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计算机系统结构实验报告一

计算机系统结构实验报告一
计算机系统结构实验报告一

计算机系统结构实验报告

3,计算补码

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main:

ADDI $r3,$r3,-1 LW $r1,0($r4) ADDI $r4,$r4,4 LW $r2,0($r4)

通过实验,熟悉了MIPSsim模拟器的操作,了解了MIPS指令系统结构的特点,并通过汇编语言能实现自定义的功能;实验的一个难点是克服以往学习IBM汇编时形成的认知习惯,MIPS汇编语言的结构和形式等有很大不同,但相比其实更为简单。

计算机体系结构实验报告二

实验二结构相关 一、实验目得: 通过本实验,加深对结构相关得理解,了解结构相关对CPU性能得影响。 二、实验内容: 1、用WinDLX模拟器运行程序structure_d、s 。 2、通过模拟,找出存在结构相关得指令对以及导致结构相关得部件。 3、记录由结构相关引起得暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行 周期数得百分比。 4、论述结构相关对CPU性能得影响,讨论解决结构相关得方法。 三、实验程序structure_d、s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: 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 answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit < this is a ment !! A: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: 、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。(Rstall 数据相关Stall 结构相关) 1)第一个结构相关:addd f2,,f0,f2 由于前面得数据相关,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,导致相关得部件:译码部件。

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 将和加载至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。 图 6 指令流水线 }

计算机组织与体系结构实验报告

《计算机组织与体系结构》 实验报告 学号: XXX 姓名:XXX 班级:XXX 指导教师:XXX 时间: 2013年01月 中国矿业大学计算机学院

目录 一基本运算器实验 (2) 1、实验目的 (2) 2、实验设备 (2) 3、实验原理 (2) 4、实验步骤 (3) 5、实验结果 (5) 5、实验体会 (5) 二微程序控制实验 (6) 1、实验目的 (6) 2、实验设备 (6) 3、实验原理 (6) 4、实验步骤 (12) 5、实验体会 (13) 三CPU与简单模型机设计实验 (13) 1、实验目的 (13) 2、实验设备 (13) 3、实验原理 (13) 4、实验步骤 (18) 5、实验流图 (21) 6、实验体会 (25)

实验一基本运算器实验 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。 2. 实验设备 PC机一台,TD-CMA实验系统一套。 3.实验原理 本实验的原理如下图所示: 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。

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。 实验平台: WinDLX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 CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。 2. 用WinDLX运行程序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CPU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运行程序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.s。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。 a.不采用重新定向技术,我们得到的结果

北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器

北京邮电大学 实验报告 课程名称计算机系统结构 计算机学院03班 王陈(11)

目录 实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。 ·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验三DLX处理器程序设计 .................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 A.向量加法代码及性能分析 ................................................... 错误!未定义书签。 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 .............................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验四代码优化 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会........................................................... 错误!未定义书签。实验五循环展开 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 矩阵乘程序代码清单及注释说明........................................... 错误!未定义书签。 相关性分析结果........................................................................... 错误!未定义书签。 增加浮点运算部件对性能的影响........................................... 错误!未定义书签。 增加forward部件对性能的影响 ............................................ 错误!未定义书签。 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 .. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会+课程建议......................................... 错误!未定义书签。

计算机系统结构实验指导书-14

北京邮电大学 计算机学院 计算机系统结构实验指导书 王春露邝坚编著 2007.3 – 2013.4

目录z计算机系统结构实验简介 z DLX处理器简介 1. 实验一WINDLX模拟器安装及使用 2. 实验二指令流水线相关性分析 3. 实验三DLX处理器程序设计 4. 实验四代码优化 5. 实验五循环展开(选作)

