件部分都是相互关联的。
CPU作为计算机的核心部件，负责执行各种指令，通过数据传输和计算来完成各种操作。
而内存则用于存储数据和程序，通过读写操作来完成对数据的处理。
硬盘则用于长期存储数据。
操作系统则是计算机系统的管理者，通过调度CPU和内存的使用来实现对计算机资源的分配。
结论：计算机系统是由硬件和软件部分组成的，其中硬件部分包括CPU、内存、硬盘等，软件部分包括操作系统、应用程序等。
计算机系统通过CPU 的运算和数据传输来实现各种操作。
通过实验，我们可以观察到计算机系统的工作情况，并深入了解计算机系统的组成和工作原理。
实验总结：通过本次实验，我们对计算机系统的基本结构和工作原理有了更深入的了解。
实验中，我们搭建了计算机硬件设备，安装了操作系统，并通过观察和分析实验结果，进一步认识到计算机系统的组成部分和各部分之间的相互关系。
通过操作输入输出设备，我们还实践了与计算机进行交互操作的过程。
计算机组成实验报告
计算机组成实验报告计算机组成实验报告(共3篇)篇一：《计算机组成与结构》实验报告11 .实验目的：1)．学习和了解TEC-2000 十六位机监控命令的用法；2)．学习和了解TEC-2000 十六位机的指令系统；3)．学习简单的TEC-2000 十六位机汇编程序设计；2.实验内容：1)．使用监控程序的R 命令显示/修改寄存器内容、D 命令显示存储器内容、E 命令修改存储器内容；2)．使用 A 命令写一小段汇编程序，U 命令反汇编刚输入的程序，用G 命令连续运行该程序，用T、P 命令单步运行并观察程序单步执行情况；3、实验步骤1)．关闭电源，将大板上的COM1 口与PC 机的串口相连；2)．接通电源，在PC 机上运行PCEC.EXE 文件，设置所用PC 机的串口为“1”或“2”, 其它的设置一般不用改动,直接回车即可；3)．置控制开关为00101（连续、内存读指令、组合逻辑、16 位、联机），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意。
其它实验相同；4)．按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，主机上显示：TEC-2000 CRT MONITOR Version 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.，Tsinghua University Programmed by He Jia >5)．用R 命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容a.在命令行提示符状态下输入：R↙；显示寄存器的内容图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看b.在命令行提示符状态下输入：R R0↙；修改寄存器R0 的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格,也可有一个或数个空格主机显示:寄存器原值:_在该提示符下输入新的值,再用R 命令显示寄存器内容，则R0 的内容变为0036。
图片已关闭显示，点此查看6)．用D 命令显示存储器内容在命令行提示符状态下输入：D 2000↙会显示从2000H 地址开始的连续128 个字的内容；连续使用不带参数的 D 命令，起始地址会自动加128（即80H）。
计算机组成与体系结构实验
计算机组成与体系结构实验计算机组成与体系结构是计算机科学与技术中的重要基础课程，旨在让学生深入了解计算机内部的工作原理和组成结构。
通过实验的方式，学生可以亲自动手操作和观察，加深对计算机组成与体系结构的理解与认识。
本文将就计算机组成与体系结构实验的重要性、实验的设计与操作、实验结果与分析等方面进行探讨，希望能对读者有所启发。
1. 实验的重要性计算机组成与体系结构实验作为一门重要的实践课程，具有以下几个方面的重要性。
1.1 增强理论知识的实践运用通过实验，学生能够将书本上的理论知识应用于实际操作中，增强对计算机组成与体系结构的认识和理解。
只有亲身操作和实践，才能真正理解计算机内部的工作原理。
1.2 培养问题解决能力在实验中，学生常常会遇到各种问题和挑战，需要通过分析和解决来完成实验任务。
这不仅能够培养学生的问题解决能力，还可以提高他们的创新思维和实践能力。
1.3 提升实验技能实验的设计与操作需要学生掌握一定的实验技能，例如使用计算机硬件设备、调试程序等。
通过实验，学生可以提升自己的实验技能，为以后的学习和工作打下坚实的基础。
2. 实验的设计与操作在进行计算机组成与体系结构实验时，需要根据实验目的和要求，合理设计实验方案，并按照以下步骤进行实验操作。
2.1 实验前的准备工作在开始实验之前，需要进行充分的准备工作。
首先，确认实验所需的硬件和软件设备是否齐备，并检查它们的工作状态。
其次，了解实验的背景和目的，明确实验要求和操作步骤。
最后，阅读相关的实验指导书或教材，熟悉实验的理论知识和实验的操作要点。
2.2 实验过程的操作按照实验指导书或教师的要求，进行实验的操作。
在实验过程中，要注意以下几个方面。
2.2.1 实验环境的设置根据实验要求，设置好实验环境和实验参数。
