计算机系统结构试验
计算机系统结构实验报告
电子科技大学实验报告结果分析：观察三到九周期的ealu信号分别为（10,1,1,10,1,10,10），第九个周期的ealu为10，该周期执行的指令是sub r2 r1 r3;可见第一条指令赋值r1=10;第二条指令赋值r2=1;所以最后一条指令sub r1 r1 r2执行后结果为9，符合条件。
当有数据相关时，就会出问题，再观察第五、六、七两个周期，指令的执行结果均为1。
故该程序不能解决数据相关问题。
(二) 汇编器实现2.1自行设计与所给出的流水线指令的汇编格式，在下表中写出。
指令指令意义Op[31:26] Op2 [25:20] [19:15] [14:10] [9:5] [4:0]如上图所示，相邻的两条指令中，如果第二条指令的两个源操作数寄存器与上一条指令的目的操作数寄存器相同，那么第二条指令在译码周期从寄存器堆中取源操作数值的时候，上一条指令还只在执行周期，还没有将最后结果写回到相应的寄存器中，因此第二条指令取如上图所示，在直接相邻的两条产生数据相关的指令之间插入三条空指令，这样在第二条指令译码之前，第一条指令已经将结果写回，第二条指令取到的源操作数的值是最新的值，数据相关就消除了。
以上情况针对相邻的两条产生数据相关指令的分析，而对于中间隔了一条或两条无数据上图左边部分就是汇编器实现部分的流程图，在此基础上进行扩展，即如箭头所指方向，中间两步替代为右边部分。
）测试程序指令：xor r2, r2, r2add r3, r2, r1xor r2, r2, r2addi r1, r1, 20如上图所示，在产生数据相关的指令前插入了空指令“addi r0 r0 0”。
在xilinx中的仿真结果：。
计算机系统结构远程实验平台的设计与实现
Ｃ Ｕ内部的工作流程 ，通常采用软件对硬件进行模拟 ， Ｐ
如常用的 Ｓ ｐｅ ｃｌ 、ｗｎ ｌ ｉ ｌ ａ ｒ ｉｄ ｍ Ｓ ｅ ｘ模拟器等。但软件模拟 器有明显的缺点， 即一般只给出每一步运行的结果 ， 对 硬件的整体运行过程不能精确地反映。 由于是模拟而非 真实硬件 ，一方面难以查看到处理器内部所有的信号 ；
计算机学科相关的课程众多， 许多课程都有配套的 实验来帮助学生对相关理论知识的理解并能增强学生 的动手能力 ，这些实验课程具有很强的交叉性和相关 性。 传统的方式是针对不同的课程采用不同的设备， 配 套展开相应的实验， 这种传统的实验教学方式存在许多 问题：１ 硬件设备冗余 ，设备功能重复 ，资金投入大， ）
国家杰 出青年科学基金资助项 目（ Ｆ ６ ０ ５ ０ ） ＮＳ Ｃ １２ ０ ９
作者 简介 ：孙振（９８ ） １８ 一 ，男，硕士研究生 ，主要研究方向 ：云计算
通 信联系人 ：肖侬 ，教授 ，主要研究方向 ：大规模网络存储 、云计算 ，ｎ ｎ ｘ ｏ ｕ ｔｄ ． ｏ ￣ ｉ ＠ｎ ｄ ｅｕ ｎ ａ ． ｃ
摘 要： 设计并实现了一种面向计算机体系结构课程实验 的 远程实验平台． 并在该平 台 上搭载了真实的硬件实验环
境——系统结构实验 电 路板。该平 台 采用ＣＳ ／架构 ，用户通过客户端远程登录．即可将本地代码上传到与服务器相 谴 的实验板上运行 。 服务器不断从实验板采集运行状态和实验数据 ， 反馈到客户端显示． 确保实验实时 ， 性 提高了 实验效率。
度更易解决 。因此 ，现存的远程实验系统都是以提供 虚拟实验环境为主。 但是， 虚拟实验环境不可能达到真 实硬件实验环境的效果 。 下面讨论 ２个主要原因： 第一 ， 许多硬件实验环境是无法模拟或仿真的， 模拟或仿真主
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。
计算机体系结构试卷试题(答案全)
一填空题（每空1分，共30分）1、系列机是指具有相同的体系结构，但具有不同组织和实现的一系列不同型号的机器。
2、存储程序计算机结构上的主要特点之一是以运算器为中心。
3、从计算机系统结构的多级层次结构可知，通常情况下，第1、2、3级用解释方法实现，第4或更高级用翻译方法实现。
4、对于最常见的事件，通常赋予它优先的处理权和资源使用权，这是计算机体系结构设计中的大概率事件优先原则。
5、容量为64块的Cache采用组相联方式映像，字块大小为128字节，每4块为一组，若主存容量为4096块，且以字编址，那么主存地址为 19 位，主存区号为 6 位。
6、可改进比例的值总是小于等于1 。
7、一般有两种策略来保存寄存器的内容,即：调用者保存和被调用者保存。
8、DLX指令集提供了立即数寻址、寄存器寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址4种寻址方式。