计算机系统结构实验简介 DLX是一个虚拟处理器。该处理器是加州大学伯克利分校计算机系JohnL .H ennessy教授和斯坦福大学计算机系David A. Patterson教授在其《计算机体系结构:一种定量的方法》一书中提出的。该处理器反映了新一代处理器的特点。通过了解DLX处理器的结构和工作原理,并利用DLX模拟器进行实验,可以帮助学生综合地了解和运用有关处理器指令系统的设计、流水线的设计与实现等方面的知识,有助于计算机系统结构课程内容的理解。 DLX处理器简介 第一节 DLX基本结构 DLX是一种典型的Load/Store型指令集结构。它不仅体现了当今多种机器的指令集结构的共同特点,而且它还体现出未来一些机器的指令集结构的特点。这些机器的指令集结构设计思想都和DLX指令集结构的设计思想十分相似,它们都强调: (1) 具有一套简单的Load/Store指令集; (2) 注重指令流水效率; (3) 简化指令的译码; (4) 高效支持编译器。 DLX是一种易于学习和研究的处理器结构模型。这种类型的机器正在日趋流行,而且其结构非常易于理解。 1.DLX中的寄存器 DLX中有32个通用寄存器(GPRs),分别将其命名为R0,R1…R31。每个通用寄存器长度为32位。 另外,DLX中有32个浮点寄存器(FPRs),分别将其命名为F0,F1…F31。每个浮点寄存器长度为32位。这些浮点寄存器可以用来保存32位的单精度浮点数,或者通过相邻两个浮点寄存器奇偶对FiFi+1(i=0,2,4…,30)来保存双精度浮点数,这种组合而成的64位双精度浮点寄存器在DLX中分别被命名为F0,F2…F28,F30. 2. DLX数据类型 DLX提供了多种长度的整型数据和浮点数据。对整型数据而言,有8位,16位,32位多种长度;对浮点而言,有32位单精度浮点数和64位双精度浮点数。浮点数据表示采用的是IEEE754标准。DLX操作都是对32位整型数据及32或64位浮点数据进行的。 3.DLX的寻址方式和数据传送 DLX提供了寄存器寻址,立即寻址,偏移寻址和寄存器间接寻址四种寻址方式。寄存器寻址字段的大小为5位,用来标识32个通用寄存器或浮点寄存器。

计算机系统结构实验1预习报告

计算机系统结构实验 实验1:MIPS指令系统和MIPS体系结构 (预习报告) 姓名: 学号: 班级:

大连理工大学实验预习报告 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:____________________ 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 资料准备: 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,而且还提供了在FPRs和GPRs之间传送数据的指令。2.MIPS的数据表示

整数:字节(8位)、半字(16位)、字(32位)和双字(64位)。 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。 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。 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。 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。 1)load指令 2)store指令 3)立即数指令 4)分支指令 5)寄存器跳转、寄存器跳转并链接

计算机体系结构实验报告二

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.s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: 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 answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit <- this is a comment !! A: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: .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。 2)第二个结构相关:ADDI R2, R2, #8,与第一个结构相关类似。由于数据相关, 上一条指令暂停在ID阶段,所以导致下一条指令发生结构相关。

大连理工大学计算机系统结构实验-实验四

大连理工大学实验报告计算机系统结构实验 实验四Cache性能分析 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

实验四Cache性能分析 一、实验目的和要求 (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、实验步骤与操作方法 1、Cache容量对不命中率的影响。 (1)启动MyCache。 (2)用鼠标单击“复位”按钮,把各参数设置为默认值。 (3)选择一个地址流文件。方法:选择“访问地址”—>“地址流文件”选项,然后单击“浏览”按钮,从本模拟器所在文件夹下的“地址流”文件夹中选取。 (4)选择不同的Cache容量,包括2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB、128KB和256KB。分别执行模拟器(单击“执行到底”按钮即可执行),然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表不同容量下Cache的不命中率 (5)以容量为横坐标,画出不命中率随Cache容量变化而变化的曲线,并指明地址流文件名。

(6)根据该模拟结果,你能得出什么结论? 答:随着Cache容量的增大,不命中率降低,但是降低的幅度由较大差别,Cache容 量足够大以后,不命中率降到一定程度以后,降低效果不再明显。 2.相联度对不命中率的影响 (1)用鼠标单击“复位”按钮,把各参数设置为默认值。此时的Cache容量为64KB。 (2)选择一个地址流文件。 (3)选择不同的Cache相联度,包括2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器,然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表当容量为64KB时,不同相联度下Cache的不命中率 (4)把Cache的容量设置为256KB,重复(3)的工作,并填写下表。 表当容量为256KB时,不同相联度下Cache的不命中率 (5)以相联度为横坐标,画出在64KB和256KB的情况下不命中率随Cache相联度变化而变化的曲线,并指明地址流文件名。

