北郵實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)

1、北 京 郵 電 大 學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)課程實(shí)驗(yàn) 2015年4月實(shí)驗(yàn)三 DLX處理器程序設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)類別：綜合型二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)使用DLX匯編語言編程，進(jìn)一步分析相關(guān)現(xiàn)象三、 實(shí)驗(yàn)學(xué)時：4四、 實(shí)驗(yàn)組人數(shù)：1/1五、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備環(huán)境：DLX匯編語言環(huán)境六、 實(shí)驗(yàn)原理：掌握向量運(yùn)算算法和編程方法。七、 教學(xué)要點(diǎn)與學(xué)習(xí)難點(diǎn)：DLX匯編語言八、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求：自編一段匯編代碼，完成兩雙精度浮點(diǎn)一維向量的加法（或乘除法）運(yùn)算，并輸出結(jié)果。向量長度>=16。觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)九、 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 熟悉DLX匯編語言。（2） 編寫兩雙精度浮點(diǎn)一維向量的加法運(yùn)

2、算程序。（3） 對此程序完成上面實(shí)驗(yàn)二中1)、2)、3)、4)方面的分析。程序代碼.data ;初始化兩個用于相加的一維向量（雙精度浮點(diǎn)數(shù)），向量長度為20 a: .double 1.9, 2.1, 3.7, 4.6, 5.5, 6.4, 7.3, 8.2, 9.1, 10.1,11.2,12.3,13.4,14.5,15.6,16.7,17.8,18.9,19.0,20.2 b: .double 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6, 7.7, 8.8, 9.8, 10.9,11.8,12.7,13.6,14.5,15.4,16.3,17.2,18.1,19.9

3、,20.8 PrintfFormat: .asciiz "The result is nn%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ftnn" .align 2 PrintfPar: .word PrintfFormatr: .space 200 ;r為保存相加結(jié)果的向量空間 .text .global main main: addi r1,r0,0 ;r1計(jì)數(shù)相加的次數(shù) addui r4,r0,8 ;r4為常數(shù)8 loop: ;循環(huán)計(jì)算向量相加結(jié)果 subi r2,r1,20 ;r1=20時，跳轉(zhuǎn)到

4、finish beqz r2,finish multu r3,r1,r4 ;r3為當(dāng)前分量相對于向量基址的偏移(每個分量占8B) ld f0,a(r3) ;取a中第r1個分量 ld f2,b(r3) ;取b中第r1個分量 addd f4,f0,f2 ;相加結(jié)果放在f4中 sd r(r3),f4 ;將相加結(jié)果放入結(jié)果向量r中 addi r1,r1,1 ;下一分量j loop finish: ;輸出向量相加的結(jié)果 addi r14,r0,PrintfPar trap 5trap 0運(yùn)行結(jié)果Statistics可以看到具體數(shù)據(jù)情況和產(chǎn)生相關(guān)的比例等結(jié)果分析1. 數(shù)據(jù)相關(guān)由Statistics中的知道

5、，發(fā)生了55.02%的數(shù)據(jù)相關(guān)。查看可以發(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,r1,20  subi r2,r1,20 beqz r2,finish  multu r3,r1,r4ld f0,a(r3)  ld f2,b(r3) addd f4,f0,f2  addd f4,f0,f2 sd r(r3),f4 

6、0;2. 控制相關(guān)由Statistics中的可以看到，發(fā)生了4.39%的控制相關(guān)。 系統(tǒng)按照預(yù)測成功來執(zhí)行指令，執(zhí)行一條指令后馬上將其下一條指令trap讀進(jìn)來。3. 結(jié)構(gòu)相關(guān)由于程序只簡單的做了一次加法，所以沒有結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)生。4. 增加浮點(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)算部件個數(shù)給邊后統(tǒng)計(jì)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進(jìn)。 分期其原因?yàn)椋@主要是因?yàn)楹瘮?shù)中沒有連續(xù)的浮點(diǎn)加指令，乘、 除指令。5. 增加forward部件對性能的影響下圖左側(cè)為沒有勾選enable forw

7、arding時的運(yùn)行數(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，增加forwarding技術(shù)后，流水線的加速比為： 478/356=1.342流水線性能有明顯改善6.轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時候的流水線開銷由Conditional Branches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：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：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。實(shí)驗(yàn)總結(jié) 此次編寫程序?qū)ξ襾碚f又是一個新的挑戰(zhàn)，本次實(shí)驗(yàn)過程中首先我編寫了整數(shù)向量的加法程序，在整數(shù)向量加法的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行成功后才在之前實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上略作修改，進(jìn)行了的雙精度浮點(diǎn)加法求和的實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)沒有輸入，是直接對固定在代碼中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算完畢后直接輸出結(jié)果。在編寫雙精度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時有些對于指令掌握不熟練，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”。而如果是單精度的，則需要添加字母“f”；其次，對