系统结构简答题
1、什么是软件兼容？软件兼容有几种？其中哪一种是软件兼容的根本特征？
同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。
软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是软件兼容的根本特征。
2、试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。
计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。
一种系统结构可以有多种组成；一种组成可以有多种实现。同一系列机中各种型号的机器具有相同的系统结构，但采用不同的组成和实现技术，因而具有不同的性能和价格。
3、计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么？
（1）大概率事件优先原则：对于大概率事件(最常见的事件)，赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。
（2）Amdahl定律：加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。
（3）程序的局部性原理：程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。
4、根据Amdahl定律，系统加速比由哪两个因素决定？
系统加速比依赖于两个因素：
（1）可改进比例：可改进部分在原系统计算时间中所占的比例。
（2）部件加速比：可改进部分改进以后的性能提高。
5、从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级？
从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为：
（1）指令内部并行：单条指令中各微操作之间的并行。
（2）指令级并行（Instruction Level Parallelism，ILP）：并行执行两条或两条以上的指令。
（3）线程级并行（Thread Level Parallelism，TLP）：并行执行两个或两个以上的线程，通常是以一个进程内派生的多个线程为调度单位。
（4）任务级或过程级并行：并行执行两个或两个以上的过程或任务（程序段），以子程序或进程为调度单元。
（5）作业或程序级并行：并行执行两个或两个以上的作业或程序。
6、计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种？
（1）时间重叠。多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。
（2）资源重复。通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。
（3）资源共享。这是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。
7、现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么？
主要有两个方面的原因，一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。
8、从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点？
（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。
（2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。
（3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。
（4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。
（5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。
9、RISC的设计原则是什么？
（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令。
（2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成。
（3）所有指令长度均相同。
（4）只有load和store操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行。
（5）以简单、有效的方式支持高级语言。
10、计算机指令集结构设计所涉及的内容有哪些？
(1) 指令集功能设计：主要有RISC和CISC两种技术发展方向。
(2) 寻址方式的设计。
(3) 操作数表示和操作数类型。
(4) 寻址方式的表示：可以将寻址方式编码于操作码中，也可以将寻址方式作为一个单独的域来表示。
(5) 指令集格式的设计：有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式三种。
11、指令中有哪两种表示操作数类型的方法？
（1）操作数的类型由操作码的编码指定，这是最常见的一种方法。
（2）数据可以附上由硬件解释的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当的运算。
12、MIPS采用哪几种寻址方式？
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位的。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（其值永远为0）作为基址寄存器来完成的。
