系统结构实验

系统结构实验报告

11070113 臧琦

11070230 曾凯

目录

实验一流水线中的相关 (3)

1、实验目的 (3)

2、实验平台 (3)

3、实验要求 (3)

4、实验结果 (4)

4.1用WinDLX 模拟器执行下列三个程序 (4)

4.1.1用WinDLX 模拟器执行阶乘程序 fact.s的结果如下所示 (4)

4.1.2 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序gcm.s的结果如下所示 (5)

4.1.3 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序prim.s的结果如下所示 (7)

4.2 用WinDLX 模拟运行器程序structure_d.s，进行相关实验 (8)

4.3 比较定向与不定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 11

4.3.1采用不定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 (11)

4.3.2采用定向技术，用WinDLX 模拟运行器程序data_d.s，进行相关实验 (11)

5、总结与体会 (12)

实验二循环展开及指令调度 (13)

1、实验目的 (13)

2、实验平台 (13)

3、实验要求 (13)

4、实验结果 (14)

4.1用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关 (14)

4.1.1原指令执行的相关结果 (14)

4.1.2调整指令顺序指令执行的结果 (16)

4.2用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能 (17)

4.2.1 原循环程序运行的结果 (17)

4.2.2 将循环程序展开运行的结果 (18)

4.2.3 将程序循环展开、指令调度后运行的结果 (19)

5、总计与体会 (21)

实验三cache性能分析 (21)

1、实验目的 (21)

2、实验平台 (21)

3、实验要求 (21)

4、实验结果 (22)

4.1.基本配置情况下运行程序 (22)

4.2．改变Cache容量对Cache性能的影响 (22)

4.3．改变Cache的相联度对Cache性能的影响 (25)

4.4．改变Cache块大小对Cache性能的影响 (27)

4.5．不同的替换算法对Cache性能的影响 (30)

4.5.1不同容量下，不同的替换算法对Cache性能的影响 (30)

5、总计与体会 (36)

实验一流水线中的相关

1、实验目的

1. 熟练掌握WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点；

2. 加深对计算机流水线基本概念的理解；

3. 进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；

4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU性能的影响；

5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停2、实验平台

用WinDLX模拟器模拟流水线。

3、实验要求

1.用WinDLX 模拟器执行下列三个程序：

求阶乘程序 fact.s

求最大公倍数程序 gcm.s

求素数程序 prim.s

分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察CPU 中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX 的操作和使用。

2. 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

相关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比；论述资源相关对CPU 性能的影响，讨论解决资源相关的方法。

3. 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration 菜单中Enable Forwarding 选项前

的勾选符），用WinDLX 运行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding），用WinDLX再次运行程序data_d.s。重复上述3 中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。

4、实验结果

4.1用WinDLX 模拟器执行下列三个程序

4.1.1用WinDLX 模拟器执行阶乘程序 fact.s的结果如下所示

●步进方式运行程序结果如下所示

图1 以步进方式进行的过程

●连续方式运行程序结果如下所示

图2 连续方式，程序无间断的进行

●设置断点方式运行程序结果如下所示

图3 通过设置不同的断点来控制程序的执行

4.1.2 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序gcm.s的结果如下所示

●步进方式运行程序结果如下所示

图4 以步进方式进行的过程，经过有限的步骤将程序的结果运行出来●连续方式运行程序结果如下所示

图5 连续方式，程序无间断的进行，直到程序结束

●设置断点方式运行程序结果如下所示

图6 通过设置不同的断点来控制程序的执行

4.1.3 用WinDLX 模拟器执行阶乘程序prim.s的结果如下所示 步进方式运行程序结果如下所示

图7 以步进方式进行的过程

●连续方式运行程序结果如下所示

图8 连续方式，程序无间断的进行，直到程序结束

●设置断点方式运行程序结果如下所示

图9 通过设置不同的断点来控制程序的执行

4.2 用WinDLX 模拟运行器程序structure_d.s，进行相关

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