计算机系统结构实验三数据相关
计算机系统结构 实验报告 (截图 分析 总结)
实验一流水线中的相关一、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、实验平台WinDLX 模拟器三、实验内容和步骤1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序：(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。
)●求阶乘程序fact.s⏹步进的运行方式：步进的运行方式是指，每次控制只执行一条语句，快捷键为F7键：图1-1 单步运行测试⏹设置断点的运行方式：鼠标点击某行，按下“Insert键”，设置断点：图1-2 设置断点图1-3 断点设置成功，按F5运行至断点⏹连续的运行方式：通过按下F5键，可直接运行至断点处；按下F8键，并在对话框内键入跳跃的步数，可以直接跳转指定的步数：图1-4 设置跳转步数●求最大公倍数程序gcm.s，观察程序在流水线中的执行情况：●求素数程序prim.s，观察CPU 中寄存器和存储器的内容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。
●存在资源相关的指令、导致资源相关的部件⏹两条指令同时访问寄存器f4，造成资源相关：⏹两条指令同时访问ALU，造成资源相关：●由资源相关引起的暂停时钟周期数、暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比由资源相关引起的暂停时钟周期数：30；总执行周期数：139；暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：21.6%3. 在采用、以及不采用定向技术的情况下，分别用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；并计算采用定向技术后性能提高的倍数)●采用定向技术：（左下图）⏹计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：30/128=23.4%图3-1 采用定向技术图3-2 不采用定向技术●不采用定向技术：（右上图）⏹计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比：104/202=51.5%●采用定向技术后性能提高的倍数：202/128=1.58倍四、实验总结●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使相关指令在流水线上停滞，降低了执行效率；为解决这一问题，应在编写代码时尽量避免总是使用同一寄存器；并通过指令调度，使相关的代码执行距离拉开。
计算机组成原理实验三数据输出移位门
1
R-OE 右
(1) 按照下表 0 1 移门
连接线。
1
L-OE 左
1 0 移门
1
没有输
11 出
连信 接 接 号孔 入孔
作用
状态说明
J
J
将 K23-K26 接
实验模式：手
1
1 座 3 座 入 DBUS[7:0]
动
X
K
寄存器输出选
2
0
5
择
X
K
寄存器输出选
3
1
6
择
X
K
寄存器输出选
4
2
7
择
A
K
5
EN 3
分析 首先设置手动模式：按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。 系统清零 K23-K16 开关置零，按[RST]钮。将 55H 写入 A 寄存器，二进 制开关 K23-K16 依次置为：01010101，控制信号 K3，K2，K1，KO 依次为：0111。按住 STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器 A 的黄色选择指示灯亮，表明选择 A 寄 存器。放开 STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据 55H 被写入 A
据总线 DBUS 上；观察移位门输出结果。
2、实验电路
CPTH 中有 7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻
只能有一个寄存器输出数据，由 X2，X1，X0 决定那一个寄存器输出数据 ，
下表是 X2，X1，X0 与各个寄存器的关系表。图 8 是总线上的 7 个寄存器的
控制端原理图。
X
输出寄
寄存器。S2S1S0=111 时运算器结果为寄存器 A 内容。
计算机组成原理数据通路实验报告
