CPU实验报告

实验目的1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识；2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；3．学习硬布线控制器的设计过程和相关技术；4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机；5．定义20条MIPS指令集的典型指令，并编写相应的汇编程序，能在模型机上调试，掌握计算机整机概念；6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握硬布线控制方式计算机的设计方法，真正理解利用软件进行硬件设计的方法和技巧。

实验原理在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在硬布线控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。

实验选择了MIPS体系结构中比较典型的指令，使用QuartusII软件工具，通过原理图以及VHDL语言设计CPU的逻辑电路来实现这些指令。

另外还用MIPS汇编语言编写了用于CPU测试的简单程序，对所设计的CPU逻辑电路进行功能仿真模拟，以验证CPU逻辑电路的正确性。

实验涉及到的R指令有ADD、SUB、AND、OR、XOR、SLL、SRL、SRA、JR；I 指令有ADDI、ANDI、ORI、XORI、LW、SW、BEQ、BNE、LUI；J指令有J、JAL。

指令格式如下图所示。

单周期CPU的逻辑电路图跳转指令寄存器指定是从32位的寄存器堆中选择出一个32位的寄存器用于读或写数据。

由于JAL指令要把分支延迟槽下一条指令的指令地址保存在寄存器31号中，故需要设置一个控制信号CALL，当CALL=1时，选择31号寄存器，为JAL跳转指令提供寄存器，当CALL=0时，从32位的寄存器堆中根据地址选择出一个32位的寄存器用于读或写数据。

它的真值表如表9-1所示，电路符号如图9-1所示。

表9-1 跳转指令寄存器指定的真值表CALL 1 0输入REGN[4..0] X REGN[4..0]输出WN[4..0] 11111 REGN[4..0]原理图设计跳转指令寄存器指定元件图5-10-2跳转指令寄存器指定电路符号由描述和真值表创建跳转指令寄存器指定的原理图，如图5-10-2所示：图5-10-1跳转指令寄存器指定的原理图VHDL设计跳转指令寄存器指定元件由于VHDL语法的多样性和灵活性。

单周期CPU设计实验报告一、引言计算机是现代信息社会必不可少的工具，而CPU作为计算机的核心部件，承担着执行指令、进行运算和控制系统资源的任务。

随着科技的进步和计算能力的需求，CPU的设计也趋于复杂和高效。

本次实验旨在设计一种单周期CPU，探究其设计原理和实现过程，并通过实验验证其正确性和性能。

二、理论基础1.单周期CPU概述单周期CPU即每个时钟周期内只完成一条指令的处理，它包括指令取址阶段（IF）、指令译码阶段（ID）、执行阶段（EX）、访存阶段（MEM）和写回阶段（WB）等多个阶段。

每条指令都顺序地在这些阶段中执行，而不同的指令所需的时钟周期可能不同。

2.控制信号单周期CPU需要根据不同的指令类型产生不同的控制信号来控制各个阶段的工作。

常见的控制信号包括时钟信号（clk）、使能信号（En）、写使能信号（WE）和数据选择信号（MUX）等。

这些信号的产生需要通过译码器、控制逻辑电路和时序逻辑电路等来实现。

三、实验设计本次实验采用的单周期CPU包括以下五个阶段：指令取址阶段、指令译码阶段、执行阶段、访存阶段和写回阶段。

每个阶段的具体操作如下：1.指令取址阶段（IF）在IF阶段，通过计数器实现程序计数器（PC）的自增功能，并从存储器中读取指令存储地址所对应的指令码。

同时，设置PC使能信号，使其可以更新到下一个地址。

2.指令译码阶段（ID）在ID阶段，对从存储器中读取的指令码进行解码，确定指令的操作类型和操作数。

同时，根据操作类型产生相应的控制信号，如使能信号、写使能信号和数据选择信号等。

3.执行阶段（EX）在EX阶段，根据ID阶段产生的控制信号和操作数，进行相应的算术逻辑运算。

这里可以包括加法器、乘法器、逻辑运算器等。

4.访存阶段（MEM）在MEM阶段，根据EX阶段的结果，进行数据存储器的读写操作。

同时，将读取的数据传递给下一个阶段。

5.写回阶段（WB）在WB阶段，根据MEM阶段的结果，将数据传递给寄存器文件，并将其写入指定的寄存器。

计算机硬件技术基础课程实验报告实验题目：CPU性能测试实验人班级：学号：姓名：1、实验目的了解CPU参数的含义，以及各个参数对CPU性能的影响2、实验环境②实验软件坏境（操作系统、测试软件等）CPU-Z，是一款检测CPU使用程度最高的一款软件，它可以提供一些关於处理器的资讯，包含了制造厂及处理器名称，核心构造及封装技术，内部、外部频率，最大超频速度侦测，也可以查出处理器相关可使用的指令集。

