计算机体系结构指令调度实验报告
数据结构 任务调度 实验报告
数据结构任务调度实验报告数据结构任务调度实验报告一、引言任务调度是计算机科学中一个非常重要的概念，以提高计算机系统的资源利用率和性能。
本实验报告旨在探讨任务调度在数据结构中的应用，并通过实验分析不同算法的性能表现。
二、实验目的1.理解任务调度的基本概念和相关算法；2.实现不同的任务调度算法；3.通过对比分析，评估不同算法的性能；4.探究任务调度在实际应用中的优化方案。
三、实验内容1.算法概述1.1 轮转调度算法轮转调度算法是一种简单的任务调度算法，按照任务的到达顺序进行调度，每个任务被分配一个固定的时间片来执行。
1.2 优先级调度算法优先级调度算法根据任务的优先级来进行调度，优先级高的任务会被先执行。
1.3 最短作业优先调度算法最短作业优先调度算法根据任务需要的执行时间来进行调度，执行时间短的任务会被先执行。
2.算法实现2.1 算法思路2.2 数据结构设计2.3 伪代码2.4 算法实现步骤3.算法性能分析3.1 实验环境3.2 实验数据3.3 实验结果分析四、实验结论通过对比分析不同的任务调度算法，我们可以得出以下结论：1.轮转调度算法适用于任务数量不多的情况下，但容易导致长任务的等待时间增加；2.优先级调度算法适用于需要精确控制任务执行顺序的场景；3.最短作业优先调度算法在任务执行时间差异较大时表现较好；4.实际应用中，可以根据任务的特点选择合适的调度算法，并结合其他优化策略来提高系统性能。
五、附件本实验报告涉及的附件包括：1.实验代码文件：task_scheduling.py；2.实验数据文件：scheduling_data.txt；3.实验结果分析图表：scheduling_analysis.png。
六、法律名词及注释1.版权：指法律规定的对各种原创作品（包括文学、艺术和科学作品）的独特经济和道德权益。
通过版权保护，作品的创作者可以授权或限制他人对作品的使用。
2.知识产权：指知识和信息的产权。
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。
计算机系统结构实验3报告
计算机系统结构实验实验3：指令调度和延迟分支（实验报告）姓名：学号：班级：学院：________________专业:_______________________班级:_____________________ 姓名：______________________学号:_________________实验时间：__________________实验室：______________实验台：__________________ 指导老师签字：________________________________成绩：_______________________一.实验目的（1）加深对指令调度技术的理解。
（2）加深对延迟分支技术的理解。
（3）熟练掌握用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法。
（4）进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进。
（5）进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。
二.实验内容和步骤:(1)、启动MIPSsim。
(2)、根据前面的相关知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。
(3)、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作于流水方式下。
(4)、用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。
1）启动MIPSsim。
2）加载schedule.s。
3）关闭定向功能。
(4)执行所载入的程序。
通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数、发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。
由执行结果可知，程序执行总时钟周期数为33。
观察程序执行的时钟周期图可知，发生停顿的指令组合如下：第1对指令组合LW $r2,0($r1)ADD $r4,$r0,$r2第2对指令冲突ADD $r4,$r0,$r2SW $r4,0($r1)第3对指令冲突SW $r4,0($r1) LW $r6,4($r1)第4对指令冲突ADD $r8,$r6,$r1 MUL $r12,$r10,$r1第5对指令冲突ADD $r16,$r12,$r1 ADD $r18,$r16,$r1第6对指令冲突ADD $r18,$r16,$r1 SW $r18,16($r1)第7对指令冲突SW $r18,16($r1) LW $r20,8($r1)第8对指令冲突MUL $r22,$r20,$r14 MUL $r24,$r26,$r14(5)采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。
计算机操作系统进程调度实验报告
计算机操作系统进程调度实验报告实验报告：计算机操作系统进程调度1.实验背景与目的计算机操作系统是一种负责管理和协调计算机硬件和软件资源的系统。
进程调度作为操作系统的重要功能之一，主要负责决定哪些进程可以运行、何时运行以及运行多长时间等问题。
本实验旨在通过实践学习进程调度的原理和实现细节，加深对操作系统的理解。
2.实验原理与步骤（1）实验原理：进程调度的目标是充分利用计算机资源，提高系统的吞吐率和响应时间。
常用的调度算法有先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。
在本实验中，我们将实现时间片轮转调度算法，并对比不同算法的性能差异。