9、对某流水线处理器测试时发现其存在结构冲突，通常可采用资源重复和流水化功能单元方法解决该问题。
10、编译器通过重新组织代码顺序消除暂停的技术被称为指令调度。
11、按照流水的级别可以把流水线分为部件级流水线、处理机级流水线和处理机间流水线。
12、为解决流水线使用非流水数据通路的寄存器引起冲突，在流水线设计中采用寄存器文件技术解决该问题。
13、Cache的替换算法常见的有 FIFO 、LRU 和随机法。
14、改进Cache性能的方法主要有降低失效率、减少失效开销和减少Cache命中时间。
15、减少流水线处理分支暂停时钟周期数的途径包括尽早判断分支转移是否成功和尽早计算出分支成功转移的PC值。
二、选择题（1—15题，每题1分，共15分）1、下面的指令中， A 不属于RISC处理器指令集。
Ａ.ADD R4,[1000] Ｂ.LD R3,(R4) Ｃ.SUB R4,R3 Ｄ.SD 0(R3),R42. 在其它部件性能保持不变的情况下，对CPU性能的不断改进并没有获得期望的结果，这主要是受到了 A 的影响。
xx大学计算机组成原理实验报告(全)
上海大学计算机组成原理实验报告(全)《计算机组成原理实验》报告一姓名学号时间地点行健楼 609机房评阅一．数据传送实验1. 实验内容及要求在试验箱上完成以下内容:将58H写入A寄存器。
将6BH写入W寄存器。
将C3H 写入R1寄存器。
2. 实验环境本实验箱用74HC574构成各种寄存器。
3. 实施步骤或参数①注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各数码管、发光管的稳定性，静待10秒，确信仪器稳定、无焦糊味。
②设置实验箱进入手动模式。
③K2接AEN,K1和K2接EX0和EX1，设置K2K1K0＝010，设置K23～K16＝01011000。
④注视A及DBUS的发光管，按下STEP键，应看到CK灯灭、A旁的灯亮。
记住看到的实际显示情况。
⑤放开STEP键，应看到CK灯亮、A寄存器显示58。
记住看到的实际情况。
⑥重复上述实验步骤，在做6BH时，K2接WEN,K1和K2接EX2和EX3，设置K2K1K0＝010，设置K23～K16＝01101011；重复上述实验步骤，在做C3H时，K2接RWR,K1和K2接SB 和SA，设置K2K1K0＝001，设置K23～K16＝10100011。
⑦关闭实验箱电源。
4. 测试或者模拟结果A寄存器显示58，W寄存器显示6B，R1寄存器显示C3，完成实验目的。
5. 体会本次实验相对简单，只需要三根线便可以完成整个实验，但是，今天认识了实验箱。
124并且在老师的带领下较为完整的认识了整个试验箱，还是很开心的，今后实验箱将是我们学习计算机组成原理的重要工具，也是我们的好朋友。
《计算机组成原理实验》报告二姓名学号时间地点行健楼 609机房评阅二．运算器实验1. 实验内容及要求在试验箱上完成以下内容:计算07H＋6AH后左移一位的值送OUT输出。
把39H取反后同64H相或的值送入R2寄存器。
通过人工译码，加深对译码器基本工作原理的理解。
理解命令的顺序执行过程。
TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统
TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统价格：3980元TD-CMA计算机组成原理与系统结构教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代计算机组成原理与系统结构教学的实验设备，该系统与以往的产品相比，主要优点有：．采用了更为先进的计算机部件电路单元，以及更为先进的计算机整机结构设计。
．从部件到整机实验都配有数据通路图实时动态图形调试界面，且都具有单拍、单周期、连续等调试功能；通路图的调试过程也具有保存和回放功能，具有更为优秀的示教效果。
．采用VHDL语言、MAXII系列CPLD器件、以及QuartusII工具来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。
．更为灵活、更为实用的时序发生电路和本地操作台设计。
．先进和完善的系统监测和保护电路设计，使实验平台更易于维护和使用。
一、系统的功能和特点1．先进丰富的课程内容使用实时动态图形调试实验方法，进行计算机组成原理的实验教学，比以往各种实验设备增加了并行运算器、Cache高速缓存、CPU设计、外总线接口设计、中断、DMA等实验内容，并可开展CISC、RISC、重叠、流水、超标量等先进计算机系统结构的设计和实验研究。