计算机系统结构实验教程

实验一流水线及流水线中的冲突 实验目的 1.加深对计算机流水线基本概念的理解; 2.理解MIPS结构如何用5段流水线来实现,理解各段的功能和基本操作; 3.加深对数据冲突、结构冲突的理解,理解这两类冲突对CPU性能的影响; 4.进一步理解解决数据冲突的方法,掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。 5.加深对指令调度和延迟分支技术的理解; 6.熟练掌握用指令调度技术来解决流水线中的数据冲突的方法; 7.进一步理解指令调度技术和延迟分支技术对CPU性能的改进。 实验平台 指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim, 实验内容和步骤 首先要掌握MIPSsim模拟器的使用方法。 一、流水线及流水线中的冲突观察 1. 启动MIPSsim。 2.根据预备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. 熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 可以先载入一个样例程序(在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中),然后分别以单步执行一个周期、执行多个周期、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,特别是流水寄存器内容的变化。 4. 勾选配置菜单中的“流水方式”,使模拟器工作于流水方式下。 5.观察程序在流水线中的执行情况,步骤如下: (1)用MIPSsim的“文件”菜单中的“载入程序”来加载pipeline.s(在模拟器所在文 件夹下的“样例程序”文件夹中); (2)关闭定向功能。这是通过在“配置”菜单中去选“定向”(即使得该项前面没有“√” 号)来实现的; (3)用单步执行一周期的方式(“执行”菜单中,或用F7)执行该程序,观察每一周 期中,各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况(代码窗口)以及时钟周期 图; (4)当执行到第10个时钟周期时,各段分别正在处理的指令是: IF: ID:

软件设计与体系结构实验报告

福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称:软件设计与体系结构 姓名:陈宇翔 系:软件工程系 专业:软件工程 年级:2007 学号:070481024 指导教师:王李进 职称:讲师 2009年12月16日

实验项目列表

福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院:计算机与信息学院专业:软件工程系年级:2007 姓名:陈宇翔 学号:070481024 课程名称:软件设计与体系结构实验时间:2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字:成绩: 实验1:ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1)掌握软件体系结构描述的概念 2)掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考,学生在样板的指导下修改图形,在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格,修改ACME代码,并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project,并且命名为AcmeLab2。如下图:

接着导入ZIP文档,导入完ZIP文档后显示的如下图: 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图: 修改组件外观 1. 在组件类型中,双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中,将产生预览;选择Modify 按钮,将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形:找到Basic shape section,在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色,并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab,在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图:

北邮计算机系统结构-WINDLX模拟器实验 报告

实验报告 学院:计算机学院 课程名称:计算机系统结构 实验名称: WINDLX模拟器实验 班级: 姓名: 学号:

实验一 WINDLX模拟器安装及使用 略 实验二指令流水线相关性分析 一.实验类别 验证实验 二.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。 三.实验环境 Windows XP操作系统 WinDLX模拟器 四.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。 (1)数据相关 定义:原有先后顺序的两条指令(I1,I2)在对共享变量(位置)进行读、写时,指令流水线中实际完成的读、写顺序与原有顺序不一