（2）实验步骤：1）设计进程数据结构：创建进程控制块（PCB）结构体，包含进程的标识符、到达时间、服务时间、剩余时间、等待时间等信息。
2）生成进程：根据指定的进程个数和服务时间范围，生成随机的进程并初始化进程控制块。
3）时间片轮转调度算法：根据时间片大小，按照轮转调度的方式进行进程调度。
4）性能评估：通过记录进程的等待时间和周转时间，比较不同调度算法的性能差异。
3.实验结果与分析通过实验我们生成了10个进程，并使用时间片大小为2进行轮转调度。
下表列出了各个进程的信息及调度结果。
进程到达时间服务时间剩余时间等待时间周转时间P108068P214004P3291310P4350115P542032P6570147P763063P8761714P981071P1093104从实验结果可以看出，时间片轮转调度算法相对公平地分配了CPU给各个进程，减少了等待时间和周转时间。
但是，对于长时间服务的进程，可能出现饥饿问题，即一些耗时较长的进程无法得到充分的CPU时间。
与时间片轮转算法相比，先来先服务（FCFS）算法对于短作业具有更好的响应时间，但可能导致长作业等待时间过长。
最短作业优先（SJF）算法能够最大化短作业的优先级，提高整体性能。
4.实验总结与体会本次实验通过实践了解了进程调度的原理与实现细节，加深了对操作系统的理解。
指令调度和延迟分支实验总结
指令调度和延迟分支实验总结指令调度和延迟分支是计算机体系结构中的两个重要概念。
指令调度是指在执行指令时，通过优化指令的顺序和调整执行时间，以提高CPU的效率。
而延迟分支则是为了避免CPU在等待分支结果时浪费时间，采用一种预测技术来减少分支对CPU效率的影响。
一、指令调度1. 指令调度的概念指令调度是一种优化技术，通过重新排列程序中的指令顺序，使得CPU能够更好地利用其硬件资源。
在执行程序时，CPU需要从内存中读取指令，并将其解码为可执行操作码。
然后，CPU根据操作码进行运算，并将结果写回内存。
2. 指令调度的优点（1）提高CPU效率：通过重新排列程序中的指令顺序，可以使得CPU更好地利用其硬件资源，从而提高效率。
（2）减少空闲时间：由于程序中存在大量独立的操作，因此可以通过将这些操作组合起来执行，从而减少空闲时间。
（3）提高缓存命中率：由于现代计算机都采用了多级缓存结构，在进行数据访问时会涉及到缓存命中率的问题。
指令调度可以通过重新排列程序中的指令顺序，使得CPU能够更好地利用缓存，从而提高命中率。
3. 指令调度的实现方法（1）静态调度：在编译程序时，对程序进行指令重排，生成新的可执行代码。
（2）动态调度：在程序运行时，根据当前CPU状态和任务负载情况，动态地调整指令执行顺序。
二、延迟分支1. 延迟分支的概念延迟分支是一种预测技术，通过预测分支结果来减少CPU在等待分支结果时浪费时间。
由于分支语句会导致程序流程的改变，因此在执行分支语句时需要等待条件判断结果。
如果条件成立，则跳转到目标地址；否则继续执行下一条指令。
2. 延迟分支的优点（1）减少CPU空闲时间：由于CPU不需要等待分支结果就可以继续执行下一条指令，因此可以减少空闲时间。
（2）提高CPU效率：通过预测分支结果来减少CPU等待时间，从而提高效率。
3. 延迟分支的实现方法（1）静态预测：在编译程序时，对程序中的分支语句进行预测，并将预测结果保存在可执行代码中。
cpu组成与机器指令执行实验实验报告
cpu组成与机器指令执行实验实验报告CPU组成与机器指令执行实验实验报告一、引言计算机是现代社会不可或缺的工具，而中央处理器（CPU）则是计算机的核心组成部分。
理解CPU的组成和机器指令的执行过程对于深入理解计算机的工作原理至关重要。
本实验旨在通过搭建一个简单的CPU模型，探究CPU的组成结构和机器指令的执行过程。
二、实验原理1. CPU的组成结构CPU主要由运算器、控制器和寄存器组成。
运算器负责进行各种算术和逻辑运算，控制器则负责指挥各个部件的工作，寄存器用于存储数据和指令。
2. 机器指令的执行过程机器指令的执行包括取指令、译码、执行和访存四个阶段。
取指令阶段从内存中读取指令，译码阶段将指令翻译成对应的操作，执行阶段进行运算或逻辑操作，访存阶段用于读取或写入数据。
三、实验过程1. 搭建CPU模型根据实验要求，我们搭建了一个简单的CPU模型，包括运算器、控制器和寄存器。
通过将这些部件连接起来，我们可以模拟CPU的工作过程。
2. 编写指令为了测试CPU的功能，我们编写了一些简单的指令，包括加法、减法和逻辑运算等。
这些指令将被存储在内存中，CPU在执行过程中会逐条读取并执行。
3. 执行指令我们按照预定的顺序执行指令，观察CPU的工作状态和输出结果。
通过这个过程，我们可以更好地理解指令的执行过程和CPU的工作原理。
四、实验结果在实验过程中，我们成功搭建了一个简单的CPU模型，并编写了一些指令进行测试。
通过执行这些指令，我们观察到CPU按照预期工作，并得到了正确的输出结果。
五、实验分析通过本次实验，我们深入了解了CPU的组成结构和机器指令的执行过程。
我们发现，CPU的运算器、控制器和寄存器相互配合，完成了复杂的运算和逻辑操作。
同时，我们也注意到指令的执行过程需要经过多个阶段，每个阶段都起到了重要的作用。
六、实验总结本次实验让我们对CPU的组成与机器指令的执行有了更深入的理解。
通过搭建CPU模型并执行指令，我们亲身体验了CPU的工作过程，加深了对计算机原理的理解。
计算机体系结构指令调度实验报告
实验六指令调度实验报告1.实验目得:通过本实验,加深对指令调度得理解,了解指令调度技术对CPU性能改进得好处。
2、实验内容:(1) 通过Configuration菜单中得“Floating point stages”选项,把除法单元数设置为3,把加法﹑乘法﹑除法得延迟设置为3个时钟周期。
(2) 用WinDLX模拟器运行调度前得程序schbefore、s 。
记录程序执行过程中各种相关发生得次数以及程序执行得总时钟周期数。
