2023年北郵計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一到五WINDLX模擬器

北京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)學(xué)院班王陳()目錄TＯC＼o"1-3"＼h\ｚ\uHYPERＬIＮＫ＼l"＿Tｏc"實(shí)驗(yàn)一WIＮＤLX模擬器安裝及使用?ＰAGEREF_Toｃ＼ｈ3HYＰＥRLＩＮK\l"＿Toc"·實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備?ＰAGEREF_Ｔoｃ＼h錯(cuò)誤！未定義書簽。HYPERLＩNK·實(shí)驗(yàn)環(huán)境?PＡＧEＲＥF_Toc\h錯(cuò)誤！未定義書簽。HYPEＲLＩＮＫ\l＂_Tｏｃ"·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) PAＧERＥF_Ｔｏc\h錯(cuò)誤！未定義書簽。HYPERLＩNK＼ｌ"＿Toc"·實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及規(guī)定?PＡＧEREF_Toc\ｈ錯(cuò)誤！未定義書簽。HYＰＥRLＩNＫ\ｌ＂＿Ｔoc＂·實(shí)驗(yàn)過程?PＡGERＥF_Toc\h錯(cuò)誤！未定義書簽。ＨＹPEＲＬINＫ\l＂_Toc＂·實(shí)驗(yàn)總結(jié)?PＡGＥREF＿Toｃ\ｈ８HYPERLINK＼l"_Toｃ"實(shí)驗(yàn)二指令流水線相關(guān)性分析 PＡGEREＦ_Toc\h9HＹPEＲLＩＮK＼l"_Toc＂·實(shí)驗(yàn)?zāi)康?ＰAGEＲEＦ_Tｏc\h9·實(shí)驗(yàn)環(huán)境 PAGEＲＥF_Tｏｃ＼h9HYPＥRＬIＮK\ｌ"＿Toｃ"·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)?PAＧEREF_Toc\h9HYPERＬINK實(shí)驗(yàn)三DLX解決器程序設(shè)計(jì) ＰAGEREF_Toc＼h１7HYＰＥＲLINK·實(shí)驗(yàn)?zāi)康?ＰAＧEREF_Toc\ｈ１7HYPERLINＫ·實(shí)驗(yàn)環(huán)境?PAGEREF_Tｏc\h錯(cuò)誤！未定義書簽。HＹPERLＩＮK·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)?PAGERＥF_Toc\ｈ錯(cuò)誤！未定義書簽。HＹＰERLINK·實(shí)驗(yàn)過程?PAGERＥF＿Ｔoｃ\ｈ17ＨYPERLINK\ｌ"_Toｃ"Ａ.?向量加法代碼及性能分析 PAGEREF_Tｏc\h１７HYPERＬINK＼ｌ＂_Toｃ"Ｂ.雙精度浮點(diǎn)加法求和代碼及結(jié)果分析?PAGEREＦ_Toｃ＼h22·實(shí)驗(yàn)總結(jié) ｈ27HYPEＲLINK＼l"_Ｔoc＂實(shí)驗(yàn)四代碼優(yōu)化?ＰAＧERＥF_Toc\ｈ28ＨYPＥRLINK\l"＿Toc"·實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAGEREF_Tｏｃ\h２8HYＰEＲＬＩNK＼l＂_Toc"·實(shí)驗(yàn)環(huán)境 ＰAGEＲEF_Toｃ＼h錯(cuò)誤!未定義書簽。HYＰＥRLINK·實(shí)驗(yàn)原理 PＡGEＲEF＿Tｏｃ\h28HYＰERLINK\l＂_Ｔoc"·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) ＰAGＥREＦ_Toc\h錯(cuò)誤!未定義書簽。HYPERLINK\ｌ＂_Ｔoc＂·實(shí)驗(yàn)過程 PAGＥRＥF＿Toc\ｈ２8HYPERＬＩＮK\ｌ"_Toc＂·實(shí)驗(yàn)總結(jié)＋實(shí)習(xí)體會(huì)?PAGEＲＥF＿Toｃ\h33ＨYPERＬＩＮK實(shí)驗(yàn)五循環(huán)展開 PAGEＲEＦ_Ｔoｃ\h34HＹＰERLＩNK\l＂_Toc"·實(shí)驗(yàn)?zāi)康?PAＧＥREF_Tｏc\h3４HYＰERLIＮK\l＂_Tｏc"·實(shí)驗(yàn)環(huán)境?PAGERＥF_Tｏc\ｈ錯(cuò)誤!未定義書簽。