计算机系统结构实验四
计算机体系结构实验报告
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。
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告实验目的：掌握计算机系统的基本结构和工作原理，了解计算机系统的组成部分及其相互关系。
实验仪器和材料：计算机硬件设备（主机、硬盘、内存、显卡等）、操作系统、实验指导书、实验报告模板。
实验原理：实验步骤：1.搭建计算机硬件设备，将主机、硬盘、内存、显卡等组装连接好。
2. 安装操作系统，如Windows、Linux等。
3.启动计算机，进入操作系统界面。
4.打开任务管理器，查看CPU的使用情况。
5.打开任务管理器，查看内存的使用情况。
6.运行一些应用程序，观察CPU和内存的使用情况。
7.尝试使用输入输出设备，如键盘、鼠标等。
实验结果：通过实验，我们可以观察到计算机系统的硬件部分和软件部分的工作情况。
通过任务管理器，我们可以查看到CPU的使用情况和内存的使用情况。
在运行应用程序时，我们可以观察到CPU和内存的使用情况的变化。
通过使用输入输出设备，我们可以与计算机进行交互操作。
实验分析：从实验结果可以看出，计算机系统的硬件部分和软件部分都是相互关联的。
CPU作为计算机的核心部件，负责执行各种指令，通过数据传输和计算来完成各种操作。
而内存则用于存储数据和程序，通过读写操作来完成对数据的处理。
硬盘则用于长期存储数据。
操作系统则是计算机系统的管理者，通过调度CPU和内存的使用来实现对计算机资源的分配。
结论：计算机系统是由硬件和软件部分组成的，其中硬件部分包括CPU、内存、硬盘等，软件部分包括操作系统、应用程序等。
计算机系统通过CPU 的运算和数据传输来实现各种操作。
通过实验，我们可以观察到计算机系统的工作情况，并深入了解计算机系统的组成和工作原理。
实验总结：通过本次实验，我们对计算机系统的基本结构和工作原理有了更深入的了解。
实验中，我们搭建了计算机硬件设备，安装了操作系统，并通过观察和分析实验结果，进一步认识到计算机系统的组成部分和各部分之间的相互关系。
通过操作输入输出设备，我们还实践了与计算机进行交互操作的过程。
计算机组成实验报告
计算机组成实验报告计算机组成实验报告(共3篇)篇一：《计算机组成与结构》实验报告11 .实验目的：1)．学习和了解TEC-2000 十六位机监控命令的用法；2)．学习和了解TEC-2000 十六位机的指令系统；3)．学习简单的TEC-2000 十六位机汇编程序设计；2.实验内容：1)．使用监控程序的R 命令显示/修改寄存器内容、D 命令显示存储器内容、E 命令修改存储器内容；2)．使用 A 命令写一小段汇编程序，U 命令反汇编刚输入的程序，用G 命令连续运行该程序，用T、P 命令单步运行并观察程序单步执行情况；3、实验步骤1)．关闭电源，将大板上的COM1 口与PC 机的串口相连；2)．接通电源，在PC 机上运行PCEC.EXE 文件，设置所用PC 机的串口为“1”或“2”, 其它的设置一般不用改动,直接回车即可；3)．置控制开关为00101（连续、内存读指令、组合逻辑、16 位、联机），开关拨向上方表示“1”，拨向下方表示“0”，“X”表示任意。
其它实验相同；4)．按一下“RESET”按键,再按一下“START”按键，主机上显示：TEC-2000 CRT MONITOR Version 1.0 April 2001Computer Architectur Lab.，Tsinghua University Programmed by He Jia >5)．用R 命令查看寄存器内容或修改寄存器的内容a.在命令行提示符状态下输入：R↙；显示寄存器的内容图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看b.在命令行提示符状态下输入：R R0↙；修改寄存器R0 的内容，被修改的寄存器与所赋值之间可以无空格,也可有一个或数个空格主机显示:寄存器原值:_在该提示符下输入新的值,再用R 命令显示寄存器内容，则R0 的内容变为0036。
图片已关闭显示，点此查看6)．用D 命令显示存储器内容在命令行提示符状态下输入：D 2000↙会显示从2000H 地址开始的连续128 个字的内容；连续使用不带参数的 D 命令，起始地址会自动加128（即80H）。
计算机网络体系结构实验报告-FTP 服务安装与配置
计算机网络体系结构实验报告FTP 服务安装与配置一、实验内容使用IIS功能新建FTP站点，并对站点进行账户管理以及安全管理，同时使用另外一台机器对其进行访问二、实验目的掌握Windows Server中的IIS配置FTP服务器，同时掌握WireShake抓包工具三、实验环境3.1 实验环境服务端IP：172.23.202.3服务端系统：Windows Server 2003服务端工具：IIS管理工具客户端：172.30.154.88客户端系统：MacOS Mojave 10.14.6客户端工具：terminal终端、WireShake抓包工具、Finder3.2 网络拓扑图3.2 IIS配置FTP服务器流程四、实验原理文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP），是用在网络上进行文件传输的一套标准协议。
