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《计算机系统构造课内实验》 实验报告 班级：计算机01 姓名：陈世阳 学号日期： 一、实验目的及要求 娴熟掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集构造及其特点； 加深对计算机流水线基本观点的理解； 进一步认识DLX基本流水线各段的功能以及基本操作； 加深对数据有关、构造有关的理解，认识这两类有关对CPU性能的影响； 认识解决数据有关的方法，掌握怎样使用定向技术来减少数据有关带来的 暂停。 二、实验环境 WinDLX模拟器 三、实验内容 用WinDLX模拟器履行下列三个程序（任选一个）：求阶乘程序fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，察看程序在流水线中的 履行情况，察看CPU中寄存器和存储器的内容。娴熟掌握WinDLX的操作 和使用。 注意：fact.s中调用了input.s中的输入子程序。load程序时，要两个程序一同装入（都select后再点击load）。gcm.s也是如此。 用WinDLX运行程序structure_d.s，经过模拟： 找出存在构造有关的指令对以及致使构造有关的零件； 记录由构造有关惹起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总履行 周期数的百分比； 阐述构造有关对CPU性能的影响，议论解决构造有关的方法。 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中EnableForwarding 选项前的勾选符），用WinDLX运行程序data_d.s。记录数据有关惹起的暂停时钟周期数以及程序履行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总履行周期数的百分比。 在采用定向技术的情况下（勾选EnableForwarding），用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。 四、实验步骤及结果 1.（1）用winDLX履行求最大公倍数程序gcm.s: File-loadcodeordata-分别选中gcm.s和input.s-select. （2）首先直接运行整个程序（enableforwarding），execute-run(或 按F5) 比如，输入如下： 1 求得的结果为gcm=7，显然，这是正确的。 （3）再来看此时statistics栏和register栏的情况。如下列图： 1 从statistics能够看出共履行了147个cycle，共有64个矛盾（43.54%）。 其中有32个RAWstall，5个LDstall。 再来看Register,这里我们主要关注的是R1，R2和R14.R1，R2的内容 是7，,R14的内容是1028，剖析代码我们能够发现，这是采用辗转相减法来求最大条约数的。代码中有两个循环体，一个是（R1）-（R2），一个是（R2）-（R1），循环的终止条件是R1=R2.求7和21的终止条件则是R1中的值和R2中的值是7，此时我们要求的结果就在R1或R2中。并且我们将结果存入内存中，内存地点为0这个地点寄存在R14中。 做这个实验主假如为了熟悉WinDXL软件的使用方法和剖析statistics结果及Register的内容。 2.用WinDLX运行程序structure_d.s（enableforwarding） 1 找出惹起构造有关的指令和零件： （1）代码中存在最多的是IF和ID零件惹起的构造矛盾，因为上一条指令一直占有着IF或ID而致使下一条指令迟迟无法进入流水线和进入ID，我认为这是一种构造有关惹起的矛盾。如下列图： 又如以下两条指令： 不单有RAW矛盾，还有ID和fddEX零件上的构造矛盾。 经过手数，发现一共存在9个cycle由于构造有关惹起的stall。一共履行了139cycles,共占6.47%。 解决构造有关最直接的方法就是零件冗余技术。另一种方法是进行指令调动。指令调动的方法在下一个小实验中会用到。 3.在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration菜单中EnableForwarding选项前的勾选符），用WinDLX运行程序data_d.s。 履行的结果如下： 由于数据有关惹起的stall为104个cycles,总cycle数为202.共占51.48%。 1 采用定向技术后（勾选EnableForwarding）， 显然地发现，数据有关惹起的stall减少了，只有30个，占23.44%。致使totalcycles也减少为128. 性能提高为原来的202/128=1.578倍。 4.我自己编写了一个test.s的代码。 代码比较短，直接剖析如下： multf f10,f0,f2 subd f10,f4,f6 //这两条间存在WAW multf f6,f8,f14 addd f10,f4