2．先进设计方法和开发工具采用VHDL语言、ALTREA公司最新MAXII系列CPLD器件和先进设计开发工具QUARTUS II来开展设计性的实验，具有更好的实用价值。
3．先进的实时动态图形调试方式系统为各计算机部件（运算器、存储器、控制器）分别提供了实时动态图形调试工具，使得学生可以轻松了解复杂部件的内部结构和操作方法，并可实时跟踪部件的工作状态。
在模型计算机整机调试的图形调试工具方面，系统除提供数据通路图、微程序流程图二种图形调试方式外，还增加了交互式微程序自动生成和当前微指令功能的模拟、系统调试过程的保存及回放等多种先进和实用的调试功能，这些图形调试方式及功能使得实验过程更为形象直观，好教好学，具有更为优秀的示教效果。
4．先进的运算器部件运算器部件由一片CPLD来实现，内含算术、逻辑和移位三个运算部件，其中移位运算采用桶形移位器，各部件独立并行工作，体现了主流运算器设计思想。
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。
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告计算机系统结构实验报告引言：计算机系统结构是计算机科学领域中的重要课题，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及如何优化计算机系统的性能和效率。
本实验报告旨在介绍我们小组在计算机系统结构实验中的设计和实现过程，以及所获得的实验结果和经验。
一、实验目的计算机系统结构实验的目的是通过设计和实现一个简单的计算机系统，加深对计算机硬件和软件之间关系的理解，以及掌握计算机系统的组成和工作原理。
具体目标包括：1. 理解计算机系统的层次结构和组成部分。
2. 理解指令集架构和微指令集架构的区别。
3. 设计和实现一个简单的计算机系统，包括处理器、存储器和输入输出设备。
4. 测试和验证计算机系统的功能和性能。
二、实验设计与实现1. 计算机系统结构设计我们设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责数据的运算和逻辑操作。
存储器用于存储指令和数据，我们选择了静态随机存储器（SRAM）作为主存储器。
输入输出设备包括键盘、显示器和磁盘。
2. 指令集架构设计我们选择了经典的冯·诺依曼指令集架构作为基础，定义了一套简单的指令集，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等指令。
我们还设计了一套微指令集架构，用于实现指令的执行过程。
微指令集中包含了各种控制信号和操作码，用于控制CPU的工作。
3. 硬件设计与实现我们使用硬件描述语言（HDL）进行硬件设计和实现。
通过使用HDL，我们可以描述和模拟计算机系统的各个组成部分，并进行功能验证和性能分析。
我们使用Verilog HDL进行设计和实现，借助Verilog仿真器进行功能验证。
4. 软件设计与实现除了硬件设计和实现，我们还编写了一些软件程序，用于测试和验证计算机系统的功能和性能。
我们编写了一些简单的程序，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等，用于测试CPU的指令执行和数据处理能力。
系统结构测试题及答案
1.4 测试题及参考答案（一）单项选择题（在下列每小题的四个备选答案中，只有一个答案是正确的，请把你认为是正确答案的题号，填入题后的（）内，多选不给分）1、计算机系统多级层次中，从下层到上层，各级间相对顺序正确的应当是（）。
①汇编语言机器级——操作系统机器级——高级语言机器级②微程序机器级——传统机器语言机器级——汇编语言机器级③传统机器语言机器级——高级语言机器级——汇编语言机器级④汇编语言机器级——应用语言机器级——高级语言机器级2、汇编语言源程序变换成机器语言目标程序是经（）来实现的。
①编译程序解释②汇编程序解释③编译程序翻译④汇编程序翻译3、直接执行微指令的是（）。
①汇编程序②编译程序③硬件④微指令程序4、对系统程序员不透明的应当是（）。
①Cache存贮器②系列机各档不同的数据通路宽度③指令缓冲寄存器④虚拟存贮器5、对应用程序员不透明的应当是（）。
①先行进位链②乘法器③指令缓冲器④条件码寄存器6、对机器语言程序员透明的是（）。
①中断字②主存地址寄存器③通用寄存器④条件码7、计算机系统结构不包括（）。
①主存速度②机器工作状态③信息保护④数据表示8、对计算机系统结构透明的是（）。
①字符行运算指令②是否使用通道型I/O处理机③虚拟存贮器④VLSI技术9、对汇编程序语言透明的是（）。