致,导致流水线输出错误。 三类数据相关: 写读(WR)相关 读写(RW)相关 写写(WW)相关 解决方法技术: 1. 使某些流水线指令延迟、停顿一或多个周期。 2. 双端口存储器:如果指令和数据放在同一个存储器。 3. 设置两个存储器:一个数据存储,一个为指令存储器。 4. 软件优化编译:通过指令重新排序,消除数据相关。 5. 定向技术:又称旁路技术或专用通路技术,是使后续指令 提前得到前指令的运算结果(适合ALU类指令)(2)结构相关 定义:如果某指令在流水线重叠执行过程中,硬件资源满足不了指令重叠执行的要求,会产生资源冲突或竞争,称为流水线结构相关 解决方法技术: 1. 延迟技术:使某些指令延迟、停顿一或多个时钟周期 2. 双端口存储器:允许同时读两个数据或指令 3. 设置双存储器(哈弗结构):一个数据存储,一个指令存 储。 4软件优化编译:通过指令重新排序消除结构相关。 (3)控制相关 定义:控制相关是指因程序执行转移类指令而引起的冲突相关。包括无条件转移、条件转移、子程序调用、中断等,它们属于分支指令,执行中可能改变程序方向,造成流水线断流。 解决方法技术: 1、静态分支技术 静态转移预测技术(猜测法) ; 延迟转移; 提前形成条件码,生成转移目标地址; 改进循环程序; 2、动态分支预测技术 转移历史表BHT; 转移目标缓冲栈(BTB); 转移目标指令缓冲栈BTIB; 五.实验步骤 (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。 注意:除(2)以外,浮点加、乘、除部件都只有一个;

计算机系统结构实验教程

MIPSsim使用说明 一、启动模拟器 双击MIPSsim.exe,即可启动该模拟器。MIPSsim是在Windows操作系统上运行的程序,它需要用.NET运行环境。如果你的机器没有该环境,请先下载和安装“Microsoft .NET Framework 2.0 版可再发行组件包”。 模拟器启动时,自动将自己初始化为默认状态。所设置的默认值为: ◆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; ◆内存大小为4096字节; ◆载入起始地址为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个时钟周期; ◆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。 当模拟器工作在非流水方式下(配置菜单中的“流水方式”前没有“√”号)时,下面叙述中有关流水段的内容都没有意义,应该忽略之。 二、MIPSsim的窗口 在流水方式下,模拟器主界面中共有7个子窗口,它们是: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。每一个窗口都可以被收起(变成小图标)、展开、拖动位置和放大/缩小。当要看窗口的全部内容时,可以将其放大到最大。 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。 1. 代码窗口 代码窗口给出内存中代码的列表,每条指令占一行,按地址顺序排列。每行有5列(当全部显示时):地址、断点标记、指令的机器码、流水段标记和符号指令。如图2.1所示。

图2.1 代码窗口 图中不同抹色的行代表相应的指令所处的执行段。黄色代表IF段,绿色代表ID段,红色代表EX段,青色代表MEM段,棕色代表WB段。 该窗口中各列的含义如下: ◆地址:以16进制的形式给出。内存是按字节寻址的,每条指令占4个字节。当采用 符号地址时,会在相应的位置给出汇编程序中出现的标号。 ◆断点标记:如果在该指令处设有断点,则显示相应的标记。断点标记的形式为B.X (X为段名),表示该断点是设置在该指令的“X”段。例如,若某行的断点标记为“B.EX”,则表示在该指令的EX段设置了断点。 当模拟器工作在非流水方式下时,断点的标记为B。 ◆机器码:该行所对应的指令的十六进制机器码。若该行无指令,则仅仅显示4字节 数据; ◆流水段标记:表示当该指令正在执行时,它在当前周期该指令所处的流水段。当模 拟器工作在非流水方式下时,它没有意义。 ◆符号指令:机器代码所对应的符号指令。 在该窗口中选中某行(用鼠标左键单击),然后再点击鼠标右键,就会弹出菜单:设置断点,清除断点,它们分别用于在所选指令处设置断点和清除断点。 ●设置断点 选择(点击)要设断点的指令→点击右键→“设置断点”,弹出“设置断点”小对话框,在“段”的下拉框中选择断点所在的流水段(在非流水方式下,不存在该下拉框),单击“确定”即可。 ●清除断点 选择(点击)指令→点击右键→“清除断点”,则设置在该指令处的断点被删除。

计算机系统结构实验报告

计算机系统结构实验报告姓名 学号 指导老师 实验一、流水线中的相关 一、实验目的 1. 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、实验内容、步骤及实验结果 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序: 1>求阶乘程序fact.s 2>求最大公倍数程序gcm.s 3>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。 结果总结: 三种方式: 步进的方式是按快捷键F7或者选择菜单栏Execute中的Single Cycle; 连续的方式是按快捷键F5或者选择Execute中的Run; 设置断点是通过选择window菜单栏中的code,然后在菜单栏中多出一项code项,选中你想要插入的指令,在多出来的code项中找到set breakpoint,即可插入断点,然后按F5执行即可。 1.用WinDLX运行fact.s Pipeline图 指出了每个功能段所进行的具体指令,点击指令还可以看到指令的具体相关的其他方面的内