计算机组成原理数据通路实验报告计算机组成原理实验报告计算机组成原理实验报告实验一基本运算器实验一、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3. 深刻理解运算器的控制信号二、实验设备PC机一台、TD-CMA实验系统一套三、实验原理1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit）、浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）、通用寄存器组、专用寄存器组。
①算术逻辑运算单元ALU （Arithmetic and Logic Unit）ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。
在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。
通常ALU由两个输入端和一个输出端。
整数单元有时也称为IEU（IntegerExecution Unit）。
我们通常所说的“CPU 是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。
②浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。
有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。
③通用寄存器组通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。
④专用寄存器专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。
而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。
下图为运算器内部原理构造图2. 运算器的控制信号实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。
T4由时序单元的TS4提供（脉冲信号），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。
控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。
数据结构实验三栈和队列的应用
数据结构实验三栈和队列的应用数据结构实验三：栈和队列的应用在计算机科学领域中，数据结构是组织和存储数据的重要方式，而栈和队列作为两种常见的数据结构，具有广泛的应用场景。
本次实验旨在深入探讨栈和队列在实际问题中的应用，加深对它们特性和操作的理解。
一、栈的应用栈是一种“后进先出”（Last In First Out，LIFO）的数据结构。
这意味着最后进入栈的元素将首先被取出。
1、表达式求值在算术表达式的求值过程中，栈发挥着重要作用。
例如，对于表达式“2 ＋ 3 4”，我们可以通过将操作数压入栈，操作符按照优先级进行处理，实现表达式的正确求值。
当遇到数字时，将其压入操作数栈；遇到操作符时，从操作数栈中弹出相应数量的操作数进行计算，将结果压回操作数栈。
最终，操作数栈中的唯一值就是表达式的结果。
2、括号匹配在程序代码中，检查括号是否匹配是常见的任务。
可以使用栈来实现。
遍历输入的字符串，当遇到左括号时，将其压入栈；当遇到右括号时，弹出栈顶元素，如果弹出的左括号与当前右括号类型匹配，则继续，否则表示括号不匹配。
3、函数调用和递归在程序执行过程中，函数的调用和递归都依赖于栈。
当调用一个函数时，当前的执行环境（包括局部变量、返回地址等）被压入栈中。
当函数返回时，从栈中弹出之前保存的环境，继续之前的执行。
递归函数的执行也是通过栈来实现的，每次递归调用都会在栈中保存当前的状态，直到递归结束，依次从栈中恢复状态。
二、队列的应用队列是一种“先进先出”（First In First Out，FIFO）的数据结构。
1、排队系统在现实生活中的各种排队场景，如银行排队、餐厅叫号等，可以用队列来模拟。
新到达的顾客加入队列尾部，服务完成的顾客从队列头部离开。
通过这种方式，保证了先来的顾客先得到服务，体现了公平性。
2、广度优先搜索在图的遍历算法中，广度优先搜索（BreadthFirst Search，BFS）常使用队列。
从起始节点开始，将其放入队列。
吉林大学计算机系统结构题库第三章
