计算机系统结构 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。

计算机系统实验报告计算机系统实验报告一、引言计算机系统是现代社会不可或缺的一部分，它的发展与应用深刻地影响着我们的生活。

为了更好地理解和掌握计算机系统的工作原理，我们进行了一系列的实验。

本报告将对这些实验进行总结和分析，以便更好地理解计算机系统的运行机制。

二、实验目的本次实验的主要目的是通过实际操作和观察，加深对计算机系统各个组成部分的理解。

具体实验内容包括CPU的运行原理、内存管理、进程调度等。

三、实验过程与结果1. CPU的运行原理在本次实验中，我们通过模拟CPU的运行过程，深入了解了指令的执行过程。

我们使用了一系列指令，包括算术运算、逻辑运算、条件判断等。

通过观察指令的执行结果，我们可以清楚地看到CPU对指令的解码、执行和结果输出过程。

2. 内存管理内存管理是计算机系统中非常重要的一部分，它负责管理计算机的内存资源。

在本次实验中，我们学习了内存的分配与回收算法。

通过实际操作，我们了解了最先适应算法、最佳适应算法等不同的内存分配策略，并对它们的优缺点进行了比较和分析。

3. 进程调度进程调度是操作系统中的一个重要功能，它负责决定哪个进程先执行，哪个进程后执行。

在本次实验中，我们模拟了多个进程的运行，并通过实验操作观察了不同的调度算法对系统性能的影响。

我们了解了先来先服务算法、短作业优先算法、时间片轮转算法等不同的调度算法，并对它们的优劣进行了探讨。

四、实验结果分析通过以上实验，我们对计算机系统的各个组成部分有了更深入的了解。

我们发现，CPU的运行原理决定了计算机的运算速度和效率，内存管理直接影响了计算机的稳定性和资源利用率，而进程调度则决定了系统的响应速度和用户体验。

因此，合理的CPU设计、高效的内存管理和优秀的进程调度算法是保证计算机系统高效运行的关键。

五、实验总结通过本次实验，我们不仅加深了对计算机系统的理论知识的理解，还通过实际操作和观察，更加直观地感受到了计算机系统的工作原理。

我们了解了CPU的运行过程、内存管理的重要性以及进程调度的作用。

操作系统实验报告实验目的：随着操作系统应用领域的扩大，以及操作系统硬件平台的多样化，操作系统的体系结构和开发方式都在不断更新，目前通用机上常见操作系统的体系结构有如下几种:模块组合结构、层次结构、虚拟机结构和微内核结构。

为了更好的了解计算机操作系统体系结构，以及linux 的体系结构，特作此报告。

实验内容：计算机操作系统体系结构一、模块组合结构操作系统刚开始发展时是以建立一个简单的小系统为目标来实现的，但是为了满足其他需求又陆续加入一些新的功能，其结构渐渐变得复杂而无法掌握。

以前我们使用的MS-DOS 就是这种结构最典型的例子。

这种操作系统是一个有多种功能的系统程序，也可以看成是一个大的可执行体，即整个操作系统是一些过程的集合。

系统中的每一个过程模块根据它们要完成的功能进行划分，然后按照一定的结构方式组合起来，协同完成整个系统的功能。

如图1所示:在模块组合结构中，没有一致的系统调用界面，模块之间通过对外提供的接口传递信息，模块内部实现隐藏的程序单元，使其对其它过程模块来说是透明的。

但是，随着功能的增加，模块组合结构变得越来越复杂而难以控制，模块间不加控制地相互调用和转移，以及信息传递方式的随意性，使系统存在一定隐患。

二、层次结构为了弥补模块组合结构中模块间调用存在的固有不足之处，就必须减少模块间毫无规则的相互调用、相互依赖的关系，尤其要清除模块间的循环调用。

从这一点出发，层次结构的设计采用了高层建筑结构的理念，将操作系统或软件系统中的全部构成模块进行分类:将基础的模块放在基层(或称底层、一层)，在此基础上，再将某些模块放在二层，二层的模块在基础模块提供的环境中工作;它只能调用基层的模块为其工作，反之不行。

严格的层次结构，第N+l层只能在N层模块提供的基础上建立，只能在N层提供的环境中工作，也只能向N 层的模块发调用请求。

在采用层次结构的操作系统中，各个模块都有相对固定的位置、相对固定的层次。

处在同一层次的各模块，其相对位置的概念可以不非常明确。

实验报告课程名称：计算机系统结构综合实验学院：计算机科学与工程学院专业：计算机科学与技术学生姓名：Wolf Alice学号：20指导教师：米源评分：日期：2019 年 6 月 6日电子科技大学实验报告学生姓名：Wolf Alice 学号：20 指导教师：米源实验地点：主楼A2-412实验时间：一、实验室名称：主楼A2-412二、实验项目名称：CPU流水线结构分析三、实验学时：4四、实验原理：（一）流水线处理机及其设计流水线(pipeline)是一种能够使多条指令重叠执行的处理机的实现技术，它已成为现代处理机设计中最为关键的技术。

流水线处理机把一条指令的执行分成几个步骤，或称级(stages)，每一级在一个时钟周期内完成。

在每个时钟周期，处理机启动执行一条指令。

如果处理机的流水线有m 级，则同时可重叠执行的指令总条数将为m，每条指令处在不同的执行阶段。

如果分级分得好的话，那么每一级都没有时间上的浪费，这是最理想的情况。

流水线处理机的最大特点：每一个时钟周期取出一条指令来执行。

所有的指令按取出的先后次序通过数据路径。

依照指令类型的不同，每种指令在执行过程中可能会用到数据路径的不同的部分。

1. 流水线寄存器的引入在单周期处理机中，如果一条指令还没有执行完毕，PC的内容不会改变。

这就使得在一条指令的整个执行过程中，IM始终输出当前指令。

流水线处理机每个时钟周期都要取出一条指令。

因此，当流水线处理机已从存储器取出一条指令并把它送到ID级去译码时，下一条指令也正在从指令存储器中取出。

如果先取出的指令没被保存，则它后面正在被取出的指令会对它造成影响。

也就是说，必须要使用寄存器来保存从存储器取出的指令。

推而广之，我们必须要在流水线的各级之间安排一组寄存器，用以保存当前时钟周期各流水级操作的结果，以便为下个周期使用，我们称这些寄存器为流水线寄存器。

在第一级与第二级之间，我们使用了一个被称为IR(instruction register)的指令寄存器。