北邮 大三下 计算机系统结构 代码优化 实验报告
北京邮电大学计算机学院 - 操作系统实验报告(含源代码)
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10 年 12 月 19 日
内容目录
实验 1.3 Shell 编程...........................................................4 1、实验目的...............................................................4 2、实验内容...............................................................4 3、实验原理...............................................................4 4、实验步骤...............................................................4 5、实验结果：.............................................................4 6、人员任务分配...........................................................5
实验项目：
1. 实验 1.3 Shell 编程 2. 实验 2.3 内核模块 3. 实验 2.4 系统调用 4. 实验 3.3 Shell 编程实验（进程管理实验） 5. 实验 4.1 观察实验（存储管理实验） 6. 实验 5.1 观察实验（进程通信） 7. 实验 6.3 Io 系统编程实验 8. 实验 6.4 设备驱动程序 9. 实验 7.1 代码分析(文件系统管理实验)
实验 3.3 Shell 编程实验（进程管理实验）......................................18 1、实验目的..............................................................18 2、实验内容..............................................................18 3、实验原理..............................................................18 4、实验步骤..............................................................18 5、实验结果及分析........................................................19 6、人员任务分配..........................................................19 2、实验内容 2............................................................20 3、实验原理..............................................................20 4、实验步骤..............................................................20 5、实验结果及分析........................................................23 6、人员分配..............................................................24
计算机系统优化实训报告
一、实训背景随着计算机技术的不断发展，计算机系统在各个领域中的应用越来越广泛。
然而，计算机系统在运行过程中，常常会出现运行速度慢、资源利用率低等问题。
为了提高计算机系统的性能，降低资源消耗，我们进行了计算机系统优化实训。
二、实训目的1. 了解计算机系统优化的基本原理和方法。
2. 掌握计算机系统优化工具的使用。
3. 提高计算机系统性能，降低资源消耗。
4. 培养实际操作能力和团队协作能力。
三、实训内容1. 计算机系统性能分析（1）CPU性能优化（2）内存性能优化（3）硬盘性能优化（4）网络性能优化2. 计算机系统优化工具的使用（1）Windows优化大师（2）H2testw（3）CrystalDiskMark3. 实际操作案例（1）系统优化案例一：某公司办公电脑系统优化（2）系统优化案例二：某个人用户电脑系统优化四、实训过程1. 理论学习（1）了解计算机系统性能指标，如CPU主频、内存容量、硬盘转速等。
（2）学习计算机系统性能优化原理和方法。
（3）学习计算机系统优化工具的使用。
2. 实际操作（1）使用Windows优化大师对办公电脑进行系统优化，包括CPU、内存、硬盘、网络等方面的优化。
（2）使用H2testw对硬盘进行性能测试，分析硬盘性能。
（3）使用CrystalDiskMark对硬盘进行读写速度测试，分析硬盘性能。
（4）针对个人用户电脑，进行系统优化，提高电脑运行速度。
3. 案例分析（1）分析办公电脑系统优化前后性能变化，总结优化经验。
（2）分析个人用户电脑系统优化前后性能变化，总结优化经验。
五、实训结果1. 办公电脑系统优化前后性能对比：（1）CPU使用率降低，运行速度提高。
（2）内存使用率降低，系统运行更加流畅。
（3）硬盘读写速度提高，系统响应速度加快。
（4）网络速度提高，网络访问更加流畅。
2. 个人用户电脑系统优化前后性能对比：（1）CPU使用率降低，运行速度提高。
（2）内存使用率降低，系统运行更加流畅。
北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器
北京邮电大学实验报告课程名称计算机系统结构计算机学院03班王陈(11)目录实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。
·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。
·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。
·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。
·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。
·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。
·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。
实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。
