计算机系统结构实验指导书

目第1章WINDLX安装及使 安 使用示 SimpleScalar简 SimpleScalar安 SimpleScalar使 第3章实验内 CACHE性能分 第4章实验要 1WinDLXWinDLX处理器是Hennessy和Patterson合著的书《ComputerArchitecture-AWinDLXDLXWinDLXwindlx.exewindlx.hlp文件。同时，还需要一些扩展名为.s的汇编代 解压WinDLX软件包或拷贝所有的WinDLX文件（至少包含windlx.exe,windlx.hlp,fact.s和input.s）到这个WinDLX 阶乘。需要用到文件input.s接收从键盘输入的数。开始和配和启动任何Windows应用程序一样，通过双击WinDLX图标启动WinDLX，将出现一图1WinDLX为了初始化模拟器,点击File菜单中的Resetall菜单弹出一个“ResetDLX”小和其他几个控制模拟的参数。点击Configuration/FloatingPointStages（点击Configuration打开菜单，然后点击FloatingPointStages菜单项），选择如下标准配置：Addition1215Division1如果需要，可以通过点击相应区域来改变设置。然后，点击OK返回主窗口点击Configuration/MemorySize，可以设置模拟处理器的器大小。应设置为0x8000，然后，点击OK返回主窗口。在Configuration菜单中的其他三个配置也可以设置，它们是：Symbolicaddresses,AbsoluteCycleCount和EnableForwarding。点击相应菜单项后，在它装载测试程序File/LoadCodeorData，窗口中会列出 中所有汇编程序。fact.s是计算一个整型值的阶乘；input.s中包含一个子程序，它读标准输入（键盘）并将值存入DLX处理器的通用寄存器R1中。按如下步骤操作可将这个文件入主存。select按点击select点击load选择文件的顺序很关键，它决定了文件在器中出现的顺序。框中会显示信息“File(s)loadedsuccessfully.ResetDLX?”，点击“是（Y）”模“ClockCycleDiagram”，“Statistics”和“Breakpoints”。点击其中任何一个PipelineDLXPipelineDLX的五段流水线。尽可能地扩大此窗口，以便处于不同流水2图2DLX此图显示DLXCode窗addijal双击图标，将看到代表addijal点击主窗口中的Execution开始模拟。在出现的下拉式菜单中，点击SingleCycle或按F7键。这时，窗口中带有地址“$TEXT”的第一行变成黄色。按下F7键，模拟处于流水线的哪一段。如果Pipeline窗口已经关闭，请双击相应图标重新打开它。如ClockCycleDiagram使所有子窗口图标化，然后打开ClockCycleDiagram窗口。它显示流水线的时空jal指令被译码后才知道，这时，下jal的分支地址命名为"InputUnsigned"。为找到此符号地址的实际值，点击主窗口中的Memory和Symbols，出现的子窗口中显示相应的符号和对应的实际值。在"Sort："L"代表局部符号。"input"中的"InputUnsigned"是一个全局符号，它的实际值为0x144，用作地址。点击OK按纽关闭窗口。再一次点击动作。这个窗口"InformationaboutInformation窗口。观察完后，点击OK按钮关闭窗口。双击第三行（movi2fp），会看到它只执行了第一段（IF）Breakpoint当通过CodeCode)，会看到接下来的几指向Code窗口中包含命令trap0x5的0x 单击命令行，然后点击主窗口菜单Code，单击SetBreakpoint(确令行仍被标记！)，到流水线的哪一阶段时，程序停止执行。缺省为ID段。点击OK关闭窗口。图4SetBreakpoint窗在Code窗口中，trap0x5行上出现"BID"Reakpoints只要点击Execution/Run或按F5，模拟就继续运行会出现一个框提示"ID-Stage:reachedatBreakpoint#1"，按“确认”按钮关闭。点击Clockcyclediagram窗口中的trap0x5行，将看到模拟正处于时钟周期14。trap0x5行如下所示：（trap）IF"3stall(s)becauseofTrap-Pipeline-Clearing!"。(了按OK关闭窗口)。指令trap0x5已经写到屏幕上，可以通过点击主窗口菜单条上的Execute/DisplayDLX-I/O来查看。Register为进一步模拟，点击Code窗口，用箭头键或鼠标向下滚动到地址为0x 行（指令是lwr2,SaveR2(r0)），点击此行，然后按Ins键，或点击Code/SetBreakpoint/OK，在这一行上设置一个断点。采用同样的方法，在地址0x000001a4（指令jarr31）设置断点。现在按F5继续运行。这时，会弹出DLX-Standard-I/O窗口，在信息"Anintegervalue>1:"后鼠标闪烁，键入20然后按Enter，模拟继续运行到断点#2处。在Clockcyclediagram窗口中，在指令之间出现了红和绿的箭头。红色箭头表示需要Register图标。Register窗口会显示各个寄存器中的内容。看一下R1到R5的值。按F5使F8键，在新出现的窗口中输入17Enter键，模拟程序将继续运行17期。向上滚动Clockcyclediagram窗口，直到看到指令周期72到78。在EX段，两个浮点操作（muandsubd）分别在不同的部件上运行，它们都需要多个周期才能结束。