它工作在应用层，使用TCP运输层传输协议，即客户和服务器建立连接需要进行三次握手的过程，同时释放连接的时候也需要进行四次挥手的过程。
FTP服务系统是典型的C/S工作模式，在网络上的两个站点进行文件传输时，要求服务器主机运行FTP服务程序，同时客户主机也应在其计算机上运行相应的FTP客户程序或者通过命令行来直接调用FTP来来进行服务。
FTP在服务器主机和客户主机之间需要建立两次连接，一个是控制连接，端口号为21，用于传出控制信息；另外一个是数据连接，端口号为20（或其他），用于数据的传送。
采用分开传送的方法大大提高了FTP的效率。
所以在建立连接时需要建立两次TCP连接。
并且每当一个文件传输结束时，数据连接将关闭，传输下一个文件时再打开，而控制连接则持续保持连接状态。
FTP协议的连接模式分为被动模式（PASV）以及主动模式（PORT）。
被动模式为服务器处于运行的状态，同时开启FTP服务系统，处于监听状态。
客户端通过FTP客户程序对其进行发起连接以及文件传输等功能。
而主动模式则与其相反，客户端处于监听状态，由服务器发起连接。
计算机组成与体系结构实验
计算机组成与体系结构实验计算机组成与体系结构是计算机科学与技术中的重要基础课程，旨在让学生深入了解计算机内部的工作原理和组成结构。
通过实验的方式，学生可以亲自动手操作和观察，加深对计算机组成与体系结构的理解与认识。
本文将就计算机组成与体系结构实验的重要性、实验的设计与操作、实验结果与分析等方面进行探讨，希望能对读者有所启发。
1. 实验的重要性计算机组成与体系结构实验作为一门重要的实践课程，具有以下几个方面的重要性。
1.1 增强理论知识的实践运用通过实验，学生能够将书本上的理论知识应用于实际操作中，增强对计算机组成与体系结构的认识和理解。
只有亲身操作和实践，才能真正理解计算机内部的工作原理。
1.2 培养问题解决能力在实验中，学生常常会遇到各种问题和挑战，需要通过分析和解决来完成实验任务。
这不仅能够培养学生的问题解决能力，还可以提高他们的创新思维和实践能力。
1.3 提升实验技能实验的设计与操作需要学生掌握一定的实验技能，例如使用计算机硬件设备、调试程序等。
通过实验，学生可以提升自己的实验技能，为以后的学习和工作打下坚实的基础。
2. 实验的设计与操作在进行计算机组成与体系结构实验时，需要根据实验目的和要求，合理设计实验方案，并按照以下步骤进行实验操作。
2.1 实验前的准备工作在开始实验之前，需要进行充分的准备工作。
首先，确认实验所需的硬件和软件设备是否齐备，并检查它们的工作状态。
其次，了解实验的背景和目的，明确实验要求和操作步骤。
最后，阅读相关的实验指导书或教材，熟悉实验的理论知识和实验的操作要点。
2.2 实验过程的操作按照实验指导书或教师的要求，进行实验的操作。
在实验过程中，要注意以下几个方面。
2.2.1 实验环境的设置根据实验要求，设置好实验环境和实验参数。
例如，可以使用特定的软件模拟实验环境，或连接相应的硬件设备来进行实验操作。
2.2.2 实验步骤的执行按照实验指导书或教师的要求，按照实验步骤进行操作。
北邮高级计算机系统结构实验二三四五
实验二指令流水线相关性分析·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，加深对流水线和RISC 处理器的特点的理解。
·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。
·实验步骤一．使用WinDLX模拟器，对Fact.s做如下分析：（1）观察程序中出现的数据/控制/结构相关。
指出程序中出现上述现象的指令组合。
（2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。
（3）考察增加forward部件对性能的影响。
（4）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。
·实验过程一．使用WinDLX模拟器，对Fact.s做如下分析：浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1：图1 初始设置将fact.s和input.s加载至WinDLX中，如图2示。
图2 加载程序1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关；指出程序中出现上述现象的指令组合。
1）数据相关点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。
图3 输入整数6打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。
图4 指令流水线双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。
