系统结构实验报告
计算机系统结构实验报告
实验一流水线的相关
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：
一.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。
1、求阶乘程序fact.s
（1）分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序
图1.1.1 求阶乘程序fact.s运行统计数据步进方式运行
图1.1.2 求阶乘程序fact.s运行统计数据连续方式运行
（2）数据统计
图1.1.4 求阶乘程序fact.s运行统计数据
图1.1.5 求阶乘程序fact.s流水线执行情况
图1.1.6 求阶乘程序fact.s寄存器使用情况2、求最大公倍数程序gcm.s
图1.2.1 求最大公倍数程序gcm.s运行统计数据
图1.2.2 求最大公倍数程序gcm.s流水线执行情况
图1.2.3 求最大公倍数程序gcm.s寄存器使用情况
3、求素数程序prim.s
图1.3.1 求素数程序prim.s运行统计数据
图1.3.2 求素数程序prim.s流水线执行情况
图1.3.3 求素数程序prim.s寄存器使用情况
二、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。
图1.4.1 程序structure_d.s流水线执行过程
其中，有如下几种情况，产生了资源相关：
（1）
导致资源相关的部件：浮点数寄存器f4
addd f0,f0,f4 指令在译码阶段ID停滞1周期
（2）
导致资源相关的部件：ALU
addi r2,r2,0x8 指令在执行阶段intEX停滞1周期
图1.4.2 程序structure_d.s运行统计信息
由资源相关引起的暂停周期数为：30
总执行周期数为：139
暂停周期数占总执行周期数的百分比：21.58%
分析：资源相关使相关指令在流水线上停滞，降低了执行效率。
解决方法：在合理的指令调度范围内，尽量避免执行重复的指令。尽量避免同一寄存器的频繁使用，若无法避免，则使用寄存器换名的方法。
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。
图1.5.1 不采用定向技术，程序data_d.s运行统计信息
由数据相关引起的暂停时钟周期数为：104
总执行周期数为：202
暂停周期数占总执行周期数的百分比：51.48%
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。
图1.5.2 采用定向技术，程序data_d.s运行统计信息
由数据相关引起的暂停时钟周期数为：30
总执行周期数为：128
暂停周期数占总执行周期数的百分比：23.44%
通过这两个统计可以发现，在使用定向技术下运行程序指令将大幅降低数据相关发生的次数，这大幅提升了CPU的性能。
实验二循环展开及指令调度
实验目的：
1. 加深对循环级并行性、指令调度技术、循环展开技术以及寄存器换名技术的理解；
2. 熟悉用指令调度技术来解决流水线中的数据相关的方法；
3. 了解循环展开、指令调度等技术对CPU性能的改进。
实验平台：
WinDLX模拟器
实验内容和步骤：
1．用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关
（1）用DLX汇编语言编写代码文件*.s，程序中应包括数据相关与结构相关（假设：加法﹑乘法﹑除法部件各有2个，延迟时间都是3个时钟周期）程序代码：
.data
.global ONE
ONE: .word 1
.text
.global main
main:
lf f1,ONE
cvti2f f7,f1
nop
divf f1,f8,f7
divf f2,f1,f7
divf f13,f2,f7
divf f10,f3,f7
addf f5,f12,f7
addf f3,f1,f2
multf f6,f4,f5
Finish:
trap 0
（2）通过Configuration菜单中的“Floating point stages”选项，把加法﹑乘法﹑除法部件的个数设置为2个，把延迟都设置为3个时钟周期；
图2.1.1 设置运算器数量及时钟周期
（3）用WinDLX运行程序。记录程序执行过程中各种相关发生的次数、发生相关的指令组合，以及程序执行的总时钟周期数；
图2.1.2 程序执行统计信息
如图，程序总共执行了23个时钟周期，共有12个时钟周期的系统停滞。
经分析，程序执行过程中出现了结构相关：
图2.1.3 流水线执行情况
如图，在时钟周期-11、-12时，指令divf f13,f2,f7需要在其执行阶段使用除法运算器，而此时两个除法运算器都在使用中，故产生了器件冲突，结构相关导致该指令在译码阶段停滞2个时钟周期。
（4）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关；
通过指令调度，程序的执行顺序调整为：
.data
.global ONE
ONE: .word 1
.text
.global main
main:
lf f1,ONE
cvti2f f7,f1
nop
divf f1,f8,f7
addf f5,f12,f7
multf f6,f4,f5
divf f2,f1,f7
divf f10,f3,f7
addf f3,f1,f2
divf f13,f2,f7
Finish:
trap 0
（5）用WinDLX运行调度后的程序，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；
图2.1.4 指令调度后，程序执行统计信息
图2.1.5 指令调度后，流水线执行情况