①I/O方式中的DMA访问方式②浮点数据表示③访问方式保护④程序性中断10、属计算机系统结构考虑的是（）。
①主存采用MOS还是TTL②主存采用多体交叉还是单体③主存容量和编址方式④主存频宽的确定11、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）。
①计算机软件所要完成的功能②计算机硬件的全部组成③编程要用到的硬件组织④计算机各部件的硬件实现12、计算组成设计不考虑（）。
①专用部件设置②功能部件的集成度③控制机构的组成④缓冲技术13、在多用户机器上，应用程序员不能使用的指令是（）。
①“执行”指令②“访管”指令③“启动I/O”指令④“测试与置定”指令14、以下说法中，不正确的是（）。
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。
计算机系统结构 实验报告
计算机系统结构实验报告计算机系统结构实验报告一、引言计算机系统结构是计算机科学中的重要领域，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及如何设计和优化计算机系统的组成部分。
本实验旨在通过实际操作和观察，深入了解计算机系统结构的原理和实践应用。
二、实验目的本次实验的主要目的是通过搭建一个简单的计算机系统，实践理论知识，加深对计算机系统结构的理解。
具体目标包括：1. 学习和掌握计算机系统的基本组成部分，如中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备等。
2. 理解计算机指令的执行过程，包括指令的获取、解码和执行。
3. 掌握计算机系统的性能评估方法，如时钟周期、吞吐量和响应时间等。
三、实验过程1. 搭建计算机系统首先，我们需要准备计算机系统的各个组成部分。
将中央处理器、内存、输入输出设备等逐一连接起来，确保它们能够正常工作。
然后，将操作系统安装到计算机系统中，以便后续的实验操作。
2. 执行指令在搭建好计算机系统后，我们可以开始执行指令了。
通过输入指令，计算机系统将按照指令的要求进行相应的操作。
我们可以观察指令的执行过程，包括指令的获取、解码和执行。
同时，我们还可以通过性能评估方法，如时钟周期、吞吐量和响应时间等，评估计算机系统的性能。
3. 优化计算机系统在观察和评估计算机系统的性能后，我们可以根据实验结果进行优化。
例如，我们可以调整计算机系统的硬件配置，提升计算机的运行速度和效率。
另外，我们还可以优化指令的执行顺序和算法，以提高计算机系统的整体性能。
四、实验结果与分析通过实验，我们可以得到计算机系统的性能数据，并进行相应的分析。
例如，我们可以计算计算机系统的时钟周期，以及每秒钟能够执行的指令数量。
通过对这些数据的分析，我们可以了解计算机系统的性能瓶颈，并采取相应的优化措施。
五、实验总结本次实验通过搭建计算机系统、执行指令、优化系统等步骤，深入了解了计算机系统结构的原理和实践应用。
通过实验，我们学习到了计算机系统的基本组成部分，以及指令的执行过程。
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）。
大连理工大学计算机系统结构实验-实验一
大连理工大学实验报告计算机系统结构实验实验一MIPS指令系统和MIPS体系结构学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术学生姓名：班级：学号：大连理工大学Dalian University of Technology实验一MIPS指令系统和MIPS体系结构一、实验目的和要求1. 了解熟悉MIPSsim模拟器。
2. 熟悉MIPS指令系统及其特点。
3. 熟悉MIPS体系结构。
二、实验步骤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（起始地址为0x00000000）。
5、查看“寄存器”窗口PC寄存器的值：[PC]= 0x00000000 。
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= 0x00000004 ，是一条有(有，无)符号载入字节(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 FFFFFFFFFFFFFF80 。
（5）下一条指令地址为=0X00000008 ，是一条有(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。