HYＰERLINＫ\ｌ"＿Toc"·實(shí)驗(yàn)原理?PAＧＥREF_Toｃ＼h34ＨＹPERLINK·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) PAGＥREＦ＿Ｔoｃ\ｈ錯(cuò)誤！未定義書簽。HＹＰERＬINＫ\ｌ"＿Toc"·實(shí)驗(yàn)過程?PAGERＥF_Toｃ＼h34HYＰERLINK矩陣乘程序代碼清單及注釋說明 PAGERＥF_Tｏc＼h3４HYPERLＩNK＼l"_Ｔｏc"相關(guān)性分析結(jié)果?ＰAGＥＲEF_Ｔｏｃ＼h39ＨYPERLIＮK增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件對性能的影響 PＡGEREF_Ｔoc\h３9HYPＥRLINK\ｌ＂＿Tｏc"增長forward部件對性能的影響?PAGERＥF＿Tｏc＼ｈ39HYPERLＩNＫ轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開銷 ＰＡGERＥＦ＿Ｔoc\h39HＹPEＲＬＩＮK\l"_Tｏc"·實(shí)驗(yàn)總結(jié)+實(shí)習(xí)體會(huì)＋課程建議?ＰAＧERＥF_Toc＼h39實(shí)驗(yàn)一WINDＬX模擬器安裝及使用WinDLX模擬器的結(jié)構(gòu)和功能說明1．點(diǎn)擊運(yùn)營之后，會(huì)看到一個(gè)如下圖所示的窗口。它涉及Register，Ｃodｅ,Pipeliｎe,ClockCycｌｅDｉagram，Stａt(yī)iｓtｉcs,Brｅakpoints。接下來具體介模擬器的結(jié)構(gòu)及各個(gè)部件的功能。２．Rｅgisteｒ窗口介紹Rｉｇisｔer窗口中顯示的是各個(gè)寄存器的名稱及內(nèi)容。如下圖:可以看到寄存器中以十六進(jìn)制標(biāo)記,從上圖可以看出各個(gè)寄存器中的內(nèi)容。2.Ｃode窗口介紹在沒有進(jìn)行任何執(zhí)行的時(shí)候,初次打開code窗口,即為下圖所示窗口現(xiàn)實(shí)的信息是各個(gè)存儲器內(nèi)同。第一列標(biāo)記存儲器的地址;第二列是機(jī)器代碼,用1６進(jìn)制表達(dá);第三列是匯編指令。當(dāng)我們點(diǎn)擊上方的，可以選擇單步或多步執(zhí)行(也可以使用快捷鍵Ｆ７或F8）。若選擇單步執(zhí)行,每按一次Ｆ7,指令執(zhí)行一次，可以看到，一次執(zhí)行的為IＦ-＞ID->ｉnｔEX->MEM-＞ＷB，沒執(zhí)行一次尚有顏色的變化。顏色是用來標(biāo)記指令處在哪個(gè)流水段的，如下圖。當(dāng)然，我們也可以使用多步執(zhí)行，按快捷鍵F8，選擇5步流水，即可。3.Pipｅline窗口介紹通過閱讀WinDＬX模擬器說明書可以知道,Piｐeline窗口顯示的是ＤLX解決器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。窗口用下圖標(biāo)記DLX五段流水。當(dāng)然，如同Cｏde窗口介紹講述的那樣,不同的顏色顯示了指令處在哪段流水線。使用快捷鍵F7單步執(zhí)行,可以明顯的看出,不同時(shí)候流水段執(zhí)行的不同指令。如下圖。圖片反映的正式與Code中所處的時(shí)刻相同的指令流水?？梢郧宄吹讲煌魉螆?zhí)行的是哪條指令。4.ＣloｃkＣyｃleDiagｒam窗口實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中我們已經(jīng)知道,該窗口顯示的是流水線的時(shí)空圖。時(shí)空圖反映的是不同時(shí)隙內(nèi)的運(yùn)營情況。如下圖。在我看來,時(shí)空圖是最佳理解的。由于它反映的就是流水段的并行限度。在這個(gè)DLX模擬器中,并不存在一些數(shù)據(jù)或者控制上的沖突問題。所以可以依靠上圖很清楚的看到指令所處的不同流水段,及指令執(zhí)行情況。該時(shí)空圖同樣也是和前面的Ｃode等相相應(yīng)。也可以通過快捷鍵Ｆ7來進(jìn)一步執(zhí)行指令，可以看到流水線時(shí)空圖的擴(kuò)展情況。任意雙擊指令的一行,可以具體看到不同流水段的情況。如下圖所示。5．Sｔatistiｃs窗口介紹該窗口是對運(yùn)營程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。重要涉及模擬器中硬件配置情況,在該窗口中，我們可以比較不同配置對于該模擬器的不同影響。如下圖所示。整體指令執(zhí)行情況硬件配置情況暫停次數(shù)和比例及因素分析分支次數(shù)和比例Ｌｏad/Sｔorｅ指令執(zhí)行情況浮點(diǎn)指令執(zhí)行次數(shù)和比例ｔrap發(fā)生的次數(shù)和比例６．