可见，执行总周期数为21，由于器件冲突产生的结构相关已经部分消除。
指令调度后，CPU运行周期是调度前的21/23=0.91倍。
2. 用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能
（1）用DLX汇编语言编写代码文件*.s，程序中包含一个循环次数为4的整数倍的简单循环；
程序代码：
.data
x: .word 1
i: .word 4
.text
.global main
main: lf f1,x
lf f9,i
movf f5,f1
Loop:eqf f9,f0
bfpt Finish
addf f0,f0,f1
divf f3,f4,f5
j Loop
Finish:
trap 0
（2）用WinDLX运行该程序。记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；
图2.2.1 程序执行统计情况
总计执行周期：38
总计停滞周期：7
图2.2.2 流水线执行情况
（3）将循环展开3次，将4个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度；
展开后的程序代码：
.data
x: .word 1
i: .word 4
.text
.global main
main: lf f1,x
lf f9,i
movf f5,f1
divf f3,f4,f5
divf f3,f4,f5
divf f3,f4,f5
divf f3,f4,f5
trap 0
（4）用WinDLX运行修改后的程序，记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；
图2.2.3 循环展开后，程序执行统计情况
总计执行周期：20
总计停滞周期：13
图2.2.4 循环展开后后，流水线执行情况
可见，在相同器件的情况下，指令调度对于提高CPU性能的意义非常重大。
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。
操作系统实验报告一
重庆大学 学生实验报告 实验课程名称操作系统原理 开课实验室DS1501 学院软件学院年级2013专业班软件工程2 班学生姓名胡其友学号20131802 开课时间2015至2016学年第一学期 总成绩 教师签名洪明坚 软件学院制
《操作系统原理》实验报告 开课实验室：年月日学院软件学院年级、专业、班2013级软件工 程2班 姓名胡其友成绩 课程名称操作系统原理 实验项目 名称 指导教师洪明坚 教师 评语教师签名：洪明坚年月日 1．实验目的： ?进入实验环境 –双击expenv/setvars.bat ?检出（checkout）EPOS的源代码 –svn checkout https://www.sodocs.net/doc/3916004202.html,/svn/epos ?编译及运行 –cd epos/app –make run ?清除所有的临时文件 –make clean ?调试 –make debug ?在“Bochs Enhanced Debugger”中，输入“quit”退出调试 –调试指令，请看附录A 2．实验内容： ?编写系统调用“time_t time(time_t *loc)” –功能描述 ?返回从格林尼治时间1970年1月1日午夜起所经过的秒数。如果指针loc 非NULL，则返回值也被填到loc所指向的内存位置 –数据类型time_t其实就是long ?typedef long time_t; 3．实验步骤： ?Kernel space –K1、在machdep.c中，编写系统调用的实现函数“time_t sys_time()”，计算用户秒数。需要用到 ?变量g_startup_time，它记录了EPOS启动时，距离格林尼治时间1970年1午夜的秒数 ?变量g_timer_ticks
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告
【精品实验报告】软件体系结构设计模式实验报告软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名: 所在学院: 学生学号: 学生班级: 指导老师: 完成日期: 一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现组合模式、外观模式、代理模式、观察者模式和策略模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 组合模式 使用组合模式设计一个杀毒软件(AntiVirus)的框架，该软件既可以对某个文件夹(Folder)杀毒，也可以对某个指定的文件(File)进行杀毒，文件种类包括文本文件TextFile、图片文件ImageFile、视频文件VideoFile。绘制类图并编程模拟实现。 (2) 组合模式 某教育机构组织结构如下图所示: 北京总部 教务办公室湖南分校行政办公室 教务办公室长沙教学点湘潭教学点行政办公室
教务办公室行政办公室教务办公室行政办公室 在该教育机构的OA系统中可以给各级办公室下发公文，现采用 组合模式设计该机构的组织结构，绘制相应的类图并编程模拟实现，在客户端代码中模拟下发公文。(注:可以定义一个办公室类为抽象叶子构件类，再将教务办公室和行政办公室作为其子类;可以定义一个教学机构类为抽象容器构件类，将总部、分校和教学点作为其子类。) (3) 外观模式 某系统需要提供一个文件加密模块，加密流程包括三个操作，分别是读取源文件、加密、保存加密之后的文件。读取文件和保存文件使用流来实现，这三个操作相对独立，其业务代码封装在三个不同的类中。现在需要提供一个统一的加密外观类，用户可以直接使用该加密外观类完成文件的读取、加密和保存三个操作，而不需要与每一个类进行交互，使用外观模式设计该加密模块，要求编程模拟实现。参考类图如下: reader = new FileReader();EncryptFacadecipher = new CipherMachine();writer = new FileWriter();-reader: FileReader-cipher: CipherMachine-writer: FileWriter +EncryptFacade () +fileEncrypt (String fileNameSrc,: voidString plainStr=reader.read(fileNameSrc); String fileNameDes)String
