本科實驗指導書

1、本科實驗指導書實驗名稱： 計算機體系結構 開課學院： 計算機學院 本科實驗指導書填寫說明1所有實驗課程和課程實驗均須編寫實驗指導書（有專門實驗教材的除外）。2本科實驗指導書須正式排版印刷，排版要求如下：（1）采用A4（21cm×29.7cm）白色復印紙，單面黑字打印。上下左右各側的頁邊距均為3cm；缺省文檔網(wǎng)格為：字號為小4號，中文為宋體，英文和阿拉伯數(shù)字為Times New Roman，每頁30行，每行36字；頁腳距邊界為2.5cm，頁碼置于頁腳、居中，采用小5號阿拉伯數(shù)字從1開始連續(xù)編排。（2）封面不編頁碼。多個實驗項目或實驗單元的指導書合訂時，須加目錄，在目錄頁頁腳以小寫羅馬數(shù)

2、字連續(xù)編排頁碼、居中。（3）正文最多可設四級標題，字體均為黑體，第一級標題字號為4號，其余各級標題為小4號；標題序號第一級用“一、”、“二、”，第二級用“（一）”、“（二）” ，第三級用“1.”、“2.” ，第四級用“（1）”、“（2）” ，分別按序連續(xù)編排。（4）正文插圖、表格中的文字字號均為5號。目 錄實驗單元一 流水線基本功能模擬1 實驗1.1 3×3矩陣乘法2 實驗1.2 矩陣乘法性能分析3 實驗單元二 流水線性能優(yōu)化X 實驗2.1 矩陣乘法性能優(yōu)化X 實驗2.2 矩陣乘法規(guī)模擴展X 實驗單元一 流水線基本功能模擬該實驗要使學生能夠系統(tǒng)全面正確理解和掌握計算機體系結構中流水線

3、技術的基本思想，通過該模擬實驗，進一步掌握和鞏固流水線的基本知識，初步掌握在特定體系結構下的匯編代碼的編寫和性能分析方法；培養(yǎng)運用所學知識解決實際問題的能力。實驗1.1 3×3矩陣乘法一、實驗目的掌握在特定體系結構下的匯編代碼的編寫。二、實驗內容參考DLX指令集，采用匯編語言編寫規(guī)模為3×3矩陣積源程序。熟悉WinDLX環(huán)境，掌握WinDLX菜單命令和調試方法。三、實驗原理、方法和手段利用DLX指令集在WinDLX模擬器上，使用循環(huán)控制方法完成3×3矩陣乘法算法的編寫。四、實驗條件條件：微機，Windows操作系統(tǒng)，WinDLX模擬器資料：教材，WinDLX使用說

4、明文檔五、實驗步驟（1）復習教材DLX指令集。（2）熟悉掌握DLX的匯編語法。（3）采用循環(huán)控制方法進行3×3矩陣乘法算法的編寫。（4）熟悉WinDLX編程環(huán)境。（5）在WinDLX中完成矩陣算法的編寫。六、思考題（1）DLX中偽指令的作用（2）影響矩陣乘算法性能的主要因素是什么？七、注意事項及有關說明注意WinDLX中輸入輸出語句的處理原理實驗1.2 矩陣乘法性能分析一、實驗目的掌握在特定體系結構下的匯編代碼的性能分析方法。二、實驗內容在WinDLX中調試3×3矩陣乘法，使其能夠運行除正確結果，并采用工具分析影響該程序性能的主要因素。三、實驗原理、方法和手段在WinDLX

5、模擬器上，利用性能分析和觀察工具分析3×3矩陣乘法算法效率。四、實驗條件條件：微機，Windows操作系統(tǒng)，WinDLX模擬器資料：教材，WinDLX使用說明文檔五、實驗步驟（1）調試3×3矩陣乘法，通過檢查寄存器或屏幕輸出的方法獲得正確運算結果。（2）在流水線各種資源配置下觀察程序運行狀態(tài)。（3）觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結構相關，指出導致上述現(xiàn)象的指令組合。（4）考察增加定向（forwarding）部件對性能的影響。（5）觀察轉移指令在轉移成功和轉移不成功時候的流水線開銷六、思考題三大相關是怎樣影響矩陣乘算法性能的？實驗單元二 流水線性能優(yōu)化該實驗要使學生能夠系統(tǒng)全面

6、正確理解和掌握計算機體系結構中流水線技術的基本思想，通過對編寫代碼的優(yōu)化實踐，進一步掌握和鞏固流水線的基本知識，掌握在特定體系結構下的匯編代碼的優(yōu)化和算法擴展方法；培養(yǎng)運用所學知識解決實際問題的能力。實驗2.1矩陣乘法性能優(yōu)化一、實驗目的掌握在特定體系結構下的算法的優(yōu)化方法。二、實驗內容根據(jù)DLX流水線結構特點，優(yōu)化3×3矩陣積程序，盡量消除流水線相關。三、實驗原理、方法和手段在WinDLX模擬器上，使用工具觀察流水線相關情況，并采用調整代碼順序等方法優(yōu)化3×3矩陣乘法算法。四、實驗條件條件：微機，Windows操作系統(tǒng)，WinDLX模擬器資料：教材，WinDLX使用說明文

7、檔五、實驗步驟（1）復習教材DLX流水線結構。（2）在有定向功能和無定向功能兩種情況下，盡量消除相關引起的暫停。（3）對優(yōu)化后的代碼重新模擬，并觀察優(yōu)化效果。六、思考題（1）WinDLX中流水線的定向配置對相關性有什么影響？（2）WinDLX中流水線的浮點部件配置對相關性有什么影響？實驗2.2 矩陣乘法規(guī)模擴展一、實驗目的掌握在特定體系結構下的算法的擴展方法。二、實驗內容3×3矩陣乘法算法的運行和優(yōu)化結果，編寫M×N矩陣乘法的匯編程序，并采用工具分析影響該程序性能的主要因素。三、實驗原理、方法和手段在WinDLX模擬器上，使用循環(huán)控制方法完成M×N矩陣乘法算法的編寫，注意盡量避免相關產(chǎn)生。四、實驗條件條件：微機，Windows操作系統(tǒng)，WinDLX模擬器資料：教材，WinDLX使用說明文檔五、實驗步驟（1）改造3×3矩陣乘法，變?yōu)镸×N矩陣乘法算法。（2）在流水線各種資源配置下觀察程序