图5 指令详细信息对以上出现的情况分析如下：程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。
lbu r3,0×0(r2)要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令seqi r5,r3,0×a要在intEX周期中读取r3中的数据。
上述过程发生了WR冲突，即写读相关。
为了避免此类冲突，seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。
由此，相关指令为：2）控制相关由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。
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的基础课程之一，通过实验可以更好地理解和掌握计算机的组成和工作原理。
本文将结合实验的过程和结果，详细论述计算机组成原理的一些关键概念和实际应用。
一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个简单的计算机系统，深入了解计算机的各个组成模块，如中央处理器(CPU)、存储器、输入输出设备等，并验证计算机的基本工作原理。
二、实验内容本次实验分为两个部分，第一部分是计算机系统的搭建，包括CPU的设计与实现、存储器的设计与实现等；第二部分是对已搭建的系统进行功能测试，包括寄存器的读写、指令的执行等。
1. CPU的设计与实现CPU是计算机的核心处理单元，它负责执行各种指令，并控制计算机的运行状态。
在本次实验中，我们采用了冯·诺依曼结构的单周期CPU设计，包括指令寄存器、算术逻辑单元、控制单元等组成部分。
通过在实验中的操作和执行，我们深入理解了指令的编码方式、运算的过程等。
2. 存储器的设计与实现存储器是计算机系统中的主要组成部分，用于存放指令和数据。
在本次实验中，我们设计了一个简单的存储器，采用了随机存取存储器（RAM）的结构。
通过实验中的存储器读写操作，我们了解了存储器的寻址方式、数据的存取过程等。
三、实验结果与分析经过实验的搭建和测试，我们成功完成了计算机系统的建设，并验证了其基本功能。
在测试过程中，我们发现了一些问题和改进之处，例如CPU的时钟频率过低导致指令执行速度较慢，存储器的容量不足等。
通过对这些问题的研究和分析，我们能够进一步优化和改进计算机系统的性能。
四、实验心得体会通过本次实验，我进一步加深了对计算机组成原理的理解和掌握。
实验中我不仅学到了理论知识，还通过动手搭建和操作实际的计算机系统，加深了对计算机组成原理的实际应用的理解。
同时，我也意识到计算机的设计和实现是一个综合性强的工程，需要考虑多方面的问题，如硬件的选择与优化、指令的设计与调度等。
计算机系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告计算机系统结构实验报告引言：计算机系统结构是计算机科学领域中的重要课题，它研究计算机硬件和软件之间的关系，以及如何优化计算机系统的性能和效率。
本实验报告旨在介绍我们小组在计算机系统结构实验中的设计和实现过程，以及所获得的实验结果和经验。
一、实验目的计算机系统结构实验的目的是通过设计和实现一个简单的计算机系统，加深对计算机硬件和软件之间关系的理解，以及掌握计算机系统的组成和工作原理。
具体目标包括：1. 理解计算机系统的层次结构和组成部分。
2. 理解指令集架构和微指令集架构的区别。
3. 设计和实现一个简单的计算机系统，包括处理器、存储器和输入输出设备。
4. 测试和验证计算机系统的功能和性能。
二、实验设计与实现1. 计算机系统结构设计我们设计了一个基于冯·诺依曼体系结构的计算机系统，包括中央处理器（CPU）、存储器和输入输出设备。
CPU由控制单元和算术逻辑单元组成，控制单元负责指令的解码和执行，算术逻辑单元负责数据的运算和逻辑操作。
存储器用于存储指令和数据，我们选择了静态随机存储器（SRAM）作为主存储器。
输入输出设备包括键盘、显示器和磁盘。
2. 指令集架构设计我们选择了经典的冯·诺依曼指令集架构作为基础，定义了一套简单的指令集，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等指令。
我们还设计了一套微指令集架构，用于实现指令的执行过程。
微指令集中包含了各种控制信号和操作码，用于控制CPU的工作。
3. 硬件设计与实现我们使用硬件描述语言（HDL）进行硬件设计和实现。
通过使用HDL，我们可以描述和模拟计算机系统的各个组成部分，并进行功能验证和性能分析。
我们使用Verilog HDL进行设计和实现，借助Verilog仿真器进行功能验证。
4. 软件设计与实现除了硬件设计和实现，我们还编写了一些软件程序，用于测试和验证计算机系统的功能和性能。
我们编写了一些简单的程序，包括算术运算、逻辑运算和数据传输等，用于测试CPU的指令执行和数据处理能力。
