计算机系统结构实验报告

1、计算机系统结构实验报告 一. 流水线中的相关 实验目的： 1. 熟练掌握WinDLX莫拟器的操作和使用，熟悉 DLX旨令集结构及其特点； 2. 加深对计算机流水线基本概念的理解； 3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作； 4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPI性能的影响； 5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。 实验平台： Win DLX模 拟器 实验内容和步骤： 1. 用WinDLX模拟器执行下列三个程序： 求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运

2、行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察 CPI中寄存器和存储器的内容。熟练掌握Win DLX勺操作和使用。 2. 用WinDLX!行程序structure_d.s，通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相 关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的 百分比；论述资源相关对 CPI性能的影响，讨论解决资源相关的方法。 3. 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!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

3、暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 在采用定向技术的情况下(勾选Enable Forwarding )，用WinDLX再次运行程序data_d. 54 Total) 在定向技术不存在时候，控制暂停和Trap暂停仍然是同样的值，而RAW 暂停从17 变成了 53,总的模拟周期数增加到236。所以定向技术带来的加速比： 236 / 215 = 1.098 DLX forwarded 比 DLX not forwarded 快 9.8%。 2. 数据相关 先给出一个存在数据相关的程序： LHI R2, (A16) turn divf into a move cvti2f f7,f1 ;by st

4、ori ng in f7 1 in nop ;float in g-po int format divf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1 divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2 addf f3,f1,f2 divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10) divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4 divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5 multf f6,f4,f5 divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f13) Fi ni

5、sh: trap 0 运行之后可以得到结果： Total: 27 Cicle(s) executed. ID executed by 12 lnshuction($. _ lnstfuction|x currently in Pipeline. Stalls : RAW stalls: 9 (33.33鬼 of all Cycles thereof: LD 治陆 1 (11 1Uof RAW stalls) Branch Al ump stalls: 0 0.00 龛 of RAW stals) Floatirg point stalls: 8 1 QQlOOSf of RAW stals)

6、WAW stalls： 0 (0.003： of all CvcIeJ Structural 如Ils： 0 (0.00 of all Cycled Conlrd stalls: 0 (0.00X of dl Cydes) Trap dale 1 (25L92% of dl 匚yck制 Total: l6Stall(s) (59.26 of all Cycles 调度之后的程序sch_aft: .data .global ONE ONE: .word 1 .text .global mai n main: lf f1,ONE ;turn divf into a move cvti2f f7,f

7、1 ;by stori ng in f7 1 in nop ;float in g-po int format divf f1,f8,f7 ;move Y=(f8) into f1 divf f2,f9,f7 ;move Z=(f9) into f2 divf f4,f11,f7 ;move B=(f11) into f4 divf f5,f12,f7 ;move C=(f12) into f5 addf f3,f1,f2 multf f6,f4,f5 divf f10,f3,f7 ;move f3 into X=(f10) divf f13,f6,f7 ;move f6 into A=(f1

8、3) Fi nish: trap 0 运行之后得到： lota 丄 21 CvcIb(s) executed. ID executed by 12 Instruction($). 2 Instruction(s) currently in Pipeline. StalIs: RAW 献alb: 3 (14.2QK of al Cycles), lhereaf: LD stalk 1 (33 33 of RAW stalk Branch/Jump stak: 0 (0.00% of RAW sials Floating point sldk 2 旧6.67W of RAW stalls) WAW

9、 stalls: 0 (0 00 nF all Cycles Stiuctural stalls: 0 (0.30S of all Cycles Control stalls: Cl (0.00 of all Cycles Trap stab: E (29157X of dl Cycled Total: 9 Stdb) (42.BG% of all Cycles) 可以看出经过调度之后 运行周期从27减少到21，而且减少了相关。 2.循环展开： 循环展开前的程序： LHIR2, (A16 ) 3 (1O OOX of all Cycles) Total: 10 Stall(s) (33.33

10、of all Cycles) 循环展开后的程序: LHIR2, (A16 )& OxFFFF ADDUIR2, R2, A&OxFFFF LHIR3, (B16) &0 xFFFF ADDUIR3, R3, B&0 xFFFF ADDUR4, R0, R3 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 SUBI R4, R4, #8 TRAP #0 A: .double 1,2, 3, 4 B: .double 1,2, 3, 4 运行结果: H Statistics_ | 匸 Total: 14 Cycle($) executed. ID e

11、xecutecl by 10 lnstructior(s) ? Inbuctiont currently in Pipeline. Hardware con igurat i on: hdemofy size: 32768 Btes hddEX-Stoges： 1, required Cycles： 2 fmulEX-Stages: required Cycles: 5 fdivEX-Stages: 1, required Cycles: 13 Fofwading erabled. Stells : RAW 鈕Ik: 0 (0.0u?i of all Cycles), thereof: LD stalls: 0 (0.00S； of RAW stalls) Branch/Jump stalk： 0 (0 00 of RAW slls) Floating point stalls: 0 (O.OOi of RAW stalls) WAW 血k： 0 (0.00S； of all Cycles Structural stalk 0 (0 00 of dl Cycles Control stalls： 0 (0,00站 of all Cycles) Ttap stalk 3 21.43 of all Cycles)