最新的1.5.5版加入了可侦测处理器的核心电压、L2快取汇流排频宽、Windows NT/2000环境下的双处理器模式侦测，及记忆体时脉(如CAS Latency, RAS to CAS, RAS Precharg e)。

Everestultimate（原名AIDA32）一款强大测试软硬件系统信息的工具。

它可以详细的测试PC每一个方面的信息。

支持CPU、FPU基准测试，提供CPU Queen、C PU PhotoWorxx、CPU ZLib、CPU AES、FPU Julia、FPU Mande、FPU SinJuli a基准测试模块，最新版支持三核心AMD Phenom、六核心Intel Dunnington Xeon 处理器；SuperPi cpu性能测试软件原理是计算圆周率小数点的位数SuperPi是一个测试C PU性能的计算软件；它的工作原理是计算圆周率小数点的位数．例如：SuperPi100万位就是CPU计算到圆周率小数点后100万的意思，时间越短表示CPU的计算能力越强！Fritz Chess Benchmark是一款国际象棋测试软件，是国际象棋软件Fritz自带的电脑棋力测试程序，由于支持多线程，而且它做的是大量科学计算，所有经常被用来测试电脑的科学运算能力。

它通过穷举每一步策略来测试处理器的运算能力,而且它还支持多线程运算，是目前个人计算机方面最好的步法计算和预测软件。

同时该软件还给出了一个基准参数，就是在P3 1.0G处理器下，其可以每秒运算48万步。

cpu的实验报告CPU的实验报告引言：计算机是现代社会不可或缺的工具，而CPU（Central Processing Unit）则是计算机的核心部件之一。

CPU负责执行计算机指令，处理数据和控制计算机的各种操作。

本文将对CPU进行实验，并对实验结果进行分析和总结，以便更好地理解和掌握CPU的工作原理。

一、实验目的本次实验的目的是通过对CPU的实验，深入了解CPU的结构和工作原理，掌握CPU的运行过程和性能评估方法。

二、实验过程1. CPU的结构CPU主要由控制单元和算术逻辑单元组成。

控制单元负责解析和执行指令，算术逻辑单元负责进行算术和逻辑运算。

实验中，我们对CPU的各个部件进行了详细的分析和研究。

2. CPU的指令执行过程CPU的指令执行过程包括取指、译码、执行和写回四个阶段。

在实验中，我们通过模拟CPU的指令执行过程，对每个阶段进行了详细的观察和记录，并分析了每个阶段的作用和影响因素。

3. CPU的性能评估为了评估CPU的性能，我们进行了一系列的实验。

通过改变CPU的主频、缓存大小和指令集等因素，观察CPU的运行速度和效率，并进行性能比较和分析。

实验结果表明，这些因素对CPU的性能有着重要的影响。

三、实验结果与分析1. CPU的结构分析通过对CPU的结构进行分析，我们发现控制单元和算术逻辑单元之间的协作非常重要。

控制单元负责解析和执行指令，而算术逻辑单元负责进行计算和逻辑运算。

两者之间的紧密配合使得CPU能够高效地运行。

2. 指令执行过程分析通过对CPU的指令执行过程进行分析，我们发现每个阶段都有其特定的作用。

取指阶段负责从内存中读取指令，译码阶段负责解析指令，执行阶段负责执行指令，写回阶段负责将结果写回内存。

每个阶段的效率和性能都对CPU的整体运行速度有着重要的影响。

3. 性能评估结果通过对CPU的性能评估实验，我们发现主频、缓存大小和指令集等因素对CPU 的性能有着重要的影响。

提高主频可以加快CPU的运行速度，增加缓存大小可以提高数据读取和存储的效率，而优化指令集可以提高CPU的指令执行效率。

测量电脑的CPU温度实验及实验报告
实验目的
本实验旨在测量电脑的CPU温度，并通过实验报告记录测量结果。

实验材料
- 电脑主机
- 温度计
实验步骤
1. 打开电脑主机，并确保CPU正常运行。

2. 将温度计放置于CPU散热器上，确保与CPU接触紧密且位置稳定。

3. 开始测量CPU温度，记录每隔一段时间的温度数据。

4. 持续测量一段时间后，停止测量。

实验结果
以下为测量得到的CPU温度数据：
实验结论
根据以上测量数据，我们可以得出以下结论：
- 随着时间的推移，CPU温度逐渐上升。

- CPU的最高温度达到了57摄氏度。

实验注意事项
- 在进行实验时，务必小心操作，避免造成任何损坏或伤害。

- 实验过程中，确保测量环境的稳定性，尽量减少外界干扰。

- 在进行实验前，确保温度计的准确性和稳定性。

实验改进建议
为了进一步提高测量准确度和实验可靠性，可以考虑以下改进措施：
- 使用更精确的温度计进行测量。

- 增加测量时间和数据点，以获取更全面的温度趋势。

- 在进行实验时，控制室温和湿度等环境因素对测量的影响。

结束语
通过这次实验，我们成功测量了电脑的CPU温度，并总结了测量数据和结论。

通过实验报告的记录和分析，我们能够更好地了解CPU的热量产生和散热情况，为日后的电脑维护和散热优化提供了参考。

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。

MIPS单周期CPU实验报告一、实验目的本实验旨在设计一个基于MIPS指令集架构的单周期CPU，具体包括CPU的指令集设计、流水线的划分与控制信号设计等。

通过本实验，可以深入理解计算机组成原理中的CPU设计原理，加深对计算机体系结构的理解。

二、实验原理MIPS（Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages）是一种精简指令集（RISC）架构的处理器设计，大大简化了指令系统的复杂性，有利于提高执行效率。

