计算机系统结构实验3预习报告

计算机系统结构实验

实验3、指令调度和延迟分支

（预习报告）

姓名：

学号：

班级：

大连理工大学实验预习报告

学院：______________________专业:_______________________班级:_____________________

姓名：______________________学号:_______________________

实验时间：__________________实验室：__________________实验台：__________________

指导老师签字：_________________________________________成绩：____________________

实验目的：

加深对指令调度技术的理解。加深对延迟分支技术的理解。熟练掌握用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法。进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进。进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进

实验平台：

指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim

资料准备：

什么是指令调度？

为了减少停顿，对于无法使用定向技术解决的数据冲突，可以通过在编译时让编译器重新组织指令顺序来消除冲突，这种技术称为指令调度或流水线调度。

实际上，各种冲突都有可能用指令调度来解决。下面通过一个例子进一步说明。考虑一下表达式：A=B+C；

D=E-F。

表左边是这两个表达式编译后所形成的代码。

DADD Ra、Rb、Rc与LD Rc、C之间存在数据冲突；

DSUB Rd、Re、Rf与LD Rf、F之间也是数据冲突。

为了保证流水线能正确执行调度前的指令序列，必须在指令的执行过程中插入两个停顿周期（分别在DADD和DSUB执行之前）。调度后的指令序列中，增大了DADD和DSUB指令与LD指令的距离。通过采用定向技术，可以消除数据冲突，因而不必在执行过程中插入停顿周期。

什么是指令延迟？

在流水线中，控制冲突可能会比数据冲突造成更多的性能损失，所以控制冲突同样需要得到很好的处理。执行分支指令的结果有两种，一种是分支“成功”，PC值改变为分支转移的目标地址。另一种是“失败”，这是PC的值保持正常递增，指向顺序的下一条指令。对分支指令“成功”的情况来说，在条件判定和转移地址计算都完成之后，才改变PC值。

处理分支指令最简单的方法是“冻结”或“排空“流水线。即一旦在流水线的译码段ID检测到分支指令，就暂停其后指令的取指令，直到分支指令，确定是否成功并计算出新的PC值为止。这种方法简单，但给流水线带来了一个时钟周期的延迟（称为分支延迟）。

为了减少分支延迟，可以采用延迟分支技术。

这种技术的主要思想是从逻辑上“延长“分支指令的执行时间，把延迟分支看成由原来的分支指令和若干个延迟槽构成。不管分支是否成功，都要按顺序执行延迟槽中的指令。MIPSsim模拟器的延迟槽

的数量为1个。即：

分支指令

延迟槽

后续指令

在这种情况下，只要分支延迟槽中的指令是有用的，流水线就不会出现停顿，此时延迟分支的方法能够很好地减少分支延迟。

●另一种调度方法

放入延迟槽中的指令是由编译器来进行选择的。实际上延迟分支能否带来好处

完全取决于编译器能否把有用的指令调度到延迟槽中。这也是一种指令调度技

术。常用的调度方法的有3种：从前调度、从目标处调度和从失败出调度。从

前调度是把位于分支指令之前的一条独立的指令移到延迟槽。当无法采用从前

调度时，就采用另两种调度。

●从目标出调度

从目标处调度是指把目标处的指令复制到延迟槽，同时还要修改分支指令的目标

地址。之所以是复制而不是直接转移，是因为从别的路径可能也要执行该指令。

从目标处调度实际上是猜测了分支是成功的。所以当分支成功概率比较高时（例

如循环转移），采用这种方法比较好；否则采用从失败处调度比较好。

注意：

当猜测错误时，要保证从目标处调度和从失败处调度中调度到延迟槽中的指令执

行不会影响程序的正确性。在这两种指令序列中，由于分支指令是使用R1来判

断的，所有不能把产生R1值的DADD指令调度到延迟槽。

实验内容和步骤:

1、启动MIPSsim。

2、根据前面的相关知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。

3、选择“配置”->“流水方式”选项，使模拟器工作于流水方式下。

4、用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。

（1）启动MIPSsim。

（2）加载schedule.s。

（4）执行所载入的程序。通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数、发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。

