计算机体系结构实验教程.doc

计算机体系结构 实 验 指 导 书 山东大学软件学院 软件学院 2010-7月 目录 第一章 SimpleScalar介绍 5 1.1 计算机体系结构的概念 5 1.2 Simplescalar模拟器简介 5 1.3 SimpleScalar仿真介绍 6 1.4 SimpleScalar的目录结构 9 第二章 实验1：SimpleScalar的安装与配置 11 2.1 实验摘要 11 2.2 实验目的 11 2.3 实验步骤 11 2.3.1 SimpleScalar的安装 11 2.3.2. mp_simplesim的安装 14 2.4 SimpleScalar主要部件 19 2.5关于Mibench-auotomotive基准测试包的简要说明 19 第三章 实验2：5级超标量流水线 21 3.1实验摘要 21 3.2实验目的 21 3.3实验原理 21 3.4实验步骤 23 3.5实验报告 23 3.6代码分析 23 3.7实验扩展 26 第四章 实验3：动态分支预测 27 4.1实验摘要 27 4.2实验目的 27 4.3实验原理 27 4.4实验步骤 28 4.5实验报告 29 4.6代码分析 30 4.7实验扩展 33 第五章 实验4：乱序执行 34 5.1实验摘要 34 5.2实验目的 34 5.3实验原理 34 5.4实验步骤 34 5.5实验报告 34 5.6代码分析 34 5.7实验扩展 36 第六章 实验5：推断执行 37 6.1实验摘要 37 6.2实验目的 37 6.3实验原理 37 6.4实验步骤 37 6.5实验报告 38 6.6代码分析 38 6.7实验扩展 39 第七章 实验6：Cache性能分析 40 7.1实验摘要 40 7.2实验目的 40 7.3实验原理 40 7.4实验步骤 41 7.5实验报告 41 7.6代码分析 41 7.7实验扩展 43 第八章 实验7：虚拟cache 44 8.1实验摘要 44 8.2实验目的 44 8.3实验原理 44 8.4实验步骤 44 8.5实验报告 44 8.6代码分析 45 8.7实验扩展 45 第九章 实验8：伪相联cache 46 9.1实验摘要 46 9.2实验目的 46 9.3实验原理 46 9.4实验步骤 46 9.5实验报告 46 9.6代码分析 46 9.7实验扩展 47 第十章 实验9：线程级并行 48 10.1实验摘要 48 10.2实验目的 48 10.3实验原理 48 10.4实验步骤 48 10.5实验报告 49 10.6代码分析 49 10.7实验扩展 52 第十一章 实验10：多处理器的存储 53 11.1实验摘要 53 11.2实验目的 53 11.3实验原理 53 11.4实验步骤 53 11.5实验报告 53 11.6代码分析 53 11.7实验扩展 62 第十二章 实验11：线程同步 63 12.1实验摘要 63 12.2实验目的 63 12.3实验原理 63 12.4实验步骤 63 12.5实验报告 63 12.6代码分析 63 12.7实验扩展 66 第十三章 开放实验1：指令集设计 67 13.1实验摘要 67 13.2实验目的 67 13.3实验原理 67 13.4实验步骤 67 13.5实验报告 69 13.6代码分析 69 13.7实验扩展 69 第十四章 开放实验2：cache 优化 70 14.1实验摘要 70 14.2实验目的 70 14.3实验原理 70 14.4实验步骤 70 14.5实验报告 70 14.6代码分析 70 14.7实验扩展 74 第十五章 开放实验3：流水线改进 75 15.1实验摘要 75 15.2实验目的 75 15.3实验原理 75 15.4实验步骤 75 15.5实验报告 75 15.6代码分析 75 15.7实验扩展 79 关于“计算机体系结构（computer architecture）”定义是1964年C.M.Amdahl在介绍IBM 360系统时提出的，其具体描述为“计算机体系结构是程序员所看到的计算机的属性，即概念性结构与功能特性”。 SimpleScalar 模拟器是一个超标量、5级流水的RISC体系结构模拟器，提供了从最简单到超标量乱序发射的不同的模拟程序。 SimpleScalar工具集起源于80年代中后期由Manoj Franklin开发的模拟工具。1995年夏，Steve Bennett开发了SimpleScalar x86工具。SimpleScalar模拟器由Intel公司微型计算机研究室的Todd M. Austin在1996年最终编写而成，美国麦迪逊威斯康星大学计算机学院的Doug B