(3) 用WinDLX模拟器运行调度后得程序schafter、s ,记录程序执行过程中各种相关发生得次数以及程序执行得总时钟周期数。
(4) 根据记录结果,比较调度前与调度后得性能。
(5) 论述指令调度对于提高CPU性能得意义。
3.实验程序:程序schbefore、s;; Example to illustrate instruction scheduling;、data、global ONEONE: 、word 1、text、global mainmain:lf f1,ONE ;turn divf into a movecvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 innop ;floatingpoint formatdivf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2addf f3,f1,f2divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5multf f6,f4,f5divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)Finish:trap 0调度后得程序schafter、s;; Example to illustrate instruction scheduling reordered instructions ;、data、global ONEONE: 、word 1、text、global mainmain:lf f1,ONE ;turn divf into a movecvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 innop ;floatingpoint formatdivf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5addf f3,f1,f2multf f6,f4,f5divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)Finish:trap 04、实验原理由于相关得存在,使得指令中得下一条指令不能在指定得时钟周期执行。
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。
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。
计算机组成大型实验报告—机器指令设计实验
机器指令设计实验-实验报告一、实验目的与要求（1）通过实验分析简单模型机结构，了解计算机工作原理。
（2）掌握计算机微程序控制器的控制方法，掌握计算机指令执行过程。
（3）简单模型计算机部件构架、微程序控制器中微程序代码功能实现、微程序流程、指令系统定义和简单模型计算机汇编语言程序进行验证。
（4）在简单模型计算机基础上设计新的技巧指令，在第二章实验八的基础上实施，使用的实验部件和接线不变，增加5条新机器指令，目的是提高学生对计算机机器指令的理解，锻炼学生自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
二、实验原理1.简单模型计算机构架简单模型计算机逻辑结构如图1所示，构成简单模型计算机的实验部件以总线为基本连接通道，主要有以下7个：（1）算术逻辑运算部件ALU UNIT进行算术逻辑运算操作。
（2）存储器部件MEM UNIT，存储模型计算机汇编语言程序和操作数据。
（3）地址寄存器部件ADDRESS UNIT,包含两部分电路，地址寄存器AR：接收存储器程序中的指令地址和指令中的数据地址；指令地址计数器PC：用于指示程序中的指令地址并通过地址缓冲器送往地址寄存器AR。
（4）指令寄存器部件INS UNIT，寄存器当前正在执行的机器指令，此指令的指令码通过指令译码器向微程序控制器指示相应的微程序入口地址；此指令的地址码指示的操作数地址，送往地址寄存器AR。
（5）输入/输出部件INPUT/OUTPUT,操作数据的输入与输出显示。
（7）通用寄存器部件REG UNIT,暂存运算的中间数据。
（7）微程序控制器部件MAIN CONTROL UNIT，控制各部件完成指令的功能。
2.简单模型计算机指令系统此简单模型计算机的指令系统包括控制台指令与机器指令。
共三条控制台指令，由手动控制单元（MANUAL UNIT）的KB,KA开关设定。
控制台指令只能由手工操作一条条指令，不能编写在汇编程序中。
实验八已经给出5条机器指令。
分别是输入指令IN R0，PORTAR，算术加指令ADD R0，[ADDR]，寄存器内容送存储器指令STA [ADDR],R0，输出指令OUT [PORTAR],[ADDR]，转移指令JMP PORTAR。
指令调度和延迟分支实验总结
指令调度和延迟分支实验总结一、引言指令调度和延迟分支是计算机体系结构中的两个重要概念。
指令调度的目标是充分利用计算机的硬件资源，提高指令执行的效率；而延迟分支则是为了解决分支指令对程序性能的负面影响。
本文将从概念、实验设计和实验结果等方面对指令调度和延迟分支进行探讨和总结。
二、指令调度2.1 概念指令调度是指根据程序的数据依赖性和硬件资源的可利用性，对指令的执行顺序进行调整的技术。
通过优化指令的执行顺序，可以减少指令之间的依赖关系，充分利用硬件资源，实现更高效的程序执行。
2.2 实验设计为了验证指令调度对程序性能的影响，可以设计以下实验： 1. 选取一段具有明显数据依赖关系的程序作为测试样例。
2. 在不同的指令调度算法下，对程序进行编译和执行。
3. 测量程序的执行时间，并比较不同指令调度算法的性能差异。
2.3 实验结果实验结果表明，指令调度可以显著影响程序的执行性能。
通过优化指令的执行顺序，可以减少数据依赖关系，充分利用硬件资源，从而加快程序的执行速度。
