大连理工大学计算机系统结构试验试验三

1、大连理工大学计算机系统结构 实验-实验三作者: 日期：大连理工大学 实验报告计算机系统结构实验实验三 指令调度和延迟分支学 院 （系） : 电子信息与电气工程学部专 业： 计算机科学与技术学 生 姓 名 :班 级 :学号 :大连理工大学Dalian Univers ty of no gy实验三 指令调度和延迟分支一、实验目的和要求（） 加深对指令调度技术的理解。（2）加深对延迟分支技术的理解。（3）熟练掌握用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法。（ ）?进一步理解指令调度技术对 CPU性能的改进。（5） 进一步理解延迟分支技术对 CP性能的改进。二、实验步骤与操作方法1、启动 IPSsim

2、。2、根据前面的相关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、选择“配置”“流水方式”选项,使模拟器工作于流水方式下。4、用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。（ 1）启动 S im。（ 2）加载 schedule.s 。（ ）关闭定向功能。（4）执行所载入的程序。通过查看统计数据和时钟周期图,找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数、发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。（ 5）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。 将调度后的程序存到 fter- hedule.s中。（6）载入 fte -schedul .。（ 7）执行

3、该程序。观察程序在流水线中的执行情况,记录程序执行的总时钟周期数。（8）根据记录结果 ,比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高CPU性能的作用。、用延迟分支减少分支指令对性能的影响。（ 1）启动 MI S m 。（ ）载入 branch.s。（）关闭延迟分支功能。（ 4）执行该程序。观察并记录发生分支延迟的时刻。（ 5）记录执行该程序所用的总时钟周期数。（）假设延迟槽有个 ,对 b n h.s 进行指令调度 ,然后保存到“ del ye-branch.s”中。（ 7）载入 d laye - anch.s。（8）打开延迟分支功能。（ 9） 执行该程序。观察其时钟周期图。（1）记录执行该程

4、序所用的总时钟周期数。（1）对比上述两种情况下的时钟周期图。（ 2）根据记录结果 ,比较没采用延迟分支和采用了延迟分支的性能之间的不同。论述延迟分支对于提高 CPU 性能的作用。三、实验结果与分析1、指令调度（1） s hedule. 程序33，总停顿 1次 ,执行所载入的 ch dule.s 程序。统计数据和时钟周期图如下。程序总周期数为 其中（先写后读 ）停顿 1次 ,自陷停顿 1 次。图 s h du e.统计数据图 2 schedu e. 时钟周期图对于指令调度进行优化。优化有三种方式:从前调度、从目标处调度和从失败处调度。在此，我们采用了从前调度和从目标处调度两种方式。对比发现，从前

5、调度的优化效果比从目标处调度好。下图 是源程序和改好的 a ter ch ule. 程序。图 3 cedu d.s(2)after_schedule.s 程序执行 a te _s hedu e.s 共停顿次 ,其中 RW 停顿 1次，自陷停顿程序。统计数据和时钟周期图如下。1 次。图 4 fter_ chedule.s执行周期总数是 18 个时钟周期图 5 f r_schedule 统计数据图图 6 after_s hedule.s 时钟周期图(3)调度前后比较与分析实验数据表明调度前总周期 33条，停顿 17次;调度后总周期为 18，停顿 2 次。性能提升将近 一倍。可以看出在一定条件下 ,

6、指令调度对于 CU 性能的提升有很大的作用。当然这提升同运行的程序及指令调度的方法有很大的关系。对于不同的程序可以提升的最大性 能是不一样的。而不同的指令调度方法对于CPU 性能的提升也有很大的影响。所以使用有效的正确的算法来进行指令调度是很有必要的， 这样既能节约安排指令调度的时间 又能使 CPU的性能尽可能的得到提升。2. 延迟分支(1)branch.s 程序： 执行程序，发生分支延迟的时刻如图中红线处。程序总时钟周期数为 ,其中控制停顿为。数据统计如图所示。图 7 bra ch. 时钟周期图图 8 bra ch 数据统计图(2)delayedbnh.s 程序SW 1， ($r2) 设置对

7、 branc.s 进行延迟分支调度 ,调度后程序如下所示。其中程序将 为延迟槽指令。图 delay d_brach.程序打开延迟分支功能，执行程序。时钟周期总数为32,控制停顿为 0图 10 时钟周期图图11 统计数据图(3)调度前后比较与分析实验数据表明调度前总周期38 条，控制停顿 2 次 ;调度后总周期为 32，停顿次。控制停顿已消除。可以看出在一定条件下 ,采用延迟分支可以提升 CPU的性能。 对于不同的程序可以提升的最大性能是不一样的。 不同的调度方法对于 CPU 性能的提升也有的 影响，从前调度 ,从目标代码处调度 ,从失败处调度 ,对于不同的程序这几种方法提升的性能是不同的。 同时可以看