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《计算机系统结构》实验报告

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实验一熟悉模拟器WinDLX的使用

一、实验目的

1.熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点。

2.加深对计算机流水线基本概念的理解。

3.了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作。

二、实验平台

WinDLX模拟器

三、实验内容和步骤

1.WinDLX的安装

WinDLX模拟器是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器，能够演示DLX流水线是如何工作的。该模拟器可以装载DLX汇编语言程序（后缀为“.s”的文件），然后单步、设断点或是连续执行该程序。CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以用图形表示出来，以形象生动的方式描述DLX流水线的工作过程。模拟器还提供了对流水线操作的统计功能，便于对流水线进行性能分析。

WinDLX包含windlx.exe和windlx.hlp文件。同时，还需要一些扩展名为.s的汇编代码文件。按以下步骤在Windows下安装WinDLX：

(1)WinDLX创建目录，例如D:\WINDLX

(2)解压WinDLX软件包或拷贝所有的WinDLX文件（至少包含windlx.exe,windlx.hlp）到这个WinDLX目录。

2.启动和配置WinDLX

双击WinDLX图标,将出现一个带有六个图标的主窗口,如图1-1。双击这些图标会弹出子窗口。

流水线的执行段分为4个单元，它们分别是：intEX单元（整数操作），faddEX单元（浮点加减），fmulEX（浮点乘法），fdivEX（浮点除法），每个单元设置的个数和其延迟时间已经在前面通过Configuration→FloatingPointStages进行了设置，其中intEX的延迟为1（IF段，ID段，MEM段和WB段的延迟均为1），faddEX、fmulEX和fdivEX的延迟分别为2、5和19。可以修改其设置，然后再观察程序的执行结果，从而得到你所需要的结论。

(2)Code窗口

双击Code窗口图标，将看到代表存储器内容的三栏信息，从左到右依次为：地址(符号或数字)、命令的十六进制机器代码和汇编命令，如图1-4。

图1-4Code窗口中内容

现在，点击主窗口中的Execution开始模拟。在出现的下拉式菜单中，点击SingleCycle或按F7键。

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。如果Pipeline窗口已经关闭，请双击相应图标重新打开它。如果窗口足够大，你能够看到命令“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。

(3)ClockCycleDiagram窗口

它显示流水线的时空图，使所有子窗口图标化，双击打开ClockCycleDiagram窗口。

图1-5流水线的时空图

在窗口中，将看到模拟正在第四时钟周期，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。

jal的分支地址命名为InputUnsigned。为找到此符号地址的实际值，点击主窗口中的Memory→Symbols，出现的子窗口中显示相应的符号和对应的实际值。在Sort：区域选定name，使它们按名称排序，而不是按数值排序。数字后的G代表全局符号，L代表局部符号。input中的InputUnsigned是一个全局符号，它的实际值为0x144，用作地址。点击OK按纽关闭窗口。

再一次点击F7，第一条命令（addi）到达流水线的最后一段。如果想了解某条命令执行后处理器内部会发生什么？只要对准Clockcyclediagram窗口中相应命令所在行，然后双击它，弹出一个新窗口。窗口中会详细显示每一个流水段处理器内部的执行动作。观察完后