北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器

计算机系统结构实验报告一、实验目的：1、熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用2、熟悉DLX指令集结构及其特点二、实验内容：1、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。

2、用WinDLX模拟器执行求最大公约数程序gcm.s。

该程序从标准输入读入两个整数，求他们的最大公约数，然后将结果写到标准输出。

该程序中调用了input.s 中的输入子程序。

3、通过上述使用WinDLX，总结WinDLX的特点。

三、实验结果：fact.s程序代码：.dataPrompt: .asciiz "An integer value >1 : "PrintfFormat: .asciiz "Factorial = %g\n\n".align 2PrintfPar: .word PrintfFormatPrintfValue: .space 8.text.global mainmain:;*** Read value from stdin into R1addi r1,r0,Promptjal InputUnsigned;*** init valuesmovi2fp f10,r1 ;R1 -> D0 D0..Count registercvti2d f0,f10addi r2,r0,1 ;1 -> D2 D2..resultmovi2fp f11,r2cvti2d f2,f11movd f4,f2 ;1-> D4 D4..Constant 1;*** Break loop if D0 = 1Loop: led f0,f4 ;D0<=1 ?bfpt Finish;*** Multiplication and next loopmultd f2,f2,f0subd f0,f0,f4j LoopFinish: ;*** write result to stdoutsd PrintfValue,f2addi r14,r0,PrintfPartrap 5;*** endtrap运行结果：gcm.s程序代码：.data;*** Prompts for inputPrompt1: .asciiz "First Number:"Prompt2: .asciiz "Second Number: ";*** Data for printf-TrapPrintfFormat: .asciiz "gcM=%d\n\n".align 2PrintfPar: .word PrintfFormatPrintfValue: .space 4.text.global mainmain:;*** Read two positive integer numbers into R1 and R2addi r1,r0,Prompt1jal InputUnsigned ;read uns.-integer into R1add r2,r1,r0 ;R2 <- R1addi r1,r0,Prompt2jal InputUnsigned ;read uns.-integer into R1Loop: ;*** Compare R1 and R2seq r3,r1,r2 ;R1 == R2 ?bnez r3,Resultsgt r3,r1,r2 ;R1 > R2 ?bnez r3,r1Greaterr2Greater: ;*** subtract r1 from r2sub r2,r2,r1j Loopr1Greater: ;*** subtract r2 from r1sub r1,r1,r2j LoopResult: ;*** Write the result (R1)sw PrintfValue,r1addi r14,r0,PrintfPartrap 5;*** endtrap 0运行结果：四、实验总结在本次实验过程当中，winDLX里的程序是一种汇编语言，通过对寄存器和条件转移来实现程序的实现。

操作系统实验实验报告实验日期：11月23日实验名称：实验一一、实验目的1.学习LINUX操作系统2.熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令3.理解fork()与clone()函数的区别和联系4.深入理解生产者和消费者问题二、实验内容（1）安装LINUX：（2）熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令如ls、who、wc、pwd、ps、pstree、top,cat,cd,chgrp,chmod,chown,comm,cmp,cp,rm,diff,mv,rmdir等，了解环境。

（3）比较fork（）和clone()的功能，利用fork（）生成子进程和clone()生成线程。

（4）利用pthread库，通过其中的mutex来实现生产者和消费者问题。

三、项目要求及分析基本要求：（1）安装LINUX：使用FEDORA11（2）熟悉UNIX/LINUX的常用基本命令如ls、who、wc、pwd、ps、pstree、top,cat,cd,chgrp,chmod,chown,comm,cmp,cp,rm,diff,mv,rmdir等，了解环境。

（3）比较fork（）和clone()的功能，利用fork（）生成子进程和clone()生成线程。

（4）利用pthread库，通过其中的mutex来实现生产者和消费者问题。

四、具体实现1.linux常用指令1.1 目录操作和DOS 相似，Linux 采用树型目录管理结构,由根目录开始一层层将子目录建下去,各子目录以“/”隔开。

用户login后,工作目录的位置称为home directory，由系统管理员设定。

‘—’符号代表自己的home directory，例如：~/myfile是指自己home目录下myfile这个文件。

Linux 的通配符有三种:‘*’和‘？’用法与DOS相同，‘’代表区间内的任一字符，如test[05]即代表test0，test1，……，test5的集合。

深圳大学实验报告课程名称：计算机体系结构实验项目名称：实验一WinDLX模拟器安装和基本操作学院：计算机与软件学院专业：计算机科学与技术指导教师：罗秋明报告人：学号：班级：实验时间：2015年3月实验报告提交时间：2015年3月教务部制实验内容下载和安装WinDLX；观察软件各个观察窗口的内容和作用；安装实验步骤进行操作，掌握软件的使用方法；课前可以先浏览阅读DLX的RISC指令集。