·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。
北邮大三下 计算机系统结构实验报告 实验一到五 WINDLX模拟器
北京邮电大学实验报告课程名称计算机系统结构计算机学院 2011211311班薛玥(2011211432)目录实验一 WINDLX模拟器安装及使用 (3).实验准备 (3).实验环境 (4).实验步骤 (5).实验内容及要求 (5).实验过程 (5).实验总结 (11)实验二指令流水线相关性分析 (12).实验目的 (12).实验环境 (12).实验步骤 (12).实验过程 (12).实验总结 (19)实验三DLX处理器程序设计 (20).实验目的 (20).实验环境 (20).实验步骤 (20).实验过程 (20)A.向量加法代码及性能分析 (20)B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 (26).实验总结 (31)实验四代码优化 (32).实验目的 (32).实验环境 (32).实验原理 (32).实验步骤 (32).实验过程 (32).实验总结+实习体会 (37)实验五循环展开 (38).实验目的 (38).实验环境 (38).实验原理 (38).实验步骤 (38).实验过程 (38)矩阵乘程序代码清单及注释说明 (38)相关性分析结果 (43)增加浮点运算部件对性能的影响 (43)增加forward部件对性能的影响 (43)转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 (43).实验总结+实习体会+课程建议 (43)实验一 WINDLX模拟器安装及使用·实验准备1.了解DLX的基本结构和原理DLX是一种典型的Load/Store型指令集结构。
它具有一套简单的Load/Store 指令集；它注重指令流水效率；它简化指令的译码；它高效支持编译器。
2.了解DLX中的寄存器DLX中有32个通用寄存器（GPRs），分别将其命名为R0,R1...R31。
每个通用寄存器长度为32位。
另外，DLX中有32个浮点寄存器（FPRs），分别将其命名为F0,F1 (31)3.了解DLX数据类型DLX提供了多种长度的整型数据和浮点数据。
北邮计算机系统结构实验报告
高级计算机系统结构实验报告实验二指令流水线相关性分析实验三DLX处理器程序设计实验四代码优化实验五循环展开专业计算机科学与技术班级2015姓名学号2015实验二指令流水线相关性分析1. 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。
2. 实验设备环境：2.1 WinDLX模拟器可以装入DLX汇编语言程序，然后单步、设置断点或者连续执行该程序；2.2 CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以使用图形的方式表示出来；2.3 模拟器还提供了对流水线操作的统计功能；2.4 该模拟器对理解流水线和RISC处理器的特点很有帮助；2.5 所有浮点运算部件的延时都设定为4个周期；3. 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。
3.1数据相关定义：原有先后顺序的两条指令（I1，I2)在对共享变量（位置）进行读、写时，指令流水线中实际完成的读、写顺序与原有顺序不一致，导致流水线输出错误。
三类数据相关：写读(WR)相关读写(RW)相关写写(WW)相关解决方法技术：1.使某些流水线指令延迟、停顿一或多个周期。
2.双端口存储器:如果指令和数据放在同一个存储器。
3.设置两个存储器：一个数据存储，一个为指令存储器。
4.软件优化编译：通过指令重新排序，消除数据相关。
5.定向技术：又称旁路技术或专用通路技术，是使后续指令提前得到前指令的运算结果(适合ALU类指令）3.2结构相关定义：如果某指令在流水线重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，会产生资源冲突或竞争，称为流水线结构相关解决方法技术：1.延迟技术：使某些指令延迟、停顿一或多个时钟周期2.双端口存储器：允许同时读两个数据或指令3.设置双存储器（哈弗结构）：一个数据存储，一个指令存储。
4软件优化编译：通过指令重新排序消除结构相关。
北邮 操作系统 实验2 代码 进程管理 实验报告
main()
{
pid_t pid1,pid2;
pid1=fork();
if(pid1==0)
putchar('b');
else if(pid1<0)
return -1;
else
{
pid2=fork();
if(pid2==0)
putchar('c');
else if(pid2<0)
while(wait_mark!=0)
lockf(1,1,0);
printf("\nChild Process 1 is killed by Parent!\n");
lockf(1,0,0);
exit(0);
}
}
void waiting(){
sleep(5);
if(wait_mark!=0)
kill(getpid(),SIGALRM);
if(pid2==0)
printf("this is process c.\n");
else if(pid2<0)
return -1;
se printf("this is father process.\n");
}
}
运行结果
this is father process.
this is process c.
sleep(5);/*自我阻塞5秒*/
lockf(fd[1],0,0);
exit(0);
}
else{
while((pid2=fork())==-1);
if(pid2==0){
北邮计算机组成原理课程设计 代码与实验报告
北京邮电大学课程设计报告注：评语要体现每个学生的工作情况，可以加页。
计算机组成原理课程设计实验报告采用硬布线控制器的顺序模型处理器设计与调试一、实验目的（1）融会贯通计算机组成原理各章节教学内容，通过知识的综合应用，加深对CPU各模块工作原理及相互联系的认识，建立清晰的整机概念。
（2）掌握硬布线控制器的设计方法。
（3）学习运用可编程逻辑技术进行逻辑设计和调试的基本步骤和方法（4）学习运用VHDL语言，用编写编译下载程序到altera芯片运行。
（5）培养科学研究的独立工作能力，获得工程设计与组装调试的实践经验二、实验设备TEC-8实验系统一台PC计算机一台逻辑笔一只USB下载器一根三、设计与调试任务（1）设计一个硬连线控制器，和TEC-8模型计算机的数据通路结合在一起，构成一个完整的CPU，该CPU要求：能够完成控制台操作：启动程序运行、读存储器、写存储器、读寄存器、写寄存器；能够执行表中的指令，完成规定的操作。
（2）在Quarts下对硬布线控制器设计方案进行编辑和编译。
（3）将编译后的硬布线控制器下载到TEC-8实验台上的EPM7128中，使其成为一个硬布线控制器。
（4）根据指令系统，编写检测硬布线控制器正确性的测试程序，并用测试程序对硬布线控制器在单拍方式下进行调试，直到成功。
