计算机系统结构实验-循环展开和指令调度..doc

PAGE PAGE 4 中 央 民 族 大 学 实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 一、实验室名称：信息工程学院实验室 二、实验项目名称：循环展开和指令调度 三、实验原理： 1、由于相关的存在，使得指令中的下一条指令不能在指定的时钟周期执行。流水线冲突会给指令在流水线中的执行带来许多问题，如果不能很好地解决冲突问题，轻则影响流水线的性能，重则导致错误的执行结果。而对于各种冲突，都有可能用指令调度来解决。 2、到目前为止，几乎所有的处理器都利用流水线来使指令重叠并行执行，以达到提高性能的目的。这种指令之间存在的潜在并行性称为指令级并行。增加指令之间的并行性最简单的和最常用的方法，是开发循环的不同迭代之间存在的并行性。在把循环展开后，通过重命名和指令调度来开发更多的并行性，这样就可以充分发挥流水线的作用。 四、实验目的： 1、加深对循环并行性、指令调度技术、循环展开技术以及寄存器换名技术的理解； 2、熟悉用指令调度技术来解决流水线中的数据相关的方法； 3、了解循环展开、指令调度等技术对CPU性能的改进。 五、实验内容： 1、用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关。 2、用循环展开、寄存器换名以及指令调度提升性能。 六、实验器材（设备、元器件）及平台： 　装有WinDLX模拟器的PC微型机一台，平台即为WinDLX模拟器。 七、实验步骤及操作： 一、用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关： （1）用DLX汇编语言编写代码文件，命名为instruction.s,程序中包括数据相关与结构相关（假设：加法、乘法、除法部件各有两个，延迟时间都是3个时钟周期）。 （2）通过Configiguration菜单中的“Flouating point stages”选项，把加法、乘法、除法部件的个数设置为2个，把延迟都设置为3个时钟周期。 （3）用WinDLX运行程序。记录程序执行过程中各种相关发生的次数、发生相关的指令组合，以及程序执行的总的时钟周期数。 （4）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关。 （5）用WinDLX运行调度后的程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数。 （6）根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高CPU性能的意义。 二、用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能： （1）用DLX汇编语言编写代码文件，命名为test.s，程序中包含一个循环次数为4的整数倍的简单循环。 （2）用WinDLX运行该程序。记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数。 （3）将循环展开3次，将4个循环体组成的代码替换原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度。 （4）用WinDLX运行修改后的程序，记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总的时钟周期。 （5）根据记录结果，比较循环展开、指令调度前后的性能。 八、实验数据及结果分析： 一、用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关： 1、instruction.s文件的代码： 2、运行程序部分截图 3、未用指令调度技术之前程序执行过程中的相关： 4、运行结果数据统计 5、采用指令调度后的程序代码 6、采用调度技术后发生的关联 7、运行结果数据统计 二、用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能： 1、test.s文件的源代码如下： 2、运行test.s文件，记录运行过程中存在的相关，以及运行总的时钟周期数 3、将循环展开3次，将4个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度，代码如下： 4、记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数： 九、实验结论： 一、用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关 采用指令调度之前： 相关名 相关次数 所占比例 RAW stalls 9 33% WAW stalls 0 0 Structura