实验环境硬件：桌面PC软件：Windows实验步骤1.开始和配置WinDLX1、点击File 菜单中的 Reset all 菜单项，弹出一个“Reset DLX”对话框。

然后点击窗口中的“确认”按钮。

如图：2、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：3、在Configuration →Symbolic addresses, Absolute Cycle Count 和Enable Forwarding。

点击相应菜单项后，在它的旁边将显示一个小钩。

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。

将fact.s和input.s这两个文件装入主存。

点击“是（Y）”按钮确认3. 模拟(1) Pipeline 窗口程序开始前各段显示：X，表示没有处理有效信息。

执行程序后，IF段处理命令“jal InputUnsigned”，ID段处理命令“addi r1, r0, 0x1000 ”。

(2) Code 窗口执行命令前，各行均没有颜色，表示没有正在执行的命令。

按下 F7 键，模拟就向前执行一步，第一行的颜色变成橘黄色，下一行变成黄色。

继续按F7键，出现不同的颜色。

再次按下F7键，代码窗口中的颜色会再改变，红色表明命令处入第三段“intEX”。

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。

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 2011211311班薛玥(2011211432)目录实验一 WINDLX模拟器安装及使用 (3).实验准备 (3).实验环境 (4).实验步骤 (5).实验内容及要求 (5).实验过程 (5).实验总结 (11)实验二指令流水线相关性分析 (12).实验目的 (12).实验环境 (12).实验步骤 (12).实验过程 (12).实验总结 (19)实验三DLX处理器程序设计 (20).实验目的 (20).实验环境 (20).实验步骤 (20).实验过程 (20)A.向量加法代码及性能分析 (20)B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 (26).实验总结 (31)实验四代码优化 (32).实验目的 (32).实验环境 (32).实验原理 (32).实验步骤 (32).实验过程 (32).实验总结+实习体会 (37)实验五循环展开 (38).实验目的 (38).实验环境 (38).实验原理 (38).实验步骤 (38).实验过程 (38)矩阵乘程序代码清单及注释说明 (38)相关性分析结果 (43)增加浮点运算部件对性能的影响 (43)增加forward部件对性能的影响 (43)转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 (43).实验总结+实习体会+课程建议 (43)实验一 WINDLX模拟器安装及使用·实验准备1.了解DLX的基本结构和原理DLX是一种典型的Load/Store型指令集结构。

它具有一套简单的Load/Store 指令集；它注重指令流水效率；它简化指令的译码；它高效支持编译器。

2.了解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 (31)3.了解DLX数据类型DLX提供了多种长度的整型数据和浮点数据。

实验五:数据相关1．实验目的：通过本实验，加深对数据相关的理解，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。

2.实验内容：(1)在不采用定向技术的情况下（通过Configuration菜单中的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，计算暂停时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。

3.实验程序：程序data_d.s。

LHI R2,(A>>16)&0xFFFFADDUI R2,R2,A&0xFFFFLHI R3,(B>>16)&0xFFFFADDUI R3,R3,B&0xFFFFloop:LW R1,0(R2)ADD R1,R1,R3SW0(R2),R1LW R5,0(R1)ADDI R5,R5,#10ADDI R2,R2,#4SUB R4,R3,R2BNEZ R4,loopTRAP#0A:.word0,4,8,12,16,20,24,28,32,36B:.word9,8,7,6,5,4,3,2,1,04.实验流程图R2=A>>16R2=R2+AR3=B>>16R3=R3+BR1=(R2)R1=R1+R3(R2)=R1R5=(R1)R5=R5+10R2=R2+4R4=R3-R2NR4=0?YTRAP#05.实验过程当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作数的顺序，使得读/写操作顺序不同于它们非流水实现的顺序，这将导致数据相关。

5.1在不采用定向技术的情况下，产生数据相关的地方：1>addui r2,r2,0x134需要用到lhi r2,0x0的计算结果，lhi指令在wb段才将计算结果写入寄存器r2中，但是addui指令在其ID段就要从寄存器r2中读取计算结果，这就产生了数据相关。