四、实验原理（1）硬布线控制器基本原理硬布线控制器是一种把控制部件看作产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络。
当执行不同机器指令时，通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释。
每个微操作控制信号C是一系列输入量的逻辑函数，即用组合逻辑来实现C=f（Im，Mi，Tk，Bj）Im是机器指令操作码译码器的输出信号，Mi是节拍电位信号，Tk是节拍脉冲信号，Bj表示来自执行部件的反馈信息，是状态条件信号。
在TEC-8实验系统中，节拍脉冲信号Tk，（T1~T3）已经直接输送给数据通路。
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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课程名称：计算机系统结构实验名称：代码优化实验班级：09211311
姓名：schnee
学号：
日期：2012年4月20日
目录
1.实验目的 (3)
2.实验原理 (3)
3.优化程序代码清单及注释说明 (3)
4.实验分析 (4)
观察程序中出现的数据/结构/控制相关，指出程序中出现上述现象的指令组合。
(4)
考察增加浮点运算部件对性能的影响。
(5)
考察增加FORWARD部件对性能的影响。
(5)
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。
(6)
5.实验心得和总结 (6)
1.实验目的
学习简单编译优化方法，观察采用编译优化方法所带来的性能的提高。
2.实验原理
采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序。
3.优化程序代码清单及注释说明
1..data
2.VectorLength: .word 16
3.Vector1: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16
4.Vector2: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16
5.Printf1: .asciiz "Vector ="
6.Printf2: .asciiz " %f"
7..align 2
8.PrintPrompt: .word Printf1
9.PrintPar: . word Printf2
10.Result: .space 4
11..text
12.main: ;**** Print prompt "Vector ="
13.addi r14,r0,PrintPrompt
14.trap 5
15. addi r2,r0,0 ;调换两行代码，
;提前写入R2以减少下面语句的相关16.lw r20,VectorLength
17.Loop:
18.ld f10,Vector1(r2)
19.ld f12,Vector2(r2)
20.addi r2,r2,4 ;r2地址加4个字节，
;相当于寻找下一个元素
;将下面的句子1移动到此处
21.cvti2d f0,f10 ;把int型改为double D0(f0:f1)
22.cvti2d f2,f12 ;把int型改为double D1(f2:f3)
23.subi r20,r20,1 ;r20值设为16，此处-1以循环16次
;此处是将下面的句子2移动到此处24. addd f4,f2,f0 ;add D2=D0+D1
;**** Finish,write result into stdout
25.sd Result,f4
26.addi r14,r0,PrintPar
27.trap 5
28.;addi r2,r2,4 ;句子1
29.;subi r20,r20,1 ;句子2
30. bnez r20,Loop
;**** End
31.trap 0
4.实验分析
这个实验的优化思路在于：
1、根据原先实验3中实验分
析1）中关于相关性的分析来找出
代码中的相关性，
2、对其中具有相关性的指令，
通过把无关紧要的代码提前或者
拖后至相关性语句之间，以此来
减少甚至消除数据相关性所造成
的stall带来的效率低下。
观察程序中出现的数据/结构/控
制相关，指出程序中出现上述现
象的指令组合。
(FORWARD技术关闭，浮点运
算部件各一个，延迟为4)
Cvti2d f2,f12
Subi r20,r20,0x1
Addd f4,f2,f0 ; RAW相关
Sd Result(r0),f4 ; RAW相关
和优化之前相比，总花费时钟
周期为348（优化前为413），总执行指令数为181（不变），RAW相关：97 stalls （优化前为162 stalls），WAW相关：0 stall，结构相关：0 stall，控制相关：15 stalls （不变）。
可得出优化后效率提高了约15.7%，作用明显。
考察增加浮点运算部件对性能的影响。
（FORWARD技术关闭，浮点运
算部件各两个，延迟为4）
总花费时钟周期：348（不变），
总执行指令数：181（不变），RAW
相关：97 stalls（不变），WAW相关：
0 stall（不变），结构相关：0 stall（不
变），控制相关：15 stalls（不变）
虽然增加浮点运算器，但系统性
能并未提升。
究其原因在于程序中
不存在结构相关，所以添加运算部
件后不能提升其性能。
考察增加FORWARD部件对性能的
影响。
（FORWARD技术打开，浮点运
算部件各一个，延迟为4）
总花费时钟周期：299（优化后
不使用FORWARD技术为348，优化
前使用FORWARD技术时结果是315），总执行指令数：181，RAW相关：48 stalls （优化后不使用FORWARD技术为97，优化前使用FORWARD技术时结果是64 stalls），WAW相关：0 stall，结构相关：0 stall，控制相关：15 stalls（不变）再开启FORWARD技术之后，RAW相关大量减少，但是静态代码优化的作用依然明显，比之前未开启效果要好上约15.0%，比使用FORWARD技术的未优化代码仍要好上约5.0%。
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。
（FORWARD技术关闭，浮点运算部件各一个，延迟为4）
转移成功的例子：
转移不成功的例子：
若转移成功，则原先读入的指令全部作废，重新从转移成功处读入指令,执行效率低下.
若转移不成功，则对流水线的效率没有影响。
统计结果转移成功与否各占50%。
5.实验心得和总结
此次实验，我对实验二中的代码进行了优化，对WINDLX有了进一步的了解。
现在，我对在DLX环境下编程等使用都已经比较熟练，并且掌握了代码优化的基本过程与原理。
我还认识到在进行代码优化的过程中，最重要的就是分析相关性。
实验中，流水线的效率的提高让我们看到了代码优化带来的巨大效果，让我了解了代码优化的好处以及对代码优化的掌握运用。