13、流水技术有哪些特点？
（1）流水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的“级”或“段”。
（2）每个子过程由专用的功能段实现。
（3）各个功能段所需时间应尽量相等。
（4）流水线需要有“通过时间”，在此之后流水过程才进入稳定工作状态，每一个时钟周期(拍)流出一个结果。
（5）流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。
14、在5段流水线中，一条指令的执行需要几个时钟周期？它们分别是什么？
一条指令的执行需要5个时钟周期。它们分别是：取指令周期（IF）、指令译码/读寄存器周期（ID）、执行/有效地址计算周期（EX）、存储器/分支完成周期（MEM）、写回周期（WB）。
15、评价流水线的性能指标是什么？
(1) 吞吐率：指在单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。
(2) 流水线的加速比：指m段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。
(3) 效率：指流水线的设备利用率。
16、什么叫相关？流水线中有哪几种相关？
相关是指两条指令之间存在某种依赖关系。确定程序中指令之间存在什么样的相关，对于充分发挥流水线的效率有重要的意义。
相关有3种类型，分别是数据相关（也称真数据相关）、名相关、控制相关。
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 }
软件体系结构KWIC实验
《软件体系结构》 实验：软件体系结构风格之应用
一、实验目的 通过KWIC 实例分析，理解和掌握软件体系结构风格设计与实现。 二、实验内容 多种软件风格设计与实现之KWIC 实例： 1．采用主/子程序体系结构风格实现KWIC 关键词索引系统 2．采用面向对象体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 3．采用管道过滤 体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 4．采用事件过程调用体系架构风格实现KWIC 关键词索引系统 三、实验要求与实验环境 熟练掌握基于主/子程序体系结构风格的KWIC 关键词索引系统，在此基础上，完成基于面向对象体系架构风格的KWIC 关键词索引系统设计与实现。选做基于管道过滤体系架构风格的KWIC 关键词索引系统；选做基于事件过程调用体系架构 风格的KWIC 关键词索引系统。 实验课前完成实验报告的实验目的、实验环境、实验内容、实验操作过程等 内容；实验课中独立/团队操作完成实验报告的实验操作、实验结果及结论等内容；每人一台PC 机，所需软件Win2003/XP 、UML 工具（EclipseUML/ Rose/Visio/StartUML/）、Eclipse/MyEclipse、JDK6.0 等。 四、实验操作 1、采用主/子程序体系结构风格实现KWIC 关键词索引系统 主程序/子程序风格（Main Program/Subroutine Style）将系统组织成层次结构，包括一个主程序和一系列子程序。主程序是系统的控制器，负责调度各子程 序的执行。各子程序又是一个局部的控制器，调度其子程序的执行。设计词汇表：主程序main(), 子程序shift(), sort() 方法，方法的调用，返回构件和连接件类型：
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名: 所在学院: 学生学号: 学生班级: 指导老师: 完成日期: 一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 组合模式 使用组合模式设计一个杀毒软件(AntiVirus)的框架，该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒，也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒，文件种类包括文本文件TextFile、图片文件ImageFile、视频文件VideoFile。绘制类图并编程模拟实现。 (2) 组合模式 某教育机构组织结构如下图所示: 北京总部 教务办公室湖南分校行政办公室 教务办公室长沙教学点湘潭教学点行政办公室
教务办公室行政办公室教务办公室行政办公室 在该教育机构的OA系统中可以给各级办公室下发公文，现采用 组合模式设计该机构的组织结构，绘制相应的类图并编程模拟实现，在客户端代码中模拟下发公文。(注:可以定义一个办公室类为抽象叶子构件类，再将教务办公室和行政办公室作为其子类;可以定义一个教学机构类为抽象容器构件类，将总部、分校和教学点作为其子类。) (3) 外观模式 某系统需要提供一个文件加密模块，加密流程包括三个操作，分别是读取源文件、加密、保存加密之后的文件。读取文件和保存文件使用流来实现，这三个操作相对独立，其业务代码封装在三个不同的类中。现在需要提供一个统一的加密外观类，用户可以直接使用该加密外观类完成文件的读取、加密和保存三个操作，而不需要与每一个类进行交互，使用外观模式设计该加密模块，要求编程模拟实现。参考类图如下: reader = new FileReader();EncryptFacadecipher = new CipherMachine();writer = new FileWriter();-reader: FileReader-cipher: CipherMachine-writer: FileWriter +EncryptFacade () +fileEncrypt (String fileNameSrc,: voidString plainStr=reader.read(fileNameSrc); String fileNameDes)String