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 201班王陈(2016110711)目录实验一 WINDLX模拟器安装及使用 (2)·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 (6)实验二指令流水线相关性分析 (6).实验目的 (7).实验环境 (7).实验步骤 (7)·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。

.实验总结 (12)实验三DLX处理器程序设计 (13).实验目的 (13)·实验环境............................................................................. 错误!未定义书签。

实验五：熟悉WinDLX的使用
一、实验目的：
1、熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用
2、熟悉DLX指令集结构及其特点
二、实验内容：
1、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。

2、用WinDLX模拟器执行求最大公约数程序gcm.s。

该程序从标准输入读入两个整数，求他们的最大公约数，然后将结果写到标准输出。

该程序中调用了input.s中的输入子程序。

3、通过上述使用WinDLX，总结WinDLX的特点。

三、实验报告
认真记录实验数据或显示结果。

如实填写实验报告。

1。

计算机科学与技术学院《计算机体系结构》课程实验学号：班级：专业：学生姓名：年月日实验报告seqi r5,r3,10下面两条指令中，因为加法指令要读r1，而执行到此操作时乘法指令仍对r进行操作，因此出现了数据相关multu r1,r1,r4add r1,r1,r3图1 数据相关（2）控制相关：以图2中出现的控制相关为例下面两条指令中，因为第一条指令出现跳转指令时，存储指令的取指将作废，所以出现控制相关jal InputUnsignedsw PrintfValue(r3),r1图2 控制相关（3）结构相关：以图3中出现的结构相关为例下面两条指令中，因为当第二条乘法指令需要使用乘法器时，第一条乘法指令仍在使用乘法器，所以出现结构相关mult r2,r0,r0mult r3,r0,r0图3 结构相关3、主程序Variance.s的代码.data ;.data标识下面的数据放在数据区中;输入语句，指示你输入要求多少个数的方差Prompt: .asciiz "Please input An integer which is array's size value>0: ";输入语句，指示你输入要求方差的数PromptLast: .asciiz "Please input the integer :";输出格式，表示求出的方差按什么格式输出PrintfFormat: .asciiz "the Variance is : %g ";表示下面采用字对齐.align 2;求出方差存入r11中div r11,r2,r8output:;将方差存入Variance所指存储空间中sw Variance,r11;转换为双精度并输出lf f2,Variancecvti2d f0,f2sd Printf,f0addi r14,r0,PrintfPartrap 5 ;调用中断，格式化输出转化为标准输出over:trap 0 ;调用系统中断，0表示程序执行结束4、样例输出，以图4中数据为例输入需要求方差数的个数为4，4个数分别为3，5，6，2，输出结果为2图4 输出界面5、尽量减少和消除程序中出现的相关。

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。

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。

北邮计算机组成实验报告北邮计算机组成实验报告一、实验概述计算机组成实验是计算机科学与技术专业的一门重要实践课程，旨在通过实际操作和实验验证，加深学生对计算机硬件组成的理解和掌握。