（6）单步执行1条指令。
（7）查看R1的值，[R1]=0X0000000000000080 。
（8）下一条指令地址为=0X0000000C ，是一条无(有，无)符号载入字(字节，半字，字)指令。
（9）单步执行1条指令。
（10）查看R1的值，[R1]= 0X0000000000000080 。
（11）单步执行1条指令。
（12）下一条指令地址为0X00000014 ，是一条保存字(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0x00000080 。
计算机组成原理实验报告说明
实验一运算器组成实验一、实验目的1、掌握运算器的组成及工作原理；2、了解4位函数运算器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术和逻辑操作的具体实现过程；3、验证带进位控制的运算器功能。
二、实验设备1、EL-JY系列计算机组成及系统结构实验系统一套2、排线若干。
三、工作原理：算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并／串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
四、实验内容：验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
五、实验步骤1、按照实验指导说明书连接硬件系统；2、启动实验软件，打开实验课题菜单，选中实验课题打开实验课题参数对话窗口：1)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr1"，数据送入暂存器1；2)、在数据总线上输入有效数据，按"Ldr2"，数据送入暂存器2；3)、在S3...Ar上输入有效数据组合，按"ALU功能选择端"，运算器按规定进行运算，运算结果送入数据缓冲器；4)、按"ALU_G"，运算结果送入数据总线。
5)、执行完后，按"回放"，可对已执行的过程回看。
6)、回放结束后，按"继续"（继续按钮在点击回放后出现），进行下次数据输入。
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
计算机系统结构实验报告一.流水线中的相关实验目的：1. 熟练掌握WinDLX莫拟器的操作和使用，熟悉DLX旨令集结构及其特点；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CPI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。
实验平台：Win DLX模拟器实验内容和步骤：1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序：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CPI中寄存器和存储器的内容。
熟练掌握Win DLX勺操作和使用。
2. 用WinDLX!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CPI性能的影响，讨论解决资源相关的方法。
3. 在不采用定向技术的情况下(去掉Configuration 菜单中Enable Forwarding 选项前的勾选符)，用WinDLX!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。
在采用定向技术的情况下(勾选Enable Forwarding )，用WinDLX再次运行程序data_d.&重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。
1.求阶乘程序用WinDLX模拟器执行求阶乘程序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。
实验结果：在载入fact.s和input.s之后，不设置任何断点运行。
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。
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WinDLX可以在多种配置下工作。你可以改变流水线的结构和 时间要求、存储器大小和其他几个控制模拟的参数。点击
Configuration / Floating Point Stages（点击 Configuration打开菜单，然后点击Floating Point Stages菜 单项），选择如下标准配置：