（5）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。将调度后的程序存到after-schedule.s中。（6）载入after-schedule.s。

（7）执行该程序。观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数。

（8）根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高CPU性能的作用。

5、用延迟分支减少分支指令对性能的影响。

（1）启动MIPSsim。

（2）载入branch.s。

（3）关闭延迟分支功能。

（4）执行该程序。观察并记录发生分支延迟的时刻。

（5）记录执行该程序所用的总时钟周期数。

（6）假设延迟槽有1个，对branch.s进行指令调度，然后保存到“delayed-branch.s”中。（7）载入delayed-branch.s。

（8）打开延迟分支功能。

（9）执行该程序。观察其时钟周期图。

（10）记录执行该程序所用的总时钟周期数。

（11）对比上述两种情况下的时钟周期图。

（12）根据记录结果，比较没采用延迟分支和采用了延迟分支的性能之间的不同。论述延迟分支对于提高CPU性能的作用。

计算机体系结构实验报告二

实验二结构相关 一、实验目得: 通过本实验,加深对结构相关得理解,了解结构相关对CPU性能得影响。 二、实验内容: 1、用WinDLX模拟器运行程序structure_d、s 。 2、通过模拟,找出存在结构相关得指令对以及导致结构相关得部件。 3、记录由结构相关引起得暂停时钟周期数,计算暂停时钟周期数占总执行 周期数得百分比。 4、论述结构相关对CPU性能得影响,讨论解决结构相关得方法。 三、实验程序structure_d、s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ;浮点运算,两个周期,结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; < A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ;条件跳转 TRAP #0 ;; Exit < this is a ment !! A: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: 、double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 四、实验过程 打开软件,load structure_d、s文件,进行单步运行。经过分析,此程序一 次循环中共有五次结构相关。(Rstall 数据相关Stall 结构相关) 1)第一个结构相关:addd f2,,f0,f2 由于前面得数据相关,导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段,所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关,导致相关得部件:译码部件。

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 将和加载至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。 图 6 指令流水线 }

数据库上机实验7实验报告

上机实验七——视图的建立及操作 一、实习目的： 掌握创建、删除、和查询视图的方法，验证可更新视图和不可更新视图。 二、实习准备： 1.复习第三章3.6节视图 2. 完成习题三第16题中的各项操作的SQL语句。 3.了解可更新视图和不课更新视图 三、实习内容：验证习题三第16题中的各项操作的SQL语句。 ①建立01311班选修了1号课程的学生视图Stu_01311_1 CREATE VIEW Stu_01311_1 AS SELECT * FROM Grade WHERE Cno='1'AND Sno in( SELECT Sno FROM Student WHERE Clno='01311') WITH CHECK OPTION ②建立01311班选修了1号课程并且成绩不及格的学生视图Stu_01311_2 CREATE VIEW Stu_01311_2 AS SELECT * FROM Grade

WHERE Cno='1'AND Gmark<60 AND Sno in( SELECT Sno FROM Student WHERE Clno='01311') WITH CHECK OPTION ③建立视图Stu_year，由学生学号、姓名、出生年份组成 CREATE VIEW Stu_year AS SELECT Sno,Sname,year=2001-Sage FROM Student ④查询1990年以后出生的学生姓名 SELECT Sname FROM Student WHERE 2001-Sage<1990; ⑤查询01311班选修了1号课程并且成绩不及格的学生的学号、姓名、出生年份SELECT Sno,Sname,2014-Sage FROM Student WHERE Clno=01311 AND EXISTS(

