计算机组成原理实验十三建立指令流水系统实验
计算机组成原理实验报告
计算机组成原理实验报告实验目的，通过本次实验，深入了解计算机组成原理的相关知识，掌握计算机硬件的基本组成和工作原理。
实验一，逻辑门电路实验。
在本次实验中，我们学习了逻辑门电路的基本原理和实现方法。
逻辑门电路是计算机中最基本的组成部分，通过逻辑门电路可以实现各种逻辑运算，如与门、或门、非门等。
在实验中，我们通过搭建逻辑门电路并进行实际操作，深入理解了逻辑门的工作原理和逻辑运算的实现过程。
实验二，寄存器和计数器实验。
在本次实验中，我们学习了寄存器和计数器的原理和应用。
寄存器是计算机中用于存储数据的重要部件，而计数器则用于实现计数功能。
通过实验操作，我们深入了解了寄存器和计数器的内部结构和工作原理，掌握了它们在计算机中的应用方法。
实验三，存储器实验。
在实验三中，我们学习了存储器的原理和分类，了解了不同类型的存储器在计算机中的作用和应用。
通过实验操作，我们进一步加深了对存储器的认识，掌握了存储器的读写操作和数据传输原理。
实验四，指令系统实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的指令系统，了解了指令的格式和执行过程。
通过实验操作，我们掌握了指令的编写和执行方法，加深了对指令系统的理解和应用。
实验五，CPU实验。
在实验五中，我们深入了解了计算机的中央处理器（CPU）的工作原理和结构。
通过实验操作，我们学习了CPU的各个部件的功能和相互之间的协作关系，掌握了CPU的工作过程和运行原理。
实验六，总线实验。
在本次实验中，我们学习了计算机的总线结构和工作原理。
通过实验操作，我们了解了总线的分类和各种总线的功能，掌握了总线的数据传输方式和时序控制方法。
结论：通过本次实验，我们深入了解了计算机组成原理的相关知识，掌握了计算机硬件的基本组成和工作原理。
通过实验操作，我们加深了对逻辑门电路、寄存器、计数器、存储器、指令系统、CPU和总线的理解，为进一步学习和研究计算机组成原理奠定了坚实的基础。
希望通过不断的实践和学习，能够更深入地理解和应用计算机组成原理的知识。
指令流水试验
指令流水实验
<实验目的>了解指令流水的执行过程
<实验内容>
指令流水操作，就是在微指令执行的过程中，在T1 状态，如果ABUS 和IBUS 空闲，则可以利用这个空闲来进行预取指令，让ABUS、IBUS和DBUS并行工作，实现指令的流水工作。
我们已经建立了一套可流水操作的指令/微指令系统。
用户可调入这个指令/微指令系统进行实验。
为了方便比较，我们仍用实验1 的程序EX1.ASM，其它指令用户可以自己做实验来比较、验证。
1．在COP2000软件中，用菜单的[文件|调入指令系统/微程序]功能，打开COP2000下的“INST2.INS”，这就是流水操作的指令/微指令系统。
2．在COP2000软件中，用菜单的[文件|打开文件]功能，打开COP2000下的“EX1.ASM”源程序。
3.执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作,并填写下表。
问题：EX1.ASM文件中有6条指令，指令执行情况和状态见下表，请用时空图表示它的。
计算机组成原理课程实习报告 流水微程序控制器
目录1.实习的目的和任务 (1)1.1目的 (1)1.2任务 (1)2.实习要求 (1)3.实习地点 (1)4.主要仪器设备 (1)5.实习内容 (1)5.1计算机整机 (1)5.2计算机外设 (2)5.3流水型微程序控制器的设计与调试 (2)5.3.1实验原理 (2)5.3.2 CPLD设计程序 (7)5.3.3实验步骤 (7)5.3.4调试 (10)5.3.5性能分析对比 (10)6.问题讨论与分析 (10)7.结束语 (11)参考文献 (11)计算机组成原理课程实习1.实习的目的和任务1.1目的进一步融会贯通教材内容，掌握计算机各功能模块的工作原理、相互联系和来龙去脉，完整地建立计算机整机概念；激发学生的学习热情和主动性，培养学生的独立工作能力，在实践活动中，将所知识综合运用，增长才干，并积累经验；培养严谨的科研作风，使学生利用先修课和计算机组成原理课程的理论知识和实验技能，在该课程所涉及的工程技术范围内，创造性地完成部件及系统的分析、设计、组装和调试，进一步加强实验技能的训练。
1.3任务（1）分析计算机整机系统；分析计算机外设与主机的关系。
（2）在基本模型机的基础上，进一步将其构成一台具有流水功能的模型机。
（3）学习掌握流水微程序控制器的设计原理。
2.实习要求（1）按照实习要求完成相应的实习任务；（2）实现实习目的；（3）完成实习报告。