同时，实验还可以得出不同指令调度算法之间性能差异的结论，为后续的优化提供指导。
三、延迟分支3.1 概念延迟分支是为了解决分支指令对程序性能的负面影响而提出的一种技术。
在传统的分支指令执行过程中，由于条件分支的判断需要等待前一条指令的执行结果，会导致流水线的阻塞，降低执行效率。
而延迟分支则是将分支指令的判断延迟到之后的指令执行阶段，从而减少流水线的阻塞，提高程序的执行效率。
3.2 实验设计为了验证延迟分支对程序性能的影响，可以设计以下实验： 1. 选取一段包含条件分支指令的程序作为测试样例。
2. 在延迟分支和非延迟分支的情况下，对程序进行编译和执行。
3. 测量程序的执行时间，并比较延迟分支和非延迟分支的性能差异。
3.3 实验结果实验结果表明，延迟分支可以显著提高程序的执行性能。
通过将分支指令的判断延迟到之后的指令执行阶段，可以减少流水线的阻塞，提高指令的并行度，从而加快程序的执行速度。
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）。
实验2 循环展开及指令调度
实验报告（2010-2011 第二学期）实验课程：计算机系统结构班级：计科0802姓名：陈江华学号：200826140229成绩：实验2 循环展开及指令调度2.1 实验目的1.加深对指令调度技术的理解。
2.加深对延迟分支技术的理解。
3.熟练掌握用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法。
4.进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进。
5.进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。
2.2 实验平台实验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim2.3 实验内容和步骤首先要掌握MIPSsim模拟器的使用方法。
1. 启动MIPSsim2. 根据相关知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。
（用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容）3. 选择“配置”→“流水方式”选项，使模拟器工作在流水方式下。
4. 用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。
（1）启动MIPSsim（2）用MIPSsim “文件”→“载入程序”选项，加载schedule.s。
（3）关闭定向功能。
这是通过“配置”→“定向”（使该项前面没有√号）来实现的。
（4）执行所载入的程序。
通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数，发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。
RAW停顿16次，自陷停顿1次；ADDIU $r1,$r0,A与LW $r2,0($r1)冲突；LW $r2,0($r1)与ADD $r4,$r0,$r2冲突；LW $r6,4($r1)与ADD $r8,$r6,$r1冲突；MUL $r12,$r10,$r1与ADD $r16,$r12,$r1冲突；ADD $r16,$r12,$r1与ADD $r18,$r16,$r1冲突；LW $r20,8($r1)与MUL $r22,$r20,$r14冲突；总时钟周期数：33.（5）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。
调度算法实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟操作系统中的进程调度过程，加深对进程调度算法的理解。
实验中，我们重点研究了先来先服务（FCFS）、时间片轮转（RR）和动态优先级调度（DP）三种常见的调度算法。
通过编写C语言程序模拟这些算法的运行，我们能够直观地观察到不同调度策略对进程调度效果的影响。
二、实验内容1. 数据结构设计在实验中，我们定义了进程控制块（PCB）作为进程的抽象表示。
PCB包含以下信息：- 进程编号- 到达时间- 运行时间- 优先级- 状态（就绪、运行、阻塞、完成）为了方便调度，我们使用链表来存储就绪队列，以便于按照不同的调度策略进行操作。
2. 算法实现与模拟（1）先来先服务（FCFS）调度算法FCFS算法按照进程到达就绪队列的顺序进行调度。
在模拟过程中，我们首先将所有进程按照到达时间排序，然后依次将它们从就绪队列中取出并分配CPU资源。
（2）时间片轮转（RR）调度算法RR算法将CPU时间划分为固定的时间片，并按照进程到达就绪队列的顺序轮流分配CPU资源。
当一个进程的时间片用完时，它将被放入就绪队列的末尾，等待下一次调度。
（3）动态优先级调度（DP）算法DP算法根据进程的优先级进行调度。
在模拟过程中，我们为每个进程分配一个优先级，并按照优先级从高到低的顺序进行调度。
3. 输出调度结果在模拟结束后，我们输出每个进程的调度结果，包括：- 进程编号- 到达时间- 运行时间- 等待时间- 周转时间同时，我们还计算了平均周转时间、平均等待时间和平均带权周转时间等性能指标。
三、实验结果与分析1. FCFS调度算法FCFS算法简单易实现，但可能会导致进程的响应时间较长，尤其是在存在大量短作业的情况下。
此外，FCFS算法可能导致某些进程长时间得不到调度，造成饥饿现象。
2. 时间片轮转（RR）调度算法RR算法能够有效地降低进程的响应时间，并提高系统的吞吐量。
然而，RR算法在进程数量较多时，可能会导致调度开销较大。
计算机体系结构代码优化实验报告
计算机体系结构代码优化实验报告计算机系统结构实验实验四代码优化⼀、实验⽬的学习简单编译优化⽅法，观察采⽤编译优化⽅法所带来的性能的提⾼。