(完整版)操作系统基础知识点详细概括
第一章： 1. 什么是操作系统？OS的基本特性是？主要功能是什么 OS是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理组织计算机工作原理以及方程用户的功能的集合。特性是：具有并发，共享，虚拟，异步的功能，其中最基本的是并发和共享。主要功能：处理机管理，存储器管理，设备管理，文件管理，提供用户接口。 2. 操作系统的目标是什么？作用是什么？ 目标是：有效性、方便性、可扩充性、开放性 作用是：提供用户和计算机硬件之间的接口，提供对计算机系统资源的管理，提供扩充机器 3. 什么是单道批处理系统？什么是多道批处理系统？ 系统对作业的处理是成批的进行的，且在内存中始终保持一道作业称此系统为单道批处理系统。 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个调入作业内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源。 4 ?多道批处理系统的优缺点各是什么？ 优点：资源利用率高，系统吞吐量大。缺点：平均周转时间长，无交互能力。 引入多道程序技术的前提条件之一是系统具有终端功能，只有有中断功能才能并发。 5. 什么是分时系统？特征是什么？ 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互的方式使用计算机，共享主机中的资源。 特征：多路性、独立性、及时性、交互性 *有交互性的一般是分时操作系用，成批处理无交互性是批处理操作系统，用于实时控制或实时信息服务的是实时操作系统，对于分布式操作系统与网络操作系统，如计算机之间无主次之分就是分布式操作系统，因为网络一般有客户-服务器之分。 6. 什么是实时操作系统？ 实时系统：系统能及时响应外部事件的请求，在规定的时间内处理完。按照截止时间可以分为1硬实时任务（必须在截止时间内完成）2软实时任务（不太严格要求截止时间） 7用户与操作系统的接口有哪三种？ 分为两大类：分别是用户接口、程序接口。 用户接口又分为：联机用户接口、脱机用户接口、图形用户接口。 8. 理解并发和并行？并行（同一时刻）并发（同一时间间隔） 9. 操作系统的结构设计 1 ?无结构操作系统，又称为整体系统结构，结构混乱难以一节，调试困难，难以维护 2?模块化os结构，将os按功能划分为一定独立性和大小的模块。是os容易设计，维护, 增强os的可适应性，加速开发工程 3?分层式os结构，分层次实现，每层都仅使用它的底层所提供的功能 4. 微内核os结构，所有非基本部分从内核中移走，将它们当做系统程序或用户程序来实现，剩下的部分是实现os核心功能的小内核，便于扩张操作系统，拥有很好的可移植性。 第二章： 1 ?什么叫程序？程序顺序执行时的特点是什么？ 程序：为实现特殊目标或解决问题而用计算机语言编写的命令序列的集合特点：顺序性、封闭性、可再现性 2. 什么是前趋图？（要求会画前趋图）P35图2-2 前趋图是一个有向无循环图，记为DAG ,用于描述进程之间执行的前后关系。 3?程序并发执行时的特征是什么？ 特征：间断性、失去封闭性、不可再现性
操作系统实验报告-实验二
操作系统实验报告——实验二：C编程环境 实验目的 1．熟悉Linux下C程序设计的环境； 2．对系统调用有初步了解。 实验内容 1．Linux下C语言程序的开发过程 a、在用户主目录下用vi编辑C语言源程序（源程序已附后），如：$vi hello.c。 b、用gcc编译C语言源程序：$gcc ./hello.c -o example 这里gcc是Linux下的C语言程序编译器（GNU C Compiler），./hello.c表示待编译的源文件是当前工作目录下的hello.c，-o example表示编译后产生的目标代码文件名为example。 c、若编译不正确，则进入vi修改源程序，否则，运行目标代码：$./example 。注意： 这只是gcc最基本的用法，其他常用选项有：-c , -S , -O , -O2, -g 等。 2．编辑、调试下面c语言程序，说明该程序的功能。 #include
操作系统lab2实验报告
HUNAN UNIVERSITY 操作系统实验报告
目录 一、内容 (3) 二、目的 (3) 三、实验设计思想和练习题 (3) 练习0：填写已有实验 (3) 练习1：实现 first-fit 连续物理内存分配算法（需要编程） (3) 练习2：实现寻找虚拟地址对应的页表项（需要编程） (8) 练习3：释放某虚地址所在的页并取消对应二级页表项的映射（需要编程） (11) 运行结果 (13) 四、实验体会 (13)
