实验2-流水线与流水线中的冲突-实验报告.doc

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计算机系统结构实验报告班级实验日期实验成绩姓名学号实验名称实验2流水线与流水线中的冲突实验目的、要求1、加深对计算机流水线基本概念的理解；2、理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作；3、加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。4、进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。实验内容、步骤及结果2.1观察程序在流水线中的执行情况（载入piplelines.s）1、执行到第13个时钟周期，各段分别在处理的指令，画出这这时的时钟周期图2、这时个流水寄存器中的内容为IF/ID.IR=CC4003CIF/ID.NPC=00030ID/EX.A=00000ID/EX.B=00000ID/EX.IMM=00019ID/EX.IR=30019 EX/MEM.ALUOUT=00004EX/MEM.IR=1FFFFMEM/WB.ALUOUT=00008MEM/WB.IR=60008MEM/WB.LMD=000002.2观察和分析结构冲突对CPU性能的影响（载入structure_hz.s）1、浮点加法器的个数改为1个（1）导致结构冲突的部件加法器（2）由结构冲突引起的停顿始终周期数35停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比67.30769% 2、将浮点加法器的个数改为4个（1）导致结构冲突的部件加法器（2）由结构冲突引起的停顿始终周期数10停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比10.52632%3、分析结构冲突对CPU性能的影响，讨论解决结构冲突的方法影响：结构冲突会降低CPU的利用率和吞吐率方法：一般采用分别设置独立的指令存储器和数据存储器的防方法，或者任只设置一个存储器，但采用两个分离的Cache;指令Cache,数据Cache 2.3观察数据冲突并用定向技术来减少停顿（载入data_hz.s）1、关闭定向功能（1）列出在什么时刻发生了RAW（先写后读）分别在第3、5、8、12、16、19、24、27、31、35、38、43、46、50、54、57时钟周期（从第0周期开始计算）（2）程序执行的总周期数65由数据冲突引起的停顿始终周期数31停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比47.69231% 2、打开定向功能（1）列出在什么时刻发生了RAW（先写后读）分别在第4、12、24、36时钟周期（从第0周期开始计算）（1）程序执行的总周期数43由数据冲突引起的停顿始终周期数9停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比20.93023%（2）计算采用定向技术后的性能是原来性能的几倍65/43=1.5116倍总结流水线中的冲突，是的指令流中的下一条指令不能再指定的开始周期开始执行。当发冲突时，会使流水线出现停顿，这回降低流水线的小路和实际的加速比。流水线中执行时间最长的段称为瓶颈段，可以通过增加细分瓶颈段和重复设置瓶颈段的方法来消除瓶颈段。定向技术有效的减少了写后读数据冲突引起的停顿，在计算结果尚未出来之前，后面使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方，直接送到其他指令需要他的地方，就可以减少停顿，提高流水线的效率。