MIPS指令集由R、I、J三种格式的指令组成，主要包括算术逻辑运算指令、存储器访问指令、分支跳转指令等。

在单周期CPU设计中，每个指令的执行时间相同，每个时钟周期只执行一个指令。

单周期CPU的主要部件包括指令内存（IM）、数据存储器（DM）、寄存器文件（RF）、运算单元（ALU）、控制器等。

指令执行过程主要分为取指、译码、执行、访存、写回等阶段。

三、实验步骤1.设计CPU指令集：根据MIPS指令集的格式和功能，设计符合需求的指令集，包括算术逻辑运算指令、存储器访问指令、分支跳转指令等。

2.划分CPU流水线：将CPU的执行过程划分为取指、译码、执行、访存、写回等阶段，确定每个阶段的功能和控制信号。

3.设计控制器：根据CPU的流水线划分和指令集设计，设计控制器实现各个阶段的控制信号生成和时序控制。

4.集成测试：进行集成测试，验证CPU的指令执行功能和正确性，调试并优化设计。

5.性能评估：通过性能评估指标，如CPI（平均时钟周期数）、吞吐量等，评估CPU的性能优劣，进一步优化设计。

四、实验结果在实验中，成功设计了一个基于MIPS指令集架构的单周期CPU。

通过集成测试，验证了CPU的指令执行功能和正确性，实现了取指、译码、执行、访存、写回等阶段的正常工作。

同时，通过性能评估指标的测量，得到了CPU的性能参数，如CPI、吞吐量等。

通过性能评估，发现了CPU的性能瓶颈，并进行了相应的优化，提高了CPU的性能表现。

cpu设计实验报告CPU设计实验报告1. 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件之一。

本实验旨在设计和实现一个简单的CPU，以加深对计算机组成原理的理解，并通过实践掌握CPU的基本工作原理。

2. CPU设计概述我们的CPU设计基于冯·诺依曼结构，包括指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）、算术逻辑单元（ALU）和寄存器文件等关键组件。

CPU的指令集采用RISC（精简指令集计算机）风格，指令长度为32位。

3. 指令集设计我们设计了一套简单的指令集，包括算术运算指令（加法、减法、乘法、除法）、逻辑运算指令（与、或、非）以及数据传输指令（加载、存储）。

指令的格式包括操作码、源操作数和目标操作数。

4. 寄存器文件设计寄存器文件是CPU中用于存储数据的重要组件。

我们设计了一个包含8个通用寄存器的寄存器文件，每个寄存器的宽度为32位。

通过寄存器文件，CPU能够高效地进行数据的读取和存储。

5. 控制单元设计控制单元是CPU中的重要模块，负责解析指令并控制各个组件的操作。

我们设计了一个简单的控制单元，使用有限状态机（FSM）来实现指令的解析和控制信号的生成。

控制单元根据指令的操作码，决定对应的操作，并将操作所需的控制信号发送给其他组件。

6. 数据通路设计数据通路是CPU中各个组件之间的数据传输路径。

我们设计了一个简单的数据通路，包括指令寄存器、程序计数器、寄存器文件、算术逻辑单元等。

数据通路能够将指令中的操作数从寄存器文件中读取出来，并将运算结果写回到寄存器文件。

7. CPU实现与验证我们使用硬件描述语言（HDL）对CPU进行实现，并通过仿真和测试验证其正确性。

通过编写测试程序，我们能够对CPU的各个指令进行测试，并检查其运行结果是否符合预期。

8. 结果与分析经过测试，我们的CPU能够正确执行设计的指令集，并产生正确的运算结果。

通过性能测试，我们还评估了CPU的运行速度和效率，并与其他现有的CPU进行了比较。

实验一：CPU占用率控制一、实验目的1、通过编写和调试程序以加深对CPU调度的理解；2、熟悉Windows任务管理器CPU信息的获取和使用方法；二、实验要求编写程序实现下面任意一题：1、CPU占用率为一条直线，固定在50%;2、CPU占用率为一条正弦曲线。