一、内容 本次实验包含三个部分。首先了解如何发现系统中的物理内存；然后了解如何建立对物理内存的初步管理，即了解连续物理内存管理；最后了解页表相关的操作，即如何建立页表来实现虚拟内存到物理内存之间的映射，对段页式内存管理机制有一个比较全面的了解。 二、目的 1.理解基于段页式内存地址的转换机制； 2.理解页表的建立和使用方法； 3.理解物理内存的管理方法。 三、实验设计思想和练习题 练习0：填写已有实验 使用eclipse中的diff/merge工具将实验1的代码填入本实验中代码中有“LAB1”的注释相应部分。 练习1：实现 first-fit 连续物理内存分配算法（需要编程） 在实现first fit 内存分配算法的回收函数时，要考虑地址连续的空闲块之间的合并操作。提示:在建立空闲页块链表时，需要按照空闲页块起始地址来排序，形成一个有序的链表。可能会修改default_pmm.c 中的default_init，default_init_memmap，default_alloc_pages， default_free_pages等相关函数。请仔细查看和理解default_pmm.c中的注释。 请在实验报告中简要说明你的设计实现过程。请回答如下问题： 你的first fit算法是否有进一步的改进空间。 解答： 分析思路： （1）数据结构： A．每个物理页利用一个Page结构体表示，查看kern/mm/memlayout.h包括：
体系结构实验报告
中南大学软件学院 软件体系结构 设计模式实验报告 学生姓名：宋昂 所在学院：软件学院 学生学号： 3901080115 学生班级：软件0801 指导老师：刘伟 完成日期： 2010-12-7
一、实验目的 熟练使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现几种常见的设计模式，包括简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，理解每一种设计模式的模式动机，掌握模式结构，学习如何使用代码实现这些模式，并学会分析这些模式的使用效果。 二、实验内容 使用PowerDesigner和任意一种面向对象编程语言实现简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式和适配器模式，包括根据实例绘制模式结构图、编写模式实例实现代码，运行并测试模式实例代码。 (1) 简单工厂模式 使用简单工厂模式设计一个可以创建不同几何形状(Shape)的绘图工具类，如可创建圆形(Circle)、方形(Rectangle)和三角形(Triangle) 对象，每个几何图形都要有绘制draw()和擦除erase()两个方法，要求在绘制不支持的几何图形时，提示一个UnsupportedShapeException，绘制类图并编程实现。 (2) 简单工厂模式 使用简单工厂模式模拟女娲(Nvwa)造人(Person)，如果传入参数“M”，则返回一个Man 对象，如果传入参数“W”，则返回一个Woman对象，使用任意一种面向对象编程语言实现该场景。现需要增加一个新的Robot类，如果传入参数“R”，则返回一个Robot对象，对代码进行修改并注意女娲的变化。 (3) 工厂方法模式 某系统日志记录器要求支持多种日志记录方式，如文件记录、数据库记录等，且用户可以根据要求动态选择日志记录方式，现使用工厂方法模式设计该系统。用代码实现日志记录器实例，如果在系统中增加一个中的日志记录方式——控制台日志记录(ConsoleLog)，绘制类图并修改代码，注意增加新日志记录方式过程中原有代码的变化。
上海大学操作系统(二)实验报告(全)
评分： SHANGHAI UNIVERSITY 操作系统实验报告 学院计算机工程与科学 专业计算机科学与技术 学号 学生姓名
《计算机操作系统》实验一报告 实验一题目：操作系统的进程调度 姓名：张佳慧学号 :12122544 实验日期： 2015.1 实验环境： Microsoft Visual Studio 实验目的： 进程是操作系统最重要的概念之一，进程调度又是操作系统核心的主要内容。本实习要求学生独立地用高级语言编写和调试一个简单的进程调度程序。调度算法可任意选择或自行设计。例如，简单轮转法和优先数法等。本实习可加深对于进程调度和各种调度算法的理解。实验内容： 1、设计一个有n个进程工行的进程调度程序。每个进程由一个进程控制块（PCB）表示。进程控制块通常应包含下述信息：进程名、进程优先数、进程需要运行的时间、占用CPU的时间以及进程的状态等，且可按调度算法的不同而增删。 2、调度程序应包含2～3种不同的调度算法，运行时可任意选一种，以利于各种算法的分析比较。 3、系统应能显示或打印各进程状态和参数的变化情况，便于观察诸进程的调度过程。 操作过程： 1、本程序可选用优先数法或简单轮转法对五个进程进行调度。每个进程处于运行R(run)、就绪W(wait)和完成F(finish)三种状态之一，并假设起始状态都是就绪状态W。为了便于处理，程序进程的运行时间以时间片为单位计算。进程控制块结构如下： 进程控制块结构如下： PCB 进程标识数 链指针 优先数/轮转时间片数 占用 CPU 时间片数 进程所需时间片数 进程状态 进程控制块链结构如下：
其中：RUN—当前运行进程指针； HEAD—进程就绪链链首指针； TAID—进程就绪链链尾指针。2、算法与框图 (1) 优先数法。进程就绪链按优先数大小从高到低排列，链首进程首先投入运行。每过一个时间片，运行进程所需运行的时间片数减 1，说明它已运行了一个时间片，优先数也减 3，理由是该进程如果在一个时间片中完成不了，优先级应该降低一级。接着比较现行进程和就绪链链首进程的优先数，如果仍是现行进程高或者相同，就让现行进程继续进行，否则，调度就绪链链首进程投入运行。原运行进程再按其优先数大小插入就绪链，且改变它们对应的进程状态，直至所有进程都运行完各自的时间片数。 (2) 简单轮转法。进程就绪链按各进程进入的先后次序排列，进程每次占用处理机的轮转时间按其重要程度登入进程控制块中的轮转时间片数记录项（相当于优先数法的优先数记录项位置）。每过一个时间片，运行进程占用处理机的时间片数加 1，然后比较占用处理机的时间片数是否与该进程的轮转时间片数相等，若相等说明已到达轮转时间，应将现运行进程排到就绪链末尾，调度链首进程占用处理机，且改变它们的进程状态，直至所有进程完成各自的时间片。 (3) 程序框图
