计算机系统结构实验报告-流水线与冲突.doc

计算机系统结构实验报告班级：0555555fhgdghhgd 姓名：99999999 学号：23020088888888888 报告完成时间：20144444444计算机系统结构实验报告班级99999999999999实验日期tttttttttt实验成绩姓名88888学号88888888888888实验名称流水线与流水线中的冲突实验目的要求及器材实验目的： 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。加深对计算机流水线基本概念的理解；实验平台： 采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim； 计算机一台。实验内容、步骤及结果实验内容和步骤：(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。(3) 参照前一个实验的使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。(4) 选择配置菜单中的“流水方式”选项，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。1 选择MIPSsim的文件-载入程序来加载pipeline.s2 关闭定向功能3 用单步执行一个周期的方式，观察每个周期中，各段流水寄存器内容的变化， 指令执行情况和时钟周期图4 当执行到第13个时钟周期时，记录各段指令IF： LW $r4,60($r6)0x0000002c ID： ADDI $r3, $r0,25 0x00000028 EX： ADDI $r1, $r1,-1 0x00000024 MEM：ADDI $r6, $r0,8 0x00000020 WB： ADDI $r2, $r1, $r0 0x0000001c 画出这时的时钟周期图：(6) 这时各流水寄存器中的内容为：IF/ID.IR: 8CC4003C IF/ID.NPC: 00000030 ID/EX.A: 00000000000000000 ID/EX.B: 00000000000000000 ID/EX.IMM: 00000000000000019ID/EX.IR: 20030019 EX/MEM.ALU0: 0000000000000004EX/MEM.IR: 2021FFFF MEM/WB.LMD: 0000000000000000MEM/WB.ALU0: 0000000000000008MEM/WB.IR: 20060008 (7) 观察和分析结构冲突对CPU性能的影响。1 加载structure_hz.s2 执行该程序，找出存在结构冲突的指令部件前两条指令在fadd存在冲突；第三至第八条指令之间在ID和FADD存在结构冲突；第九条在ID和EX存在冲突；第十条在ID存在冲突。3 记录由结构冲突引起的停顿时钟周期数，计算停顿时钟周期数占执行总周期数 百分比可见结构停顿周期数为35，停顿周期数占执行周期总数的67.30769%。4 把浮点加法器个数改为4个5 重复1-3步骤 冲突部件：第五条在fadd发生冲突，第六条在发生冲突，第九条在发生冲 突，第十条在ID发生冲突。 结构停顿周期数位2，占周期总数的10.52632% 6 分析结构冲突对CPU性能的影响，讨论解决结构冲突的方法.。结构冲突使得CPU的有效周期变少，CPU性能下降。为了使各种组合的指令都能够顺利地重叠执行，解决方法可以：对功能部件进行全流水处理或重复设置足够多的功能部件。(8) 观察数据冲突并用定向技术来减少停顿1 全部复位2 加载data_hz.s3 关闭定向功能4 用单步执行一个周期的方式执行程序，同时查看时钟周期图，列出什么时候发生RAW冲突 发生冲突的周期为：3、5、6、8、9、12、13、16、17、19、20、24、25、 27、28、31、32、35、36、38、39、43、44、46、47、50、51、54、57、585 记录数据冲突引起的停顿时钟周期数和程序执行的总时钟周期数，计算百分比停顿时钟周期数为：31总时钟周期数为：65停顿时钟周期数占总执行周期数的百分比=31/65=47.69231%6 复位CPU7 打开定向功能8 单步执行程序，查看RAW冲突并与3结果比较程序在周期4、12、24、36 时发生RAW 冲突。跟步骤相比较，定向比非定向RAW冲突大幅减少9 记录数据冲突引起的停顿周期数和程序总时钟周期数，计算定向后性能是原来的几倍 停顿时钟周期数：9 总时钟周期数：43 停顿时钟周期数占总执行周期数的百分比：20.93023%采用定向技术后性能是原来的2.2786倍总结 通过本次实验，我对流水线的工作原理、流水线的冲突以及解决方法都有了更深入直观的了解，加深了对经典5段RISC流水线的的理解和掌握，对于独立的运算执行部件例如fadd、fmul、fdiv替换EX时指