计算机系统结构实验-循环展开和指令调度..pdfVIP

其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

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。

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其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

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“Flouatingpointstages”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。

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其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。——《论语》

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