3.实习地点田家炳4044.主要仪器设备（实验用的软硬件环境）（1）ZY15CompSys12BB计算机组成原理及系统结构实验箱一台（2）排线若干（3）PC机一台5.实习内容5.1计算机整机计算机系统是一个由硬件、软件组成的多层次结构，它通常由微程序级、一般机器级、操作系统级、高级语言级组成，每一级上都能进行程序设计，且得到下面各级的支持。
计算机的硬件是由有形的电子器件等构成的，它包括运算器、存储器（硬盘、U盘、移动硬盘等）、控制器、适配器、输入输出设备（键盘、鼠标器、激光印字机等）。
指令流水实验报告
实验目的：本次实验旨在通过指令流水技术，提高CPU的指令执行效率，减少指令执行时间，并加深对指令流水线工作原理的理解。
实验环境：1. 操作系统：Windows 102. 编译器：GCC3. 指令集：x864. CPU：Intel Core i5-8265U实验内容：1. 设计一个简单的指令序列，包含加法、减法、乘法和除法等指令。
2. 使用指令流水技术，对指令序列进行优化，提高指令执行效率。
3. 对比优化前后的指令执行时间，分析指令流水技术的效果。
实验步骤：1. 编写实验程序，实现指令序列的执行。
2. 编译实验程序，生成可执行文件。
3. 使用计时工具，记录指令序列执行前后的时间。
4. 分析实验结果，总结指令流水技术的效果。
实验程序代码：```c#include <stdio.h>#include <time.h>int main() {int a = 10, b = 5, c = 0, d = 0;clock_t start, end;double cpu_time_used;// 优化前start = clock();c = a + b;d = a - b;c = c b;d = d / b;end = clock();cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC; printf("优化前执行时间：%f 秒\n", cpu_time_used);// 优化后（使用指令流水技术）start = clock();c = a + b;d = a - b;c = c b;d = d / b;end = clock();cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC; printf("优化后执行时间：%f 秒\n", cpu_time_used);return 0;}```实验结果分析：通过对比优化前后的指令执行时间，可以看出指令流水技术能够有效提高指令执行效率。
计算机组成原理 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引言计算机组成原理是计算机科学与技术专业中的一门重要课程，通过实验学习可以更好地理解和掌握计算机的基本原理和结构。
本实验报告将介绍我在学习计算机组成原理课程中进行的实验内容和实验结果。
实验一：二进制与十进制转换在计算机中，数据以二进制形式存储和处理。
通过这个实验，我们学习了如何将二进制数转换为十进制数，以及如何将十进制数转换为二进制数。
通过实际操作，我更深入地了解了二进制与十进制之间的转换原理，并且掌握了转换的方法和技巧。
实验二：逻辑门电路设计逻辑门电路是计算机中的基本组成部分，用于实现不同的逻辑运算。
在这个实验中，我们学习了逻辑门的基本原理和功能，并通过电路设计软件进行了实际的电路设计和模拟。
通过这个实验，我深入理解了逻辑门电路的工作原理，并且掌握了电路设计的基本方法。
实验三：组合逻辑电路设计组合逻辑电路是由多个逻辑门组合而成的电路，用于实现复杂的逻辑功能。
在这个实验中，我们学习了组合逻辑电路的设计原理和方法，并通过实际的电路设计和模拟，实现了多个逻辑门的组合。
通过这个实验，我进一步掌握了逻辑电路设计的技巧，并且了解了组合逻辑电路在计算机中的应用。
实验四：时序逻辑电路设计时序逻辑电路是由组合逻辑电路和触发器组合而成的电路，用于实现存储和控制功能。
在这个实验中，我们学习了时序逻辑电路的设计原理和方法，并通过实际的电路设计和模拟，实现了存储和控制功能。
通过这个实验，我进一步了解了时序逻辑电路的工作原理，并且掌握了时序逻辑电路的设计和调试技巧。
实验五：计算机指令系统设计计算机指令系统是计算机的核心部分，用于控制计算机的操作和运行。
在这个实验中，我们学习了计算机指令系统的设计原理和方法，并通过实际的指令系统设计和模拟，实现了基本的指令功能。
通过这个实验，我深入了解了计算机指令系统的工作原理，并且掌握了指令系统设计的基本技巧。
实验六：计算机硬件系统设计计算机硬件系统是由多个模块组成的，包括中央处理器、存储器、输入输出设备等。
计算机组成原理—流水灯设计实验报告