⼆、实验设备环境DLX汇编语⾔环境三、实验原理采⽤静态调度⽅法重排指令序列，减少相关，优化程序。
四、实验内容和要求求阶乘、向量加法、对8个浮点数求和，以上三个程序，任选（向量加法、浮点数求和）进⾏优化。
给出性能改进的量化值，同时给出采取优化⼿段的理论依据。
五、代码清单及结果分析*向量加法设计*1、源代码.dataVectorLength: .word 16Vector1: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Vector2: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Printf1: .asciiz "Vector ="Printf2: .asciiz " %f".align 2PrintPrompt: .word Printf1PrintPar: .word Printf2Result: .space 4.textmain:addi r14,r0,PrintPrompttrap 5lw r20,VectorLengthaddi r2,r0,0Loop:ld f10,Vector1(r2)ld f12,Vector2(r2)cvti2d f0,f10cvti2d f2,f12addd f4,f2,f0Finish:;**** Finish,write result into stdoutsd Result,f4addi r14,r0,PrintPartrap 5addi r2,r2,4subi r20,r20,1bnez r20,Loop;**** Endtrap 02、注释VectorLength: .word 16Vector1: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 Vector2: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 声明向量长度以及声明向量1、2 Result: .space 4存放打印数据的空间申请Loop:ld f10,Vector1(r2)ld f12,Vector2(r2)循环体中读⼊向量addd f4,f2,f0加法运算trap 5系统中断，输出结果3、运⾏结果4、代码优化及结果 .dataVectorLength: .word 16Vector1: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 Vector2: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16 Printf1: .asciiz "Vector =" Printf2: .asciiz " %f" .align 2PrintPrompt: .word Printf1 PrintPar: .word Printf2 Result: .space 4.textmain:addi r14,r0,PrintPrompttrap 5lw r20,VectorLength 这些条件判断指令存在写读相关，但不能静态优化。
计算机组织体系与结构实验报告
计算机组织与体系结构实验报告1.1基本运算器实验1.1.1 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。
1.1.2 实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
1.1.3 实验原理本实验的原理如图1-1-1所示。
运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3…S0和CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。
如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。
ALU中所有模块集成在一片FPGA中。
逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。
移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。
图中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。
每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。
(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。
例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。
(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。
使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。
运算器部件由一片FPGA实现。
ALU的输入和输出通过三态门74LS245连到CPU内总线上，另外还有指示灯标明进位标志FC和零标志FZ。
请注意：实验箱上凡丝印标注有马蹄形标记，表示这两根排针之间是连通的。
图中除T4和CLR，其余信号均来自于ALU单元的排线座，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。
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实验六指令调度实验报告
1．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。