Breaｋpoints窗口介紹該窗口使用來觀測代碼運(yùn)營情況。先打開Ｂreakpoints窗口，點(diǎn)擊窗口上方的來設(shè)立bｒeakpoiｎｔ，也就是設(shè)立指令運(yùn)營到流水線的哪個(gè)階段程勛停止執(zhí)行。如上圖，假如選擇EX階段,在Code窗口中相應(yīng)的行會(huì)出現(xiàn)BEＸ,即指令執(zhí)行到譯碼結(jié)束執(zhí)行開始的時(shí)候,程序?qū)⒅兄??！?shí)驗(yàn)總結(jié)通過本次實(shí)驗(yàn)，由于是第一次接觸DLＸ模擬器，該實(shí)驗(yàn)可以幫助我對這個(gè)模擬器大體的功能及使用做個(gè)大體的了解。對于日后的實(shí)驗(yàn)打下好的基礎(chǔ)。我覺得ＷiｎＤＬX模擬器小而精悍,它有不同顏色的標(biāo)記，不同寄存器及存儲器的反映。通過使用它,可以對5步流水的過程及不同階段很清楚明白的看到。也可以看到不同指令分析走到了哪一步，到了哪一步流水段。實(shí)驗(yàn)二指令流水線相關(guān)性分析·實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^使用WIＮＤLＸ模擬器,對程序中的三種相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行觀測,并對使用專用通路,增長運(yùn)算部件等技術(shù)對性能的影響進(jìn)行考察，加深對流水線和RISC解決器的特點(diǎn)的理解?！?shí)驗(yàn)環(huán)境WindowsＸP操作系統(tǒng)WiｎDＬX模擬器·實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)1.觀測程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)。指出程序中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的指令組合。２.考察增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件對性能的影響。?3.考察增長forｗard部件對性能的影響。?4．觀測轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開銷。觀測程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān);指出程序中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的指令組合。數(shù)據(jù)相關(guān)如下圖所示,在ClockCyclｅDiａgｒam窗口所想是的時(shí)空圖中和Pｉpeline窗口中的流圖中,第一次出現(xiàn)了R-Ｓｔall。接下來可以點(diǎn)擊上圖中的橘色窗口，則屏幕顯示lbur3,0×０（r2）要在ＷB周期寫回ｒ3中的數(shù)據(jù)；而下一條指令sｅｑir５,ｒ3,0×a要在ｉnｔEX周期中讀?。?中的數(shù)據(jù)。上述過程發(fā)生了WR沖突，即寫讀相關(guān)。為了避免此類沖突,seqｒ5,r4,0×a的intEX指令延遲了一個(gè)周期進(jìn)行。由此,相關(guān)指令為:控制相關(guān)由上圖可以看出，在第4時(shí)鐘周期:第一條指令處在MEＭ段；第二條命令處在intEX段；第三條指令出于aｂoｒtｅｄ狀態(tài);第四條命令處在IF段。因素分析:jalＩｎｐｕtUｎsigneｄ是無條件分支指令，但當(dāng)?shù)谌齻€(gè)周期開始的時(shí)候，也就是jal這條指令被譯碼后才知道。此時(shí)，ｍｏvｉ2fp已經(jīng)執(zhí)行,且將要執(zhí)行的下一條命令在此外一個(gè)地址處,所以這條指令不會(huì)執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候就會(huì)發(fā)生控制相關(guān)。由此,發(fā)生控制相關(guān)的指令為:結(jié)構(gòu)相關(guān)一方面,我們先來看一下執(zhí)行過控制相關(guān)的時(shí)空圖和Ｐipeｌiｎｅ,如下圖。當(dāng)我們點(diǎn)擊Ｐipｅline中ＩＦ所相應(yīng)的框框可以看到具體的該指令執(zhí)行情況,如下圖：上圖表白了addir2,r2,0×１的具體信息。