計算機系統(tǒng)結構實驗報告

計算機系統(tǒng)結構

實驗報告院系：09級計算機系學號：230xxxxxxxxxxx姓名：xxxxxxx完成日期：2012.5.20 班級Oxxxxxx實驗日期201xxx實驗成績姓名 xxxxx學號2xxxxxxxx實驗名稱實驗目的、要求及器材實驗內容、步驟及結果停頓(周期數)：RAW停頓：16苴中：實驗名稱實驗目的、要求及器材實驗內容、步驟及結果停頓(周期數)：RAW停頓：16苴中：load停頓：6

浮點停頓：0W酬停頓：0結構停頓：0控制停頓：0自陷停頓：1停頓周期總數:17指令調度與延遲分支實驗目的：1、 加深對指令調度技術的理解；2、 加深對延遲分支技術的理解；3、 熟練掌握用指令調度技術解決流水線中的數據沖突的方法;4、 進一步理解指令調度技術對CPU性能的改進；5、 進一步理解延遲分支技術對CPU性能的改進。實驗平臺：采用指令級和流水線操作級模擬器MIPSsim;WindowsxpPC機一臺實驗步驟：1、 啟動MIPSsim。2、 根據2.5節(jié)相關內容關于流水線的描述，進一步理解流水線窗□中各段的功能；3、 選擇“配置”一“流水方式”選項；4、 用指令調度解決流水線中的數據沖突啟動MIPSsim;用MIPSsim的“文件”一“載入程序”選項加載schedule.s;關閉定向功能，“配置”一“定向”；執(zhí)行載入程序，通過查看統(tǒng)計數據與始終周期圖，找出并記錄程序執(zhí)行過程中各種沖突的次數沒發(fā)生沖突的指令組合以及程序執(zhí)行的總周期數；占周期總數的百分比：48.48485%占所有RAW停頓的百分比：3■強占所有RAW停頓的百分比：0%占周期總數的百分比：0%占周期總數的百分比：0%占周期總數的百分比：0%占周期總數的百分比：3.030303%占周期總數的百分比：51.51515%程序執(zhí)行的總周期數：33SWLWADDMULADDADDSWLWADDMULADDADDSWLWMUL(5)程序沖突的組合:ADDIULWADD$rl,$rO,A$r24,$r26,$rl4$r2,0($rl)$r20,8($rl)$rl2,$rl0,$rl$r4,$r0,$r2$r6,4($r1)$rl6,$rl2,$rl$r22,$r20,$rl4$r4,0($r1)$rl8,$rl6,$rl$r8,$r6,$r1$rl8,16($rl)⑹(7)停頓(周期數):RAW爲頓:1苴中:頓:0浮點停頓：0TAWi?頓：0踣構停頓：0控制停頓：0眈廖：L停頓周則總數：2$r1,$rO,A$r2,0($r1)與上條寫后讀沖突；$r4,$r0,$r2$r4,0($r1)與上條指令寫后讀沖突；$r6,4($r1)$r8,$r6,$r1同樣，與上條指令寫后讀沖突；$r12,$r10,$r1$r16,$r12,$r1同樣，與上條指令寫后讀沖突；$r18,$r16,$r1與上條指令組件沖突$r18,16($r1)同樣，與上條指令寫后讀沖突；；$r20,8($r1)$r22,$r20,$r14同樣，與上條指令寫后讀沖突；采用指令調度技術對程序進行指令調度，消除沖突。將調度后的程序寫入afer-schedule.s中。內容如示：ADDIUMULLWLWMULADDLWADDMULSWADDADDSW載入after-schedule.s;執(zhí)行該程序。觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，記錄程序執(zhí)行的總始終周期數。總始終周期數為：18占斯有停輙的百■分比：曲占斯有盹停頓的百分比：血占周期總數的百分岀：*占周期總數的百分出：*占周期總數的百分出：疏占周期恵數的百分比：5.S5555&%占周期總數的百卻出：門11111%根據記錄結果，比較調度前與調度后的性能，論述指令調度對與提高CPU性能的作用；很明顯，指令調度后時鐘總周期數從33降低到18，通過使用指令調度技術顯著地提高了CPU的使用率，大大減少了指令沖突的次數，對提高CPU性能有很大的作用。5、用延遲分支減少分支指令對性能的影響。（1） 啟動MIPSsim;（2） 載入branch.s;（3） 關閉延遲分支功能，“配置”一“延遲槽”（4） 執(zhí)行程序，觀察并記錄發(fā)生分支延遲的時刻；（5） 記錄執(zhí)行改程序所需要的總時鐘周期數；匯總：

