计算机系统结构实验报告(中南民族大学)

0 院 系 专 业 年 级 课程名称 计算机系统结构 学 号 姓 名 指导教师 年 月 日 1 年级 学号 专业 计算机科学与技 术 班级 姓名 题目 名称 矩阵相乘 题目 内容 1 掌握 DLX 的流水线运行分析 包括流水线单步执行 每个流水段功能 理解流 水线停顿 流水线建立和排空 定向技术 掌握调整 DLX 参数 如内存大小 功能 单元个数 延迟 分析对程序运行的影响 2 编写计算矩阵相乘的程序 掌握调试方法 实 验 结 果 与 分 析 图一 运行结果 使用 4d 来控制输出的齐 2 实 验 结 果 与 分 析 图二 寄存器 图三 流水线 3 实 验 结 果 与 分 析 图四 内存代码 图五 内存查看 4 实 验 结 果 与 分 析 图六 内存查看结果 图七 内存修改 5 实 验 结 果 与 分 析 图八 内存修改结果 图九 向量使用结果 图十 未使用向量的结果 6 实 验 结 果 与 分 析 开始 输入矩阵A 的行数 输入矩阵A的 列数和B的行 数 输入矩阵B的 列数 读入A矩阵元 素 输出A矩阵元 素 读入B矩阵元 素 输出B矩阵元 素 计算AXB矩 阵 得C矩阵 输出C矩阵 图十一 程序流程 7 实 验 结 果 与 分 析 开始 f1 A的行数 f2 A 的列数和B的行 数 f3 B的列数 A的元素个数 R4 f1 f2 R2 A矩 阵首地址 R6 f1 R8 f2 R4 0 输入A矩阵的元素 N R6 0 Y R4 输出A矩阵同一行 的元素 R6 输入换行 R8 R6 f2 N Y R8 0 N Y 同上输入B矩阵和 输出B矩阵 R11 0 R4 0 R5 0 R5 f1 计算A矩阵和B矩阵 的结果C矩阵 R6 0 R6 f3 R1 f6 R10 R5 R1 R7 0 R11 0 R9 R5 1 f1 N R5 N R10 R9 把R11存入C矩阵 位置为R4 R4 1 R6 1 Temp temp A矩阵R10位置的元 素 B矩阵R7位置的 元素 R10 1 输出C矩阵 结束 R10为当前行的元 素位置 R9为当前 行最后一个元素的 位置 R5控制行 R6控制 列 输入A元素流程 输出A矩阵流程 图十二 算法设计图 8 实 验 结 果 与 分 析 实验结果分析 实验结果分析 本次实验中 学会使用 DLX 软件 对于其汇编代码有一个整体上的 认识 具体有如下几个小点 1 熟悉 DLX 的仿真硬件系统结构 包括寄存器 计算功能单元 指令系 统 流水线 2 熟悉 DLX 仿真软件的功能 包括主要的功能界面 3 掌握 DLX 应用程序的编程和调试技术 4 掌握 DLX 的流水线运行分析 包括流水线单步执行 每个流水段功能 理解流水线停顿 流水线建立和排空 定向技术 5 掌握调整 DLX 参数 如内存大小 功能单元个数 延迟 分析对程序 运行的影响 通过编写矩阵相乘来检验掌握的程度 对与在其中出现的问题进行 分析 和解决 能通过单步执行来调试程序 找出出错点和逻辑错误点 并加以改正 在实验中 几个重点难点 首先是从主程序中跳 InputUnsigned 函 数中 对于参数的传递要有一个清楚的认识 其次是 对于系统自陷 trap 要有一个认识 如 trap 0 是结束 trap 3 是输入和 trap 5 是输出 当然 也有传递的参数也是重点分别是 r1 和 r14 对于向量的使用也有一个初步的认识 当使用向量时 程序的流水线 明显比不适用向量快的多 结果的截图也很清楚的说明了这个问题 9 程 序 代 码 data Prompts for input 输入提示部分 A space 64 B space 64 C space 64 Prompt1 asciiz 输入 A 矩阵的行 Prompt2 asciiz 输入 A 矩阵的列和 B 矩阵的列 Prompt3 asciiz 输入 B 矩阵的列 Prompt4 asciiz 输入 A 矩阵元素 r Prompt5 asciiz 输入 A 矩阵元素 Data for printf Trap 输出数据设置部分 PrintfFormat asciiz d align2 PrintfPar wordPrintfFormat PrintfValue space4 PrintfFormat1 asciiz n align2 PrintfPar1 wordPrintfFormat1 PrintfFormat 1 asciiz n align2 PrintfPar 1 wordPrintfFormat 1 PrintfValue1 space4 PrintfFormat2 asciiz 输出 A 矩阵 n align2 PrintfPar2 wordPrintfFormat2 PrintfValue2 space4 PrintfFormat3 asciiz 输出 B 矩阵 n align 2 PrintfPar3 wordPrintfFormat3 PrintfValue3 space4 PrintfFormat4 asciiz 输出 C 矩阵 n align2 PrintfPar4 wordPrintfFormat4 PrintfValue4 space4 text globalmain 10 程 序 代 码 main addi r1 r0 Prompt1 jal InputUnsigned movi2fp f1 r1 矩阵 A 的行数 addi r1 r0 Prompt2 jalInputUnsigned movi2fp f2 r1 矩阵 A 的列数 矩阵 B 的行数 addi r1 r0 Prompt3 jal InputUnsigned movi2fp f3 r1 矩阵 B 的列数 movfp2i r8 f1 movfp2i r6 f2 multu r4 r6 r8 总的矩阵 A 的元素个数 r4 addi r2 r10 A 指向 A 的首地址 loop1 add r1 r0 Prompt4 分别读入矩阵 A 的元素值 jal InputUnsigned sb 0 r2 r1 储存字节 读入元素 addi r2 r2 1 元素个数加一 sub r4 r4 1 总的矩阵元素个数 