第三章流水线技术知识点汇总先行控制、流水线、单功能流水线、多功能流水线、静态流水线、动态流水线、部件级流水线、处理机级流水线、处理机间流水线、线性流水线、非线性流水线、顺序流水线、乱序流水线、时空图、流水线性能评价（吞吐率、加速比、效率）、解决流水线瓶颈问题方法、相关（数据相关、名相关、控制相关）、换名技术、流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）、流水线互锁机制、定向技术、指令调度、预测分支失败、预测分支成功、延迟分支（从前调度、从失败处调度、从成功处调度）、流水寄存器、3种向量处理方式（横向、纵向、纵横）、链接技术。
简答题1.流水技术有哪些特点？（答出4个即可）（知识点：流水线）答：1.将处理过程分解为若干子过程，由专门的功能部件来实现，2各段的时间尽可能相等，3各部件间都有一个缓冲寄存器，4适用于大量重复的时序过程，5需要通过时间和排空时间。
2.什么是静态流水线？什么是动态流水线？（知识点：静态流水线、动态流水线）答：同一时间段内，多功能流水线中的各段只能按同一种功能的连接方式工作；同一时间段内，多功能流水线中的各段可以按照不同的方式连接同时执行多种功能。
3.什么是单功能流水线？什么是多功能流水线？（知识点：单功能流水线、多功能流水线）答：只能完成一种固定功能的流水线。
流水线的各段可以进行不同的连接，以实现不同的功能。
4.什么是线性流水线？什么是非线性流水线？（知识点：线性流水线、非线性流水线）答：流水线的各段串行连接，没有反馈回路。
流水线中除了有串行的连接外，还有反馈回路。
5.列举3种相关。
（知识点：相关）答：数据相关，名相关，控制相关。
6.流水线中有哪三种冲突？各是什么原因造成的？（知识点：流水线冲突）答：结构冲突，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求；数据冲突，指令在流水线中重叠执行时需要用到前面指令的执行结果；控制冲突，流水线遇到分支指令和其他会改变PC值的指令。
7.选择至少2种解决流水线结构冲突的方法简述。
本科专业认证《计算机体系结构》教学大纲
《计算机体系结构》教学大纲课程名称：计算机体系结构英文名称：Computer Architecture课程编号：0812000485课程性质：选修学分/学时：2/32。
其中，讲授 32学时，实验 0学时，上机 0学时，实训 0学时。
课程负责人：先修课程：模拟电路，数字电路，计算机组成原理，汇编语言，操作系统，算法与程序设计方法一、课程目标通过本课程的教学，使学生先掌握计算机系统结构的基本概念，以及计算机系统结构的形成和发展过程，再以现代计算机系统结构为主线，掌握计算机系统结构的合成、存储系统结构、流水线结构、多处理机系统、RISC结构、分布计算环境结构及数据流计算机结构等现代计算机的系统结构，并了解软件对计算机系统结构的影响，最后了解现代计算机系统结构的最新发展。
本课程帮助学生了解计算机系统结构的基本概念，基本原理、基本结构、基本分析方法以及近年来的重要进展。
通过本课程的学习，达到以下教学目标：1. 工程知识1.1 掌握必要的计算机体系结构基础理论知识。
1.2 能够应用计算机体系结构理论知识解决复杂工程技术问题。
2. 问题分析2.1 能够理解并恰当表述计算机体系结构的实际问题。
2.2 能够找到合适的解决计算机体系结构实际问题的程序与方法。
2.3 在一定的限制条件下能够合理解决计算机体系结构方面的实际问题。
3．设计/开发解决方案能够运用计算机系统结构基础知识初步进行计算机系统的规划与设计并体现创新意识。
4. 研究4.1能够采用计算机系统结构理论知识进行研究并合理设计实验方案。
4.2具备采集有效数据的能力。
5. 使用现代工具能够正确运用工具与资源对计算机系统的性能提升等问题进行设计与实现。
6. 终身学习6.1具有自觉搜集阅读与整理资料的能力。
6.2了解计算机系统结构的发展前沿。
6.3具有终身学习的意识与能力。
二、课程内容及学时分配如表1所示。
三、教学方法课程教学以课堂教学、实验教学、课外作业、综合讨论、网络课程等共同实施。
数据结构实验-互联网域名查询实验报告
实验报告实验课程：数据结构实验项目：实验三互联网域名查询专业：计算机科学与技术班级：姓名：学号：指导教师：目录一、问题定义及需求分析（1）问题描述（2）实验任务（3）需求分析二、概要设计：(1)抽象数据类型定义(2)主程序流程(3) 模块关系三、详细设计(1)数据类型及存储结构(2)模块设计四、调试分析(1)调试分析(2)算法时空分析(3)经验体会五、使用说明(1)程序使用说明六、测试结果(1)运行测试结果截图七、附录(1)源代码一、问题定义及需求分析（1）实验目的互联网域名查询互联网域名系统是一个典型的树形层次结构。
从根节点往下的第一层是顶层域，如cn、com等，最底层（第四层）是叶子结点，如www等。
因此，域名搜索可以看成是树的遍历问题。
（2）实验任务设计搜索互联网域名的程序。