C实验报告7参考答案

《高级语言程序设计》实验报告班级：学号：姓名：成绩： 实验7 函数程序设计 一、实验目的 1．掌握函数定义的方法。 2．掌握函数实参与形参的传递方式。 3．掌握函数的嵌套调用和递归调用的方法。 4．了解全局变量和局部变量、动态变量、静态变量的概念和使用方法。 二、实验内容 1 （1）下列sub函数的功能为：将s所指字符串的反序和正序进行连接形成一个新串放在t所指的数组中。例如，当s所指字符串的内容为“ABCD”时，t所指数组中的内容为“DCBAABCD”。纠正程序中存在的错误，以实现其功能。程序以文件名存盘。 #include <> #include <> void sub( char s[], char t[] ) { int i, d; d=strlen( s ); for( i=1; i< d ; i++ ) for( i=0; i< d ; i++ ) t[i]=s[d-1-i] ; for( i=0; i #include<> #define ARR_SIZE = 80; #define ARR_SIZE 80 void Inverse(char str[]) void Inverse(char str[]);

数据库实验报告记录7

数据库实验报告记录7

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

《数据库原理》实验报告 题目：实验七事务与并发控制学号姓名班级日期Xxxx Xx Xxx 2016.11.10 一. 实验内容、步骤以及结果 假设学校允许学生将银行卡和校园卡进行绑定，在 student 数据库中有如下的基本表，其中校园卡编号 cardid 即为学生的学号： icbc_card(studcardid,icbcid,balance) //校园卡 ID，工行卡 ID，银行卡余额 campus_card(studcardid,balance) //校园卡 ID，校园卡余额数据创建的代码：

1.编写一个事务处理(begin tran)实现如下的操作：某学号为20150032的学生要从银 行卡中转账200元到校园卡中，若中间出现故障则进行rollback。（15分） 修改后的结果： 2.针对本题的数据库和表，分别用具体的例子展现四种数据不一致问题：丢失修改、 读脏数据、不可重复读和幻读(删除和插入)。（40分，每种数据不一致10分） 丢失修改： --事务一： begin tran declare @balance decimal(10,2) select @balance=balance from campus_card where studcardid='20150033' waitfor delay'00:00:05' set @balance=@balance-10 update campus_card set balance=@balance where studcardid='20150033' commit tran go select balance from campus_card where studcardid='20150033'

matlab实验报告

MATLAB 数学实验报告 指导老师： 班级： 小组成员： 时间：201_/_/_

Matlab 第二次实验报告 小组成员： 1 题目：实验四，MATLAB 选择结构与应用实验 目的：掌握if 选择结构与程序流程控制，重点掌握break，return , pause语句的应用。 问题：问题1：验证“哥德巴赫猜想” ，即：任何一个正偶数（n>=6）均可表示为两个质数的和。要求编制一个函数程序，输入一个正偶数，返回两个质数的和。 问题分析：由用户输入一个大于6 的偶数，由input 语句实现。由if 判断语句判断是否输入的数据符合条件。再引用质数判断函数来找出两个质数，再向屏幕输出两个质数即可。 编程：function [z1,z2]=gede(n); n=input('please input n')

if n<6 disp('data error'); return end if mod(n,2)==0 for i=2:n/2 k=0; for j=2:sqrt(i) if mod(i,j)==0 k=k+1; end end for j=2:sqrt(n-i) if mod(n-i,j)==0 k=k+1; end end if k==0 fprintf('two numbers are') fprintf('%.0f,%.0f',i,n- i) break end

end end 结果分析 如上图，用户输入了大于6的偶数返回两个质数5和31,通过 不断试验，即可验证哥德巴赫猜想。 纪录：if判断语句与for循环语句联合嵌套使用可使程序结构更加明晰，更快的解决问题。 2题目：实验四，MATLAB选择结构与应用实验 目的：用matlab联系生活实际，解决一些生活中常见的实际问 题。

计算机系统结构实验报告

计算机系统结构实验报告 一．流水线中的相关 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。 实验平台： WinDLX模拟器 实验内容和步骤： 1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序： 求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 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。 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。 3. 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中Enable Forwarding选项前的勾选符），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。 在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 1. 求阶乘程序 用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准 输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。 该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。 实验结果： 在载入fact.s和input.s之后，不设置任何断点运行。 a.不采用重新定向技术，我们得到的结果

