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MIPS_SIM：10级MIPS流水线计算机系统结构模拟实验（2013年课程）

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简介：
MIPS_SIM是一款专为教学设计的软件工具，用于模拟基于10级MIPS流水线架构的计算机系统。它帮助学生深入理解高级计算机体系结构和指令集操作原理，适用于2013年的相关课程学习与实验研究。 MIPS指令流水线模拟涉及对MIPS架构的处理器进行分阶段处理指令的过程进行仿真。这个过程通常包括取指、译码、执行、访存和回写五个基本步骤，每个步骤在不同的时钟周期中完成以提高效率。通过模拟可以更好地理解数据冲突和控制冲突等问题，并有助于优化程序性能。

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  • MIPS_SIM：10级MIPS流水线计算机系统结构模拟实验（2013年课程）
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    MIPS_SIM是一款专为教学设计的软件工具，用于模拟基于10级MIPS流水线架构的计算机系统。它帮助学生深入理解高级计算机体系结构和指令集操作原理，适用于2013年的相关课程学习与实验研究。 MIPS指令流水线模拟涉及对MIPS架构的处理器进行分阶段处理指令的过程进行仿真。这个过程通常包括取指、译码、执行、访存和回写五个基本步骤，每个步骤在不同的时钟周期中完成以提高效率。通过模拟可以更好地理解数据冲突和控制冲突等问题，并有助于优化程序性能。
     
  • MIPS架构的五级流水线计算机体系结构模拟器
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    本项目开发了一款基于MIPS指令集的五级流水线计算机体系结构模拟器，旨在研究与教学中验证流水线操作及各类数据冲突处理机制。 计算机体系结构五级流水线模拟器C# MIPS
     
  • MIPS流水线的计算机体系结构实验报告
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    本实验报告详细分析了基于MIPS指令集的计算机体系结构中的五级流水线工作原理，并通过实例探讨了流水线技术对提高处理器性能的影响。 MIPS流水线实验报告 本实验报告旨在详细介绍计算机体系结构中的MIPS流水线技术。通过理论分析与实际操作相结合的方式，深入探讨了MIPS指令集架构的特性及其在现代处理器设计中的应用价值。 首先简要回顾了MIPS的基本概念和特点，并介绍了流水线的概念以及其工作原理。随后详细描述了实验过程中所采用的具体步骤、方法及工具，包括如何搭建模拟环境、设置调试参数等关键环节。此外还记录并分析了一些典型问题及其解决方案，以帮助读者更好地理解和掌握相关知识。 最后对整个项目的成果进行了总结评价，并对未来研究方向提出了建议和展望。希望通过本报告能够为学习计算机体系结构的同学提供有价值的参考材料，进一步加深大家对于MIPS流水线技术的理解与认识。
     
  • 计算机体系结构实验——探讨流水线与流水线冲突
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    本实验旨在通过模拟和分析计算机系统中的流水线技术及其面临的各种冲突问题，加深学生对计算机体系结构的理解。参与者将学习如何优化指令执行流程以提高处理器性能。 本段落介绍了《计算机体系结构实验》中的流水线及流水线冲突实验的目的与平台。该实验旨在加深对计算机流水线基本概念的理解，并通过MIPS架构的5段流水线实例来展示其实现方式，理解各阶段的功能及其操作过程；同时增强对于数据和结构冲突的认识以及它们如何影响CPU性能的认知；进一步了解解决数据冲突的方法，并掌握定向技术以减少因数据冲突导致的停滞。实验平台为计算机体系结构试验中的流水线及其中的冲突部分。
     
  • MIPS系列的计算机系统结构实验指导书与模拟器实验报告
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    本资料为《MIPS系列的计算机系统结构实验指导书与模拟器实验报告》，旨在通过详实的实验内容和步骤解析，帮助学习者深入理解MIPS架构及其工作原理。 报告涵盖了MIPS实验3（使用 MIPS 指令实现求两个数组的点积）、实验4（使用 MIPS 指令实现冒泡排序法）以及实验5（指令调度与延迟分支）。此外，还包括了相关的实验指导书和MIPS模拟器。
     