三、实验原理在任务管理器的一个刷新周期内，CPU忙（执行应用程序）的时间和刷新周期总时间的比率，就是CPU的占用率，也就是说，任务管理器中显示的是每个刷新周期内CPU占用率的统计平均值。

通过控制程序在任务管理器的刷新期间内忙/闲的比例，就可以控制管理器的CPU占有率。

问题的关键在于如何控制两个loop的时间。

四、实验内容及结果1、实现CPU占用率为一条直线，固定在50%;分析：GetTickCount()可以得到“系统启动到现在”的毫秒值，最多能够统计到49.7天。

另外，利用Sleep()函数，最多也只能精确到1毫秒。

因此，可以在“毫秒”这个量级做操作和比较。

步骤1要操纵CPU的usage曲线，就需要使CPU在一段时间内跑busy和idle两个不同的循环，从而通过不同的时间比例来获得调节CPU占用率的控制。

步骤2利用GetTickCount()来实现busy loop的循环，用Sleep()实现idle loop。

实验源程序：#include <windows.h>int main(void){//50%int busyTime=10;int idleTime=busyTime;_int64 startTime;SetThreadAffinityMask(GetCurrentProcess(), 0x00000001);while(true){startTime=GetTickCount(); //获取从系统从开机到此刻//为止运行的时间while((GetTickCount()-startTime)<=busyTime){;}Sleep(idleTime);}return 0;}实验结果:（图一CPU占用率为一条直线，固定在50%）2、CPU占用率为一条正弦曲线。

CPU实验报告范文一、实验目的本次实验的目的是设计和实现一个简单的中央处理器（CPU），通过实践掌握CPU的基本工作原理和实现方法。

二、实验原理1.CPU的基本概念中央处理器（CPU）是计算机的核心部件，负责执行计算机指令和控制计算机的操作。

它由运算器、控制器和寄存器组成。

运算器负责执行算术和逻辑运算，包括加法、减法、乘法、除法等。

控制器负责指挥CPU的工作，通过控制总线实现对内存和其他外部设备的访问。

寄存器是CPU内部的存储器，用于暂时存放指令、数据和中间结果。

2.CPU的实现方法CPU的实现采用组合逻辑电路和时序逻辑电路相结合的方法。

组合逻辑电路是由逻辑门构成的电路，它的输入只依赖于当前时刻的输入信号，输出也只与当前时刻的输入信号有关。

而时序逻辑电路则包含存储元件，其输出不仅与当前时刻的输入信号有关，还与之前的输入信号有关。

CPU的实现过程主要包括以下步骤：（1）设计指令集：确定CPU支持的指令集，包括指令的格式和操作码。

（2）设计控制器：根据指令集设计控制器，确定各个指令的执行过程和控制信号。

（3）设计运算器：根据指令集设计运算器，确定支持的算术和逻辑运算。

（4）设计寄存器：确定需要的寄存器数量和位数，设计寄存器的输入输出和工作方式。

3.实验环境和工具本次实验使用的环境和工具如下：（1）硬件环境：计算机、开发板、示波器等。

（2）软件环境：Win10操作系统、Vivado开发工具等。

三、实验步骤1.设计指令集根据实验要求，我们设计了一个简单的指令集，包括加法、减法、逻辑与、逻辑或和移位指令。

每个指令有特定的操作码和操作数。

2.设计控制器根据指令集设计了一个控制器。

控制器根据指令的操作码产生相应的控制信号，控制CPU内部寄存器、运算器和总线的操作。

3.设计运算器根据指令集设计了一个运算器。

运算器包括加法器、减法器、与门和或门等。

它通过输入的操作数和控制信号完成相应的运算操作。

4.设计寄存器根据实验需求确定了所需的寄存器数量和位数。