钟周期数占总执行周期数的百分比。
5. 根据上面记录的数据，计算采用定向技术后性能提高的倍数。
2011年11月
秦振涛
九、思考题
• 1、如何消除数据相关？
2011年11月
秦振涛
实验二 用WinDLX模拟器执行程序 求最大公约数
• 实验名称：用WinDLX模拟器编写最大公约 数程序实验
• 实验项目性质：验证型 • 所属课程名称：计算机体系结构 • 计划学时：2
2011年11月
秦振涛
四、实验要求（设计要求）
• 1.必做实验。 • 2.针对实验内容，记录实验过程，给出分析
结果。 • 3提交实验报告，包括：实验要求中的内容，
以及简要谈谈自己对如何才能编写出高效 率的程序。
2011年11月
秦振涛
六、调试及结果测试
• 程序运行正常，运行后通过WINDLX纪录结 构相关、数据相关、控制相关程序的条数， 已经该程序的效率。
Enable Forwarding选
项设置），用WinDLX模拟器运行程序data_d.s 。
2. 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。
3. 在采用定向技术的情况下，用WinDLX模拟器再次运行程序 data_d.s。
4. 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ停时
CountDelayAddition Units:1 Multiplication Units:1 Division Units:1
2 5 19
2011年11月
秦振涛
2. 装载测试程序 在开始模拟之前，至少应装入一个程序到主存。为此，选择File / Load Code or Data，窗口中会列出目录中所有汇编程序。 我们在前面已经提到，fact.s 计算一个整型值的阶乘； input.s中包 含一个子程序，它读标准输入（键盘）并将值存入DLX处理器的通用寄 存器R1中。按如下步骤操作，可将这两个文件装入主存。
2011年11月
秦振涛
(2) Code 窗口
我们来看一下 Code 窗口。双击图标，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。
$TEXT
0x20011000
addi r1,r0,0x1000
main+0x4
0x0c00003c
jal InputUnsigned
2011年11月
秦振涛
龙芯之父胡伟武博士利用WINDLX 测试自设计的基于8086 CPU结构的
系统
2011年11月
秦振涛
一、安 装
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。 在本手册中将使用fact.s 和 input.s这两个汇编代码文件。 如果你熟悉 Windows 应用程序的安装，那么将 fact.s和 input.s 拷贝到WinDLX 文件夹后，你可以直接阅读下一部分。 请按以下步骤在Windows下安装WinDLX： 为WinDLX创建目录，例如D:\WINDLX 解压WinDLX软件包或拷贝所有的WinDLX文件（至少包含 windlx.exe, windlx.hlp, fact.s 和input.s ）到这个WinDLX 目录。
九、思考题
• 1、如才能编写出高效率的程序？
2011年11月
秦振涛
实验三 结构相关
实验名称：结构相关实验 实验项目性质：验证型 所属课程名称：计算机体系结构 计划学时：2
2011年11月
秦振涛
二、预习与参考
1、熟悉WinDLX模拟器的操作和使 用，了解DLX指令集结构及其特点 2、参考书籍 [1]李勇，计算机体系结构，国防科 技大学出版社,1998 [2]张晨曦，WINDLX教学实验系统 指导书，高等教育出版社，2005
高等教育出版社，2005
2011年11月
秦振涛
三、实验内容：
• 1. 通过Configuration菜单中的“Floating point stages” 选项，把除法单元数设 置为3，把加法﹑乘法﹑除法的延 迟设置为3个时钟周期。
• 2. 用WinDLX模拟器运行调度前的程序sch-before.s 。 记录程序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。
• 1、熟悉WinDLX模拟器的操作和使用，了 解DLX指令集结构及其特点
• 2、参考书籍 • [1]李勇，计算机体系结构，国防科技大学
出版社,1998 • [2]张晨曦，WINDLX教学实验系统指导书，
高等教育出版社，2005
2011年11月
秦振涛