因而在它们之后的下一条指令能取指，译码和执行，然后暂停一个周期以允许subd完成MEM段。Statistics按F5使程序完成执行，出现消息"Trap#0occurred"表明最后一条指令trap0已经执行，Trap指令中“0用来双击图标StatisticsStatistics窗Load/Store指令、浮点指令和traps。窗口中给出事件发生的次数和百分比，如RAWstalls：17(7.91%ofall看一下Statistics(21)(17AW,25Contrl,12Trp;54otl)Configuration中的EnableForwarding使定向无效（去掉小钩），打开断点Breakpoints图标并点击Breakpoints菜单，删除所有断点，然后按F520EnterTapRA7336(236/215=DLXforwardedDLXnotforwarded快9.8%2SimpleScalarSimpleScalar是为计算机系统性能及功耗分析、处理器微体系结构建模、软硬件协同验sim-outorder性能模拟器。SimpleScalarPISA,ARM,X86等指令集，可以运行在大多数类UNIX平台。sim-sim-sim-sim-sim-sim-sim-sim-SimpleScalar安目前SimpleScalar版本只能安装运行在大多UNIX平台下边的具体安装过程以vmware（vmwareworkstation6）linuxSimpleScalar运行环境。各安装步骤涉及到的资源统一放置在：simplescalar实验所需资源下。在G盘 下建立simples ，将simplescalar实验所需资源/gaomxvm.rar解压 注：如无G盘，可解压在其它驱动器中，并按（2）进行；以下文档均以G盘此 打开vmware工作站使用工具条中file/OpenG:\simples\gaomxvmRedHatLinux.vmx.图2- vmware工作站中Linux虚拟机 严格按照上述各步骤，将虚拟机解压 下首先选择工作站工具条上VM菜单下的settings选项，如图2-22-2设置共享选中后弹出一个名为“VirtualMachineSettings2-3options设置，选中该设置，将其设置为“Alwaysenable”。2-32-4gaomxsimplesHoldforderG:\simples2-5Next，选择置，如图2-7，选中该设置，将其设置为“Alwaysenable”。图2-5设置具 2-62- 虚拟机没有按照上述步骤解压，没 对 ，具体步骤请参考vmware “在windows下与linux虚拟机进行文件共享.txt”中介绍方法。gaomxvm虚拟机中启动选项，启动该虚拟机。此过程可能需要几分钟，请耐心等待。2-8是虚拟机启动后的界面。可以通过user：root，password:123456登录该虚拟机。2-8虚拟机启动第六步：进入SimpleScalar实验环境 ，这是一个SimpleScalar模拟器的总 在控制台下root/simplescalar/ 下，通过命令：cd/mnt/hgfs看是否能进入该 是否存在gaomxsimples共享 图2-9测试共 CacheCacheCPU内部，即使是于自己动手进行Cache性能分析，设计一系列有针对性的仿真实验是个很好的教学方法。SimpleScalarCachesim-cachesimcheetah，正是完成的系列仿真实验帮助学生更好的理解和掌握Cache技术。下面以基本配置情况下对Cache失效情况的统计分析为例，说明进行Cache技术仿真实验中SimpleScalar的应用。实验环境。SimpleScalar目前只能运行于类UNIX平台，为了设置实验环境，我们使用了vmware（vmwareworkstation5）linuxSimpleScalar运行环境。第二个步骤是选择或编制测试程序。我们可以直接使用SimpleScalar上Benarks提供的一些经过编译的二进制测试程序，也可以自己使用某种程序语言，例如C或汇编，编制一些器就可以直接使用了。第三个步骤就是使用sim-cache，并根据要求设置其运行参数来模拟这个例子中使用的是用C编写的打印“oWorldmynameisgaomx！”的测试程序。2-10sim-cache统计数据实例#include<stdio.h>{ oWorldmynameisgaomx!\n");return0;}在虚拟机控制台环境下root下键入命令：cd/mnt/hgfs/gaomxsimples，进入共享，查看刚刚保存的文件是否存在。如果存在，通过拷贝命令cpo.c/root/simplescalar/将其拷贝到/root/simplescalar/ 下。返回到/root/simplescalar/ 下，使用命令：./bin/sslittle-na-sstrix-gcco.c编译该文件在/root/simplescalar/下生成a.out文件用o.c 第三步：使用sim-cache模拟该测试程序此时，在/root/simplescalar/下，通过命令：./simplesim-3.0/sim-cachea.out就可以对测试2-12是测试后生成的具体统计数据。因为没有设置任何参数，所以2-12模拟统计结果（只显示了部分<<<<< - - - -默认的是- L1用256*32/1024L2dtlb3验内WinDLXSimpleScalar模拟器对流水线中的相关实验目的：用WinDLX运行程序structure_d.s，通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相百分比；论述资源相关对CPU性能的影响，讨论解决