大連理工大學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)二

大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二流水線及流水線中的沖突學(xué)院（系）：電子信息與電氣工程學(xué)部專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：學(xué)號(hào)：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology實(shí)驗(yàn)二流水線及流水線中的沖突一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求理解計(jì)算機(jī)流水線基本概念。MIPS5段流水線來(lái)實(shí)現(xiàn)，理解各段的功能和基本操作。加深對(duì)數(shù)據(jù)沖突、結(jié)構(gòu)沖突的理解，理解這兩類(lèi)沖突對(duì)CPU性能的影響。的停頓。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟步驟1、啟動(dòng)MIPSsim。2握各流水寄存器的含義（用鼠標(biāo)雙擊各段，就可以看到各流水寄存器的內(nèi)容）3、參照MIPSsim模擬器使用說(shuō)明，熟悉MIPSsim模擬器的操作和使用方法。4alltest.asm查看程序所在的位置（起始地址為0x0000000?？梢韵容d入一個(gè)樣例程序（在本模擬器所在的文件夾下的“樣例程序”文件夾中。然CPU化。4、選擇配置菜單中的“流水方式”選項(xiàng)，使模擬器工作于流水方式下。5、觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，步驟如下：選擇MIPSsim載入程序”選項(xiàng)來(lái)加載pipeline.s。容的變化、指令的執(zhí)行情況“代碼”窗口）以及時(shí)鐘周期圖。13IF：LW$r4,60($r6)ID：ADDI$r3,$r0,25EX：ADDI$r1,$r1,-1MEM：ADDI$r6,WB：ADD$r2,$r1,$r0畫(huà)出這時(shí)的時(shí)鐘周期圖。6、這時(shí)各流水寄存器中的內(nèi)容為：IF/ID.IR：_000000008CC4003CIF/ID.NPC： 0000000000000030 ID/EX.A： 0000000000000000 ID/EX.B： 0000000000000000 ID/EX.Imm： 0000000000000019 ID/EX.IR： 0000000020030019 EX/MEM.ALUo： 0000000000000004 EX/MEM.IR： 000000002021FFFF MEM/WB.LMD： 0000000000000000 MEM/WB.ALUo： 0000000000000008 MEM/WB.IR： 0000000020060008 7、觀察和分析結(jié)構(gòu)沖突對(duì)CPU性能的影響，步驟如下：加載structure_hz.s（在模擬器所在文件夾下的“樣例程序”文件夾中。執(zhí)行該程序，找出存在結(jié)構(gòu)沖突的指令對(duì)以及導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沖突的部件。答：存在結(jié)構(gòu)沖突的指令：由于都是浮點(diǎn)加指令，而浮點(diǎn)加需要615個(gè)時(shí)鐘周期的兩條指令都存在結(jié)構(gòu)沖突。百分比。答：在執(zhí)行中可以記錄到，在第1016223440，這7個(gè)時(shí)鐘周期共發(fā)生了76665×7=35個(gè)時(shí)鐘周期的停頓。所以由結(jié)構(gòu)沖突引起的停頓時(shí)鐘周期書(shū)為35，占比67.30769%，與模擬器一致。把浮點(diǎn)加法器的個(gè)數(shù)改為4個(gè)。再次重復(fù)步驟的工作。分析結(jié)構(gòu)沖突對(duì)CPU性能的影響，討論解決結(jié)構(gòu)沖突的方法。答：存在結(jié)構(gòu)沖突的指令。由于浮點(diǎn)加法器有4個(gè)，執(zhí)行浮點(diǎn)加法需要6個(gè)時(shí)鐘周期，因此第52210.52632%。解決方法將加法器設(shè)為6CPU所以可以通過(guò)重設(shè)部件來(lái)解決結(jié)構(gòu)沖突。8、觀察數(shù)據(jù)沖突并用定向技術(shù)來(lái)減少停頓，步驟如下：全部復(fù)位加載data_hz.s關(guān)閉定向功能。先寫(xiě)）沖突。LWr2寄存器的值，ADDIU$r2,$r0,Ar2沖突。周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比。答：數(shù)據(jù)沖突引起的停頓時(shí)鐘周期數(shù)是31個(gè)時(shí)鐘周期，總時(shí)鐘周期數(shù)是6547.69231%。停頓周期總數(shù)是35個(gè)時(shí)鐘周期，占比為53.84615%。復(fù)位CPU。打開(kāi)定向功能。先寫(xiě)）沖突，并與步驟的結(jié)果進(jìn)行比較。答：在第6