系统结构实验一报告

1、实验一 流水线及流水线中的冲突一、 实验目的（1） 加深对计算机流水线基本概念的理解。（2） 理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。（3） 加深对数据冲突、结构冲突的理解。（4） 加深对指令调度技术的理解并进一步理解指令调度技术对CPU性能的改善。二、 实验平台 实验平台采用指令集和流水线操作级模拟器MIPSsim。通用寄存器:浮点寄存器:特殊寄存器:流水寄存器:第13个时钟周期的时钟周期图如下:各段指令为: （1） 学号为单数的同学自己编写一段关于结构冲突的汇编语言程序，分析该段程序存在结构冲突的指令以及导致结构冲突的部件，记录由结构冲突引起的停顿时钟周期数，计算

2、停顿周期数占总执行周期数的百分比。分析结构冲突对CPU性能的影响。编写的代码如下:.textmain:ADD.D $f2,$f0,$f1ADD.D $f3,$f0,$f1ADD.D $f4,$f0,$f1ADD.D $f5,$f0,$f1ADD.D $f6,$f0,$f1ADD.D $f7,$f0,$f1ADD.D $f8,$f0,$f1ADD.D $f9,$f0,$f1TEQ $r0,$r0由结构冲突引起的停顿周期数为:35个计算停顿周期数占总执行周期数的百分比为:67.30769%ADD.D $f3,$f0,$f1和ADD.D $f4,$f0,$f1指令间存在结构冲突,由于读f0和f1的值

3、都要访存，又因为执行一条流水线时只能有有一条指令访存，所有产生结构冲突。结构冲突降低了CPU的性能，是执行周期时间变长，并行性较差。（2）加载样例schedule.s观察程序在流水线中的执行情况。通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数，发生写后读冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。RAW停顿：12占周期总数的百分比：41.37931%load停顿：3占所有RAW停顿的百分比：25%浮点停顿：0占所有RAW停顿的百分比：0%WAW停顿：0占周期总数的百分比：0% 结构停顿：0占周期总数的百分比：0% 控制停顿：0占周期总数的百分比：0% 自陷停顿：1占周期

4、总数的百分比：3.448276% 停顿周期总数：13占周期总数的百分比：44.82759%发生写后读冲突的指令：LW $r2,0($r1)和MUL $r24,$r26,$r14等程序执行的总时钟周期数为：29（3）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突，将调度后的程序重新加载，执行该程序观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总周期数。消除冲突后程序为：.textmain:ADD.D $f2,$f0,$f1ADDIU $r8,$r0,numLW $r1, 0($r8)BGEZAL $r1,funcADD.D $f3,$f0,$f1ADD.D $f4,$f0,$f1SLL $r0,$r0,0SW $r2, 60($r0)TEQ $r0,$r0SLL $r0,$r0,0func:ADD $r2,$r1,$r0ADDI $r6,$r0,8loop:ADDI $r1,$r1,-1ADDI $r3,$r0,25LW $r4, 60($r6)BEQ $r1,$r0,retSLL $r0,$r0,0MUL $r2,$r1,$r2BEQ $r0,$r0,loopSLL $r0,$r0,0ret:JR $r31SLL $r0,$r0,0.datanum: .word 5运行结果为:三 实验总结通过此次试验,我学会了MIP