计算机体系结构实验报告——实验五.pdf

实验五: 数据相关 1．实验目的： 通过本实验，加深对数据相关的理解，掌握如何使用定向技术来减少数据 相关带来的暂停。 2. 实验内容： (1)在不采用定向技术的情况下（通过Configuration菜单中的 Enable Forwarding选项设置），用WinDLX模拟器运行程序data_d.s 。 (2)记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计 算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 (3)在采用定向技术的情况下，用WinDLX模拟器再次运行程序data_d.s。 (4)记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计 算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。 (5)根据上面记录的数据，计算采用定向技术后性能提高的倍数。 3.实验程序： 程序data_d.s 。 LHI R2, (A16) 0xFFFF ADDUI R2, R2, A 0xFFFF LHI R3, (B16)0xFFFF ADDUI R3, R3, B0xFFFF loop: LW R1, 0 (R2) ADD R1, R1, R3 SW 0(R2), R1 LW R5, 0 (R1) ADDI R5, R5, #10 ADDI R2, R2, #4 SUB R4, R3, R2 BNEZ R4, loop TRAP #0 1 A: .word 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 36 B: .word 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 4.实验流程图 R2=A16 R2=R2+A R3=B16 R3=R3+B R1=(R2) R1=R1+R3 (R2)=R1 R5=(R1) R5=R5+10 R2=R2+4 R4=R3-R2 N R4=0? Y TRAP#0 5.实验过程 当指令在流水线中重叠执行时，流水线有可能改变指令读/写操作数的顺序，使得读/ 写操作顺序不同于它们非流水实现的顺序，这将导致数据相关。 5.1 在不采用定向技术的情况下，产生数据相关的地方： 1addui r2,r2,0x134 需要用到lhir2,0x0 的计算结果，lhi 指令在wb 段才将计算 结果写入寄存器r2 中，但是addui 指令在其ID 段就要从寄存器r2 中读取计算结果，这 就产生了数据相关。 2 2 addui r3,r3,0x15c 需要用到lhir3,0x0 的计算结果，lhi 指令在wb 段才将计算 结果写入寄存器r2 中，但是addui 指令在其ID 段就要从寄存器r3 中读取计算结果，这 就产生了数据相关。 3 addui r1,r1,r3 需要用到lhi r1,0x0(r2) 的计算结果，lhi 指令在wb 段才将计 算结果写入寄存器r1 中，但是addui 指令在其ID 段就要从寄存器r2 中读取计算结果， 这就产生了数据相关。sw 0x0(r2),r1 需要用到addui r1,r1,r3 的计算结果，addui 指 令在wb 段才将计算结果写入寄存器r1 中，但是sw 指令在其ID 段就要从寄存器r1 中读 取计算结果，这就再次产生了数据相关。 3 4 addui r5,r5,0xa 需要用到lhir5,0x0(r1) 的计算结果，lhi 指