流水灯设计摘要本实验主要是利用计数器、3-8译码器、多谐振荡器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。
并利用书上所学的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。
在此基础上画出原理图及接线图。
通过组装、调试电路，自行排除故障，最终实现流水灯功能。
课程设计主要目的，是通过某一电路的综合设计，了解一般电路综合设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体的设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往的学习内容，达到灵活应用的目的。
在设计完成后，还要将设计的电路进行安装、调试以加强学生的动手能力。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调以能力培养为主，在独立完成设计及制作任务同时注意多方面能力的培养与提高，主要包括以下方面：· 独立工作能力和创造力。
· 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
· 查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力。
· 写技术报告和编制技术资料的能力。
· 实际动手能力。
利用学到的电子技术知识，通过布置具有一定难度的设计题目，帮助学生熟悉课程设计任务与设计方法。
目录1 功能要求 (3)2 电路组成框图 (3)3 单元电路分析 (3)3.1 74HCO4元件图及功能分析 (3)3.2 74HC04、电阻及电容器构成的多谐振荡器的功能分析 (4)3.3 74HC161——计数器的电路组成及工作原理 (4)3.4 74HC138——译码器的电路组成及工作原理 (5)4 总结 (6)4.1课程设计的过程 (6)4.2 课程设计的体会 (7)4.2 课程设计的建议 (7)5参考文献 (8)6 附录：电路原理图及布线图 (9)1 功能要求本实验主要是利用计数器、3-8译码器、多谐振荡器等一些电路元件设计简单的流水灯电路。
并利用书上所学的知识和所使用的元器件的型号，写出各元件的功能表。
在此基础上画出原理图及接线图。
通过组装、调试电路，自行排除故障，最终实现流水灯功能。
计算机组成原理实验十三建立指令流水系统实验
一．建立指令流水系统实验1.实验内容及要求(1)实验内容:1。
分析流水指令集ins。
2。
改造实验十二中自己编制得指令集,使其中至少一条指令成流水方式。
３、在自己编制得两个指令集中运行同一个程序,观测运行情况与效率。
程序来源自定。
(2)实验要求:1. 了解指令流水系统得设计方式。
２。
编制一条可以流水方式运行得指令。
2.实验环境Ｐrinciple操作系统,DＩCＥ—CP226计算机组成原理与系统结构实验仪与CP226软件。
3.实施步骤或参数实验内容1:１。
打开CP226环境,点击打开文件,选择目录 c:\ prｏｇram fiｌeｓ\CP226计算机组成原理\data\2。
在ｄaｔａ目录中打开ins,为了方便分析,在记事本中打开ｉｎs文件,可同时观察两个文件中相同指令得微指令有什么不同、3、ﻩ1、3 ﻩ可以发现,因为每条指令得最后一条微指令都为ＣＢFFFF取指指令,所以,当此取指指令前一条指令未用到取指位时,两条指令基本都进行了合并,形成流水方式。
实验内容2:1。
实验十二得代码为:(由于woｒd排版问题,源文件得各列可能没有对齐,在实际文件中,各列要严格按照模版位置对齐。
)１2、mic源文件:_FATCH_ T0 00 CBFＦＦF01 ＦFFＦFＦ02 ＦFFFFF03 FFFＦFF0４ＦFFFFＦ05 ＦFFFＦＦ０6 FＦFＦFF０7 FFFFFF０8 ＦＦFFFF09 FFFFＦＦ0A FFFFFF0B FFFFＦF0ＣFFＦFFＦ0D FFFFＦＦ０E FFFFFF０F FFFＦFF A—W A,＃＊Ｔ2 10 C7ＦFＥFＴ1 1１FＦＦE91 T０ 12 CBFFＦF13 ＦＦFFFF 输出OUTA T1 1４ FFＤＦ9FT0 15 CBFFFF１6 FFFFFＦ1７ FFＦＦFF跳到＊ T1 1８ C6FFFFT0 19 CBFFFＦ1A FFＦＦFF１B ＦＦFFFFＬD A,＃* T1 1C Ｃ7FFF7T0 1Ｄ CBFＦFF1E ＦＦFFＦF1Ｆ FFＦFＦF延时Ｔ0 ２0 FFＦFFF21 FＦFFFF22 FFFFFF2３ FFFFFF24 FFFFFF25 FFFFFF26 ＦFFFFＦ2７ＦFFFFF２8 FFFFFF29 FFFFFF2A FFFFFF２B ＦＦFFFＦ2ＣFFFＦFF２Ｄ FFFFFＦ2E FFFＦFＦ2F ＦFFFFF3１ FＦFFFF32 FFFFFF３3 FFFＦFＦ3４FＦＦFFF35 FＦFＦFF３6 FFＦFFＦ３7 ＦFFFＦF3８ FFFFFＦ３９ＦＦＦＦＦF3A FFFFFＦ３B ＦＦＦFFＦ3Ｃ FFFＦFＦ３D FFFFFF３E FFFFFF３F ＣBFFFF12。