例如，可以使用特定的软件模拟实验环境，或连接相应的硬件设备来进行实验操作。
2.2.2 实验步骤的执行按照实验指导书或教师的要求，按照实验步骤进行操作。
计算机组织与结构 实验报告
《计算机组织与体系结构》上机实验报告实验一一、实验内容算术逻辑运算单元ALU设计实验二、实验原理算术逻辑单元ALU的数据通路如下所示。
其中ALU181根据74LS181的功能用VHDL 硬件描述语言编辑而成，构成8位字长的ALU。
参加运算的两个八位数据分别为A[7..0]和B[7..0]。
运算模式由S[3..0]的16种组合决定，而S[3..0]的值由4位二进制计数器LPM_COUNTER产生，计数时钟是Sclk；此外，设M=0，选择算术运算，M=1位逻辑运算，CN为低位的进位位；F[7..0]为输出结果；C0为运算后的输出进位位。
两个8位数据由总线IN[7..0]分别通过两个电平锁存器74373锁入。
三、实验任务（1）按原理图所示，在此验证性示例中用A0_B1（键3）产生锁存信号，将IN[7..0]的8位数据进入对应的8位数据锁存器中；即首先使A0_B1（键3）＝0，用键2、键1分别向A[7..0]置数01010101（55H），这时在数码管2/1上显示输入的数据（55H）；然后用键3输入高电平1，再用键2、键1分别向B[7..0]置数10101010（AAH），这时在数码管4/3上显示输入的数据（AAH）；这时表示在图中的两个8位数据锁存器lpm_dff锁存器中分别被锁入了加数55H和被加数AAH。
（2）设定键8为低电平，即M=0（允许算术操作），键6控制时钟SCLK，可设置表4-1的S[3..0]=0 ~ F。
现连续按动键6，设置操作方式选择S[3..0]=9（加法操作），使数码管8显示9，以验证ALU的算术运算功能：当键7设置cn=0（最低位无进位）时，数码管7/6/5=0FF（55H+AAH=0FFH）；当键7设置cn=1（最低位有进位）时，数码管7/6/5=100（55H+AAH+1=100H）；（3）若设定键8为高电平，即M=1，键KEY6控制时钟SCLK，设置S[3..0]=0~F，KEY7设置cn=0或cn=1，验证ALU的逻辑运算功能，并记录实验数据。
计算机组成原理与系统结构试验一 数据表示与运算
《计算机组成原理与系统结构》实验一数据表示和运算（1）无符号数和带符号整数的表示实验目的：通过无符号数和带符号整数之间的相互转换来理解无符号数和补码整数的表示。
实验要求：验证教材表2.2（P.28）中的关系表达式的结果，并编程得出第二章习题8(P.69)的表中结果。
实验报告：1.给出源程序（文本文件）和执行结果。
图1-1 验证教材表2.2（P.28）中的关系表达式的结果测试代码图1-2 验证教材表2.2（P.28）中的关系表达式的结果测试代码运行结果图1-3 解第二章习题8(P.69) 实验代码图1-4 第二章习题8(P.69)实验代码运行结果由上图结果得解答如下表：表1-1第二章习题8解答结果2.根据实验结果，回答下列问题。
（1）你的机器字长多少位？int型数据的位数、最小值和最大值各是多少？答：我的机器字长为32位；int型数据为32位，min = -2147483648(-231),max = 2147483647(231-1) □（注：“□”符号表示一题解答结束，以下同此约定）（2）在你的机器上，-1用int类型和unsiged int类型表示的结果分别是多少？答：结果分别为-1和429 496 729 5（232-1）. □（2）类型转换和移位操作运算实验目的：了解高级语言中数据类型的转换和移位操作结果，从而能更好地理解指令系统设计和计算机硬件设计所需满足的要求和需要考虑的问题。
实验要求：编程实现以下各种操作，并要求分别用十进制和十六进制形式打印输出操作结果。
（1）给定一个short型数据-12345，分别转换为int、unsigned short、unsigned int、float类型的数据；图1-5 short型数据-12345转换成其他类型测试代码图1-6 short型数据-12345转换成其他类型测试代码运行结果（2）给定一个int型数据2147483647，分别转换为short、unsigned short、unsigned int、float 类型的数据；图1-7 int型数据2147483647转换成其他类型测试代码图1-8 int型数据2147483647转换成其他类型测试代码（3）给定一个float型数据123456.789e5，转换成double型数据；图1-9 float型数据123456.789e5，转换成double型数据图1-10 float型数据123456.789e5，转换成double型数据运行结果（4）给定一个double型数据123456.789e5，转换成float型数据；图1-11 double型数据123456.789e5，转换成float型数据图1-12 double型数据123456.789e5，转换成float型数据运行结果（5）按short和unsigned short类型分别对-12345进行左移2位和右移2位操作。
北邮高级计算机系统结构实验二三四五