k行周期總數：38ID段執(zhí)行了出條指令（6） 假設延遲槽為一個，對branch.s進行指令調度，然后保存到delayed-branch.s中;代碼如如示：main:ADDI$r2,$r0,1024ADD$r3,$r0,$r0ADDI$r4,$r0,8loop:LW$rl,0（$r2）ADDI$r3,$r3,4ADDI$rl,$rl,lSUB$r5,$r4,$r3SW$rl,0（$r2）BGTZ$r5,loopLW$rl,0（$r2）ADD$r7,$r0,$r6TEQ$rO,$rO（7） 載入delayed-branch.s；（8） 打開延遲分支功能；（9） 執(zhí)行該程序，觀察其時鐘周期圖；Instrueti Cycle91011AUDISrljrl,1MEMWBSUB$r5, $r3EXMEMWBSW$rl,0(^r2)IDIDEXEGTZ$r5,1oupIFSTALLID（10） 記錄執(zhí)行該程序所用的總時鐘周期數；執(zhí)行總周期數：25ID端執(zhí)行了19條指令（11） 對比上訴兩種情況的時鐘周期圖；（12） 根據記錄結果，比較沒采用延遲分支和采用了延遲分支的性能之間的不同，論述延遲分支對于條CPU性能的作用。對比兩種情況的時鐘周期總數可知，在使用延遲槽

后，指令在運行到跳轉指令附近時，在期望概率上很大部分可

能不會出現延遲等待，故能夠稍微提高CPU性能，但是在跳轉指令較多的程序中，此方法更為實用。6、補充實驗(1)按照要求寫程序，但可對樣例代碼branch改編生成，結果如示：.textmain:ADD.D$f2,$f0,$f1SUB$r0,$r0,$r0ADDI$r2,$r0,1024ADDI$r4,$r0,16ADD$r3,$r0,$r0loop:LW $r1,0($r2)ADDI$r1,$r1,1SW $r1,0($r2)ADDI$r3,$r3,4SUB$r5,$r4,$r3BGTZ$r5,loopADD$r7,$r0,$r6TEQ$r0,$r0周期以及停頓信息：遼總：袋石周期總數：71巾段執(zhí)行了憲條指令傳頓(周期數)：RAW傳頓：32 占周期總數的百分比：45.07042%其中：load-jf頓：8 占所有RAW諄頓的百分比：25%浮點傳頓：0 占所有肚昭I頓的百分比：朋W酬傳頓：0 占周期總頻的百分比：0%結枸傳頓：1 占周期總數的百分比：1-408451%控制傳頓：4 占周期總數的百分比：5-633803%自陷傳頓：1 占周期總數的百分比：1-408451%諄頓周期總數：38 占周期總數的百分比：53.52113%(2)用循環(huán)展開、寄存器換名以及指令調度提高性能代碼如示：.textmain:ADD.D$f2,$f0,$f1SUB$r0,$r0,$r0ADDI$r2,$r0,1024ADD$r3,$r0,$r0ADDI$r4,$r0,16loop:LW $r1,0($r2)

ADDI$rl,$rl,lSW $r1,0($r2)LW $r8,32($r2)ADDI$r8,$r8,1SW $r8,32($r2)LW $r9,64($r2)ADDI$r9,$r9,1SW $r9,64($r2)LW $r10,96($r2)ADDI$r10,$r10,1SW $r10,96($r2)LW $r11,128($r2)ADDI$r11,$r11,1SW $r11,128($r2)ADDI$r3,$r3,16SUB$r5,$r4,$r3BGTZ$r5,loopADD$r7,$r0,$r6TEQ$rO,$rO周期以及停頓信息：|遼總：第行周期總數：54巾段執(zhí)行了西條指令傳頓(周期數)：RAW偉頓：24 占周期總數的百分比：44.44444%其中：傳頓：10 占所有RAW傳頓的百分比：41.66667%浮點傳頓：0 占所有RAW傳頓的百分比：0%W酬偉頓：0 占周期總數的百分比：0%結枸惇頓：1 占周期總數的百分比：1-851852%控制惇頓：1 占周期總數的百分比：1-851852%自陷惇頓：1 占周期總數的百分比：1-851852%偉頓周期總數：27 占周期總數的百分比：50%PS：當定向技術打開和關閉時結果是否有差異？答：當定向技術打開時，如果指令調度技術較為理想則不會有太多的提高，當然如果對指令調度不太成功則會存在較大差異。Stall是否越少越好？答：Stall較少對其性能提高有一定的影響，但是當stall降低到一定程度后則不會有很大的提高?？偨Y實驗小結：通過這次實驗，對指令系統(tǒng)中各種優(yōu)化方