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计算机系统结构实验
实验四：指令流水线相关性分析
一、实验目的
1、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，加深对流水线和RISC 处理器的特点的理解。
对流水线性能分析，了解影响流水线效率的因素，了解各类相关及解决方法。
二、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。
流水线中的相关：
(1)结构相关：当某一条机器指令需要访问物理器件时，如加法器，此时加法器正被另一条机器指令使用，从而产生结构相关；
(2)数据相关：当某一条指令需要访问某个寄存器时，此时这个寄存器正被另一条指令所使用，从而产生数据相关；
(3)控制相关：当程序执行到某个分支语句时，顺序执行的下一条语句将被跳过而去执行分支语句中满足条件的那条指令，从而产生控制相关。
三、实验步骤
使用WinDlx模拟器，对求阶乘程序Fact.s做分析。
1、双击WinDLX图标运行WinDLX。
装入测试程序之前，先初始化WinDLX模拟器：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”按钮即可。
2、选择File / Load Code or Data，按如下步骤操作，可将Fact.s和input.s这两个程序装入主存。
3、按F7键程序顺序执行观察6个子窗口的情况。
4、分析流水线中出现的三种相关，及结构相关、数据相关和控制相关，分析其出现的原因。
统计三种相关的具体数目。
5、分别利用增加运算单元、定向技术及循环展开来消除和减少流水线中出现的三种相关。
并统计三种相关冲突的变化情况。
观察程序中的数据/控制/结构相关
流水线浮点运算部件设置：
四、实验数据及结果分析
1、分析fact.s和imput.s输入顺序不同时产生的影响
先装入fact.s再转入input.S时，因为程序顺序执行，地址顺序符合程序执行顺序，程序能够正确执行；顺序相反时，因为input.S的地址高，而程序顺序执行到input.S时将没有正确的输入窗口，程序执行到输出结果时，也不会出现结果。
2、流水线中的三种相关观察与分析
1.fact.s程序运行结果：
图1 源程序fact.s 运行结果
在运行窗口输入4，即求数列：4的阶乘，由运行窗口可知结果正确。
从图1可以看出fact.s运行后，三种相关均出现了。
其中，数据相关共10项，结构相关共0项，控制相关共8项。
1.数据相关:
在Code子窗口中。
命令movi2fp f10,r1和cvti2d f0,f10分别设置断点。
在Clock cycle diagram子窗口中，显示数据相关。
图2 数据相关示意图
f0的写读相关。
按F5，程序继续运行，出现Trap #0 occured 窗口。
在Clock cycle diagram子窗口中，显示f0的写读相关。
图3 f0的写读相关示意图
bnez r5,input.Finish需要使用seqi的计算结果r5,所以产生数据相关的冒险。
WindDLX通过阻塞解决问题。
2.控制相关:
在Code子窗口中。
用同样的方法在命令lw r2,save R2[r0]和jr r31分别设置断点。
图4 控制相关示意图
语句lw r2,SaveR2(r0)被aborted，这是控制相关的冒险造成的。
因为前一条语句j input.Loop是跳转语句，而指定到EX阶段语句被解码后在能知道其作用，所以已经取指令的lw语句被取消。
3.结构相关：
在Code子窗口中。
用同样的方法在命令subd f0,f0,f4和j fact.Loop分别设置断点。
图5 结构相关示意图
在执行subd f0,f0,f4和j fact.Loop期间由于ALU被占用硬件资源无法满足j fact.Loop进入EX阶段，发生结构相关的冒险。
winDLX中通过阻塞EX 1个周期来解决此问题。
五、实验作业
消除或减少流水线三种相关
1．消除结构相关：增加加法运算和乘法运算单元，将其均修改为2，可以发现结构相关变为0项。
2．消除数据相关：利用定向技术消除数据相关，可以发现数据相关与之前相比大幅减少。
3. 消除控制相关：首先将DLX设置Reset all，将文件夹中的gcm.s文件及input.s文件装入DLX流水线模拟器，然后增加加法与乘法运算单元，打开定向技术，再次运行。
六、可研究和探索的问题
●本实验采用单一变量法，每次只改变一个量来测该量对程序效率的影响。
可
以考虑多个量组合来观察程序的效率变化。
●本实验中没有改变各项运算的延迟，可以考虑修改延迟对程序执行效率的影
响。
●考虑自己编写一个包含更多的相关性的程序。
对该程序执行效率进行分析。
●将本RISC处理器同比较熟悉的X86处理器的指令系统、寄存器组等进行对照。
分析各自的优缺点。
七、实验报告要求
实验报告包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据与结果分析（包括实验作业）、实验遇到的问题、实验总结。