容。 时空图 更加直观的形式显示出了在某个时间周期某个功能段所执行的具体的指令。 Register图 指出了各个寄存器和存储器的值. Statistics图 指出了指令的相关分析数据,例如,执行了53个cycles,2条指令在流水线中等相关的总结信息。 2. 用WinDLX运行程序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CPU性能的影响,讨论解决资源相关的方法。 资源相关的指令: addd f0,f0,f4 addd f2,f0,f2(发生先写后读的数据相关导致消除了资源相关) 由图可知是因为只有一个faddEX的运算部件,而它需要两个时钟周期,当第一条addd指令执行EX段时,第二条指令势必要等一个周期等faddEX部件空闲了才能够使用。但是,同时由于这两条指令存在先写后读数据相关,暂停一个周期之后没有了资源相 关. 单条指令的详细资源冲突图 因为Statistics图中的分析数据没有看见structural stall,但是根据图知道这个存在addd f2,f0,f2时的资源冲突,大概循环了6次,总共时钟周期是142个,所以资源相关引起的暂停的时钟周期的个数是6个,暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比为6/142= 4.3% Statistics数据分析图

计算机系统结构实验报告要点

实验一流水线相关 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.实验内容 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。 注意:fact.s 中调用了input.s 中的输入子程序。load 程序时,要两个程序一起装入(都select 后再点击load)。gcm.s 也是如此。 2. 用WinDLX 运行程序structure_d.s,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; 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; 论述结构相关对CPU 性能的影响,讨论解决结构相关的方法。 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 运行程序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。 4. 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.s。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。 三.实验过程和截图 1.模拟执行fact.s和input.s 流水线的状态如下: 在执行求阶乘程序fact.s之后,输入值5,查看寄存器的值为120,结果正确。 2.执行程序structure_d.s之后的实验数据如下图:

体系结构实验报告

课程实验报告 软件系统结构 专业 软件工程 学生姓名 刘辉 班级 软件151 学 号 1510701117 指导老师 孙莉

实验一 C/S结构应用设计(1) 一、实验目的 设计并实现一个基于多层C/S结构的数据库应用,熟悉多层C/S体系结构及其基本处理流程,了解多层结构表现层、业务逻辑层(功能层)、数据访问层所完成的功能,掌握多层C/S结构的数据库应用设计方法,对这三层进行明确分割,并在逻辑上使其独立。学生通过本实验的训练能够熟练掌握对小型数据库应用系统三层结构层次划分方法及系统实现技术。 本次实验目的: (1)熟悉并掌握二层C/S软件体系结构的相关知识; (2)掌握二层C/S结构应用系统的分析和设计; (3)掌握一种开发二层C/S结构应用系统的技术线路; (4)实际开发出一个简单的基于二层C/S结构的应用实例——个人通讯录管理系统。 要求: (1)需要预先掌握SQL server 2000数据库基本操作、https://www.docsj.com/doc/22106038.html,(用C#语言)编程技术和多层C/S软件体系结构的概念; (2)进行二层C/S结构应用系统的分析和设计,在实验报告中写出个人通讯录管理系统的设计方案; (3)在SQL server 2000数据库系统中建立数据库并输入数据; (4)在https://www.docsj.com/doc/22106038.html,中用C#语言编写表现层(UI)程序; (5)在https://www.docsj.com/doc/22106038.html,中用C#语言编写业务逻辑层(BLL)程序; (6)完成系统调试,得出正确的实验结果; (7)做完实验后写出本实验的实验报告。 二、实验环境 奔腾以上计算机,装有SQL Server 2000数据库系统和Visual Studio 2000软件。 三、实验内容 1、分别采用二层C/S结构和多层C/S结构实现个人通讯录系统。该系统的设计目标是能够轻松地管理个人的联系人信息,包括添加、修改和删除操作。联

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