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。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 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。实验三DLX处理器程序设计 .................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 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。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 A.向量加法代码及性能分析 ................................................... 错误!未定义书签。 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 .............................. 错误!未定义书签。 ·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。实验四代码优化 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会........................................................... 错误!未定义书签。实验五循环展开 ....................................................................... 错误!未定义书签。 ·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。 ·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验原理................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。 ·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。 矩阵乘程序代码清单及注释说明........................................... 错误!未定义书签。 相关性分析结果........................................................................... 错误!未定义书签。 增加浮点运算部件对性能的影响........................................... 错误!未定义书签。 增加forward部件对性能的影响 ............................................ 错误!未定义书签。 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 .. 错误!未定义书签。 ·实验总结+实习体会+课程建议......................................... 错误!未定义书签。

计算机系统结构实验1预习报告

计算机系统结构实验 实验1：MIPS指令系统和MIPS体系结构 （预习报告） 姓名： 学号： 班级：

大连理工大学实验预习报告 学院：______________________专业:_______________________班级:_____________________ 姓名：______________________学号:_______________________ 实验时间：__________________实验室：__________________实验台：__________________ 指导老师签字：_________________________________________成绩：____________________ 实验目的： 了解熟悉MIPSsim模拟器； 熟悉MIPS指令系统及其特点； 熟悉MIPS体系结构 实验平台： 指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim 资料准备： MIPS64指令系统介绍 1.MIPS的寄存器 32个64位通用寄存器（GPRs整数寄存器）：R0-R31。R0的值永远是0。 32个64位浮点数寄存器FPRs：F0-F31。它们可以存放32个单精度浮点数（32位），也可以存放32个双精度浮点数（64位）。 MIPS提供了单精度和双精度操作的指令，而且还提供了在FPRs和GPRs之间传送数据的指令。2.MIPS的数据表示

整数：字节（8位）、半字（16位）、字（32位）和双字（64位）。 浮点数：单精度浮点数（32位）和双精度浮点数（64位）。 MIPS64的操作是针对64位整数以及32位或64位浮点数进行的。字节、半字或字在装入64位寄存器时，用零扩展或者用符号位扩展来填充该寄存器的剩余部分。装入以后，对它们按照64位整数的方式进行运算。 3.MIPS的数据寻址方式 MIPS的数据寻址方式只有立即数寻址和偏移量寻址两种，立即数字段和偏移量字段都是16位。 寄存器间接寻址是通过把0作为偏移量来实现的，16位绝对寻址是通过把R0作为基址寄存器来完成的。 MIPS的存储器是按字节寻址的，地址是64位。由于MIPS是load-store结构，寄存器和存储器之间的数据传送都是通过load指令和store指令来完成的。所有存储器访问都必须边界对齐。 4.MIPS的指令格式 指令格式简单，其中操作码6位。按不同类型的指令设置不同的格式，共有3种格式，分别对应I指令、R指令和J指令。在这3种格式中，同名字段的位置固定不变。 I类指令 包括所有的load和store指令、立即数指令、分支指令、寄存器跳转指令、寄存器链接跳转指令。其中立即数字段位16位，用于提供立即数或偏移量。 1）load指令 2）store指令 3）立即数指令 4）分支指令 5）寄存器跳转、寄存器跳转并链接

数据库实验七实验报告

一．实验目的 熟练掌握SQL Server中变量、数据类型和表达式的定义和使用，掌握Transact—SQL中常用系统函数的使用，掌握流程控制语句和结构化程序设计方法，掌握分行处理表中记录机制以及利用游标对数据进行查询、修改和删除的方法。 二．实验准备 1．物理准备：安装了SQL sever的计算机一台，连接服务器；2．实验指导书：《数据库技术与应用》蓝皮书； 3．理论准备：掌握以下基础知识： （1）T ransact—SQL中变量、数据类型和表达式的使用。 （2）T ransact—SQL中常用系统函数的使用。 （3）利用程序控制语句实现结构化程序设计。 （4）利用游标分行处理机制实现数据的定位、查询、修改和删除三．实验题目 （1）定义局部变量@max，@min接收学生表studinfo中的最大出生日期和最小出生日期的查询结果。 实验过程：编写Transact—SQL语句 declare @max char(30),@min char(30) select @max=max(出生日期) , @min=min(出生日期) from student_xuesheng select @max as 最大,@min as 最小 运行结果：