实验二指令流水线相关性分析·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。
·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。
·实验步骤一．使用WinDLX模拟器，对Fact.s做如下分析：（1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。
指出程序中出现上述现象的指令组合。
（2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。
（3）考察增加forward部件对性能的影响。
（4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。
·实验过程一．使用WinDLX模拟器，对Fact.s做如下分析：浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1：图1 初始设置将fact.s和input.s加载至WinDLX中，如图2示。
图2 加载程序1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关；指出程序中出现上述现象的指令组合。
1）数据相关点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。
图3 输入整数6打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。
图4 指令流水线双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。
图5 指令详细信息对以上出现的情况分析如下：程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。
lbu r3,0×0(r2)要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令seqi r5,r3,0×a要在intEX周期中读取r3中的数据。
上述过程发生了WR冲突，即写读相关。
为了避免此类冲突，seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。
由此，相关指令为：2）控制相关由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告引言计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程之一，通过实验可以更好地理解和掌握计算机的组成和工作原理。
本文将结合实验的过程和结果，详细论述计算机组成原理的一些关键概念和实际应用。
一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个简单的计算机系统，深入了解计算机的各个组成模块，如中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等，并验证计算机的基本工作原理。
二、实验内容本次实验分为两个部分，第一部分是计算机系统的搭建，包括CPU的设计与实现、存储器的设计与实现等；第二部分是对已搭建的系统进行功能测试，包括寄存器的读写、指令的执行等。
1. CPU的设计与实现CPU是计算机的核心处理单元，它负责执行各种指令，并控制计算机的运行状态。
在本次实验中，我们采用了冯·诺依曼结构的单周期CPU设计，包括指令寄存器、算术逻辑单元、控制单元等组成部分。
通过在实验中的操作和执行，我们深入理解了指令的编码方式、运算的过程等。
2. 存储器的设计与实现存储器是计算机系统中的主要组成部分，用于存放指令和数据。
在本次实验中，我们设计了一个简单的存储器，采用了随机存取存储器（RAM）的结构。
通过实验中的存储器读写操作，我们了解了存储器的寻址方式、数据的存取过程等。
三、实验结果与分析经过实验的搭建和测试，我们成功完成了计算机系统的建设，并验证了其基本功能。
在测试过程中，我们发现了一些问题和改进之处，例如CPU的时钟频率过低导致指令执行速度较慢，存储器的容量不足等。
通过对这些问题的研究和分析，我们能够进一步优化和改进计算机系统的性能。
四、实验心得体会通过本次实验，我进一步加深了对计算机组成原理的理解和掌握。
实验中我不仅学到了理论知识，还通过动手搭建和操作实际的计算机系统，加深了对计算机组成原理的实际应用的理解。
同时，我也意识到计算机的设计和实现是一个综合性强的工程，需要考虑多方面的问题，如硬件的选择与优化、指令的设计与调度等。
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。
计算机组成原理实验
计算机组成原理实验计算机组成原理实验报告1. 引言计算机组成原理实验是计算机类专业学生进行的重要实践课程之一。
通过实验，学生可以深入了解计算机系统的各个组成部分以及它们的功能和工作原理。