本次实验的主要内容是通过搭建一个简单的计算机系统，包括CPU、存储器和输入输出设备等，来实现一个简单的指令执行过程。

二、实验目的1. 理解计算机系统的基本组成部分，包括CPU、存储器和输入输出设备等。

2. 掌握计算机指令的执行过程，包括指令的获取、解码和执行等。

3. 熟悉计算机系统的工作原理，包括时钟信号、总线传输和寄存器的使用等。

三、实验过程1. CPU设计与搭建在本次实验中，我们选择了基于MIPS架构的CPU进行设计和搭建。

首先，我们需要设计并实现CPU的指令集，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等。

然后，根据指令集的要求，设计并实现CPU的控制逻辑电路，包括指令获取、解码和执行等。

最后，通过连接寄存器、ALU和存储器等组件，完成CPU的搭建。

2. 存储器设计与实现在计算机系统中，存储器是用于存储指令和数据的重要组成部分。

在本次实验中，我们选择了SRAM作为存储器的实现方式。

首先，我们需要根据CPU的指令集和数据需求，确定存储器的容量和位宽等参数。

然后，设计并实现存储器的读写控制电路，以实现指令和数据的读写功能。

最后，通过连接存储器和CPU，完成存储器的搭建。

3. 输入输出设备设计与实现在计算机系统中，输入输出设备用于与外部环境进行数据交互。

在本次实验中，我们选择了键盘和显示器作为输入输出设备的实现方式。

首先，我们需要设计并实现键盘的输入控制电路，以实现对输入数据的获取和传输。

然后，设计并实现显示器的输出控制电路，以实现对输出数据的显示和传输。

最后，通过连接输入输出设备和CPU，完成输入输出设备的搭建。

四、实验结果与分析通过实验，我们成功搭建了一个简单的计算机系统，并进行了指令执行的测试。

在测试过程中，我们编写了一些简单的程序，包括加法、乘法和逻辑运算等。

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。

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,加深对流水线与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:如果指令与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,就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:控制相关就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。

计算机组成与系统结构课程设计题目：流水线指令设计及页面置换算法在WinDLX软件中的应用学校：专业：学号：姓名：指导教师：***2011 年 6 月22 号目录1、实验一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.1实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.2实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.4实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.5实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４1.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６2、实验二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９2.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９2.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１ 2.5.2 程序分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１ 2.5.3 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１2.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２3、实验三．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.2 没有采用定向技术分析．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.3 采用定向技术分析．．．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.4 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５3.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５4、实验四．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3.1 调页策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3.2 页面置换算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７ 4.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８ 4.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９ 4.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９ 4.5.2 程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２ 4.5.3 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３4.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３5、实验总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３６、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３实验一 WinDLX模拟器与DLX指令的使用1.1实验目的1.1.1. 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；1.1.2. 加深对计算机流水线基本概念的理解；1.1.3. 了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；1.2实验平台WinDLX模拟器1.3预备知识1.3.1. 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。

计算机系统结构实验报告实验一流水线的相关实验目的：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：一.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。

1、求阶乘程序fact.s（1）分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序图1.1.1 求阶乘程序fact.s运行统计数据步进方式运行图1.1.2 求阶乘程序fact.s运行统计数据连续方式运行（2）数据统计图1.1.4 求阶乘程序fact.s运行统计数据图1.1.5 求阶乘程序fact.s流水线执行情况图1.1.6 求阶乘程序fact.s寄存器使用情况2、求最大公倍数程序gcm.s图1.2.1 求最大公倍数程序gcm.s运行统计数据图1.2.2 求最大公倍数程序gcm.s流水线执行情况图1.2.3 求最大公倍数程序gcm.s寄存器使用情况3、求素数程序prim.s图1.3.1 求素数程序prim.s运行统计数据图1.3.2 求素数程序prim.s流水线执行情况图1.3.3 求素数程序prim.s寄存器使用情况二、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。

实验一WINDLX模拟器安装及使用实验内容：WINDLX模拟器结构和功能：1、Register窗口Register窗口显示寄存器中的内容。

2、code窗口窗口显示的信息是存储器内容，分别是：地址(符号或数字)、命令的十六进制机器代码和汇编命令。

点击Execution中的Single Cycle单步执行，每点击一次执行一步，依次执行IF，ID，intEX，MEM，WB，每执行一步通过颜色的变化来标识命令处于流水线的哪一段。

点击Execution中的Multiple Cycles可以选择执行多步。

3、Pipeline窗口Pipeline窗口显示DLX处理器的内部结构。

窗口中用图表形式显示了DLX的五段流水线，处于不同流水段的指令都能够在图表中显示。

点击Execution中的Single Cycle或Multiple Cycles执行可以看到哪个流水段执行的是哪一条指令。

4、Clock Cycle Diagram窗口Clock Cycle Diagram窗口显示流水线的时空图，该时空图中显示了每一个时隙内的运行情况。

双击流水线时空图的某一行会详细显示对应行流水段处理器内部的执行动作。

5、Statistics窗口Statistics窗口是对运行程序中数据的分析主要包括模拟中硬件配置情况、暂停及原因、条件分支、Load/Store指令、浮点指令和traps以及事件发生的次数和百分比。

在静态窗口中我们可以比较一下不同配置对模拟的影响。

6、Breakpoint 窗口Breakpoint窗口用来观察代码运行的情况。

Set Breakpoint窗口，可以选择命令运行到流水线的哪一阶段时，程序停止执行。

在Code 窗口中，相应行上会出现"BID" ，它表示当本指令在译码段时，程序中止执行。