（2）在学生表studinfo中增加一个字段，利用系统函数与出生日期信息计算每个同学的年龄。 实验过程：编写Transact—SQL语句 分析：先增加年龄字段，再将函数运算之后的年龄添加进去 --alter table student_xuesheng --add 年龄 int --GO if exists(select 出生日期 from student_xuesheng where 出生日期 is not null) begin update student_xuesheng set 年龄=year(getdate())-year(出生日期) end 运行结果：

计算机体系结构实验报告二

实验二结构相关 一、实验目的： 通过本实验，加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响。 二、实验内容： 1. 用WinDLX模拟器运行程序structure_d.s 。 2. 通过模拟，找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件。 3. 记录由结构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。 4. 论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。 三、实验程序structure_d.s LHI R2, (A>>16)&0xFFFF 数据相关 ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B>>16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) LD F4, 0(R3) ADDD F0, F0, F4 ；浮点运算，两个周期，结构相关 ADDD F2, F0, F2 ; <- A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop ；条件跳转 TRAP #0 ;; Exit <- this is a comment !! A: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 B: .double 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

四、实验过程 打开软件，load structure_d.s文件，进行单步运行。经过分析，此程序一 次循环中共有五次结构相关。（R-stall 数据相关Stall- 结构相关） 1)第一个结构相关：addd f2,,f0,f2 由于前面的数据相关，导致上一条指令addd f0,f0,f4暂停在ID阶段，所以下一条指令addd f2,,f0,f2发生结构相关，导致相关的部件：译码部件。 2)第二个结构相关：ADDI R2, R2, #8，与第一个结构相关类似。由于数据相关， 上一条指令暂停在ID阶段，所以导致下一条指令发生结构相关。

实验七-实验报告

实验七：超声化学法制备纳米多孔氧化物及其电化学性能研究专业：材料物理姓名：许航学号：141190093 一、实验内容与目的 1、学习超声化学反应的基本原理，熟悉反应装置的构成； 2、通过与其他方法比较，了解超声化学法在多孔纳米材料制备方面的优缺点； 3、学习超声化学法制备多孔金属氧化物的实验步骤，了解多孔纳米材料的表征方法； 4、学习电化学工作原理，掌握电容测试方法，熟悉超级电容器常用的金属氧化物材料。 二、实验原理 超声化学主要源于声空化导致液体中微小气泡形成、振荡、生长收缩与崩裂及其引起的物理、化学效应。液体声空化是集中声场能量并迅速释放的过程，空化泡崩裂时，在极短时间和空化极小空间内，产生5000K以上的高温和约5.05×108Pa的高压，速度变化率高达1010K/s，并伴有强烈的冲击波和时速高达400km的微射流生成，使碰撞密度高达1.5kg/s；空化气泡的寿命约0.1μs，它在爆炸时释放出巨大的能量，冷却速率可达109K/s。这为一般条件下难以或不能实现的化学反应提供了一种特殊的环境。这些极端条件足以使有机物、无机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧和热分解条件，促进非均相界面之间搅动和相界面的更新，极大提高非均相反应的速率，实现非均相反应物间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进固体新相的生成，并控制颗粒的尺寸和分布。通过将超声探头浸入反应溶液中就可将超声波引入到一个有良好控温范围的反应系统。利用超声来使反应体系中的物质得到充分的反应，从而制备出颗粒分布、大小尺寸均匀的纳米多孔氧化物。

三、实验数据及处理 1.循环伏安曲线 在恒定扫描速率下，伏安特性曲线为闭合曲线，且扫描速率越快，围成的图形面积越大。 2.恒流充放电电压-时间曲线 曲线包括充电和放电两个过程，设定电压从0V充到0.6V，再放电到0V。随着充电电流的增加，充放电总时间增长，曲线的峰点向时间增加的方向移动。