2. 实验目的本次实验的主要目的是探究计算机中的主要组成部分，包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备以及硬盘等，并了解它们的相互连接与调度方式。
3. 实验装置和材料本实验使用了一台计算机，配备有Intel Core i7处理器、8GB 内存和500GB硬盘。
实验中还使用了键盘、鼠标和显示器等输入输出设备。
4. 实验过程及结果4.1 CPU实验在这个实验中，我们通过编写汇编语言程序来实现简单的数值运算。
实验结果显示，CPU能够根据程序逐条执行指令，并正确计算出结果。
4.2 内存实验通过编写C语言程序，我们对内存进行读写操作。
实验结果显示，内存可以正确存储和读取数据，并且能够保持数据的一致性。
4.3 输入输出设备实验在这个实验中，我们测试了键盘和鼠标的输入功能以及显示器的输出功能。
实验结果显示，输入设备能够正确识别用户的输入，而输出设备能够正确显示结果。
4.4 硬盘实验通过读写文件的操作，我们测试了硬盘的存储和检索功能。
实验结果显示，硬盘能够正确存储和读取文件，并且能够在短时间内进行大量的数据传输。
5. 结论通过本次实验，我们深入了解了计算机系统的各个组成部分以及它们的功能和工作原理。
实验结果表明，计算机的各个组件能够正常工作，并且能够协同工作以完成复杂的任务。
6. 参考文献[1] 《计算机组成原理实验指导书》[2] Smith, J.E., & Jones, P. 《Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface》. Morgan Kaufmann, 2014.。
计算机系统基础实验报告
计算机系统基础实验报告
计算机的进步和发展使得当今社会各行各业的发展都有着极大
的推动力。
然而，学习计算机的基本技能并不是一件容易的事情，需要经过长期的实践才能真正掌握基本知识。
因此，为了帮助计算机从业人员更好地掌握计算机系统的基本知识，以及能够更有效地运用到计算机应用中，我参加了一门名为“计算机系统基础”的实验课程，经过数周的努力，完成了实验报告，涵盖了该课程的内容：首先，我们详细的介绍了计算机系统，从硬件结构到软件环境，都需要熟悉；然后，我们介绍了操作系统，让学生对操作系统功能有一定的认识；接下来，我们讲解了计算机网络技术，包括通信和交换机原理；最后，我们课程最重要部分，介绍了数据结构。
在实验过程中，我们首先学习操作系统的操作，然后实验了安装。
同时，我们也对网络技术进行了实验，比如虚拟化网络的实现，以及如何建立路由表，实现通信。
我们还学习了数据结构，比如二叉树、哈希表、图等，并且编写了相应的代码实现了各种数据结构并进行了相应的测试。
因为这次实验是我学习计算机系统基础知识的重要经历，所以我在总结报告时重点介绍了实验过程中受益匪浅的体会，将计算机系统基础知识成功融入实际应用。
同时，我们也分析了实验中存在的问题，总结了实验经验，以期在以后的学习和实践中受益。
总之，通过完成这次“计算机系统基础”的实验课程，我对计算机系统的基础知识有了一定的了解，较好地掌握了计算机相关知识，
也加强了自己的实际操作能力，为今后更好地运用计算机技术打下了良好的基础。
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）。
计算机系统结构专业实习报告
计算机系统结构专业实习报告一、实习背景与目的随着信息技术的快速发展，计算机系统结构作为一门涵盖了计算机硬件和软件等多个方面的学科，在我国的高等教育体系中占据了重要的地位。
为了更好地将理论知识与实践相结合，提高自身综合素质和实际操作能力，我选择了计算机系统结构专业实习，以便为今后的学术研究和职业生涯打下坚实基础。
本次实习的主要目的是：1. 深入了解计算机系统结构的基本原理和组成部件；2. 熟悉各类计算机硬件设备的工作原理和性能指标；3. 掌握计算机系统组装、维护和调试的基本技能；4. 提高团队协作能力和沟通交流能力。
二、实习内容与过程1. 实习前的准备在实习开始前，我们参加了由指导老师举办的实习动员大会，了解了实习的要求、内容以及注意事项。
同时，我们还自学了相关教材和资料，为实习打下了理论知识基础。
2. 实习过程中的主要任务与收获实习过程中，我们主要完成了以下任务：1. 参观实验室和机房，了解各类计算机硬件设备及其功能；2. 学习计算机系统组装、维护和调试的基本技能；3. 参与实验室科研项目，协助导师进行数据分析和实验验证；4. 撰写实习日记和总结报告，记录实习过程中的所学所得。
具体收获如下：1. 熟悉了计算机系统结构的基本原理和组成部件，如CPU、内存、硬盘、显卡等；2. 掌握了计算机系统组装、维护和调试的基本技能，如安装操作系统、配置网络、排查故障等；3. 了解了实验室科研项目的工作流程，提高了科研素养；4. 增强了团队协作能力和沟通交流能力。
3. 实习中遇到的困难与解决方案在实习过程中，我们遇到了一些困难，如：1. 部分硬件设备的原理和操作较为复杂，一开始难以掌握；2. 实验室科研项目中的某些技术问题需要花费较长时间解决；3. 实习任务较重，时间紧张，难以兼顾学业与实习。
针对上述困难，我们采取了以下解决方案：1. 请教老师和同学，共同探讨，逐步掌握硬件设备的原理和操作；2. 利用课余时间深入学习相关技术，提高解决问题的能力；3. 合理安排时间，加强与团队成员的沟通，提高团队协作效率。