三、设计指标
•
1. 在不采用定向技术的情况下（通过Configuration菜单中的
点击 fact.s 点击 select 按钮 点击 input.s 点击 select按钮 点击 load按钮
选择文件的顺序很关键，它决定了文件在存储器中出现的顺序。对话 框中会显示信息“File(s) loaded successfully. Reset DLX?”，点击 “是（Y）” 按钮确认。这样，文件就已被装入到存储器中了。
一、实验目的：
• 通过本实验，加深对指令调度的理解， 了解指令调度技术对CPU性能改进的好处。
2011年11月
秦振涛
二、预习与参考
• 1、熟悉WinDLX模拟器的操作和使用，了 解DLX指令集结构及其特点
• 2、参考书籍 • [1]李勇，计算机体系结构，国防科技大学
出版社,1998 • [2]张晨曦，WINDLX教学实验系统指导书，
现在，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。
2011年11月
秦振涛
(3) Clock Cycle Diagram 窗口 使所有子窗口图标化，然后打开Clock Cycle Diagram 窗口。它显示流水线的时空图。
2011年11月
2011年11月
秦振涛
(1) Pipeline 窗口 我们首先来看一下DLX处理器的内部结构。为此，双击图标 Pipeline，出现一个子窗口，窗口中用图表形示显示了DLX的五段流 水线。你应尽可能地扩大此窗口，以便处于不同流水段的指令都能 够在图表中显示。
此图显示DLX处理器的五个流水段和浮点操作 (加 / 减, 乘和除)的单元。
2011年11月
秦振涛
• 一、实验目的
• 通过本实验，熟练掌握WinDLX模拟器的操 作和使用，清楚WinDLX五段流水线在执行 具体程序时的流水情况，熟悉DLX指令集结 构及其特点。
2011年11月
秦振涛
二、预习与参考
• 1、熟悉WinDLX模拟器的操作和使用，了 解DLX指令集结构及其特点
• 2、参考书籍 • [1]李勇，计算机体系结构，国防科技大学
出版社,1998 • [2]张晨曦，WINDLX教学实验系统指导书，
高等教育出版社，2005
2011年11月
秦振涛
三、设计指标
• 学生在教师的指导下，根据实验的要求，实现用 WinDLX模拟器编写最大公约数程序实验：
• 1．编写求最大公约数程序gcm.s • 2．用WinDLX模拟器执行程序gcm.s 。该程序从
2011年11月
秦振涛
二、一个完整的例子 我们使用WinDLX 汇编器中的汇 编文件fact.s ，这个程序计算数 （通过键盘输入）的阶乘。这需 要用到文件input.s，它用于接收 从键盘输入的数。
2011年11月
秦振涛
1.开始和配置WinDLX
象启动任何Windows应用程序一样，通过双击 WinDLX 图标启动WinDLX，将出现一个带有六个图标的主窗口， 双击这些图标将弹出子窗口。后面将解释和介绍如何使 用每一个窗口。为了初始化模拟器, 点击File 菜单中 的 Reset all 菜单项，弹出一个“Reset DLX”对话框。 然201后1年点11月击窗口中的“确认”秦振按涛 钮即可。
3. 用WinDLX模拟器运行调度后的程序sch-after.s ， 记录程序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。
4. 根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。 •
5. 论述指令调度对于提高CPU性能的意义。
2011年11月
2011年11月
秦振涛
Statistics 窗口
2011年11月
秦振涛
三、结束语 本实验通过一个例子介绍了WinDLX 的重要特性，使你对流水线和DLX 的操作类型有了一定的了解。当然， 你还必须学习更多的知识，才能更 深入地了解WinDLX。请参阅“帮助” （Help菜单），你将会获得所有的
细节。
秦振涛
(4) 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。
2011年11月
秦振涛
• (5) Register 窗口
现在可以开始模拟工作了。
2011年11月
秦振涛
3. 模 拟 在主窗口中，你可以看见六个图标，它们分别为 “Register”，“Code”，“Pipeline”，“Clock Cycle Diagram”，“Statistics” 和“Breakpoints”。 点击其中任何一个将弹出一个新窗口（子窗口）。在 模拟过程中将介绍每一个窗口的特性和用法。