大连理工大学计算机系统结构实验-实验四

大连理工大学实验报告计算机系统结构实验 实验四Cache性能分析 学院（系）：电子信息与电气工程学部专业：计算机科学与技术 学生姓名： 班级： 学号： 大连理工大学 Dalian University of Technology

实验四Cache性能分析 一、实验目的和要求 （1）加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解。 （2）掌握Cache容量、相联度、块大小对Cache性能的影响。 （3）掌握降低Cache不命中率的各种方法以及这些方法对提高Cache性能的好处。 （4）理解LRU与随机法的基本思想以及它们对Cache性能的影响。 二、实验步骤与操作方法 1、Cache容量对不命中率的影响。 （1）启动MyCache。 （2）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。 （3）选择一个地址流文件。方法：选择“访问地址”—>“地址流文件”选项，然后单击“浏览”按钮，从本模拟器所在文件夹下的“地址流”文件夹中选取。 （4）选择不同的Cache容量，包括2KB、4KB、8KB、16KB、32KB、64KB、128KB和256KB。分别执行模拟器（单击“执行到底”按钮即可执行），然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表不同容量下Cache的不命中率 （5）以容量为横坐标，画出不命中率随Cache容量变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。

（6）根据该模拟结果，你能得出什么结论？ 答：随着Cache容量的增大，不命中率降低，但是降低的幅度由较大差别，Cache容 量足够大以后，不命中率降到一定程度以后，降低效果不再明显。 2．相联度对不命中率的影响 （1）用鼠标单击“复位”按钮，把各参数设置为默认值。此时的Cache容量为64KB。 （2）选择一个地址流文件。 （3）选择不同的Cache相联度，包括2路、4路、8路、16路和32路。分别执行模拟器，然后在下表中记录各种情况下的不命中率。 表当容量为64KB时，不同相联度下Cache的不命中率 （4）把Cache的容量设置为256KB，重复（3）的工作，并填写下表。 表当容量为256KB时，不同相联度下Cache的不命中率 （5）以相联度为横坐标，画出在64KB和256KB的情况下不命中率随Cache相联度变化而变化的曲线，并指明地址流文件名。

计算机系统结构实验教程

实验一流水线及流水线中的冲突 实验目的 1.加深对计算机流水线基本概念的理解； 2.理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作； 3.加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响； 4.进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。 5.加深对指令调度和延迟分支技术的理解； 6.熟练掌握用指令调度技术来解决流水线中的数据冲突的方法； 7.进一步理解指令调度技术和延迟分支技术对CPU性能的改进。 实验平台 指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim， 实验内容和步骤 首先要掌握MIPSsim模拟器的使用方法。 一、流水线及流水线中的冲突观察 1. 启动MIPSsim。 2．根据预备知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。（用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容） 3. 熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。 可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一个周期、执行多个周期、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。 4. 勾选配置菜单中的“流水方式”，使模拟器工作于流水方式下。 5．观察程序在流水线中的执行情况，步骤如下： (1)用MIPSsim的“文件”菜单中的“载入程序”来加载pipeline.s（在模拟器所在文 件夹下的“样例程序”文件夹中）； (2)关闭定向功能。这是通过在“配置”菜单中去选“定向”（即使得该项前面没有“√” 号）来实现的； (3)用单步执行一周期的方式（“执行”菜单中，或用F7）执行该程序，观察每一周 期中，各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况（代码窗口）以及时钟周期 图； (4)当执行到第10个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是： IF： ID：

