计算机系统结构实验三..pdf

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计算机系统结构实验

实验三:DLX流水线运行分析

一、实验目的

通过本实验,熟悉WinDLX模拟器的操作和使用,了解DLX指令集结构及

其特点。

二、实验内容

(1)用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。执行步骤详见“WinDLX教

程”。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准输入读入一个整数,求其

阶乘,然后将结果输出。该程序中调用了input.s中的输入子程序,这个子程

序用于读入正整数。

(2)输入数据“3”采用单步执行方法,完成程序并通过上述使用WinDLX,

总结WinDLX的特点。

(3)注意观察变量说明语句所建立的数据区,理解WinDLX指令系统。

三、实验步骤

1.双击Code图标,从左到右依次为代表存储器内容的三栏信息:地址(符

号或数字)、命令的十六进制机器代码和汇编命令。

点击主窗口中的Execution开始模拟。按F7键开始执行。这时,窗口中带有

地址“$TEXT”的第一行变成黄色。按下F7键,模拟就向前执行一步,第一行

的颜色变成橘黄色,下一行变成黄色。这些不同颜色指明命令处于流水线的哪一

段。命令“jalInputUnsigned”在IF段,“addir1,r0,0x1000”在第二段

ID。其他方框中带有一个“X”标志,表明没有处理有效信息。

2.再次按下F7键,代码窗口中的颜色会再改变,红色表明命令处入第三段

“intEX”。再按下F7,在代码窗口中,黄色出现在更下面的位置,并且是唯一

彩色行。

打开ClockCycleDiagram窗口。它显示流水线的时空图。

第一条命令正在MEM段,第二条命令在intEX段,第四条命令在IF段。

而第三条命令指示为“aborted”。其原因是:第二条命令(jal)是无条件分支

指令,但只有在第三个时钟周期,jal指令被译码后才知道,这时,下一条命

令movi2fp已经取出,但需执行的下一条命令在另一个地址处,因而,movi2fp

的执行应被取消,在流水线中留下气泡。

3.当通过Code窗口观察代码时,接下来的几条指令几近一样,它们都是

sw-操作:将寄存器中的数写入存储器中。重复按F7将很枯燥,因此使用断点

加快此过程。现在,指向Code窗口中包含命令trap0x5的0x0000013c行,

此命令是写屏幕的系统调用。单击命令行,然后点击主窗口菜单Code,单击Set

Breakpoint(确保命令行仍被标记!),将弹出一个新的“SetBreakpoint”窗

口。通过此窗口,你可以选择命令运行到流水线的哪一阶段时,程序停止执行。

缺省为ID段。点击OK关闭窗口。

在Code窗口中,trap0x5行上出现了“BID”,它表示当本指令在译码

段时,程序中止执行。

现在点击Execution/Run或按F5,模拟就继续运行,弹出窗口,输入14。

会出现一个对话框提示你“ID-Stage:reachedatBreakpoint#1”,按,按确

认认按钮关闭。

点击Clockcyclediagram窗口中的trap0x5行,你将看到模拟正处于

时钟周期14。

trap0x5行如下所示:

原因是:无论何时遇到一条trap指令时,DLX处理器中的流水线将被清空。

在Information窗口(双击trap行弹出)中,在IF段显示消息“3stall(s)

becauseofTrap-P

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