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。
系统分析实验报告
系统分析实验报告系统分析实验报告一、引言在当今信息化时代，各行各业都离不开计算机系统的支持与应用。
为了更好地理解和改进计算机系统，我们进行了一项系统分析实验。
本实验旨在通过对一个实际的计算机系统进行分析，探讨其结构、功能和性能，并提出改进方案，以提高系统的效率和可靠性。
二、系统概述我们选择了一个大型电子商务网站作为研究对象，该网站拥有庞大的用户群体和复杂的业务流程。
通过对该系统进行分析，我们希望能够深入了解其各个模块之间的关系，以及系统在高负载情况下的性能表现。
三、系统结构分析1. 前端界面该电子商务网站的前端界面设计简洁、直观，用户易于操作。
通过对前端代码的分析，我们发现其采用了响应式设计，能够适应不同设备的屏幕尺寸，提高用户体验。
2. 后台管理后台管理模块是该系统的核心，负责商品管理、订单管理、用户管理等重要功能。
通过对后台代码的分析，我们发现其采用了面向对象的设计思想，模块之间的耦合度较低，易于维护和扩展。
3. 数据库该系统采用了关系型数据库存储数据，通过对数据库结构的分析，我们发现其表之间的关系良好，索引的使用也较为合理。
然而，在高并发情况下，数据库的性能表现不佳，需要进一步优化。
四、系统功能分析1. 用户注册与登录通过对用户注册与登录功能的分析，我们发现系统在用户验证方面存在一定的漏洞。
为了提高系统的安全性，我们建议引入双因素认证机制，如手机验证码或指纹识别等。
2. 商品浏览与搜索该系统的商品浏览与搜索功能设计合理，用户可以通过关键字、分类等方式快速找到所需商品。
然而，在高并发情况下，搜索响应时间较长，需要进一步优化搜索算法和索引设计。
3. 订单管理与支付订单管理与支付功能是电子商务网站的核心，通过对该功能的分析，我们发现系统在订单处理和支付安全方面存在一些问题。
为了提高系统的可靠性，我们建议引入分布式事务处理机制，确保订单的一致性和支付的安全性。
五、系统性能分析通过对系统的性能测试，我们发现在高负载情况下，系统的响应时间明显增加，甚至出现了崩溃的情况。
「计算机体系结构实验室设备清单」
「计算机体系结构实验室设备清单」计算机体系结构实验室是一个重要的学术研究和教学场所，用于进行计算机体系结构相关实验、项目研究和学生教学。
设备清单是实验室管理人员和教师必备的管理工具，可以帮助他们了解实验室设备的种类、数量和状态，以及设备的维护情况和更新需求。
以下是一个计算机体系结构实验室设备清单的例子，供参考。
1.主机类设备-高性能计算机集群：包括若干台计算节点、存储节点、网络设备等。
-图形工作站：用于图像处理和模拟实验。
-普通个人电脑：用于学生教学和实验。
-单板机：用于嵌入式系统开发和实验。
2.存储类设备-磁盘阵列：用于数据存储和备份。
-网络存储设备：用于共享存储和数据传输。
3.网络设备-路由器：用于网络通信和数据传输。
-交换机：用于实验室内部网络连接。
-防火墙：用于网络安全保护。
4.测试设备-逻辑分析仪：用于信号分析和故障排除。
-示波器：用于波形观测和信号分析。
-频谱分析仪：用于频谱分析和信号检测。
-测试仪器：用于测试计算机性能和指标。
5.实验设备-FPGA开发板：用于数字电路设计和实验。
-协议分析仪：用于网络协议分析和调试。
-多功能测试台：用于电子电路实验和测试。
6.软件工具-计算机模拟软件：用于模拟计算机体系结构。
-编程开发环境：用于程序开发和调试。
-仿真工具：用于电路设计和模拟实验。
7.其他设备-显示器：用于数据显示和实验结果展示。
-打印机：用于打印实验报告和文档。
-服务器：用于提供网络服务和存储服务。
以上是计算机体系结构实验室设备清单的一个示例，可以根据实验室的需求和资金预算进行适当的调整和补充。
同时，实验室管理人员和教师还需要定期检查设备的状态和维护情况，及时进行维修和更新，以确保实验室设备的正常运行和教学研究的顺利进行。
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实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
实验目的—— 了解熟悉MIPSsim模拟器； 熟悉MIPS指令系统及其特点； 熟悉MIPS体系结构。
实验平台—— 指令级和流水线操作级模拟器 MIPSsim 实验相关知识—— MIPS指令系统； MIPSsim使用说明。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（3）控制指令 跳转是无条件转移，而分支都是有条件转移。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（4）浮点指令
对浮点寄存器中的数据进行操作，并由操作码
指出操作数是单精度还是双精度。在指令助记符中， 用后缀S和D分别表示单精度和双精度。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
MIPSsim使用说明