操作系统实验报告
操作系统教程 实 验 指 导 书 姓名： 学号： 班级：软124班 指导老师：郭玉华 2014年12月10日
实验一WINDOWS进程初识 1、实验目的 （1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application（控制台应用程序)。 （2）掌握WINDOWS API的使用方法。 （3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。 2、实验内容和步骤 （1）编写基本的Win32 Consol Application 步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。 步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。 步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。 步骤4：将清单1-1所示的程序清单复制到新创建的C/C++源程序中。编译成可执行文件。 步骤5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入Windows“命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的debug子目录，执行编译好的可执行程序： E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>hello.exe 运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 有可能是因为DOS下路径的问题 （2）计算进程在核心态运行和用户态运行的时间 步骤1：按照（1）中的步骤创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，然后将清单1-2中的程序拷贝过来，编译成可执行文件。 步骤2：在创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，程序的参考程序如清单1-3所示，编译成可执行文件并执行。 步骤3：在“命令提示符”窗口中运行步骤1中生成的可执行文件，测试步骤2中可执行文件在核心态运行和用户态运行的时间。 E:\课程\os课\os实验\程序\os12\debug>time TEST.exe 步骤4：运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： 因为程序是个死循环程序 步骤5：分别屏蔽While循环中的两个for循环，或调整两个for循环的次数，写出运行结果。 屏蔽i循环： 屏蔽j循环： _______________________________________________________________________________调整循环变量i的循环次数：
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
操作系统结构
1.2操作系统结构设计 操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。操作系统的结构设计有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。 操作系统的组件 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。 1．内核 现代操作系统中xx采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内核（microkernel），其他功能都在核外实现，通过微内核提供
的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核（monolithic kernel）。操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。 一般而言，内核必须提供以下3个方面的功能。 （1）xx处理。xx处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽xx的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。当xx事件产生时，先由内核截获并转向xx处理例行程序进行原则处理，它分析xx事件的类型和性质，进行必要的状态修改，然后交给内核之外的进程去处理。例如，产生外围设备结束xx事件时，内核首先分析是否正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放等待该外围传输的进程；否则启动相应设备管理进程进行出错或异常处理。又如当操作员请求从控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给命令管理进程去处理，以接收和执行命令。 （2）短程调度。主要职能是分配处理器。当系统中发生了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器，而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照一定的策略管理处理器的转让，以及完成保护和恢
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。
操作系统实验报告.