2. 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。
（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。
3．实验程序：
程序sch-before.s
;-------------------------------------------------------------------
; Example to illustrate instruction scheduling
;-------------------------------------------------------------------
.data
.global ONE
ONE: .word 1
.text
.global main
main:
lf f1,ONE ;turn divf into a move
cvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 in
nop ;floating-point format
divf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1
divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2
addf f3,f1,f2
divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)
divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4
divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5
multf f6,f4,f5
divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)
Finish:
trap 0
调度后的程序sch-after.s
;-------------------------------------------------------------------
; Example to illustrate instruction scheduling - reordered instructions ;-------------------------------------------------------------------
.data
.global ONE
ONE: .word 1
.text
.global main
main:
lf f1,ONE ;turn divf into a move
cvti2f f7,f1 ;by storing in f7 1 in
nop ;floating-point format
divf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1
divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2
divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4
divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5
addf f3,f1,f2
multf f6,f4,f5
divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10)
divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13)
Finish:
trap 0
4. 实验原理
由于相关的存在，使得指令中的下一条指令不能在指定的时钟周期执行。
流水线冲突会给指令在流水线中的执行带来许多问题，如果不能很好地解决冲突问题，轻则影响流水线的性能，重则导致错误的执行结果。
而对于各种冲突，都有可能用指令调度来解决。
6. 实验步骤
1>设置除法单元数设置为3，把加法﹑乘法﹑除法的延迟设置为3个时钟周期：
2>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>未用指令调度技术之前,运行结果数据统计
5>采用调度技术后发生的关联:
6>采用调度技术后，运行结果数据统计：
7. 实验结论
1>采用指令调度之前：
采用循环调度前程序执行的过程中各种相关发生的次数如上表所示。
发生相关的指令组合如实验数据中的截图所示。
程序执行总的时钟周期数是27。
根据上述数据计算可得：吞吐率=10/27=0.37.
2>采用指令调度之后：
采用循环调度后程序执行过程中各种相关发生的次数如上表所示，发生相关的指令组合如实验数据中的截图所示。
程序执行总的时钟周期数是21。
根据上述数据计算可得：吞吐率=10/21=0.476
8. 实验总结
通过本实验，基本掌握了WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点，对于采用指令调度技术减少各种相关、提高流水线速度的方法和技巧有了更深的认识，对于计算机体系结构这门课程的学习和以后的实验还是很有帮助的。
做好本实验首先需要掌握WinDLX模拟器的使用。
理解课本中的有关指令调度技术的基础知识以及使用汇编语言编程，是做好本实验的关键所在。
9. 对本实验过程及方法、手段的改进建议：
在进行本实验时，用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关,没有对是否采用定向技术进行考虑。
而定向技术采用与否，会影响指令调度技术以及循环展开技术解决流水线中的结构相关与数据相关。
所以，在今后做本实验时，应该考虑是否采用定向技术。