体系结构流水线

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1、计算机科学与技术学院《计算机体系结构》课程实验学号：2012061216班级：20120612专业：计算机科学与技术学生姓名：吕梦瑶2015年6月140实验报告学生姓名：吕梦瑶学号:2012061216时间：2015年6月14日8:00-17：30地点：21号楼428实验室实验课程名称：计算机体系结构一、实验名称：求等差数列前n项并计算总和二、实验原理:1、WinDLXWinDLX模拟器是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器，能够演示DLX流水线是如何工作的。该模拟器可以装载DLX汇编语言程序(后缀

2、为“.s”的文件)，然后单步、设断点或是连续执行该程序。CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以用图形表示出来，以形象生动的方式描述DLX流水线的工作过程。模拟器还提供了对流水线操作的统计功能，便于对流水线进行性能分析。2、流水线执行过程：指令执行的5个阶段(1)取指令周期(2)指令译码/读寄存器周期(3)执行/有效地址计算周期(4)存储器访问/分支完成周期(5)写冋周期3、流水线中的相关：(1)结构相关：当某一条机器指令需要访问物理器件时，如加法器，此时加法器正被另一条机器指令使用，从而产生结构

3、相关；(2)数据相关：当某一条指令需要访问某个寄存器时，此时这个寄存器正被另一条指令所使用，从而产生数据相关；(3)控制相关：当程序执行到某个分支语句时，顺序执行的下一条语句将被跳过而去执行分支语句中满足条件的那条指令，从而产生控制相关。三、实验目的：1、初步学习指令的功能及程序的编码；2、通过该模拟实验，进一步掌握和巩固流水线的基本知识；3、了解影响流水线效率的因素一一数据相关、结构相关、控制相关，了解相关的种类;4、初步掌握在特定体系结构下的汇编代码的编写和优化；5、学习通过WinDLX解决三种相

4、关的方法。U!使用WinDLX模拟器，对lmy.s做如下分析：（1）分析lmy.s和imput.s输入顺序不同时产生的影响。（2）分析lmy.S中汇编语言含义，同时分析程序执行流程。（3）观察程序屮出现的数据/控制/结构相关。指出程序屮出现上述现象的指令组合。（4）考察增加浮点运算部件对性能的影响。（5）考察增加forward部件对性能的影响。（6）观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。注意：除（2）以外，浮点加、乘、除部件都只有一个；本问题屮所有浮点延迟部件设置为：加法：2个延迟周期；

5、乘法：5个延迟周期；除法19个延迟周期。五、实验器材（设备、元器件）：IBMPC兼容机Windows3.0以上的操作系统WinDLX模拟器六、实验步骤及操作：1、双击WinDLX图标运行WinDLX。装入测试程序之前，先初始化WinDLX模拟器：点击File菜单中的Resetall菜单项，弹出一个“ResetDLX”对话框。然后点击窗口中的“确认”按钮即可。2、选择File/LoadCodeorData，按如下步骤操作，可将lmy.s和i叩ut.s这两个程序装入主存：点击lmy.s点击select按钮

6、点击input.s点击select按钮点击load按钮3、按F7键程序顺序执行观察6个子窗口的情况。DLX-Standard—I/O3、三种相关及消除方法：(1)数据相关：当一条指令需要用到前面指令的执行结果，而这些指令均在流水线屮重叠执行时，就可能引起“数据相关”。程序中出现数据相关因为下而两条指令：subir6,r6，1bnezr6,Loop2如图，bnezr6，Loop2在译码阶段需要r6中的数据，而subir6r6屮的数据还未写回，所以需要等待，发生数据相关r6,1还在执行阶段cInstruc

7、tions/Cyclestrap0x5addidO,『10,0x1subir6zr6z0x1bnez丄oop2ClockCycleDiagram•40丨.33•38•37■36■35IFT-StallIFIDIF通过重定向技水解决，可选中此选项•34•33•32■31•30•29•2827WDMEMWBiuinitA七、实验数据及结果分析.•1、装入顺序：先装入Imy.s再转入input,s吋，因为程序顺序执行，地址顺序符合程序执行顺序，程序能够正确执行；顺序相反时，因为input.S的地址高，而程序

8、顺序执行到input,s时将没有正确的输入窗口，程序执行到输出结果时，也不会出现结果.2、运行结果：当输入的首项为1，个数为10，公差为2吋，输出如下:OKInputthefirstinteger:1Inputthenumberoftheintegers:10Inputthedifferencebetweentheadjacenttwointegers:2Outputallintegers:135791113151719Thesumis:100Confi