求素数程序prim.s计算机体系结构.doc

实 验 报 告课程名称 计算机体系结构 实验项目 _ WinDLX模拟器实验 _实验仪器 个人计算机 系 别 _ 计算机学院_ 专 业 _ 网络工程 班级/学号 网工0903/2009011422 学生姓名 _张昭_ 实验日期 _成 绩 _ 指导教师 _ _侯凌燕_WinDLX模拟器实验实习目的：通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关原理进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。实习环境：WinDLX模拟器可以装入DLX汇编语言程序，然后单步、设置断点或者连续执行该程序。CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以使用图形的方式表示出来。模拟器还提供了对流水线操作的统计功能。该模拟器对理解流水线和RISC处理器的特点很有帮助。WinDLX要求的硬件平台是IBM PC兼容机，WinDLX是一个Windows应用程序，运行于Windows 3.0以上的操作系统。WinDLX软件包中带有说明文件，供安装程序时候使用。软件包中还有WinDLX教程和联机帮助，可以通过它们进一步了解模拟器的使用方法和DLX处理器的原理。大家在进行模拟实验以前应该仔细阅读这些文档。实习步骤：1. 一用WinDLX模拟器执行下列三个程序（按照最后一位学号除3的余数选择）：l求素数程序prim.s（余数为2） 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。Prim.s程序的源代码：;* WINDLX Exp.2: Generate prime number table *;* (c) 1991 G黱ther Raidl *;* Modified 1992 Maziar Khosravipour *;-; Program begins at symbol main; generates a table with the first Count prime numbers from Table;-.data;* size of table.globalCountCount:.word10.globalTableTable:.spaceCount*4.text.globalmainmain:;* Initializationaddir1,r0,0;Index in Tableaddir2,r0,2 ;Current value;* Determine, if R2 can be divided by a value in tableNextValue:addir3,r0,0 ;Helpindex in TableLoop:seqr4,r1,r3;End of Table?bnezr4,IsPrim;R2 is a prime numberlwr5,Table(R3)divur6,r2,r5multur7,r6,r5subur8,r2,r7beqzr8,IsNoPrimaddir3,r3,4jLoopIsPrim: ;* Write value into Table and increment indexswTable(r1),r2addir1,r1,4;* Count reached?lwr9,Countsrlir10,r1,2sger11,r10,r9bnezr11,FinishIsNoPrim:;* Check next valueaddir2,r2,1 ;increment R2jNextValueFinish: ;* endtrap0步进：连续：设置断点：（1） 观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述 现象的指令组合。（2） 考察增加浮点运算部件对性能的影响。（3） 考察增加forward部件对性能的影响。（4） 观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。2. 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。改变前：改变后：不采用重新定向技术，我们得到的结果采用定向技术，我们得到的结果：数据相关引起的暂停时钟周期总数、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：总的周期数（2605），暂停数（2021）百分比：2021/2605=77.58%（采用定向技术）总的周期数（3194），暂停数（2334）百分比：2334/3194=73.07%（不采用定向技术）数据相关：Addi r1,r0,0x0Addi r2,r0,0x2Addi r3,r0,0x0Seq r4,r1,r3Bnez r4,lsprimLw r5,table(r3)Divu r6,r2,r5Multu r7,r6,r5Subu r8, r2,r7Beqz r8,lsnoprimAddi r3, r3,0x4I loopSw table(r1),r2Addi r1, r1,0x4Lw r9,$data(r0)Srli r10,r1,2Sge r11,r10,r9Bnez r11, finishAddi r2,r2,0x1I nextvalueTrap 0x0nop结构相关：Instructions/cyclesSw table(r1),r2Addi r1,r1,0x4Lw r9,$data(r0)Srli r10,r1,2Sge r11,r10,r9Bnez r11,finishAddi r2,r2,0x1Trap 0x0nop1.分析并写出此时全部数据相关的指令、原因、流水线停顿截图、暂停时钟周期数（循环的只写一轮） 所有截图如上（截图为整个循环）2.数据相关引起的暂停时钟周期数、程序执行的总时钟周期数、计算采用定向技术后性能提高的倍数。总的周期数（2605），暂停数（2021）百分比：2021/2605=77.58%（采用定向技术）总的周期数（3194），暂停数（2334）百分比：2334/3194=73.07%（不采用定向技术）性能提高倍数：3194/2605-1=22.61% 3.在程序逐步执行过程中，对于Clock Cycle Diagarm窗口中出现的一些箭头，可否给出一些解释？ 在Clock cycle diagram 窗口中，有时候还可以看到在指令之间出现了红和绿的箭头。红色箭头表示需要一个暂停，箭头指向处显示了暂停的原因。R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。绿色箭头表示定向技术的使用。4.对于产生相关的一些程序，可否有什么方法来避免这些相关？可以考虑采用资源重复的方法，比如，在流水线机器中设置相互独立的指令存