系统结构实验一报告.doc

实验一 流水线及流水线中的冲突 实验目的 加深对计算机流水线基本概念的理解。 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。 加深对数据冲突、结构冲突的理解。 加深对指令调度技术的理解并进一步理解指令调度技术对CPU性能的改善。 实验平台 实验平台采用指令集和流水线操作级模拟器MIPSsim。 通用寄存器: 浮点寄存器: 特殊寄存器: 流水寄存器: 第13个时钟周期的时钟周期图如下: 各段指令为: （1） 学号为单数的同学自己编写一段关于结构冲突的汇编语言程序，分析该段程序存在结构冲突的指令以及导致结构冲突的部件，记录由结构冲突引起的停顿时钟周期数，计算停顿周期数占总执行周期数的百分比。分析结构冲突对CPU性能的影响。 编写的代码如下: .text main: ADD.D $f2,$f0,$f1 ADD.D $f3,$f0,$f1 ADD.D $f4,$f0,$f1 ADD.D $f5,$f0,$f1 ADD.D $f6,$f0,$f1 ADD.D $f7,$f0,$f1 ADD.D $f8,$f0,$f1 ADD.D $f9,$f0,$f1 TEQ $r0,$r0 由结构冲突引起的停顿周期数为:35个 计算停顿周期数占总执行周期数的百分比为:67.30769% ADD.D $f3,$f0,$f1和ADD.D $f4,$f0,$f1指令间存在结构冲突,由于读f0和f1的值都要访存，又因为执行一条流水线时只能有有一条指令访存，所有产生结构冲突。 结构冲突降低了CPU的性能，是执行周期时间变长，并行性较差。 （2）加载样例schedule.s观察程序在流水线中的执行情况。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，发生写后读冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。 RAW停顿：12 占周期总数的百分比：41.37931% load停顿：3 占所有RAW停顿的百分比：25% 浮点停顿：0 占所有RAW停顿的百分比：0% WAW停顿：0 占周期总数的百分比：0% 结构停顿：0 占周期总数的百分比：0% 控制停顿：0 占周期总数的百分比：0% 自陷停顿：1 占周期总数的百分比：3.448276% 停顿周期总数：13 占周期总数的百分比：44.82759% 发生写后读冲突的指令：LW $r2,0($r1)和MUL $r24,$r26,$r14等 程序执行的总时钟周期数为：29 （3）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突，将调度后的程序重新加载，执行该程序观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总周期数。 消除冲突后程序为： .text main: ADD.D $f2,$f0,$f1 ADDIU $r8,$r0,num LW $r1, 0($r8) BGEZAL $r1,func ADD.D $f3,$f0,$f1 ADD.D $f4,$f0,$f1 SLL $r0,$r0,0 SW $r2, 60($r0) TEQ $r0,$r0 SLL $r0,$r0,0 func: ADD $r2,$r1,$r0 ADDI $r6,$r0,8 loop: ADDI $r1,$r1,-1 ADDI $r3,$r0,25 LW $r4, 60($r6) BEQ $r1,$r0,ret SLL $r0,$r0,0 MUL $r2,$r1,$r2 BEQ $r0,$r0,loop SLL $r0,$r0,0 ret: JR $r31 SLL $r0,$r0,0 .data num: .word 5 运行结果为: 三 实验总结 通过此次试验,我学会了MIPSsim的运用方法,通过观察流水线作业各个阶段的时钟周期图,和发现数据冲突和结构冲突对CPU性能的影响,和学会了怎么样去解决这两种冲突,提升CPU的性能.