r4 减一 bnez r4 loop1 r4 不为 0 时跳转重复输入 addi r10 r0 0 分别读出矩阵 A 的元素值 addi r2 r10 A 指向 A 的首地址 sw PrintfValue2 r1 addi r14 r0 PrintfPar2 trap 5 loopA lbu r1 0 r2 sw PrintfValue r1 addi r14 r0 PrintfPar 换行 trap 5 addi r2 r2 1 元素个数加一 sub r6 r6 1 矩阵 A 的列数 r6 减一 beqz r6 outputA 矩阵 A 的列数 r6 等于 0 时跳到 outputA j loopA 否则继续 loopA outputA swPrintfValue1 r1 addi r14 r0 PrintfPar1 trap 5 sub r8 r8 1 矩阵 A 的行数 r8 减一 beqz r8 countiuB 矩阵 A 的行数 r8 等于 0 时跳到 countiuB movfp2i r6 f2 11 程 序 代 码 j loopA 否则继续 loopA countiuB addi r14 r0 PrintfPar 1 trap 5 movfp2i r6 f2 movfp2i r12 f3 addi r10 r0 0 multu r4 r6 r12 总的矩阵 B 的元素个数 r4 addi r2 r10 B 指向 B 的首地址 loop2 addi r1 r0 Prompt5 分别读入矩阵 B 的元素值 jal InputUnsigned sb 0 r2 r1 储存字节 读入元素 addi r2 r2 1 元素个数加一 sub r4 r4 1 总的矩阵元素个数 r4 减一 bnez r4 loop2 r4 不为 0 时跳转重复输入 addi r10 r0 0 分别读出矩阵 B 的元素值 addi r2 r10 B 指向 B 的首地址 swPrintfValue3 r1 addi r14 r0 PrintfPar3 trap 5 loopB lbu r1 0 r2 swPrintfValue r1 addi r14 r0 PrintfPar 换行 trap 5 addi r2 r2 1 元素个数加一 sub r12 r12 1 矩阵 B 的列数 r12 减一 beqz r12 outputB 矩阵 B 的列数 r12 等于 0 时跳到 outputB j loopB 否则继续 loopB outputB sw PrintfValue1 r1 addi r14 r0 PrintfPar1 trap 5 sub r6 r6 1 矩阵 B 的行数 r6 减一 beqz r6 countiue 矩阵 B 的行数 r6 等于 0 时跳到 countiu movfp2i r12 f3 j loopB 否则继续 loopB 12 程 序 代 码 countiue addi r11 r0 0 temp 表示矩阵 C 的一个元素的累加器 addi r4 r0 0 r 初始化矩阵 C 的偏移量 addi r5 r0 0 矩阵 A 当前被扫描的行号 line movi2fp f4 r5 判断是否扫描完 ltf f4 f1 f4 f1 跳转 矩阵 A 的行是否扫描完 bfpf finish 是 则跳转结束程序 addi r6 r0 0 col r6 表示当前 B 矩阵的列号 column movi2fp f4 r6 ltf f4 f3 col f3 f4 矩阵 B 的列是否扫描完 bfpf leveladd 是 则跳到矩阵 A 的下一行 movfp2i r1 f2 multu r10 r5 r1 i l n r10 表示矩阵 A 当前行的第一个元素的索引 addi r7 r6 0 mov col to j 矩阵 B 某一列的某个元素的索引 addi r11 r0 0 temp 0 矩阵 C 当前的元素值的初始化 addi r9 r5 1 r9 l 1 r9 代表矩阵 A 当前数组中的实际行号 r5 的 初值为 0 movfp2i r1 f2 f2 是矩阵 A 的列数 multu r9 r1 r9 p n l 1 r9 代表矩阵 A 当前行中最后一个元素在数 组中的索引 calculate movi2fp f4 r10 movi2fp f9 r9 ltf f4 f9 compare i to pz 判断是否计算到当前行的最后一个元素 bfpf asign 当前行列相乘完毕 得出结果矩阵 C 的一个元素 跳转 赋值 addi r1 r10 A 取矩阵 A 当前元素在内存区域中的地址 lbu r2 0 r1 从 r1 所指向的内存单元中取出矩阵 A 当前的元素暂存 在 r2 addi r1 r7 B 取矩阵 B 当前元素在内存区域中的地址 lbu r3 0 r1 从 r1 所指向的内存单元中取出矩阵 B 当前的元素暂存 在 r3 multu r1 r2 r3 temp1 A i B j add r11 r11 r1 temp temp temp1 累加到累加器 addi r10 r10 1 i 计算矩阵 A 当前行的下个元素的索引 movfp2i r1 f3 add r7 r7 r1 j j k 计算矩阵 B 的当前列的下个元素的索引 j calculate 13 程 序 代 码 asign addi r1 r4 C r1 表示矩阵 C 当前的地址 sb 0 r1 r11 store C 把新计算出来的元素放入当前内存单元 addi r4 r4 1 赋值完一个元素 偏移量自增 1 addi r6 r6 1 矩阵 B 的当前列数自增 1 j column 矩阵 B 新的一列开始 leveladd addi r5 r5 1 矩阵 A 当前行自增 1 j line 矩阵 A 新的一行开始 finish addi r10 r0 0 分别读出矩阵 C 的元素值 movfp2i r8 f1 movfp2i r12 f3 addi r2 r10 C sw PrintfValue4 r1 addi r14 r0 PrintfPar 1 trap 5 addi r14 r0 PrintfPa