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。
系统结构实验设计
实践设计报告 设计名称：计算机系统结构实践设计 设计项目：流水线与流水线冲突 姓名：冯皓明 专业：计算机科学与技术 班级：18-4 学号：1804010405
计算机科学与技术学院 实验教学中心 20 20 年 5 月15 日 目录 一．实践设计的目的和意义 二．实践设计的内容和要求 三．设计用的设备仪器 四．实践设计的相关技术 五．项目设计与实现 六．结束语 一实验目的 加深对计算机流水线基本概念的理解。 理解MIPS结构如何用段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。 加深对数据冲突、结构冲突和控制冲突的理解，理解这三类冲突对CPU性能的影响。 通过采用相关技术来消解各种冲突，进一步理解解决流水线冲突的方法。二．要求 学习模拟器的结构、原理和基本操作方法。 运行样例程序，观察流水线的工作过程和冲突产生的情况。 运用所学知识，通过对模拟器的一些功能设置来解决产生的结构冲突，数据冲突，控制冲突。 自行编写一段程序，分别验证各种冲突的解决方法。（程序行数不需过多，10行左右，只要包括这几种冲突情况即可）。
三实验用设备器材 计算机一台。指令级和流水线操作级模拟器MIPS。 四．实践设计的相关技术 五．项目设计与实现 （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。 流水线窗口如下图： 取指令（IF）、指令译码/读寄存器（ID）、执行/访存有效地址计算（EX）、存储器访问（MEM）、结果写回寄存器（WB），（用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容）
1.观察程序在流水线中的执行情况，步骤如下： （1）选择MIPS的“文件”—>“载入程序”选项来加载pipeline.s。（2）观察比较各个执行周期 当执行到第13个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是： IF: LW $r4,60（$r6） ID：ADDI $r3，$r0,25 EX：ADDI $r1,$r1,-1 MEM：ADDI $r6,$r0,8 WB：ADD $r2,$r1,$r0 时钟周期图：
体系结构实验报告
中南大学软件学院 软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名：宋昂 所在学院：软件学院 学生学号： 3901080115 学生班级：软件0801 指导老师：刘伟 完成日期： 2010-12-7
一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 简单工厂模式 使用简单工厂模式设计一个可以创建不同几何形状(Shape)的绘图工具类，如可创建圆形(Circle)、方形(Rectangle)和三角形(Triangle) 对象，每个几何图形都要有绘制draw()和擦除erase()两个方法，要求在绘制不支持的几何图形时，提示一个UnsupportedShapeException，绘制类图并编程实现。 (2) 简单工厂模式 使用简单工厂模式模拟女娲(Nvwa)造人(Person)，如果传入参数“M”，则返回一个Man 对象，如果传入参数“W”，则返回一个Woman对象，使用任意一种面向对象编程语言实现该场景。现需要增加一个新的Robot类，如果传入参数“R”，则返回一个Robot对象，对代码进行修改并注意女娲的变化。 (3) 工厂方法模式 某系统日志记录器要求支持多种日志记录方式，如文件记录、数据库记录等，且用户可以根据要求动态选择日志记录方式，现使用工厂方法模式设计该系统。用代码实现日志记录器实例，如果在系统中增加一个中的日志记录方式——控制台日志记录(ConsoleLog)，绘制类图并修改代码，注意增加新日志记录方式过程中原有代码的变化。
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
系统功能与结构的关系-重点08
物流系统结构的分析 系统是由两个或两个以上的要素构成的有机整体。系统各要素间的联系和作用是在整体的框架内进行的。系统结构指的是系统各要素间相互联系、相互作用的方式或形式，即各要素之间在时间或空间上排列和组合的具体形式；是使系统保持整体性且具有一定功能的内在依据。结构是系统的普遍属性，没有无结构的系统，也没有离开系统的结构。无论是宏观世界还是微观世界，一切物质系统都无一例外地以一定结构形式存在着、运动着和变化着。物流系统结构分析的目的就是要弄清构成物流系统的各组成要素之间的相互作用形式，为实现物流系统整体功能建立优良的结构体系。 （一）物流系统结构 “结构”是用来描述系统边界内部组成要素及其联系的一个概念。通过系统的组成要素及要素间的关联来描述系统的内部结构，因此，要素和关联是系统结构描述的基础。 同样的组成要素，如果采用不同的方式联系起来就会得到不同的系统，具有不同的功能。例如一个团队，成员组成不变，如果改变工作流程可能就会有不同的效率。再如，化学上的同分异构体，组成的元素相同，性质却不同。可见，系统结构的本质就是在要素及其关联的整合中形成的。 “系统的结构”就是指系统构成要素及其关联方式的总和。这里需要强调的是，系统中的要素并不仅仅指物质存在，更是指在关联中的意义，即各种要素只有在一定的联系方式下才具有系统的意义。