学生学号0121210680225 实验课成绩 武汉理工大学 学生实验报告书 实验课程名称操作系统 开课学院计算机科学与技术学院 指导老师姓名刘军 学生姓名李安福 学生专业班级软件sy1201 2014 — 2015 学年第一学期
《操作系统》实验教学大纲 课程编号： 课程名称：操作系统/Operating System 实验总学时数：12学时 适应专业：计算机科学与技术、软件工程 承担实验室：计算机科学与技术学院实验中心 一、实验教学的目的和任务 通过实验掌握Linux系统下常用键盘命令、系统调用、SHELL编程、后台批处理和C程序开发调试手段等基本用法。 二、实验项目及学时分配 序号实验项目名称实验学时实验类型开出要求 01 Linux键盘命令和vi 2 设计必开 02 Linux下C编程 2 设计必开 03 SHELL编程和后台批处理 2 设计必开 04 Linux系统调用（time） 2 设计必开 05 Linux进程控制(fork) 4 设计必开 三、每项实验的内容和要求: 1、Linux键盘命令和vi 要求：掌握Linux系统键盘命令的使用方法。 内容：见教材p4, p9, p40, p49-53, p89, p100 2、Linux下的C编程 要求：掌握vi编辑器的使用方法；掌握Linux下C程序的源程序编辑方法；编译、连接和运行方法。 内容：设计、编辑、编译、连接以及运行一个C程序，其中包含键盘输入和屏幕输出语句。 3、SHELL编程和后台批处理 要求：掌握Linux系统的SHELL编程方法和后台批处理方法。 内容：(1) 将编译、连接以及运行上述C程序各步骤用SHELL程序批处理完成，前台运行。 (2) 将上面SHELLL程序后台运行。观察原C程序运行时输入输出情况。 (3) 修改调试上面SHELL程序和C程序，使得在后台批处理方式下，原键 盘输入内容可以键盘命令行位置参数方式交互式输入替代原键盘输入内容， 然后输出到屏幕。 4、Linux系统调用使用方法。
软件设计与体系结构实验报告
福建农林大学计算机与信息学院 实验报告 课程名称：软件设计与体系结构 姓名：陈宇翔 系：软件工程系 专业：软件工程 年级：2007 学号：070481024 指导教师：王李进 职称：讲师 2009年12月16日
实验项目列表
福建农林大学计算机与信息学院实验报告 学院：计算机与信息学院专业：软件工程系年级：2007 姓名：陈宇翔 学号：070481024 课程名称：软件设计与体系结构实验时间：2009-10-28 实验室田实验室312、313计算机号024 指导教师签字：成绩： 实验1：ACME软件体系结构描述语言应用 一、实验目的 1）掌握软件体系结构描述的概念 2）掌握应用ACMESTUDIO工具描述软件体系结构的基本操作 二、实验学时 2学时。 三、实验方法 由老师提供软件体系结构图形样板供学生参考，学生在样板的指导下修改图形，在老师的指导下进行软件体系结构描述。 四、实验环境 计算机及ACMESTUDIO。 五、实验内容 利用ACME语言定义软件体系结构风格，修改ACME代码，并进行风格测试。 六、实验操作步骤 一、导入Zip文档 建立的一个Acme Project，并且命名为AcmeLab2。如下图：
接着导入ZIP文档，导入完ZIP文档后显示的如下图： 二、修改风格 在AcmeLab2项目中,打开families下的TieredFam.acme.如下图： 修改组件外观 1. 在组件类型中，双击DataNodeT; 在其右边的编辑器中，将产生预览；选择Modify 按钮，将打开外观编辑器对话框。 2. 首先改变图形：找到Basic shape section，在Stock image dropdown menu中选 择Repository类型. 3. 在Color/Line Properties section修改填充颜色为深蓝色。 4. 在颜色对话框中选择深蓝色，并单击 [OK]. 5. 修改图形的边框颜色为绿色 7. 单击Label tab，在Font Settings section, 设置字体颜色为白色,单击[OK] 产生的图形如下图：
操作系统实验报告1
操作系统 实验报告 班号：1303107 学号：1130310726 姓名：蔡鹏