“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一条指令、执
行多条指令、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程 序的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化。 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
（起始地址为0x00000000）。
MIPS64指令系统介绍 1、MIPS的寄存器
32个64位通用寄存器（GPRs整数寄存器）：
R0-R31。R0的值永远是0。
32个64位浮点数寄存器FPRs：F0-F31。它们
可以存放32个单精度浮点数（32位），也可以存放 32个双精度浮点数（64位）。
MIPS提供了单精度和双精度操作的指令，而且
MEM/WB.LMD 流水段MEM与WB之间的数据寄存器，
用于存放从存储器读出的数据； MEM/WB.ALU0 存放从EX/MEM.ALU0传过来的计算
结果；
MEM/WB.IR 存放从MEM/WB.IR传过来的指令。 除了流水寄存器外，其他寄存器都可以修改。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
期；
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
2、MIPSsim的窗口
在流水方式下，模拟器主界面共有7个窗口，分 别是“代码”窗口、“寄存器”窗口、“流水线”窗 口、“时钟周期图”窗口、“内存”窗口、“统计” 窗口和“断点”窗口。
在非流水方式下只有“代码”窗口、“寄存器” 窗口、 “内存”窗口和“断点”窗口。
指定的某一个流水段上。当该指令执行到相应的流水段时，会
中断执行。 “断点”窗口列出当前已经设置的所有断点。可以对断
点进行添加、删除、全部删除和修改。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
“断点”窗口
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
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
还提供了在FPRs和GPRs之间传送数据的指令。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
2、MIPS的数据表示 （1）整数：字节（8位）、半字（16位）、字 （32位）和双字（64位）。 （2）浮点数：单精度浮点数（32位）和双精 度浮点数（64位）。 MIPS64的操作是针对64位整数以及32位或64 位浮点数进行的。字节、半字或字在装入64位寄存 器时，用零扩展或者用符号位扩展来填充该寄存器 的剩余部分。装入以后，对它们按照64位整数的方 式进行运算。
MIPSsim的指令系统和汇编语言。
1、启动MIPSsim（用鼠标双击MIPSsim.exe）。 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。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的
5、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
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=0X ，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]=0X 。 （5）下一条指令地址为=0X ，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]=0X 。 （8）下一条指令地址为=0X ，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]= 0X 。 （11）单步执行1条指令。 （12）下一条指令地址为0X ，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0X 。
（3）“流水线”窗口
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
每个矩形方块代表一个流水段，它们用不同的颜色进行 识别。 窗口左侧是IF段到WB段，右边是浮点部件。 浮点部件有加法部件（fadd）、浮点乘法部件（fmul） 和浮点除法部件（fdiv）3种。可以在菜单“配置”中的“常 规配置”中修改浮点部件个数。 双击某矩形方块时会弹出窗口显示该段出口处的流水寄 存器的内容（16进制）。
1、启动模拟器 双击MIPSsim.exe即可启动模拟器。 所有通用寄存器和浮点寄存器为全0； 内存清零； 流水寄存器为全0； 清空时钟图、断点、统计数据； 内存容量为4096B； 载入起始地址0； 浮点加法、乘法、除法部件的个数均为1； 浮点加法、乘法、除法运算延迟分别为6、7、10个时钟周 采用流水方式； 不采用定向机制； 不采用延迟槽； 采用符号地址； 采用绝对周期计数。