系统的结构反映了系统内部的组成规律。 仿照系统结构的定义，我们可给出物流系统结构的定义。所谓物流系统结构是指物流系统内部各组成要素在时间上或空间上排列的具体形式。物流系统结构反映的是物流系统各要素内在的有机联系形式。 根据研究角度的不同，物流要素之间有不同的联系方式，从而可组成不同的系统结构形式。下面着重介绍物流系统的功能结构和网络结构两种形式。 1．物流系统的功能结构 系统目标是靠特定的功能实现的，我们构造物流系统的目的正是出于对特定功能的追求。系统功能同样是由各子系统的功能有机组合而成，系统功能同样具有层次性。按照系统功能层次关系构成的结构就是系统的功能结构，它是从行为的角度反映系统各要素之间的联系和作用。 由图可知，运输、储存、装卸、信息处理四个功能要素是供应链各阶段物流系统都需要具备的基本功能，流通加工、包装则不是每个物流系统都需要的功能。 实际上，某个物流系统的功能结构如何，取决于生产与流通的模式。例如，很多计算机公司推行“直销”模式，将订单处理、采购、生产、物流紧密结合，按照顾客订单要求组织
系统结构实验报告一
《计算机系统结构课内实验》 实验报告 班级：计算机01 姓名：陈世阳 学号：10055008 日期：2013.5.10
一、实验目的及要求 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、实验环境 WinDLX模拟器 三、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。 四、实验步骤及结果 1.（1）用winDLX执行求最大公倍数程序gcm.s: File->load code or data->分别选中gcm.s和input.s->select. （2）首先直接运行整个程序（enable forwarding），execute->run(或按F 5) 例如，输入如下：
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。
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
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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：
系统结构实验
系统结构实验报告 11070113 臧琦 11070230 曾凯
目录 实验一流水线中的相关 (3) 1、实验目的 (3) 2、实验平台 (3) 3、实验要求 (3) 4、实验结果 (4) 4.1用WinDLX 模拟器执行下列三个程序 (4) 4.1.1用WinDLX 模拟器执行阶乘程序 fact.s的结果如下所示 (4) 4.1.2 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序gcm.s的结果如下所示 (5) 4.1.3 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序prim.s的结果如下所示 (7) 4.2 用WinDLX 模拟运行器程序structure_d.s，进行相关实验 (8) 4.3 比较定向与不定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 11 4.3.1采用不定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 (11) 4.3.2采用定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 (11) 5、总结与体会 (12) 实验二循环展开及指令调度 (13) 1、实验目的 (13) 2、实验平台 (13) 3、实验要求 (13) 4、实验结果 (14) 4.1用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关 (14) 4.1.1原指令执行的相关结果 (14) 4.1.2调整指令顺序指令执行的结果 (16) 4.2用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能 (17) 4.2.1 原循环程序运行的结果 (17) 4.2.2 将循环程序展开运行的结果 (18) 4.2.3 将程序循环展开、指令调度后运行的结果 (19) 5、总计与体会 (21) 实验三cache性能分析 (21) 1、实验目的 (21) 2、实验平台 (21) 3、实验要求 (21) 4、实验结果 (22) 4.1.基本配置情况下运行程序 (22) 4.2．改变Cache容量对Cache性能的影响 (22) 4.3．改变Cache的相联度对Cache性能的影响 (25) 4.4．改变Cache块大小对Cache性能的影响 (27) 4.5．不同的替换算法对Cache性能的影响 (30) 4.5.1不同容量下，不同的替换算法对Cache性能的影响 (30) 5、总计与体会 (36)
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：
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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。
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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