1.请简述head.s 的工作原理。 head.s实在32位保护模式下运行的。我认为这段程序主要包括两个部分：1.初始化设置。2.任务执行与切换。 初始设置主要包括了：1.设置GDT表2.设置系统定时芯片3. 设置IDT表（0x08时钟中断和0x80系统调用中断）4.切换到任务0执行 任务切换和执行包括了：1.任务0和任务1 , 2.时钟中断, 3.系统中断 两个任务的在LDT中代码段和数据段描述符的内容都设置为：基地址0x0000；段限长值为0x03ff，实际段长度为4MB。因此在线性地址空间中这个?内核?的代码和数据段与任务的代码和数据段都从线性地址0开始并且由于没有采用分页机制，所以他们都直接对应物理地址0开始处。 为了每隔10毫秒切换运行的任务，head.s程序中把定时器芯片8253的通道0设置成每隔10毫秒就向中断控制芯片8259A发送一个时钟中断请求信号。PC机的ROM BIOS开机时已经在8259A中把时钟中断请求信号设置成中断向量8，因此我们需要在中断8的处理过程中执行任务切换操作。任务切换的实现是查看current变量中的当前运行的任务号，如果为0，就利用任务1的TSS选择符作为操作数执行远跳转指令，从而切换到任务1中，否则反之。
每个任务在执行时，会首先把一个字符的ASCII码放入寄存器AL中，然后调用系统中断调用int 0x80，而该系统调用处理过程则会调用一个简单的字符写屏子程序，把寄存器AL中的字符显示在屏幕上，同时把字符显示的屏幕的下一个位置记录下来，作为下一次显示字符用。在显示过一个字符后，任务代码会使用循环语句延迟一段时间，然后又跳转到任务代码开始处继续循环执行，直到运行了10毫秒而发生了定时中断，从而代码会切换到另一个任务执行。对于任务A，寄存器AL中始终存放字符‘A’，而任务B运行时AL中始终存放字符‘B’。因此程序运行时我们将看到一连串的‘A’和一连串的‘B’间隔的连续不断的显示在屏幕上。若出现了一个‘C’，是由于PC机偶然产生了一个不是时钟中断和系统调用中断的其他中断。因为我们已经在程序中给所有其他中断安装了一个默认中断处理程序。当出现一个其他中断时，系统就会运行这个中断处理程序，于是就会在屏幕上显示一个‘C’，然后退出中断。 4.请记录head.s 的内存分布状况，写明每个数据段，代码段，栈段 的起始与终止的内存地址。
操作系统结构
操作系统结构设计 操作系统是一种大型、复杂的并发系统，为了研制操作系统，首先必须研究它的结构，力求设计出结构良好的程序。操作系统的结构设计 有两层含义：一是研究操作系统的整体结构，由程序的构成成分组成操作系统程序的构造过程和方法；二是研究操作系统程序的局部结构，包括数据结构和控制结构。采用不同的构件和构造方法可组成不同结构的操作系统。本节将在讨论操作系统构件之后，全面介绍各种操作系统的构造方法。 1.2.1 操作系统的组件 通常把组成操作系统程序的基本单位称作操作系统的构件。剖析现代操作系统，构成操作系统的基本单位除内核之外，主要还有进程、线程、类程和管程。 1．内核现代操作系统中大都采用了进程的概念，为了解决系统的并发性、共享性和随机性，并使进程能协调地工作，单靠计算机硬件提供的功能是十分不够的。例如，进程调度工作目前就不能用硬件来实现；而进程自己调度自己也是困难的。所以，系统必须有一个软件部分能对硬件处理器及有关资源进行首次改造，以便给进程的执行提供良好运行环境，这个部分就是操作系统的内核。 由于操作系统设计的目标和环境不同，内核的大小和功能有很大差别。有些设计希望把内核做得尽量小仅具有极少的必需功能，称为微内 核（microkernel ），其他功能都在核外实现，通过微内核提供的消息传递机制完成其余功能模块间的联系；有些设计则希望内核具有较多的功能，虽然其内部也可划分成层次或模块，但运行时是一个大二进制映像，模块间的联系可通过函数或过程调用实现，称为单内核 （monolithickernel ）。操作系统的一个基本问题就是内核的功能设计。微内核结构是现代操作系统的特征之一，这种方法把内核和核外服务程序的开发分离，可为特定应用程序或运行环境要求定制服务程序，具有较好的可伸缩性，简化了实现，提供了灵活性，很适合分布式系统的构造。 一般而言，内核必须提供以下 3 个方面的功能。 （1）中断处理。中断处理是内核中最基本的功能，也是操作系统赖以活动的基础，为了缩短屏蔽中断的时间，增加系统内的并发性，通常它仅仅进行有限的、简短的处理，其余任务交给在内核之外的特殊用户态进程完成。当中断事件产生时，先由内核截获并转向中断处理例行程序进行原则处理，它分析中断事件的类型和性质，进行必要的状态修改，然后交给内核之外的进程去处理。例如，产生外围设备结束中断事件时，内核首先分析是否正常结束，如果是正常结束，那么，就应释放等待该外围传输的进程；否则启动相应设备管理进程进行出错或异常处理。又如当操作员请求从控制台输入命令时，内核将把这一任务转交给命令管理进程去处理，以接收和执行命令。 （2）短程调度。主要职能是分配处理器。当系统中发生了一个事件之后，可能一个进程要让出处理器，而另一个进程又要获得处理器。短程调度按照一定的策略管理处理器的转让，以及完成保护和恢复现场的工作。由于它是协调进程竞争处理器资源的程序，所以它不是进程而是内核中的一个程序。 （3）原语管理。原语是内核中实现某一功能的不可中断过程。为了协调进程完成通信、并发执行和共享资源，各种原语是必不可少的。