該指令與它前一條指令ａｄdｒ１,ｒ1，r３發(fā)生了結(jié)構(gòu)相關(guān)。并且由于此處的沖突,需要暫停2個(gè)周期。在ＩD段暫停后,則開始進(jìn)圖iｎtEX段。所以這條指令(adｄiｒ２,r2，0×1）你不能進(jìn)入ID流水段，譯碼部分占用,發(fā)生了結(jié)構(gòu)相關(guān)。該部分的指令為:考察增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件對性能的影響。該實(shí)驗(yàn)取N=6一方面通過,點(diǎn)擊ＦｌoatingPointStageConfｉｇuratioｎ來設(shè)立浮點(diǎn)運(yùn)算部件的配置。由于實(shí)驗(yàn)手冊上面規(guī)定Ｄelaｙ=4,所以我們將Delay這一欄改成4,而Ｃoｕnt可以任意,為了對比,我們第一次浮點(diǎn)運(yùn)算部件取所有為2,第二次浮點(diǎn)運(yùn)算部件取所有為3。如下圖所示:運(yùn)營5０個(gè)cｙcles之后,可以看到他們數(shù)據(jù)的對比:由此可見,浮點(diǎn)運(yùn)算部件的增減對效率無影響。比較各個(gè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沒有變化。無論怎么增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件,記錄結(jié)果都同樣。因素在于此程序中浮點(diǎn)計(jì)算指令沒有重疊,所以并行度沒有增長，性能沒有提高。3．考察增長foｒwａrd部件對性能的影響。為了對比有無forwａrd部件的性能。需要在中勾選enａblｅforwaｒdiｎg,以及不勾選enablecｏｎfiｇurａt(yī)iｏn來看性能數(shù)據(jù)的對比。不使用forｗarｄ部件：使用forwarｄ部件：從上面的數(shù)據(jù)我們可以看出增長forwardi部件后RAＷ由本來占總時(shí)鐘周期的26%減少至1８%,RAＷ個(gè)數(shù)由本來的13減少至9。增長forwarｄ部件使得控制相關(guān)比例增長了。即，使用forwaｒd部件后,總的時(shí)鐘周期減少,數(shù)據(jù)相關(guān)減少，流水線的性能得到一定的改善。觀測轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開銷。我們假設(shè),浮點(diǎn)部件設(shè)立Cｏｕnt=3,Deｌay＝4；N=6。執(zhí)行完畢后,查看條件轉(zhuǎn)移分支，如下圖所示：由上圖可知,轉(zhuǎn)移指令一共8條，成功轉(zhuǎn)移2條（占25％），不成功為6條。所以,靜態(tài)指令調(diào)度算法只能解決數(shù)據(jù)相關(guān)，條件轉(zhuǎn)移結(jié)果與本來相比沒有變化。即,若轉(zhuǎn)移不成功,對流水線的執(zhí)行無影響，流水線的吞吐率和效率沒有減少；若轉(zhuǎn)移成功，則要廢棄預(yù)先讀入的指令，重新從轉(zhuǎn)移成功處讀入指令,執(zhí)行效率會(huì)下降?！?shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)中,重要碰見一個(gè)問題，就是在當(dāng)初文獻(xiàn)加載時(shí)沒有成功，后來通過查詢資料和自己的嘗試，發(fā)現(xiàn)，在選擇文獻(xiàn)的順序很關(guān)鍵,它決定了文獻(xiàn)在存儲器中出現(xiàn)的順序。本次實(shí)驗(yàn)，重要通過對于三中相關(guān)的觀測,分析出現(xiàn)相關(guān)時(shí)的指令,分析浮點(diǎn)運(yùn)算部件和forｗard部件對性能的影響,觀測轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和不成功時(shí)的流水線開銷，這些實(shí)驗(yàn)一步一步,通過WiｎDLX形象生動(dòng)的表達(dá)，使我在實(shí)踐中更加進(jìn)一步的結(jié)識了流水線。實(shí)驗(yàn)三ＤLX解決器程序設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用DLＸ匯編語言編程,進(jìn)一步分析相關(guān)現(xiàn)象·實(shí)驗(yàn)過程向量加法代碼及性能分析一方面給據(jù)題目規(guī)定，需要純熟掌握DLX編程語言,然后根據(jù)規(guī)范格式編寫向量的代碼。向量聲明VectoｒLength:

.ｗord

16

//聲明向量長度Ｖｅｃtｏr１:

.word

１,2,3,4,5，６,7,8,9,10，11，1２，13,14,1５,１６

／/聲明兩個(gè)向量

Ｖecｔor1和Vector2Vecｔoｒ2:

．word

１,2,3,4,５，6，7,8,９,10,11,１2,13,1４,15，16

Rｅsｕｌt:

．ｓｐace

4

/／聲明一個(gè)空間來存放打印的數(shù)據(jù)

Ｌoop：

/／循環(huán)體ｌd

ｆ1０,Ｖｅctor1（r2）

ｌd

f1２,Veｃｔor2（r2)

//讀入兩個(gè)提前聲明的向量ａdｄ

ｆ4,f2，ｆ0//加法運(yùn)算

tｒap

5

//系統(tǒng)中斷源代碼運(yùn)營結(jié)果分析當(dāng)運(yùn)營到如下圖所示的時(shí)候，則表達(dá)運(yùn)營結(jié)束。運(yùn)營結(jié)果為接下來我們可以查看Sｔaｔistｉcs可以看到運(yùn)營結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示，如下圖所示。1）程序相關(guān)性分析結(jié)果

數(shù)據(jù)相關(guān)由上圖的可以看出,該程序產(chǎn)生了1１．31%的數(shù)據(jù)相關(guān)。所以當(dāng)對當(dāng)前指令的操作數(shù)寄存器進(jìn)行操作(ＥX)的時(shí)候，前幾條指令的運(yùn)算結(jié)

果尚未寫回(WB）結(jié)果寄存器,由此產(chǎn)生數(shù)據(jù)相關(guān)。

結(jié)構(gòu)相關(guān)由于程序只簡樸的做了一次加法,所以沒有結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)生。

控制相關(guān)查看ｐipｅｌiｎｅ中可以看到,當(dāng)執(zhí)行到如下情況時(shí),發(fā)生了控制相關(guān)。由Ｓtａｔistics中的可以看出，其控制相關(guān)發(fā)生了5．3％。分析可知,由于系統(tǒng)按照預(yù)測成功來執(zhí)行指令，所以執(zhí)行bnｅz后立即將其下一條指令trap

讀進(jìn)來。２）浮點(diǎn)運(yùn)算部件帶來的影響當(dāng)我們通過設(shè)立浮點(diǎn)部件的個(gè)數(shù)，并將程序運(yùn)營完畢，查看Sｔaｔｉｓticｓ中的數(shù)據(jù)作對比。如下圖所示。將浮點(diǎn)加法器由1個(gè)增長為4個(gè)后（左圖為4個(gè)）,可以由上圖看出，程序執(zhí)行的性能未得到提高。分析因素我們知道,由于該程序?yàn)楫a(chǎn)生浮點(diǎn)加法器的結(jié)構(gòu)相關(guān)，所以增長浮點(diǎn)加法器的數(shù)量對程序執(zhí)行的性能提高沒有幫助。3)forward部件的影響

由上圖的對比可以看到,當(dāng)不勾選enaｂｌeforwａｒding時(shí),運(yùn)營時(shí)間由2８3增長到381。所以forwａrｄｉng技術(shù)為該程序帶來的加速比為381/2８2=1.3５轉(zhuǎn)移成功和不成功

查看ｓtaｔｉsｔiｃs中的CoｎdｉｔionａｌBranｃｈｅs選項(xiàng),兩者的下述相同,如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn)，由于系統(tǒng)按照預(yù)測成功來執(zhí)行指令,所以執(zhí)行

ｂｎeｚ后立即將其下一條指令ｔｒap讀進(jìn)來判斷出是轉(zhuǎn)移不成功時(shí)，系統(tǒng)對trａp指令進(jìn)行的操作被所有作廢，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到的指令ｉd。雙精度浮點(diǎn)加法求和代碼及結(jié)果分析按照題目規(guī)定，自行又編寫了一套程序來實(shí)現(xiàn)雙精度浮點(diǎn)加法求和結(jié)果分析當(dāng)運(yùn)營到如下圖所示時(shí)，運(yùn)營結(jié)束，可以看到運(yùn)營結(jié)果如下圖所示。產(chǎn)看Statｉｓtics可以看到具體數(shù)據(jù)情況和產(chǎn)生相關(guān)的比例等。1）程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制／結(jié)構(gòu)相關(guān)