nachos实验七实验报告

nachos实验报告七 实验题目： Extension of AddrSpace 学号：201200301057 日期：2014-11-29 班级：计软12-3 姓名：高鹏辉 实验目的： 在了解了Nachos 装入并执行单个用户进程的情况后，我们就需要进一步完成用户内存空间的扩充以便多用户程序同时驻留内存，进而使多用户进程并发执行。 硬件环境： Mem:3.9G CPU:Intel? Core?2 Quad CPU Q9500 @ 2.83GHz × 4 Disk:15.5 GB 软件环境： System:ubuntu12.04LST i386 gcc: (Ubuntu 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3 nachos system 实验步骤： 要在Nachos中实现多用户程序同时驻留内存并发执行，首先涉及到Nachos的两个系统调用：Exec()和Exit()。这两个系统调用也是构造父子进程并发执行的基础。假设我们有以下两个用户程序：../test/exec.c和../test/halt.c ../test/halt.c 第65页 用户进程管理设计 1 #include "syscall.h" 2 int 3 main() 4 { 5 Halt() 6 } ../test/exec.c 1 #include "syscall.h" 2 int 3 main() 4 { 5 SpacId pid; 6 pid = Exec("../test/halt.noff");

7 Halt() 8 } 在文件../test/exec.c第5行上的语句Exec是一条Nachos的系统功能调用，它的功能为装入并执行以其参数为名的可执行文件，即创建一个新的用户进程。假设我们先执行../test/exec.noff 程序，则../test/exec.noff 会在它还没有执行结束时又装入并执行另外一个程序halt.noff，并与它同时驻留内存. pageTable[i].physicalPage=usermap-->Find();避免从头开始物理存储覆盖了前一个用户程序的内存内容 利用Nachos在../userprog/bitmap.h 中文件定义的Bitmap类。利用bitmap 记录和申请内存物理帧，使不同的程序装入到不同的物理空间中去，下面是对新的内存分配存储算法，改进了对多个用户程序的同时进驻内存的支持

实验七探究性实验报告—叶脉书签

实验日期 6 月 3 日第 1 组姓名陈博殷学号 073 成绩____________ 实验七探究性实验报告 一、实验题目 “制作叶脉书签” 二、实验主要步骤 1、选材：应选择叶脉粗壮丰富、叶质较厚、大小适中、叶面平整、叶脉的树叶。本实验选用白兰树叶、绿化芒树叶、美丽异木棉树叶、紫荆树叶、鸡蛋花树叶。 2、配液：将碱溶解在适量的水中，配制不同浓度、不同种类的碱液。将硫酸溶液配制到所需浓度。注意安全，千万不要将酸碱液溅到眼睛里。 3、加热：将配好的酸、碱液放在容器中加热。当加热到液体即将沸腾（80℃左右）时候将选好的叶子放入容器里，并不断搅拌。具体加热时间以叶肉容易被刷掉为度，一般在10分钟左右。（如果碱液浓度不大，或者所选的叶子较老则应延长加热时间。）可以过两三分钟取一片子出来观察，直至叶片变成褐色（或叶肉有脱落）。 4、清洗：在自来水水流下冲洗，洗去多余碱液、酸液。 5、刷除叶肉：将叶片放在玻璃板上，加入一层水，把牙刷打斜（与水平面大约成45度角），顺叶脉轻轻地刷净叶肉，刷时注意：只向一个方向刷（绝对不能来回刷），以免将叶脉刷坏。刷时先从背面开始，刷净背面再刷正面，主叶脉边沿处可用敲出法。刷洗干净后放到滤纸（或报纸）上晾干。如果是老树叶，则在刷洗的过程中，会有两层叶脉出现，这时只要将其中品质稍次的一片去除即可。 6、晾干：取出放在阴凉处风干。或者放在废旧书报中吸干。 7、着色：将风干到6 成的叶脉分别放在甲基橙溶液、紫色石蕊试液、品红溶液中着色，后晾干。建议夹在书中，这样既可以吸干水分，又可以成型。 三、实验现象描述与图片记录 1、探究不同酸碱液的腐蚀效果 2、探究不同浓度的NaOH溶液的腐蚀效果