（3）需求分析：1)采用树的孩子兄弟链表等存储结构。
2)创建树形结构。
3)通过深度优先遍历搜索。
4)通过层次优先遍历搜索。
二、概要设计：采用孩子兄弟链表存储结构完成二叉树的创建；主程序流程：创建根节点域名输入域名拆分根据孩子兄弟链表表示的树进行插入调用层次优先遍历输出遍历结果调用深度优先遍历输出遍历结果结束程序模块关系：输入域名创建孩子兄弟树层次优先遍历输出结果深度优先遍历输出结果结束三、详细设计孩子兄弟链表结构：typedef struct CSNode{ElemType data[10];struct CSNode *firstchild, *nextsibling;}*CSTree;模块一深度优先遍历算法如下void DFS(CSNode *root) {if (!root) return;//递归结束条件printf("%s\n", root->data);DFS(root->firstchild);//递归遍历孩子节点DFS(root->nextsibling);//递归遍历兄弟节点}模块二层次优先遍历算法如下void BFS(CSNode *root) {printf("层次优先搜索遍历结果为：\n");Queue que;que.Clear();que.push(root);//根节点入队列while (!que.empty()) {//队列不空的时候执行循环CSNode *xx = que.front(); //取队首元素que.pop();//出队列printf("%s\n", xx->data);if (xx->nextsibling) {//出队节点的孩子节点若不空则入队列que.push(xx->nextsibling);}if (xx->firstchild) {//同样若孩子节点不空则入队列que.push(xx->firstchild);}}}四、调试分析问题解决：在编写层次优先遍历算法的时候遍历结果总是不正确，原因是取完队首元素后没有将出队列，经过改正，在取队首元素后加上出队列函数将队首元素出队；这样便解决了问题；时空分析：经过孩子兄弟链表表示的树创建后便得到一棵二叉树；对于两个遍历函数，深度优先遍历是递归算法，在时间上，递归算法效率较低，尤其是运算次数较大的时候；层次优先遍历函数借助到队列，所以在内存占用上较多；而深度优先遍历算法的空间占用上更优于层次优先遍历；经验体会：孩子兄弟链表表示的树与二叉树可以相互转化；它的深度优先遍历递归算法虽较为简单但相比非递归算法而言效率不高。
数据的结构实验的1
数据的结构实验的1：数据结构实验的1第一点：数据结构实验的重要性和目的数据结构实验是计算机科学和软件工程领域中非常重要的一部分。
它不仅是理论知识的具体实践，而且也是理解和掌握数据结构的关键步骤。
数据结构是计算机科学中的基础，它研究如何有效地存储、组织和处理数据。
通过实验，学生可以深入了解数据结构的工作原理和性能，培养解决问题的能力，提高编程技能，为将来的职业生涯打下坚实的基础。
数据结构实验的目的在于通过实际的操作和观察，让学生更好地理解和掌握各种数据结构的特点和应用场景。
通过实验，学生可以学习如何选择合适的数据结构来解决实际问题，如何设计和实现数据结构的相关算法，以及如何分析数据结构的性能和优化算法。
这些能力和技能对于计算机科学和软件工程领域的人才来说至关重要。
第二点：数据结构实验的基本内容和步骤数据结构实验通常包括多个基本内容和步骤，旨在帮助学生全面掌握数据结构的知识和技能。
以下是常见的数据结构实验内容和步骤：1.实验准备：在实验之前，学生需要了解实验要求和目的，阅读相关的理论知识，熟悉实验中所使用的编程语言和工具。
2.实验设计：学生需要根据实验要求，设计合适的数据结构和算法，选择合适的数据输入和测试用例，以确保实验结果的准确性和可靠性。
3.实验实现：学生需要根据设计方案，编写相应的代码来实现数据结构和算法。
在这个过程中，学生需要注重代码的可读性和可维护性，遵循编程规范和习惯。
4.实验测试：学生需要对实现的数据结构和算法进行测试，验证其正确性和性能。
测试可以包括手工测试和自动化测试，以保证实验结果的准确性和可靠性。
5.实验报告：学生需要根据实验结果和观察，撰写实验报告，总结实验中的发现和收获，反思实验中的问题和不足，提出改进的建议和思考。
通过这些基本内容和步骤，学生可以全面地掌握数据结构的知识和技能，培养解决问题的能力和创新思维，为将来的职业生涯打下坚实的基础。
数据结构实验是计算机科学和软件工程领域中不可或缺的一部分，学生应该重视并积极参与其中。
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4．采用定向技术的情况下，用WinDLX模拟器再次运行程序data_d.s。