通信原语为进程相互传递消息，同步原语能协调并发进程之间的种种制约关系。此外，还有其他原语，如启动外围设备工作的启动原语，若启动不成功则请求启动者应等待，显然，这个启动过程应该是完整的，否则在成为等待状态时，可能外围设备已经空闲。由于设备的操作与硬件密切相关，故通常设备驱动程序等功能都放在内核中完成。 内核是操作系统对裸机的首次改造，内核和裸机组成了一台虚拟机，进程就在这台虚拟机上运行，它比裸机的功能更强大，具有以下特性： （1）虚拟机没有中断，因而，进程的设计者不再需要有硬件中断的概念，用户进程执行中无须处理中断； （2）虚拟机为每个进程提供了一台虚拟处理器，每个进程就好像在各自的私有处理器上顺序地推进，实现了多个进程的并发执行； （3）虚拟机为进程提供了功能较强的指令系统，即它们能够使用机器非特权指令、系统调用和原语所组成的新的指令系统。 为了保证系统的有效性和灵活性，设计内核应遵循少而精的原则。如果内核功能过强，则一方面在修改系统时可能牵动内核；另一方面它占用的内存容量和执行时间都会增大，且屏蔽中断的时间过长也会影响系统效率。因而，设计内核时应注意：中断处理要简单；调度算法要有效；原语应灵活有力、数量适当。这样就可以做到下次修改系统时，尽量少改动内核，执行时中断屏蔽时间缩短。 2．进程管理 程序本身并不能做什么，只有在CPL执行它的指令时才能有所作为；因此，可以把进程看做是正在运行的程序。但是当我们进一步研究时，对进程的定义将更为普遍。例如：一个分时用户程序（如编译器）是一个进程，个人用户在PC上运行的字处理程序是一个进程，一个系统任务（如输出到打印机）也是一个进程，并可以提供允许进程创建与其并发执行的子进程的系统调用。 进程需要特定的资源（包括CPU寸间、内存、文件和I/O设备）来完成工作。这些资源或者在进程创建时分配给它，或者在其运行时分配。除了在进程创建时所获得的各种物理资源和逻辑资源以外，各种各样的初始化数据（或输入）也可能一同传送给进程。例如，考虑一个能够在终端的显示屏上显示一
计算机体系结构 实验报告2 华东理工大学
实验名称多通路运算器和寄存器堆实验地点信息楼420 实验日期2012-12-7 一、实验目的 1．了解多通路的运算器与寄存器堆的组成结构。 2．掌握多通路的运算器与寄存器堆的工作原理及设计方法。 二、实验设备 PC 机一台， TD-CMX 实验系统一套。 三、实验原理 1．ALU® 单元的结构 ALU®单元由运算器和双端口寄存器堆构成，通过不同的控制信号SEL1、SEL0 产生不同结构的运算器。运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A 和暂存器B。 SEL0 和SEL1 用于选择运算器和寄存器堆的通路： (1)当SEL1=0、SEL0=0，ALU 的输出D7…D0、REG（右口）的输出OUT7…OUT0 和ALU与REG 的输入IN7…IN0 接到CPU 内总线上时，如图1-2-1 所示，寄存器堆只能从右口进行操作，相当于只有一组控制线的单端口寄存器堆，一般计算机组成原理实验涉及到的运算器和寄存器就是采用这种结构。 (2)当SEL1=1、SEL0=0，REG（右口）的输出OUT7…OUT0 和ALU 与REG（右口）的输入IN7…IN0 接到CPU 内总线上时，运算器和双端口寄存器堆的结构如图1-2-2 所示，寄存器堆由两组控制信号来分别进行控制，每组控制信号都可以相对独立的对寄存器堆进行读写操作，同时增加了执行专用通道A 总线，以利于提高指令执行的效率。
(3)当SEL1=1、SEL0=1，REG（右口）的输出OUT7…OUT0 和ALU 与REG（右口）的输入IN7…IN0 接到CPU 内总线上时，运算器和双端口寄存器堆的结构如图1-2-3 所示，在双通道双端口运算器和寄存器堆的基础上增加了暂存器旁路，把运算结果写回到寄存器堆的同时也可以写到暂存器A、暂存器B 中。由于在运算型指令中把运算的结果写到通用寄存器中的指令很多，占运算型指令的大多数，发生通用寄存器数据相关的概率相当高，因此，可以用硬件设置专用路径来解决这种通用寄存器数据相关问题。 上面介绍了运算器和寄存器堆的三种典型的数据通路图，在计算机组成原理这门课程中我们已经对运算器有了初步的了解，明白运算器的主要功能是完成算术和逻辑类运算。在系统结构这门课程中经过进一步的研究，还会了解到运算器与寄存器堆的结构对于计算机系统的设计有着重要的作用，对于计算机性能的优劣有着很大的影响。 2．ALU® 单元的应用 在了解运算器与寄存器堆结构的基础上，基于如图1-2-3 所示的双通道双端口运算器和双端口寄存器堆的结构可以设计一段程序：从IN 单元读入一个数据，存入R0；从IN 单元读入另一个数据，存于R1；将R0 和R1 相加，结果存于R0；将R0 和R1 相加，结果存于R3，同时打入暂存器A 中；再将R0 的值送OUT 单元显示。