作业2-lab2指令集流水化实验-计算机体系结构

1、Lab2指令集流水化实验报告学号：12281166姓名：崔雪莹Exercise1:WhatishexcodeforNOPorSLLRO,RO,RO00000000H.Exercise2:Bylookingatthebinarycodeoftheinstruction,discoverthefollowingfields:Rs:00100,Rt:00011,Rd00101,16-bitImm(Imm16)0010100000100000,Shiftamount00000,FunctionCode100000,WriteMemWrite0andRegWrite1forthisinstruction

2、.Whatisuseof16-bitImmediatefieldinthisinstruction?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。IfthesameinstructionwereaBranchinstruction,theimmediatefieldwouldhaverepresentedaBranchOffset.WhatisthepotentialTargetAddress43092立即数十进制表示为10272，目的地址为10272*4+2004=43092Exercise3:LWInstructionRs:01000,Rt00111,R

3、d32(00000),16-bitImm(Imm16)1111111100111000,Shiftamount29(11101),FunctionCode100011,WriteMemWrite0andRegWrite1forthisinstruction.WhatisuseofFunctionfiledandShiftAmountinthisinstruction?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。IfthesameinstructionwereaBranchinstruction,theimmediatefieldwou

4、ldhaverepresentedaBranchOffset.WhatisthepotentialTargetAddress1204,(-200*4)+2004=1204。Exercise4:BranchTargetFoundAdress1204,IsItsameasEX.3是？BinputtoALU-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,ALUOut800,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.LMD525252,Rdest7

5、whythis?因为没有rd，但是是取800地址的内容，回送到R7里。RegWrite1,MemWrite0,WhataretwovaluesattheinputofverylastMUXintheWBstage525252,800,Whichvalueisselected525252,why因为最终写回的是525252的值，而不是ALU运算的结果800.FinalRegisterFileValues.R7,525252,R8,1000Exercise5:SWinstructionRs:01000,Rt00111,Rd32(00000),16-bitImm(Imm16)111111110011

6、1000”Shiftamount28(11100),FunctionCode101011,WriteMemWrite1andRegWrite0forthisinstruction.WhatisuseofFunctionfiledandShiftAmountinthisinstruction?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。IfthesameinstructionwereaBranchinstruction,theimmediatefieldwouldhaverepresentedaBranchOffset.Whatisth

7、epotentialTargetAddress1204，(-200*4)+2004=1204。Exercise6:BranchTargetFoundAdress1204,IsItsameasEX.3是?BinputtoALU-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,ALUOut800,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.LMD7777,Rdest7whythis?因为没有rd，但是是把R7里的

8、内容存到目的地址800里。RegWrite0,MemWrite1,Why因为现在是存数，存到memory里，不是register里，所以MemWrite置1,RegWrite置7777,800,Whatisselected800,WhataretwovaluesattheinputofverylastMUXintheWBstagewhy因为写回memory地址为800(不太懂).FinalRegisterFileValues.R7,7777,R8,1000Exercise7:SignalNameValueWhyID.A22222ID正在分析SWR1,200(R2)Rs=Reg2=22222ID

9、.B11111Rt=Reg1=11111ALUOUTinEXE9000EXE正在执行SLTIR9,R10,-1000运算结果为10000-1000=9000ALUOUTinMEM88988MEM正在进行LWR7,100(R8)运算结果为100+88888=88988ALUOUTINWB122221WB正在与回ADDR4,R5,R6结果为55555+66666=122221RDESTinID0ID正在分析SWR1,200(R2)没有涉及到RdRDESTinEXE9EXE正在执行SLTIR9,R10,-1000R9作为Rt,在选择时被选为RdRDESTinMEM7同理，R7被选为RdRDESTin

10、WB4对于ADDR4,R5,R6R4为RdLMDinMEM77777从memory地址88988读到的数据为77777LMDinWB999上一个NOP的LMD为999没有被选择FinalValuesofRegisterFileR1=11111，R2=22222，R3=0，R4=122221，R5=55555，R6=66666,R7=77777，R8=88888,R9=0，R10=10000,R11=-1000，R12=12000,R13=13000NliifedlPiidlkl同NTfikuMJiDPa.R5.Pt11-TH111R2-22222R4-122221R5-55565RWe&SCR

11、7-?77?眄抽硼眄驹硼RW-lOOOQRiIliiRl.Rlln-Npc-NGIHu匚TIn-NILE：疋口MIPSRegistersJanOSEwrt339LMDAJLUnulMEMDR一11ZZS211U1JU_Ud2ftM:NOPZCG4阪尸30H:NOP2002rjcip20:NOP；D40NOPZD+4MQF32049NOPZOK阪尸3C6GNOP2DBQryciR2iNOP2DE3N0F2072NOF；U7GNOP2DSawapLWiNOP2DS8凶口尸2C62NOP2D3SryciR21W:NOP21CM:NOP21DE：:NQP2112:NOP2116:NOP2120NOP2

12、12R1tR19R20R21R22ROiBah/vsszero.Checked8siist日sareihoseihai日8Inlllalltecusedilnthecurrentprogram.Clickonaregistertoassignavalue.This卜时te口r$Mspshows-allEurn口ryreFeren匚玉/addc匚tuallyused(readorwrrittento)inthe口o口rm.Allotherrn&rnoiyiccetioriassumerandomvali_i&inarealbutforpads口口icalreasonsIhaysassumedth

13、emtohave999.Exercise8:ExpectedValuesofRegisterFileADDR1,R2,R3R2=22222,R3=33333，所以R1=55555SUBR5,R6,R1R6=66666,R1=55555,所以R5=11111ADDR4,R1,R5R1=55555,R5=11111,所以R4=66666SWR1,200(R4)R4=66666,所以memory地址为66866值为55555LWR4,100(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

14、=11111,R6=66666ActualValuesofRegisterFile实际上，R1=55555,R2=22222,R3=33333,R4=77777,R5=55555,R6=66666Reasonondifference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ADDR1,R2,R3R2=22222,R3=33333，所以R1=55555SUBR5,R6,R1R6=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

15、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，实际实现机制不一样的。所以上述结果出现错误。Exercise9:InstructionClockCycle123456789101112ADDR1,R2,R3IFIDEXEMEMWBNOPIFIDEXEMEMWBNOPIFIDEXEMEMWBSUBR5,R6,R1IFIDEXEMEMWBExercise10:InstructionClockCycleADDR1,R2,R3SUBR5,R6,R1ADDR4,R1,R5SWR1,200(R4)LWR4,100(R1)1011121314151617IFIDEXEMEMWBIFIDIDIDEXEMEMWBIFIFIFIDIDIDEXEMEMWBIFIFIFIDIDIDEXEMEMWBIFIFIFIDIDIDEXEMEMWB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，可以直观的看到，并且通过引入了，很好的实