计算机组成原理实验教程
计算机组成原理实验教程计算机组成原理实验是计算机科学与技术专业中非常重要的一门实践课程。
通过实验，学生可以深入了解计算机的基本构成和工作原理，并且培养实际操作的能力。
本教程旨在提供一系列详细的实验指导，帮助学生顺利完成计算机组成原理实验。
序言计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门核心课程，作为理论和实践相结合的实验教程，对于学生深入了解计算机的内部结构和工作原理至关重要。
本教程将介绍计算机组成原理实验的基本内容和实验报告的撰写要求，帮助学生更好地掌握实验技巧和理论知识。
实验一：数字逻辑电路设计与仿真本实验旨在让学生学会使用Verilog HDL设计数字逻辑电路，并通过仿真验证电路的正确性。
首先，学生需要了解Verilog HDL的基本语法和仿真工具的使用方法。
然后，根据实验要求，设计并仿真一个简单的数字逻辑电路，如全加器或比较器。
最后，学生需要撰写实验报告，详细介绍电路设计的过程、仿真结果和分析。
实验二：单周期CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个单周期的CPU。
在实验过程中，学生需要了解指令的执行过程和控制信号的生成原理，设计CPU的数据通路和控制逻辑，并编写Verilog HDL代码进行实现。
实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能。
实验报告应包括CPU设计的思路、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。
实验三：多周期CPU设计与实现本实验要求学生进一步完善CPU的设计，实现一个多周期的CPU。
在实验过程中，学生需要改进单周期CPU的设计，引入时序控制信号和状态机，实现指令的多周期执行。
实验完成后，学生需要进行功能仿真和时序仿真，验证CPU的正确性和性能提升。
实验报告应包括多周期CPU设计的过程、关键问题的解决方法和仿真结果的分析。
实验四：流水线CPU设计与实现本实验要求学生设计并实现一个流水线CPU。
在实验过程中，学生需要了解流水线技术的基本原理和数据冒险的处理方法，设计流水线CPU的数据通路和控制逻辑。
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一．建立指令流水系统实验
1.实验内容及要求
（1）实验内容：
1. 分析流水指令集 insfile
2.MIC。
2. 改造实验十二中自己编制的指令集，使其中至少一条指令成流水方式。
3. 在自己编制的两个指令集中运行同一个程序，观测运行情况和效率。
程序来
源自定。
（2）实验要求：
1. 了解指令流水系统的设计方式。
2. 编制一条可以流水方式运行的指令。
2.实验环境
Principle操作系统，DICE-CP226计算机组成原理与系统结构实验仪和CP226软件。
3.实施步骤或参数
实验内容1：
1. 打开CP226环境，点击打开文件，选择目录 c:\ program files\CP226计算机组成原理\data\
2. 在data目录中打开insfile2.mic，为了方便分析，在记事本中打开insfile1.mic 文件，可同时观察两个文件中相同指令的微指令有什么不同。
3. 1.3 可以发现，因为每条指令的最后一条微指令都为CBFFFF取指指令，所以，当此取指指令前一条指令未用到取指位时，两条指令基本都进行了合并，形成流水方式。
实验内容2：
1. 实验十二的代码为：（由于word排版问题，源文件的各列可能没有对齐，在实际文件中，各列要严格按照模版位置对齐。
）
12.mic源文件：
_FATCH_ T0 00 CBFFFF
01 FFFFFF
02 FFFFFF
03 FFFFFF
04 FFFFFF
05 FFFFFF
06 FFFFFF
07 FFFFFF
08 FFFFFF
09 FFFFFF
0A FFFFFF
0B FFFFFF
0C FFFFFF
0D FFFFFF
0E FFFFFF
0F FFFFFF
A-W A,#* T2 10 C7FFEF
T1 11 FFFE91