  • 实验四：设计MIPS五级流水线模拟器中的缓存模块1
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    本实验旨在设计并实现一个MIPS五级流水线架构下的缓存模块，深入理解高速缓存的工作原理及其对系统性能的影响。 在本次实验任务里，你需要设计一个MIPS五级流水线模拟器，并且着重实现Cache的功能。此模拟器旨在帮助你理解Cache的工作原理及其对处理器性能的影响。 **一、缓存的基本概念** 高速缓冲存储器（Cache）位于CPU和主内存之间，用于减少访问主内存的延迟时间。它基于局部性原则设计：程序执行时会倾向于重复访问同一块内存区域。每个数据单元被称作“块”，并且这些块通过唯一的地址标识符进行区分。当处理器请求某段数据时，首先在Cache中查找是否存在该数据（称为“命中”）；若不存在，则需要从主存加载（称为“未命中”）。 **二、缓存结构** 1. **大小**：本实验中的指令和数据缓存容量分别为8KB和64KB。 2. **路数（Ways）**：使用了四路组关联，意味着每个组可以同时存储四个块。 3. **块大小**：每一块的数据量为32字节。 4. **组数量**：指令Cache包含64个组，而数据Cache则有256个组。 5. **替换策略**：采用LRU（最近最少使用）算法来决定何时替换缓存中的块。 6. **地址映射**：对于指令Cache而言，通过PC的[10:5]位确定了每个组的位置；而对于数据Cache，则是根据地址的[12:5]位进行定位。 7. **访问周期**：通常在指令执行到访存阶段时会接触到缓存操作。 **三、缓存工作流程** 1. **取指阶段**：从指令Cache读取下一条要执行的指令。 2. **译码阶段**：解析并准备执行该条指令所需的资源。 3. **执行阶段**：在算术逻辑单元（ALU）中进行实际的操作，可能涉及数据缓存的访问。 4. **访存阶段**：根据当前指令的需求，从Cache或主存储器获取所需的数据。 5. **回写阶段**：将计算结果保存到寄存器或者主内存，并且如果需要的话更新数据缓存。 **四、对性能的影响** 1. **命中率**：这是衡量Cache效率的重要指标。较高的命中率意味着更低的延迟和更好的整体表现。 2. **替换策略**：虽然LRU算法试图保持最近使用过的数据在Cache中，但并非总是最优选择；其他如随机或LFU（最不频繁使用的）等替代方案可能更适合某些场景。 3. **延时设计**：需要模拟未命中缓存时从主内存获取所需信息的时间延迟，这会影响处理器的执行效率。 **五、实验要求** 1. 实现Cache的功能包括读写操作，并处理各种情况下的命中率和替换策略。 2. 设计一个模型来模仿当数据不在Cache中而必须访问主存储器的情况所带来的额外等待时间。 3. 通过运行相同的程序对比有无Cache版本的执行效率差异，以此评估其性能提升效果。 **六、实验步骤** 1. 理解`pipe.c`文件中的流水线实现以及用户界面接口（shell）的相关代码。 2. 在`src/`目录下创建并填充两个新文件：cache.h和cache.c来具体化Cache的逻辑结构。 3. 修改主程序，使它能够集成新的缓存机制，并处理相关的延迟问题。 4. 使用测试文件夹中的示例程序进行实验验证，在必要时调整参数以优化性能。通过本次实验，你应该能更好地理解MIPS五级流水线中Cache的工作方式及其对处理器效率的影响，同时也能掌握软件和硬件协同工作的技巧。
     
  • MIPS五级流水线实验代码.zip
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    本资源包含一个实现MIPS五级流水线处理器的实验代码，适用于计算机体系结构课程学习和研究。包括指令周期模拟与性能分析。 使用硬件描述语言（Verilog）设计MIPS流水线CPU，并支持以下指令集：{add, addi, addiu, addu, and, andi, beq, bne, divu, j, jal, jr, lb, lbu , lhu, lui, lw, multu,mfhi,mflo, or, ori, slt, slti，sltu,sll,sra,srl,sb，sh，sw，sub}。使用Modelsim仿真软件对存在数据冒险和控制冒险的汇编程序进行验证。
     
  • MIPS指令系统与体系结构的计算机体系结构实验
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    本课程为学生提供深入理解MIPS指令集及计算机体系结构的机会，通过动手实践，强化对处理器工作原理和架构设计的理解。 计算机体系结构试验主要涉及MIPS指令系统和MIPS体系结构的学习与实践。
     
  • 北京邮电大学计算机系统结构实验一：MIPS指令系统与MIPS体系结构
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    本课程为北邮计科专业的基础实验之一，旨在通过MIPS指令系统的学习和实践，帮助学生深入理解计算机系统结构及工作原理。 北邮的计算机系统结构实验一涉及MIPS指令系统和MIPS体系结构。