大连理工大学计算机系统结构试验

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大连理工大学试验报告

计算机系统结构试验

试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

DalianUniversityofTechnology

试验三指令调度和延迟分支

一、试验目的和要求

（1）（2）（3）（4）（5）

加深对指令调度技术的理解。加深对延迟分支技术的理解。

熟练把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。进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。

二、试验步骤与操作方法

1、启动MIPSsim。

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，把握各流水寄放器的含义。

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MIPSsim。（2）加载schedule.s。（3）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after-schedule.s中。（6）载入after-schedule.s。

（7）执行该程序。观测程序在流水线中的执行状况，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。5、用延迟分支减少分支指令对性能的影响。（1）启动MIPSsim。（2）载入branch.s。（3）关闭延迟分支功能。

（4）执行该程序。观测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。

（6）假设延迟槽有1个，对branch.s进行指令调度，然后保存到“delayed-branch.s〞中。（7）载入delayed-branch.s。（8）开启延迟分支功能。

（9）执行该程序。观测其时钟周期图。（10）记录执行该程序所用的总时钟周期数。（11）对比上述两种状况下的时钟周期图。

（12）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、试验结果与分析

1、指令调度

（1）schedule.s程序

执行所载入的schedule.s程序。统计数据和时钟周期图如下。程序总周期数为33，总停顿17次，其中RAW(先写后读)停顿16次，自陷停顿1次。

图1schedule.s统计数据

图2schedule.s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after_schedule.s程序。

图3scheduld.s图4after_schedule.s

（2）after_schedule.s程序

执行after_schedule.s程序。统计数据和时钟周期图如下。执行周期总数是18个时钟周期，共停顿2次，其中RAW停顿1次，自陷停顿1次。

图5after_schedule.s统计数据图

图6after_schedule.s时钟周期图

（3）调度前后比较与分析

试验数据说明调度前总周期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，指令调度对于CPU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，这样既能俭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7中红线处。程序