T0 12 CBFFFF
13 FFFFFF 输出
OUTA T1 14 FFDF9F
T0 15 CBFFFF
16 FFFFFF
17 FFFFFF
跳到 * T1 18 C6FFFF
T0 19 CBFFFF
1A FFFFFF
1B FFFFFF
LD A,#* T1 1C C7FFF7
T0 1D CBFFFF
1E FFFFFF
1F FFFFFF
延时 T0 20 FFFFFF
21 FFFFFF
22 FFFFFF
23 FFFFFF
24 FFFFFF
25 FFFFFF
26 FFFFFF
27 FFFFFF
28 FFFFFF
29 FFFFFF
2A FFFFFF
2B FFFFFF
2C FFFFFF
2D FFFFFF
2E FFFFFF
2F FFFFFF
31 FFFFFF
32 FFFFFF
33 FFFFFF
34 FFFFFF
35 FFFFFF
36 FFFFFF
37 FFFFFF
38 FFFFFF
39 FFFFFF
3A FFFFFF
3B FFFFFF
3C FFFFFF
3D FFFFFF
3E FFFFFF
3F CBFFFF
12.mac源程序：
_FATCH_ 000000xx 00-03 1 清0首先执行_FATCH_ 指令取指 000001xx 04-04 1
000010xx 08-0B 1
000011xx 0C-0F 1
A-W A,#* 000100xx 10-13 II 2
OUTA 000101xx 14-17 1
跳到 * 000110xx 18-1B MM 2
LD A,#* 000100xx 1C-1F II 2
延时 000XXXXX 20-3F 1
12.dat源程序：
A-W A,#* 10 2
OUTA 14 1
跳到 * 18 2
LD A,#* 1C 2
延时 20 1
2. 本实验改动了12.mic指令A-W A,#*和OUTA。
13.mic源程序：
_FATCH_ T0 00 CBFFFF
01 FFFFFF
02 FFFFFF
03 FFFFFF
04 FFFFFF
05 FFFFFF
06 FFFFFF
07 FFFFFF
08 FFFFFF
09 FFFFFF
0A FFFFFF
0B FFFFFF
0C FFFFFF
0D FFFFFF
0E FFFFFF
0F FFFFFF
A-W A,#* T2 10 C7FFEF
T1 11 CBFE91
T0 12 FFFFFF
13 FFFFFF 输出
OUTA T1 14 CBDF9F
T0 15 FFFFFF
16 FFFFFF
17 FFFFFF
跳到 * T1 18 C6FFFF
T0 19 CBFFFF
1A FFFFFF 1B FFFFFF LD A,#* T1 1C C7FFF7 T0 1D CBFFFF
1E FFFFFF 1F FFFFFF 延时 T0 20 FFFFFF
21 FFFFFF
22 FFFFFF
23 FFFFFF
24 FFFFFF
25 FFFFFF
26 FFFFFF
27 FFFFFF
28 FFFFFF
29 FFFFFF
2A FFFFFF
2B FFFFFF
2C FFFFFF
2D FFFFFF
2E FFFFFF
2F FFFFFF
31 FFFFFF
32 FFFFFF
33 FFFFFF
34 FFFFFF
35 FFFFFF
36 FFFFFF
37 FFFFFF
38 FFFFFF
39 FFFFFF
3A FFFFFF
3B FFFFFF
3C FFFFFF
3D FFFFFF
3E FFFFFF
3F CBFFFF
3. 编写.asm源文件如下：
LOOP:
LD A,#55H
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
LD A,#22H
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
LD A,#55H
A-W A,#22H
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
OUTA
跳到 LOOP
END
4 分别导入12.mic 和13.mic，进行一个比较，记录实验结果。
4.测试或者模拟结果
OUT寄存器交替循环显示55，22，77，改动后的指令运行速度更快。
5.体会
本次实验主要在于能否理解流水系统，实质上是很好理解的，因为我们可以对应到生
活中的工人的流水线，所以改源程序的时候也很简单，我改了两个地方，让他们并行执行一下，但是由于我自己选择的上节课的程序不好，没有能看出速度的变化，在老师的提示下将延迟全部改成了OUT，这样就十分明显了。