北邮计算机系统结构-WINDLX模拟器实验 报告

实验报告 学院：计算机学院 课程名称：计算机系统结构 实验名称： WINDLX模拟器实验 班级： 姓名： 学号：

实验一 WINDLX模拟器安装及使用 略 实验二指令流水线相关性分析 一．实验类别 验证实验 二．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。 三．实验环境 Windows XP操作系统 WinDLX模拟器 四．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。 （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）（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。 （3）控制相关 定义：控制相关是指因程序执行转移类指令而引起的冲突相关。包括无条件转移、条件转移、子程序调用、中断等，它们属于分支指令，执行中可能改变程序方向，造成流水线断流。 解决方法技术： 1、静态分支技术 静态转移预测技术(猜测法) ； 延迟转移； 提前形成条件码，生成转移目标地址； 改进循环程序； 2、动态分支预测技术 转移历史表BHT； 转移目标缓冲栈（BTB）； 转移目标指令缓冲栈BTIB； 五．实验步骤 （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。 注意：除（2）以外，浮点加、乘、除部件都只有一个；

计算机系统结构实验教程

MIPSsim使用说明 一、启动模拟器 双击MIPSsim.exe，即可启动该模拟器。MIPSsim是在Windows操作系统上运行的程序，它需要用.NET运行环境。如果你的机器没有该环境，请先下载和安装“Microsoft .NET Framework 2.0 版可再发行组件包”。 模拟器启动时，自动将自己初始化为默认状态。所设置的默认值为： ◆所有通用寄存器和浮点寄存器为全0； ◆内存清零； ◆流水寄存器为全0； ◆清空时钟图、断点、统计数据； ◆内存大小为4096字节； ◆载入起始地址为0； ◆浮点加法、乘法、除法部件的个数均为1； ◆浮点加法、乘法、除法运算延迟分别为6、7、10个时钟周期； ◆采用流水方式； ◆不采用定向机制； ◆不采用延迟槽； ◆采用符号地址； ◆采用绝对周期计数。 当模拟器工作在非流水方式下（配置菜单中的“流水方式”前没有“√”号）时，下面叙述中有关流水段的内容都没有意义，应该忽略之。 二、MIPSsim的窗口 在流水方式下，模拟器主界面中共有7个子窗口，它们是：代码窗口、寄存器窗口、流水线窗口、时钟周期图窗口、内存窗口、统计窗口和断点窗口。每一个窗口都可以被收起（变成小图标）、展开、拖动位置和放大/缩小。当要看窗口的全部内容时，可以将其放大到最大。 在非流水方式下，只有代码窗口、寄存器窗口、内存窗口和断点窗口。 1. 代码窗口 代码窗口给出内存中代码的列表，每条指令占一行，按地址顺序排列。每行有5列（当全部显示时）：地址、断点标记、指令的机器码、流水段标记和符号指令。如图2.1所示。

图2.1 代码窗口 图中不同抹色的行代表相应的指令所处的执行段。黄色代表IF段，绿色代表ID段，红色代表EX段，青色代表MEM段，棕色代表WB段。 该窗口中各列的含义如下： ◆地址：以16进制的形式给出。内存是按字节寻址的，每条指令占4个字节。当采用 符号地址时，会在相应的位置给出汇编程序中出现的标号。 ◆断点标记：如果在该指令处设有断点，则显示相应的标记。断点标记的形式为B.X （X为段名），表示该断点是设置在该指令的“X”段。例如，若某行的断点标记为“B.EX”，则表示在该指令的EX段设置了断点。 当模拟器工作在非流水方式下时，断点的标记为B。 ◆机器码：该行所对应的指令的十六进制机器码。若该行无指令，则仅仅显示4字节 数据； ◆流水段标记：表示当该指令正在执行时，它在当前周期该指令所处的流水段。当模 拟器工作在非流水方式下时，它没有意义。 ◆符号指令：机器代码所对应的符号指令。 在该窗口中选中某行（用鼠标左键单击），然后再点击鼠标右键，就会弹出菜单：设置断点，清除断点，它们分别用于在所选指令处设置断点和清除断点。 ●设置断点 选择（点击）要设断点的指令→点击右键→“设置断点”，弹出“设置断点”小对话框，在“段”的下拉框中选择断点所在的流水段（在非流水方式下，不存在该下拉框），单击“确定”即可。 ●清除断点 选择（点击）指令→点击右键→“清除断点”，则设置在该指令处的断点被删除。