5）寄存器跳转、寄存器跳转并链接
转移目标地址为Regs[rs]。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（2）R类指令 包括ALU指令、专用寄存器读、写指令、move指令。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（3）J类指令 包括跳转指令、跳转并链接指令、自陷指令、 一场返回指令。在这些指令中，指令字的低26位时 偏移量，它与PC值相加形成跳转的地址。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
4、MIPS的指令格式 指令格式简单，其中操作码6位。按不同类型 的指令设置不同的格式，共有3种格式，分别对应I 指令、R指令和J指令。在这3种格式中，同名字段 的位置固定不变。
（1）I类指令 包括所有的load和store指令、立即数指令、分 支指令、寄存器跳转指令、寄存器链接跳转指令。 其中立即数字段位16位，用于提供立即数或偏移量。
计算机系统 结构实验
计算机系统结构实验介绍
本实验24学时
必做实验： 第一部分基于MIPS体系结构 1、 MIPS指令系统和MIPS体系结构 2、流水线及流水线的冲突 3、指令调度和延迟分支
第二部分Cache和指令并行实验 4、Cache性能分析 选作实验： 5、Tomasulo算法 6、再定序缓冲（ROB）工作原理 7、多Cache一致性 —— 监听协议 8、多Cache一致性 —— 目录协议
在由指令轴和周期轴组成的二维空间中，坐标（n，i）
对应的矩形区域表示指令i在第n+1周期时所经过的流水段。 双击某行时，会弹出一个窗口显示该指令在各流水段
所进行的处理。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（5）“内存”窗口 显示模拟器内存中的内容，可以进行内存修改。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
（2）“寄存器”窗口
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
说明： 特殊寄存器—— PC—程序计数器，32位； LO—乘法寄存器的低位； HI—乘法寄存器的高位； PCSR—浮点状态寄存器。 流水寄存器——
IF/ID.IR 流水段IF与ID之间的指令寄存器；
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
5、MIPS的部分指令介绍 MIPS指令分为4大类：load和store、ALU操作、 分支与跳转、浮点操作。 （1）load和store指令
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
说明： Regs表示寄存器组； Mem表示主存，按字节寻址； [ ]表示内容，Mem[ ]表示存储器的内容，Regs[ ]表示寄 存器的内容； x ←n y 表示从y传送n位到x。x，y ← z表示把z传送到x 和y； 用下标表示字段中具体的位。对于指令和数据按从最高位 到最低位的顺序依次进行编号，最高位位0位。下标也可以表 示一个范围； 上表表示对字段进行复制的次数。例如032表示一个32位 长的全0字段； 符号##用于两个字段的拼接。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
1）load指令 访存有效地存器rt中。
2）store指令
访存有效地址位Regs[rs]+immedicate，需要存入存储 器的数据放在寄存器rt中。 3）立即数指令 Regs[rt]←Regs[rs] op immedicate 4）分支指令 转移目标地址为Regs[rs]+immedicate，rt无用。
为B。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
3）机器码：该行对应指令的16进制机器码。若该行
无指令，则仅仅显示4字节数据。 4）流水段标记：当该指令正在执行时，它表示在当前
周期该指令所在的流水段。当模拟器在非流水方式下工作，
它没有意义。 5）符号指令：机器代码所对应的符号指令。 在该窗口中选择某行，然后再右击，在弹出的快捷菜 单中可以选择“设置断点”和“清除断点”命令。
实验1、MIPS指令系统和MIPS体系结构
3、MIPS的数据寻址方式 MIPS的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移 量寻址两种，立即数字段和偏移量字段都是16位。 寄存器间接寻址是通过把0作为偏移量来实现 的，16位绝对寻址是通过把R0作为基址寄存器来 完成的。 MIPS的存储器是按字节寻址的，地址是64位。 由于MIPS是load-store结构，寄存器和存储器之 间的数据传送都是通过load指令和store指令来完 成的。所有存储器访问都必须边界对齐。