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实验4Tomasulo算法
1实验目的
加深对指令级并行性及开发的理解。
加深对Tomasulo算法的理解。
掌握Tomasulo算法在指令流出、执行、写结果各阶段对浮点操作指令以及load和store指令进行了什么处理。
掌握采用了Tomasulo算法的浮点处理部件的结构。
掌握保存站的结构。
给定被执行的程序片段，对于具体某个时钟周期，能够写出保存站、指令状态表以及浮点存放器状态表内容的变化情况。
2实验平台
采用Tomasulo算法模拟器。
3实验内容和步骤
首先要掌握Tomasulo算法模拟器的使用方法(见随附的ppt)。
1)、假设浮点功能部件的延迟时间为：加减法2个时钟周期，乘法10个时钟周期，除法40个时钟周期，Load部件2个时钟周期。
(1)对于下面的代码段，给出当指令MUL.D写结果时，保存站、Load缓冲器以及存放器状态表中的内容。
L.DF6，24(R2)
L.DF2，12(R3)
MUL.DF0，F2，F4
SUB.DF8，F6，F2
DIV.DF10，F0，F6
ADD.DF6，F8，F2
当指令MUL.D写结果时，保存站中内容如下表所示：
当指令MUL.D写结果时，load缓冲器中内容如下表所示：
当指令MUL.D写结果时，存放器状态表中的内容如下表所示：
(2)按单步方式执行上述代码，利用模拟器的比照显示功能，观察每一个时钟周期前后各信息表中内容的变化情况。
观察分析：?
周期1：取出第一条指令L.D?F6,?24(R2)，地址偏移量24写入LOAD1，LOAD1名存入寄F6。?
周期2：取出第二条指令L.D?F2,?12(R3)，地址偏移量12写入LOAD2，LOAD2名存入寄器F2，同时第一条指令开始执行，LOAD1上写入绝对地址。?
周期3：取出第三条指令MUL.D?F0,?F2,F4，第一条指令完成，第二条指令开始执行,LOAD2上写入绝对地址。保存站中存入待运算的操作数和操作。存放器F0上QI写入保存站中待运算命令的名称。?
周期4：取出第四条指令SUB.D?F8,F6,F2，第二条指令执行完成，第一条指令写入结果M1
到存放器F6，保存站中存入第四条指令的待运算操作数和操作。LOAD1清空。
周期5：取出第五条指令DIV.D?F10,F0,F6，第二条指令写结果M2到存放器F2，LOAD2
清空。保存站中存入第五条指令的待运算操作数和操作?
周期6：取出第六条指令ADD.D?F6,F8,F2，第三条和第四条指令开始执行，相关的操作数和操作符被存入保存站
周期7：第四条指令执行完成，保存站中的第三条指令继续执行。
周期8：第四条指令写结果M3到存放器F8，保存站中存放第四条指令的位置清空，第三条指令继续执行。
周期9：第六条指令开始执行。第三条指令继续执行。
周期10：第六条指令执行完成，第三条指令继续执行。
周期11：第六条指令写结果M4到存放器F6中，清空保存站中原来存放第六条指令的位置。第三条指令继续执行。
周期12~15：第三条指令继续执行，直到完成。
周期16：第三条指令写结果M5到存放器F0，保存站中原来存放第三条指令的位置清空。?
周期17~56：第五条指令开始执行，直到结束
周期57：第五条指令执行结束后写结果M6到F10,保存站中原来存放第五条指令的位置清空。
2)、对于上面相同的延迟时间和代码段：
给出在第3个时钟周期时，保存站、Load缓冲器以及存放器状态表中的内容。
保存站内容如下表所示：
load缓冲器内容如下表所示：
存放器状态表内容如下表所示：
步进5个时钟周期，给出此时保存站、Load缓冲器以及存放器状态表中的内容。
保存站内容如下表所示：
load缓冲器内容如下表所示：
存放器状态表内容如下表所示：
再步进10个时钟周期，给出此时保存站、Load缓冲器以及存放器状态表中的内容。
保存站内容如下表所示：
load缓冲器内容如下表所示：
存放器状态表内容如下表所示：
3)、假设浮点功能部件的延迟时间为：加减法3个时钟周期，乘法8个时钟周期，除法40个时钟周期，自己编写一段程序，重复上述步骤〔2〕的工作。并给出通过此项工作，得出什么结论？
程序如下：
L.DF12,20(R5)
L.DF2,10(R6)
MUL.DF6,F2,F10
SUB.DF0,F8,F2
DIV.DF10,F0,F12
ADD.DF8,F12,F2
〔1〕第3个时钟周期时，
保存站内容如下表所示：
load缓冲器内容如下表
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