计算机系统结构WinDlx实验报告

计算机组成与系统结构课程设计题目：流水线指令设计及页面置换算法在WinDLX软件中的应用学校：专业：学号：姓名：指导教师：***2011 年 6 月22 号目录1、实验一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.1实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.2实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.4实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.5实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４1.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６2、实验二．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９2.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９2.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０ 2.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１ 2.5.2 程序分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１ 2.5.3 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１2.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２3、实验三．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３ 3.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.2 没有采用定向技术分析．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.3 采用定向技术分析．．．．．．．．．．．．．．．．．１４ 3.5.4 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５3.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５4、实验四．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.1 实验目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.2 实验平台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3 预备知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3.1 调页策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６ 4.3.2 页面置换算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７ 4.4 实验内容和步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１８ 4.5 实验程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９ 4.5.1 源程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９ 4.5.2 程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２ 4.5.3 结果截图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３4.6 实验报告要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３5、实验总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３６、参考资料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２３实验一 WinDLX模拟器与DLX指令的使用1.1实验目的1.1.1. 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；1.1.2. 加深对计算机流水线基本概念的理解；1.1.3. 了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；1.2实验平台WinDLX模拟器1.3预备知识1.3.1. WinDLXWinDLX模拟器是一个图形化、交互式的DLX流水线模拟器，能够演示DLX流水线是如何工作的。

该模拟器可以装载DLX汇编语言程序（后缀为“.s”的文件），然后单步、设断点或是连续执行该程序。

CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以用图形表示出来，以形象生动的方式描述DLX流水线的工作过程。

模拟器还提供了对流水线操作的统计功能，便于对流水线进行性能分析。

有关WinDLX的详细介绍，见附录（WinDLX教程）。

1.3.2. 熟悉WinDLX指令集和WinDLX源代码的编写1.4实验内容和步骤用WinDLX模拟器执行求最大公倍数程序gcm.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。

注意：gcm.s中调用了input.s中的输入子程序。

load程序时，要两个程序一起装入（都select后再点击load）。

如：给出两组数6、3和6、1，分别在main+0x8(add r2, r1, r0)、gcm.loop（seg r3,r1,r2）和result+0xc(trap 0x0)设置断点，采用单步和连续混合执行的方法完成程序，注意中间过程和寄存器的变化情况，然后单击主菜单execute/display dlx-i/o,观察结果。

3 2 11.5 实验程序实验源程序见文件gcm.s和input.s结果截图如下：1.6实验报告要求实验报告中应包含：实验目的、实验内容、实验步骤（要有程序清单并以注释的形式对定义的变量和使用的寄存器进行说明）、实验结果等内容。

gcm.s;*********** WINDLX Ex.1: Greatest common measure *************;*********** (c) 1991 G黱ther Raidl *************;*********** Modified 1992 Maziar Khosravipour *************;------------------------------------------------------------------------; Program begins at symbol main; requires module INPUT; Read two positive integer numbers from stdin, calculate the gcm; and write the result to stdout;------------------------------------------------------------------------ .data;*** Prompts for inputPrompt1: .asciiz "First Number:"Prompt2: .asciiz "Second Number: ";*** Data for printf-TrapPrintfFormat: .asciiz "gcM=%d\n\n".align 2PrintfPar: .word PrintfFormatPrintfValue: .space 4.text.global mainmain:;*** Read two positive integer numbers into R1 and R2addi r1,r0,Prompt1jal InputUnsigned ;read uns.-integer into R1add r2,r1,r0 ;R2 <- R1addi r1,r0,Prompt2jal InputUnsigned ;read uns.-integer into R1Loop: ;*** Compare R1 and R2seq r3,r1,r2 ;R1 == R2 ?bnez r3,Resultsgt r3,r1,r2 ;R1 > R2 ?bnez r3,r1Greaterr2Greater: ;*** subtract r1 from r2sub r2,r2,r1j Loopr1Greater: ;*** subtract r2 from r1sub r1,r1,r2j LoopResult: ;*** Write the result (R1)sw PrintfValue,r1addi r14,r0,PrintfPartrap 5;*** endtrap 0input.s;*********** WINDLX Ex.1: Read a positive integer number *************;*********** (c) 1991 G黱ther Raidl *************;*********** Modified 1992 Maziar Khosravipour *************;----------------------------------------------------------------------------- ;Subprogram call by symbol "InputUnsigned";expect the address of a zero-terminated prompt string in R1;returns the read value in R1;changes the contents of registers R1,R13,R14;----------------------------------------------------------------------------- .data;*** Data for Read-TrapReadBuffer: .space 80ReadPar: .word 0,ReadBuffer,80;*** Data for Printf-TrapPrintfPar: .space 4SaveR2: .space 4SaveR3: .space 4SaveR4: .space 4SaveR5: .space 4.text.global InputUnsignedInputUnsigned:;*** save register contentssw SaveR2,r2sw SaveR3,r3sw SaveR4,r4sw SaveR5,r5;*** Promptsw PrintfPar,r1addi r14,r0,PrintfPartrap 5;*** call Trap-3 to read lineaddi r14,r0,ReadPartrap 3;*** determine valueaddi r2,r0,ReadBufferaddi r1,r0,0addi r4,r0,10 ;Decimal systemLoop: ;*** reads digits to end of linelbu r3,0(r2)seqi r5,r3,10 ;LF -> Exitbnez r5,Finishsubi r3,r3,48 ;??multu r1,r1,r4 ;Shift decimaladd r1,r1,r3addi r2,r2,1 ;increment pointerj LoopFinish: ;*** restore old register contentslw r2,SaveR2lw r3,SaveR3lw r4,SaveR4lw r5,SaveR5jr r31 ; Return实验二流水线中的结构相关2.1实验目的：1. 近一步熟悉DLX指令集结构及其特点；2. 通过本实验，加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响。