系统结构 第一、二次试验报告

1、实验一 熟悉模拟器WinDLX的使用一、 实验目的1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点。2. 加深对计算机流水线基本概念的理解。3.了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作。二、 实验平台WinDLX模拟器三、 实验任务用WinDLX模拟器执行下列两个程序：l 求阶乘程序fact.sl 求最大公倍数程序gcm.s分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。1.用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s（1）用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这

2、个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。（2） 输入数据“3”，采用单步执行方法，完成程序并通过使用WinDLX，总结WinDLX的特点。（3）注意观察变量说明语句所建立的数据区，理解WinDLX指令系统。（4）分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX的操作和使用。2.用WinDLX模拟器求最大公约数程序gcm.s（1）用WinDLX模拟器执行程序。该程序从标准输入读入两个整数，求他们的greate

3、stcommonmeasure，然后将结果写到标准输出。该程序中调用了input.s中的输入子程序。（2）给出两组数6、3和6、1，采用单步和连续混合执行的方法完成程序，注意中间过程和寄存器的变化情况，观察流水线工作情况。然后单击主菜单上的execute/displaydlx-i/o,观察结果。(3 ) 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容。实验结果：1、（1）导入fact.s和input.s代码（2） 单步执行流水线：寄存器的值：由图可知：PC寄存器中存放下一条要执行的语句的地址，IMAR中存放当前执行的语句的地址。（3）设

4、置断点：执行到断点：（4）自动执行：执行结果：（5） 程序代码：Fact.s:main:;* Read value from stdin into R1addir1,r0,PromptjalInputUnsigned;* init valuesmovi2fp f10,r1;R1 - D0D0.Count registercvti2df0,f10addir2,r0,1 ;1 - D2D2.resultmovi2fpf11,r2cvti2df2,f11movdf4,f2;1- D4 D4.Constant 1;* Break loop if D0 = 1Loop:ledf0,f4;D0=1 ?bf

5、ptFinish;* Multiplication and next loopmultdf2,f2,f0subdf0,f0,f4jLoopFinish: ;* write result to stdoutsdPrintfValue,f2addir14,r0,PrintfPartrap5;* endtrap0（6） 分析结果：点击Statistics窗口，可以看到总的周期数为81，总的暂停数为29，其中数据相关暂停数为10，占总执行周期数的百分比为12.34%；控制相关暂停数为7，占总执行周期数的百分比为8.64%；中断暂停时钟周期数Trapstalls为12，占总执行周期数的百分比为14.81

6、%。2、 （1）导入代码（2） 单步执行：流水线：执行结果：6、3时：6、1时：（3） 设置断点： 执行到断点：（4） 自动执行F5结果与单步执行一致。（5） 程序代码：Gcm.s:main:;* Read two positive integer numbers into R1 and R2addir1,r0,Prompt1jalInputUnsigned;read uns.-integer into R1addr2,r1,r0;R2 R2 ?bnezr3,r1Greaterr2Greater:;* subtract r1 from r2subr2,r2,r1jLoopr1Greater:;

7、* subtract r2 from r1subr1,r1,r2jLoopResult: ;* Write the result (R1)swPrintfValue,r1addir14,r0,PrintfPartrap5;* endtrap0（6） 分析结果：当输入数据为6和1时： 点击Statistics窗口，可以看到总的周期数为121，总的暂停数为51，其中数据相关暂停数为23，占总执行周期数的百分比为19.01%；控制相关暂停数为10，占总执行周期数的百分比为8.26%；中断暂停时钟周期数Trapstalls为18，占总执行周期数的百分比为14.88%。当输入数据为6和1时： 点击Sta

8、tistics窗口，可以看到总的周期数为157，总的暂停数为63，其中数据相关暂停数为31，占总执行周期数的百分比为19.74%；控制相关暂停数为14，占总执行周期数的百分比为8.92%；中断暂停时钟周期数Trapstalls为18，占总执行周期数的百分比为11.46%。实验二 流水线中的相关一、 实验目的1. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；2. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响；3. 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。二、 实验平台WinDLX模拟器三、 实验内容和步骤1.用WinDLX运行程序struc

9、ture_d.s（1）找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件。（2）记录由结构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。（3）论述结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。2. 用WinDLX运行程序data_d.s（1）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运行程序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，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。（2）在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用Wi

10、nDLX再次运行程序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，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。（3）根据上面记录的数据，计算采用定向技术后性能提高的倍数。实验过程：1、第一部分：（1）导入程序：（2） 单步执行：（3） 执行结果：（4） 源程序代码： LHI R2, (A16)&0xFFFF ADDUI R2, R2, A&0xFFFF LHI R3, (B16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B&0xFFFF ADDU R4, R0, R3 loop: LD F0, 0(R2) ;R2-F0 LD F4, 0(R3) ;R3-F4 A

11、DDD F0, F0, F4 ;把栽入的R2和R3做浮点运算 ADDD F2, F0, F2 ; - A stall is found (an example of how to answer your questions) ADDI R2, R2, #8 ADDI R3, R3, #8 SUB R5, R4, R2 BNEZ R5, loop TRAP #0 ; Exit 16) & 0xFFFF ;将A的值右移16位， 将A与十六进制FFFF相与 ADDUI R2, R2, A & 0xFFFF ; 先右移然后与运算 LHI R3, (B16)&0xFFFF ADDUI R3, R3, B

12、&0xFFFF ;栽入R2+A-R2, 栽入R3+B-R3 loop: LW R1, 0 (R2) ADD R1, R1, R3 SW 0(R2), R1 LW R5, 0 (R1) ADDI R5, R5, #10 ADDI R2, R2, #4 SUB R4, R3, R2 BNEZ R4, loop ;循环,先将R2-R1, R1+R3-R1, 存储R1 TRAP #0 ;也就是先将之前读入的R2与R3相加-R1 A: .word 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36 B: .word 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 ;定义好的

13、常量（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运行程序data_d.s。执行结果：结果分析：在不采用定向技术的情况下，运行程序。打开静态窗口，可以看到，总的周期数为202，总的暂停数为116，其中数据相关暂停数为104，占总执行周期数的百分比为51.48%；控制相关暂停数为9，占总执行周期数的百分比为4.46%；中断暂停时钟周期数Trapstalls为3，占总执行周期数的百分比为1.48%。（4）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.s。采用定向技术：执行结果：结果分析：运行程序。再次打开静态窗口，可以看到，总的周期数变为128，总的暂停数为42，其中数据相关暂停数为30，占总执行