三．实验要求：
实验前要做好充分准备，包括WinDLX安装与调试步骤、程序运行方法，以及对模拟结果的分析等。
四．实验原理：
深圳大学实验报告
课程名称：计算机系统结构
实验项目名称：实验三数据相关
学院：信息工程
指导教师：
报告人：学号：班级：
实验时间：
实验报告提交时间：
一．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。
二．实验内容
1．在不rwarding选项设置），用WinDLX模拟器运行程序data_d.s。
指令trap 0x5已经写到屏幕上，你可以通过点击主窗口菜单条上的Execute/Display DLX-I/O来查看。
六．实验报告：
1．程序data_d.s装入主存运行后记录下Statistics窗口中的各种统计数字：总的周期数和暂停数( RAW，Control，Trap，Total)，然后关闭窗口。
2．Code窗口：
双击图标Code，你将看到代表存储器内容的三栏信息，从左到右依次为：地址(符号或数字)、命令的十六进制机器代码和汇编命令。点击主窗口中的Execution开始模拟。在出现的下拉式菜单中，点击Single Cycle或按F7键，模拟就向前执行一步。
3．Breakpoint窗口：
当通过Code窗口观察代码时(如果未打开，双击图标Code)，你会看到接下来的几条指令几近一样，它们都是sw-操作：将寄存器中的数写入存储器中。重复按F7将很枯燥，因此，我们使用断点加快此过程。
3．再次打开Statistics窗口，记下新的统计数字。计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。计算采用定向技术后性能提高的倍数。
总的周期数为207，
RAW 104
Control 9
Trap 3
Total 116
暂停周期116占56.04%
由于没有采用定向技术性能，没有提高
指导教师批阅意见：
成绩评定：
指导教师签字：
年月日
备注：
注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。
2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。
总的周期数为202，
RAW 104
Control 9
Trap 3
Total 116
2．点击Configuration中的Enable Forwarding使定向无效（去掉小钩），打开断点Breakpoints图标并点击Breakpoints菜单，删除所有断点，然后按F5，键入20后，按Enter，程序一直运行到结束。
现在，请指向Code窗口中包含命令trap 0x5的0x0000015c行，此命令是写屏幕的系统调用。单击命令行，然后点击主窗口菜单Code，单击Set Breakpoint(确保命令行仍被标记！)，将弹出一个新的"Set Breakpoint"窗口。通过此窗口，你可以选择命令运行到流水线的哪一阶段时，程序停止执行。缺省为ID段。点击OK关闭窗口。
点击Clock cycle diagram窗口中的trap 0x5行，你将看到模拟正处于时钟周期14。trap 0x5行如下所示：
原因是：无论何时遇到一条trap指令时，DLX处理器中的流水线将被清空。在Information窗口（双击trap行弹出）中，在IF段显示消息"3 stall(s) because of Trap-Pipeline-Clearing!"。(不要忘了按OK关闭窗口)。
在Code窗口中，trap 0x5行上出现了"BID"，它表示当本指令在译码段时，程序中止执行。
如果想查看已定义的断点，你只要单击图标Reakpoints，将弹出一个小窗口，其中显示了所有断点。重新使窗口图标化。
现在你只要点击Execution/Run或按F5，模拟就继续运行。会出现一个对话框提示你"ID-Stage: reached at Breakpoint #1"，按“确认”按钮关闭。
1．三种数据相关：“先读后写”、“先写后读”和“写-写”相关。
2．在流水线中建立专用数据路径来避免数据相关的基本原理是数据重定向。
五．WinDLX的窗口配置：
1．Statistics窗口：
将待运行程序装入主存后按F5使程序完成执行，出现消息"Trap #0 occurred"表明最后一条指令trap 0已经执行，Trap指令中编号“0”没有定义，只是用来终止程序。双击图标Statistics。Statistics窗口提供各个方面的信息：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。窗口中给出事件发生的次数和百分比。