控制相關(guān)：

數(shù)據(jù)相關(guān)由Statistics中的知道，發(fā)生了55.４8％的數(shù)據(jù)相關(guān)。產(chǎn)看代碼可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的相關(guān)都為ＲW讀寫相關(guān)。它們分別為:addi

r１,r0,０subi

r2,r1,２0subi

r2，r１,2０beｑz

r2，fiｎishmｕltｕ

r３,ｒ1,r4ｌｄ

ｆ0,a(r3）ld

f2,ｂ(ｒ3)addd

f4,ｆ0，f2ａddd

f4,f0，ｆ2sd

r（r3）,ｆ４

控制相關(guān)由Stａt(yī)istｉｃs中的可以看到，發(fā)生了4.4３%的控制相關(guān)。系統(tǒng)按照預(yù)測成功來執(zhí)行指令，執(zhí)行一條指令后立即將其下一條指令traｐ讀進(jìn)來。2)增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件對性能的影響。下圖分別為浮點(diǎn)運(yùn)算部件為1和4的時(shí)候數(shù)據(jù)情況對比。由上圖的對比可知，當(dāng)浮點(diǎn)運(yùn)算部件個(gè)數(shù)給邊后記錄結(jié)果均相同,也就是其數(shù)量對該函數(shù)沒有任何性能方面的改善。分期其因素為，這重要是由于函數(shù)中沒有連續(xù)的浮點(diǎn)加指令,乘、

除指令。3)增長forwarｄ部件對性能的影響。

下圖左側(cè)為沒有勾選enaｂlefｏrwarｄｉｎg時(shí)的運(yùn)營數(shù)據(jù)結(jié)果,右側(cè)為使用了forwaｒdinｇ技術(shù)。由上圖的對比可以看出，增長ｆorwaｒｄｉng技術(shù)后，流水線的加速比為:474/352=１.3４7流水線性能有明顯改善。

4）轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開銷。

由CoｎditiｏnaｌＢrａnchｅｓ的數(shù)據(jù)可以看出，該轉(zhuǎn)移指令“not

taken”的情況占絕大多數(shù)（95.2４％)。在一共的21中,發(fā)生了僅為1次,所以預(yù)測順序取對流水線的性能是有利的。轉(zhuǎn)移不成功時(shí)：順序預(yù)取的下條指令可以直接在流水線中執(zhí)行，保證流水線不斷流；轉(zhuǎn)移成功時(shí):順序預(yù)取的下條指令作廢,需要轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)移地址處重新取指，流水線發(fā)生了斷流現(xiàn)象?！?shí)驗(yàn)總結(jié)在實(shí)驗(yàn)中,我重要碰到的問題是WinDＬＸ所加載的.s文獻(xiàn)不要出現(xiàn)中文格式，不然會(huì)導(dǎo)致加載失?。ㄩ_始好幾次為了方便我直接起名為“雙精度浮點(diǎn)向量加.s”卻怎么樣也導(dǎo)入不成功）；在編寫雙精度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)有些對于指令掌握不純熟，并且雙精度ｄouble型運(yùn)算指令，其所有的運(yùn)算指令名稱上面都要加上“d”才oｋ。而假如是單精度的，則需要添加字母“f”；另一方面，對于浮點(diǎn)數(shù)的相關(guān)設(shè)立,涉及狀態(tài)寄存器和浮點(diǎn)寄存器都需要在實(shí)驗(yàn)之前查資料了解透徹，不然在實(shí)驗(yàn)中就會(huì)有語法錯(cuò)誤。通過本次實(shí)驗(yàn)我對實(shí)驗(yàn)二所進(jìn)行的數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān)的性能分析做了更進(jìn)一步的了解,以及對于功能部件對流水線的影響，forwarｄinｇ技術(shù)對流水線的影響，尚有就是靜態(tài)指令調(diào)度等。通過自行編寫向量矢量算法,在代碼中初始化兩個(gè)向量，按照分量順序進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)然,假如想要改變源向量,直接解決代碼中的相關(guān)數(shù)據(jù)即可。總之，該實(shí)驗(yàn)重要著重對浮點(diǎn)運(yùn)算以及對于流水線的相關(guān)影響及性能分析，使我受益匪淺。實(shí)驗(yàn)四代碼優(yōu)化·實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)簡樸編譯優(yōu)化方法，觀測采用編譯優(yōu)化方法所帶來的性能的提高?！?shí)驗(yàn)原理采用靜態(tài)調(diào)度方法重排指令序列,減少相關(guān)，優(yōu)化程序·實(shí)驗(yàn)過程選擇上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的向量加法運(yùn)算作為優(yōu)化對象。優(yōu)化后的代碼如下圖所示。當(dāng)如下圖所示的時(shí)候證明已經(jīng)執(zhí)行完畢。執(zhí)行完畢后，我們點(diǎn)擊Sｔatistiｃｓ查看運(yùn)營結(jié)果數(shù)據(jù)分析。程序相關(guān)性分析結(jié)果

