2020年計算機體系結構實驗報告

計算機體系結構實驗報告

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實驗一流水線中的相關

一.實驗目的

1.熟練掌握WinDLX模擬器的操作和使用，熟悉

DLX指令集結構及其特點；

2.加深對計算機流水線基本概念的理解；

3.進一步了解DLX基本流水線各段的功能以及

基本操作；

4.加深對數(shù)據(jù)相關、結構相關的理解，了解這

兩類相關對CPU性能的影響；

5.了解解決數(shù)據(jù)相關的方法，掌握如何使用定

向技術來減少數(shù)據(jù)相關帶來的暫停。

二.實驗平臺

WinDLX模擬器

三.預備知識

1.WinDLX

WinDLX模擬器是一個圖形化、交互式的DLX流水

線模擬器，能夠演示DLX流水線

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是如何工作的。該模擬器能夠裝載DLX匯編語言

程序（后綴為“.s”的文件），然后單步、設

斷點或是連續(xù)執(zhí)行該程序。CPU的寄存器、流水

線、I/O和存儲器都能夠用圖形表示出來，

以形象生動的方式描述DLX流水線的工作過程。

模擬器還提供了對流水線操作的統(tǒng)計功能，

便于對流水線進行性能分析。

有關WinDLX的詳細介紹，見WinDLX教程。

2.熟悉WinDLX指令集和WinDLX源代碼的編寫

3.復習和掌握教材中相應的內容

（1）DLX基本流水線

（2）流水線的結構相關與數(shù)據(jù)相關

結構相關：當指令在重疊執(zhí)行過程中，硬件

資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求，

發(fā)生資源沖突時，將產生“結構相關”。

數(shù)據(jù)相關：當一條指令需要用到前面指令的

執(zhí)行結果，而這些指令均在流水線中

重疊執(zhí)行時，就可能引起“數(shù)據(jù)相關”。

（3）定向技術的主要思想：在發(fā)生數(shù)據(jù)相關時,

等待前面計算結果的指令并不一定真的

馬上就用到該計算結果，如果能夠將該計算結果

從其產生的地方直接送到其它指令

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需要它的地方，就能夠避免暫停。

四.實驗內容及結果

1.用WinDLX模擬器執(zhí)行下列三個程序（任選

一個）：

求階乘程序fact.s

求最大公倍數(shù)程序gem.s

求素數(shù)程序prim.s

分別以步進、連續(xù)、設置斷點的方式運行程序，

觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，

觀察CPU中寄存器和存儲器的內容。熟練掌握

WinDLX的操作和使用。

注意：fact.s中調用了input,s中的輸入子程

序。load程序時，要兩個程序一起裝入

（都select后再點擊load）。gem.s也是如此。

說明：此實驗我們選擇：求階乘程序fact.s

1）用WinDLX模擬器執(zhí)行求階乘程序factso

2）程序的作用：這個程序說明浮點指令的使

用o該程序從標準輸入讀入一個整數(shù),求其階乘,

然后將結果輸出。該程序中調用了inputs中的輸入

子程序，這個子程序用于讀入正整數(shù)。

3）實驗結果：

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i.分別以步進、連續(xù)、設置斷點的方式

運行程序

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運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)步進方式運行

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圖2求階乘程序fact.s運

行統(tǒng)計數(shù)據(jù)連續(xù)方式運行

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