计算机系统结构实验报告

班 级： 2011211

学 号：

姓 名： 17

1. 实验一 WINDLX模拟器安装及使用

2. 实验二 指令流水线相关性分析

3. 实验三 DLX处理器程序设计

4. 实验四 代码优化

5. 实验五 循环展开(选作)

实验一 WINDLX模拟器安装及使用

简要介绍WINDLX模拟器结构和功能

此图为初始界面

Register窗口

显示寄存器中的内容

Clock?Cycle?Diagram子窗口?

现在双击Clock?Cycle?Diagram子窗口，它显示DLX流水线的时空图。

Statistics子窗口

Pipeline子窗口

窗口中用图表形式显示了DLX的五段流水线。可以看出，DLX执行指令的流水线是一个5段流水线，包括取指段(IF)、译码段(ID)、执行段(EX)、访存段(MEM)和写回段(WB)。显然，不同指令在执行段的操作是不同的，而且不同操作在该段的延迟也是不同的。

Breakpoint子窗口?

按F7键以单步方式运行程序，可以清楚的看到每条指令在流水线各个段的具体操作情况，除此之外，DLX模拟器还提供了其他几种运行程序的方式。单击主窗口中Execute子菜单，可以看到DLX模拟器共提供了4种运行程序的方式，其中Single?Cycle(或按F7键)就是单步执行方式；Multiple?Cycles(或按F8键)是多步执行方式，选择该方式，会在屏幕上出现一个窗口，询问周期个数，它表示流水线从当前位置继续向前执行的周期个数，输入你需要的值，然后按OK键.

Code子窗口?

里面显示的内容是两个程序(fact.s和input.s)加载到内存中的情况。最右边显示的是程序fact.s的第一条指令，对照图2.7中fact.s的第一条语句，可以看出，变量Prompt被代替以0x1000，这说明变量Prompt在程序被加载到内存中的实际地址就是0x1000，也即程序的数据区被加载到内存地址0x1000开始的地方，这里“0x”表示十六进制。中间显示的是第一条语句的机器码 表示占了内存的4个字节位置。

实验二 指令流水线相关性分析

一．实验目的。

通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。

二．实验原理。

指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。相关影响流水线性能。

三．实验过程及分析结果。

(1)观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。

①数据相关及指令组合：

截图及分析

原因是管道清除在DLX trap-instruction时发现避免所有问题的可能性。这是记录在信息窗口，Trap-Pipeline-Clearing失速!“如果阶段。lbu r3,0x0(r2)要在WB周期写回r3中的数据，而下一条指令 seqi r5,r3,0xa 要在intEX周期中读取r3中的数据。发生了WR相关。存储了一个数据。

2) 指令组合

lbu r3,0x0(r2)

seqi r5,r3,0xa

②控制相关及指令组合：

1) 截图及分析

可以看到仿真在第四周期,第一条命令是在MEM阶段, 第二条命令处于intEX段，第四条命令处于IF段，而第三条命令处于"aborted"。

原因:第二个命令,jal是无条件分支。这个事实是只有在第三周期,当jal被解码。之后在这个周期命令movi2fp(jal)已经被获取,但下一个执行命令将在另一个地址。因此movi2fp的执行必须中止,留下一个的管道。

2) 指令组合

addi r1, r0 , 0x1000

jal InputUnsigned

movi2fp f10,r1

sw SaveR2[r0],r2

③结构相关及指令组合：

1) 截图及分析

addi r2, r2, 0x1 该指令与它前面的一天指令 add r1,r1, r3发生了结构相关。由于上一条指令由于数据相关需要停4个周期，在ID段后停滞，不能进入intEX段，故 addi r2,r2,0x1 就不能进入ID段，译码部分已经被占用。故发生了结构相关。

2) 指令组合

add r1,r1, r3

addi r2, r2, 0x1

(2)考察增加浮点运算部件对性能的影响。

进行20次循环，截图如下

分析：

代码执行相