優(yōu)化之后其中斷數(shù)據(jù)顯示為:優(yōu)化前為:由上述兩圖對比可以看出，數(shù)據(jù)相關(guān):其RAW相關(guān)由優(yōu)化前的3４．１2%減少為2０．５7%,性能改善很多；結(jié)構(gòu)相關(guān)沒有發(fā)生改變；控制相關(guān):由本來的3.94%變?yōu)椋?７5%,沒有改善。因此,可以看出，我所進(jìn)行的代碼優(yōu)化對性能方面改善并不是很強(qiáng)烈，重要影響還是在數(shù)據(jù)相關(guān)方面。2）增長浮點(diǎn)運(yùn)算部件對性能的影響。上圖左圖為4個(gè)浮點(diǎn)部件執(zhí)行結(jié)果,右圖為原始默認(rèn)1個(gè)浮點(diǎn)部件執(zhí)行結(jié)果。由此可以看出,其部件個(gè)數(shù)對記錄結(jié)果并無影響。因素為該運(yùn)算過程中不存在結(jié)構(gòu)相關(guān),因此并行度沒有增長，程序影響不大，部件增長對于系統(tǒng)的性能并沒有改善。3)增長ｆoｒwaｒd部件對性能的影響。

左圖為使用foｒwaｄｉｎｇ技術(shù)的記錄結(jié)果。通過對比可以看出，使用forwａrding技術(shù)之后執(zhí)行周期少了3１6－283=33個(gè)時(shí)鐘周期,在這些時(shí)鐘周期中，forｗaｒdiｎg技術(shù)重要在于消除了執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)相關(guān)(由65個(gè)中斷減少至３２個(gè))。因此，代碼執(zhí)行效率改善很多。轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開銷。由記錄結(jié)果中的ConditioｎalBranchｅs（如下圖）可以看出，優(yōu)化前和優(yōu)化后的CoｎditionalBranches都為上圖顯示，優(yōu)化對于轉(zhuǎn)移指令并無影響。在本代碼運(yùn)營過程中,成功幾率為9３.75%，在進(jìn)行一共16次轉(zhuǎn)移中，taｋen一共15次。分析因素可以知道,預(yù)測成功執(zhí)行指令,當(dāng)判斷轉(zhuǎn)移不成功是，系統(tǒng)對trap指令不再執(zhí)行,進(jìn)行跳轉(zhuǎn)?！?shí)驗(yàn)總結(jié)+實(shí)習(xí)體會(huì)本次實(shí)驗(yàn)重要是對上一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的代碼進(jìn)行優(yōu)化，使我在做實(shí)驗(yàn)的過程中掌握了進(jìn)行代碼優(yōu)化的方法,以及相關(guān)性的分析。而相關(guān)性分析在我看來是重點(diǎn),它關(guān)系到能否進(jìn)行優(yōu)化以及怎么優(yōu)化。一方面需要分析程序中產(chǎn)生的相關(guān)性,代碼優(yōu)化的目的就是減少相關(guān)性的發(fā)生,提高流水線的效率。通過上述的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)對比，可以看到，代碼優(yōu)化我做到了。實(shí)習(xí)體會(huì)：其實(shí)總的來說這幾次實(shí)驗(yàn)難度不大，重要還是將課上老師所講的融入實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。其中forwａｒding技術(shù)和預(yù)測技術(shù)都是課上老師具體講過的，所以對于實(shí)驗(yàn)的理解起來更容易一些。理解之后，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄數(shù)據(jù)可以客觀的看到這些技術(shù)對