作业2—lab2指令集流水化实验—计算机体系结构

Lab2 指令集流水化实验报告学号：12281166 姓名：崔雪莹Exercise 1: What is hex code for NOP or SLL R0, R0, R0 00 00 00 00 H .Exercise 2: By looking at the binary code of the instruction, discover the following fields: Rs: 00100 , Rt: 00011 , Rd 00101 , 16-bit Imm (Imm16) 0010 1000 0010 0000 , Shift amount 00000 , Function Code 100000 , Write MemWrite 0 and RegWrite 1 for this instruction. What is use of 16-bit Immediate field in this instruction? 16位立即数是对branch指令来说的跳转目的地址的偏移地址，add指令没有作用 。 If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would have represented a Branch Offset. What is the potential Target Address 43092 立即数十进制表示为10272，目的地址为10272*4+2004=43092 Exercise 3: LW Instruction Rs: 01000 , Rt 00111 , Rd 32（00000） , 16-bit Imm (Imm16) 1111 1111 0011 1000 , Shift amount 29（11101） , Function Code 100011 , Write MemWrite 0 and RegWrite 1 for this instruction. What is use of Function filed and Shift Amount in this instruction? 操作数表明操作为LW读操作，是指令操作的唯一标记，移位量是相对与移位指令来说移几位，在LW指令没有作用 。If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would have represented a Branch Offset. What is the potential Target Address 1204 ，（-200*4）+2004=1204 。Exercise 4: Branch Target Found Adress 1204 , Is It same as EX.3 是 ? B input to ALU -200 , Why? 因为对于I型指令只有rs，rt和立即数，没有rd，是rs和立即数Imm运算的结果进行操作，所以B最终送ALU的是立即数而不是rt , ALUOut 800 , ALUOP = ADD , Why 因为立即数是偏移量，所以运算器是对R8和-200求和，得到的为目的地址 . LMD 525252 , Rdest 7 why this? 因为没有rd，但是是取800地址的内容，回送到R7里 。 RegWrite 1 , MemWrite 0 , What are two values at the input of very last MUX in the WB stage 525252 , 800 , Which value is selected 525252 , why 因为最终写回的是525252的值，而不是ALU运算的结果800 . Final Register File Values. R7 , 525252 , R8 , 1000 .Exercise 5: SW instruction Rs: 01000 , Rt 00111 , Rd 32（00000） , 16-bit Imm (Imm16) 1111 1111 0011 1000 , Shift amount 28（11100） , Function Code 101011 , Write MemWrite 1 and RegWrite 0 for this instruction. What is use of Function filed and Shift Amount in this instruction? 操作数表明操作为SW读操作，是指令操作的唯一标记，移位量是相对与移位指令来说移几位，在SW指令没有作用 。If the same instruction were a Branch instruction, the immediate field would have represented a Branch Offset. What is the potential Target Address 1204 ，（-200*4）+2004=1204 。Exercise 6: Branch Target Found Adress 1204 , Is It same as EX.3 是 ? B input to ALU -200 , Why? 因为对于I 型指令只有rs，rt和立即数，没有rd，是rs和立即数Imm运算的结果进行操作，所以B最终送ALU的是立即数而不是rt , ALUOut 800 , ALUOP = ADD , Why 因为SW是想把R7里的内容存到目的地址，立即数是偏移量，所以运算器是对R8和-200求和，得到的为目的地址 . LMD 7777 , Rdest 7 why this? 因为没有rd，但是是把R7里的内容存到目的地址800里。 RegWrite 0 , MemWrite 1 , Why 因为现在是存数，存到memory里，不是register里，所以MemWrite置1，RegWrite置0 , What are two values at the input of very last MUX in the WB stage 7777 , 800 , What is selected 800 why 因为写回memory地址为800（不太懂） . Final Register File Values. R7 , 7777 , R8 , 1000 .Exercise 7:Signal NameValueWhyID.A22222ID正在分析SW R1, 200(R2)Rs=Reg2=22222ID.B11111Rt=Reg1=11111ALUOUT in EXE9000EXE正在执行SLTI R9, R10, -1000运算结果为10000-1000=9000ALUOUT in MEM88988MEM正在进行LW R7, 100(R8)运算结果为100+88888=88988ALUOUT IN WB122221WB正在写回ADD R4, R5, R6结果为55555+66666=122221RDEST in ID0ID正在分析SW R1, 200(R2)没有涉及到RdRDEST in EXE9EXE正在执行SLTI R9, R10, -1000R9作为Rt，在选择时被选为RdRDEST in MEM7同理，R7被选为RdRDEST in WB4对于ADD R4, R5, R6R4为RdLMD in MEM77777从memory地址88988读到的数据为77777LMD in WB999上一个NOP的LMD为999没有被选择Final Values of Register FileR1=11111，R2=22222，R3=0，R4=122221，R5=55555，R6=66666，R7=77777，R8=88888，R9=0，R10=10000，R11=-1000，R12=12000，R13=13000 Exercise 8: Expected Values of Register File ADD R1,R2,R3 R2=22222,R3=33333,所以R1=55555SUB R5,R6,R1 R6=66666,R1=55555,所以R5=11111ADD R4,R1,R5 R1=55555,R5=11111,所以R4=66666SW R1,200( R4 ) R4=66666, 所以memory地址为66866值为55555LW R4,100( R1 ) R1=55555, 令55655地址内容为77777，所以R4=77777综上，R1=55555，R2=22222，R3=33333，R4=77777，R5=11111，R6=66666Actual Values of Register File 实际上，R1=55555，R2=22222，R3=33333，R4=77777，R5=55555，R6=66666Reason on difference发现期望值与实际实验的值不一样，我仔细观察指令的流水化过程，比如ADD R1,R2,R3 R2=22222,R3=33333,所以R1=55555SUB R5,R6,R1 R6=66666,R1=55555,所以R5=11111这是我期望的结果和过程，但实际上第一条指令走到WB阶段，R1值55555还没写回时，第二条指令已经取到了原始的没有写回R1的值11111，计算得到的R5为55555，当第一条指令写回后第二条指令走到了WB，结果没改变，造成错误，同理，接下来的计算类似，只是因为赋值特殊，所以看不出来变化，实际实现机制是不一样的。所以上述结果出现错误。Exercise 9:InstructionClock Cycle123456789101112ADD R1, R2, R3IFIDEXEMEMWBNOPIFIDEXEMEMWBNOPIFIDEXEMEMWBSUB R5, R6, R1IFIDEXEMEMWBExercise 10:InstructionClock Cycle1234567891011121314151617ADD R1, R2, R3IFIDEXEMEMWBSUB R5, R6, R1IFIDIDIDEXEMEMWBADD R4, R1, R5IFIFIFIDIDIDEXEMEMWBSW R1, 200(R4)IFIFIFIDIDIDEXEMEMWBLW R4, 100(R1)IFIFIFIDIDIDEXEMEMWB实验体会与心得：这次实验是关于指令流水化的内容，课上关于流水化只讲解了一些概念，并没有一个相对直观的感受，实验使用软件模拟化直观的看出指令的流水，印象十分深刻。实验过程中，我发现流水化的一些疑问，比如说上一条指令的结果是下一条指令的源，这样在流水化过程中就会出现错误，这个问题在exercise8，exercise10，可以直观的看到，并且exercise10通过引入了NOP，很好的实现了等待，结果不会出现错误。另外一个疑问就是关于指令格式，上一次实验我们学习