计算机系统结构实践教程

实验1  MIPS指令系统和MIPS体系结构

1.1  实验目的

1.2  实验平台

1.3  实验内容和步骤

1.4  MIPSsim使用手册

1.4.1  启动模拟器

1.4.2  MIPSsim的窗口

1.4.3  MIPSsim的菜单

1.5  相关知识：MIPS指令系统

1.5.1  MIPS的寄存器

1.5.2  MIPS的数据表示

1.5.3  MIPS的数据寻址方式

1.5.4  MIPS的指令格式

1.5.5  MIPS的部分指令介绍

1.5.6  汇编程序举例

实验2  流水线及流水线中的冲突

2.1  实验目的

2.2  实验平台

2.3  实验内容和步骤

2.4  MIPSsim使用手册

2.5  相关知识：流水线、相关与冲突

2.5.1  一条经典的5段流水线

2.5.2  相关与流水线冲突

2.5.3  流水线的实现

实验3  指令调度和延迟分支

3.1  实验目的

3.2  实验平台

3.3  实验内容和步骤

3.4  MIPSsim使用手册

3.5  相关知识：指令调度和延迟分支

3.5.1  指令调度

3.5.2  延迟分支

实验4  Cache性能分析

4.1  实验目的

4.2  实验平台

4.3  实验内容和步骤

4.3.1  Cache容量对不命中率的影响

4.3.2  相联度对不命中率的影响

4.3.3  Cache块大小对不命中率的影响

4.3.4  替换算法对不命中率的影响

4.4  MyCache模拟器使用方法

4.5  相关知识：Cache的基本原理

4.5.1  Cache的映像规则

4.5.2  查找方法

4.5.3  替换算法

4.5.4  写策略

4.5.5  改进Cache性能

4.5.6  三种类型的不命中

4.5.7  降低不命中率的方法

4.5.8  分离Cache和混合Cache

实验5  Tomasulo算法

5.1  实验目的

5.2  实验平台

5.3  实验内容和步骤

5.4  Tomasulo算法模拟器的使用方法

5.5  相关知识：Tomasulo算法

5.5.1  基本思想

5.5.2  具体算法

实验6  再定序缓冲（ROB）工作原理

6.1  实验目的

6.2  实验平台

6.3  实验内容和步骤

6.4  ROB模拟器的使用方法

6.5  相关知识：再定序缓冲ROB

实验7  多Cache一致性——监听协议

7.1  实验目的

7.2  实验平台

7.3  实验内容和步骤

7.4  监听协议模拟器使用方法

7.5  相关知识：监听协议

7.5.1  基本思想

7.5.2  监听协议的实现

实验8  多Cache一致性——目录协议

8.1  实验目的

8.2  实验平台

8.3  实验内容和步骤

8.4  目录协议模拟器使用方法

8.5  相关知识：目录协议

8.5.1  目录协议的基本思想

8.5.2  目录协议实例

附录A  MIPSsim的指令列表

附录B  MIPSsim的指令系统

附录C  模拟器MIPSsim的汇编语言

参考文献

本书设计了8个实验： 指令系统和体系结构、流水线及流水线中的冲突、指令调度和延迟分支、Cache性能分析、再定序缓冲（ROB）工作原理、多Cache一致性——监听协议、多Cache一致性——目录协议。本书覆盖面广，内容丰富，有利于加深对系统结构知识的理解，书中的实验是基于MIPS指令集结构的，并提供了实验所需相关知识的介绍，可以与大多数系统结构教材配合使用。本书还提供了专门为系统结构实验开发的一套运行于Windows平台的模拟器。这些模拟器界面友好，使用方便、直观，交互性很强。本书可作为本科生系统结构课程以及计算机组成与结构课程的实验教材，也可作为自学者的辅助教材。