实验报告

实验一熟悉WinDLX的使用

实验目的：

通过本实验，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。

实验内容：

1. 参考《WinDLX 教程》，熟悉掌握WinDLX的配置和使用，掌握“Register”，

“Code”，“Pipeline”，“Clock Cycle Diagram”，“Statistics”和“Breakpoints”

等窗口的特性和用法。

2. 用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。

这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准输入端读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。

该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。

3. 查阅资料，熟悉理解DLX指令，画出各程序的流程图。

实验结果如图所示：

实验二结构相关

实验目的：

（1）了加深对计算机流水线基本概念的理解。

（2）理解DLX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）加深对结构相关的理解，了解结构相关对CPU性能的影响

实验内容和步骤：

1.理解预备知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌

握各流水寄存器的含义（查看WinDLX软件中的help）。（用鼠标双击各段，可以看到各流水寄存器的内容）。

填写下列各寄存器的含义：

IMAR：__指令内存地址寄存器_____________________

IR：____指令寄存器________________

A,B：____ALU操作数寄存器A和B__________________

BTA：___分支目标地址寄存器___________________

ALU：______ALU输出寄存器________________

DMAR：_____数据内存地址寄存器________________

SDR：_______存数据寄存器____________

LDR：_______取数据寄存器____________________

2.观察程序在流水线中的执行情况，步骤如下：

①加载程序structure_d.s。

②关闭“Enable Forwarding”定向功能。

③选定“Absolute Cycle Count”项。

④用单步执行一个周期的方式执行该程序，观察每一个周期中，各段流水寄存器内容

的变化、指令的执行情况（“Code”窗口）以及时钟周期图。

⑤当执行到第25个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是：

IF：___IMAR<-PC(=loop+0x18)__ IR<-Mem[MAR](=0x00822822)

PC<-PC+4(=loop+0x1c)_______

ID：____________（空）_________________

intEX：_____ALU<-A+(8)(=0x190)(A=0x188)_______________________

MEM：_______Noting to do_____________________

WB：_________D2<-ALU(=2)_____________________

⑥这时各流水寄存器中的内容为：

IMAR：____0x0000012c______________________

IR：_______0x00822822______________________

A,B：______0x00000188____0x00000000__________________

ALU：_____0x00000190______________________

3.观察和分析结构相关对CPU性能的影响，步骤如下：

①重新加载程序structure_d.s。

②执行该程序，找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件。

③记录由结构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。

④把浮点加法器的个数改为4个。

⑤再次重复执行①~③的工作。

⑥记录由结构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。

⑦分析结构相关对CPU性能的影响，讨论解决结构相关的方法。

实验三数据相关

实验目的：

（1）了加深对计算机流水线基本概念的理解。

（2）理解DLX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）加深对数据相关的理解，了解数据相关对CPU性能的影响。

（4）掌握如何使用定向技术来减少数据带来的暂停。

实验内容和步骤：

1. 启动WinDLX。

2. 观察不采用定向技术的情况下的数据相关，步骤如下：

①全部复位。

②加载程序data_d.s。

③关闭定向功能，通过Configuration菜单中的Enable Forwarding选项设置。

④用单步执行一个周期的方式执行该程序，同时查看时钟周期图，列出在什么时候发生了RAW冲突。

⑤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。

3. 观察采用定向技术的情况下的数据相关，步骤如下：

①全部复位。

③打开定向功能，通过Configuration菜单中的Enable Forwarding选项设置。

④用单步执行一个周期的方式执行该程序，同时查看时钟周期图，列出在什么时候发生了RAW冲突，并与步骤2-④的结果进行比较。

⑤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。

4. 根据上面记录的数据，计算采用定向技术后性能提高的倍数。

实验结果：

关闭定向功能时发生RAW冲突的时钟周期为7,11和14；程序执行的总时钟周期数为15，暂停时钟周期数为3，比率为3/15=0.2

打开定向功能时发生RAW冲突的时钟周期为2,3,6,7,10,11,13,14；程序执行的总时钟周期数为15，暂停时钟周期数为8，比率为8/15=0.5625

实验四指令调度

实验目的：

（1）加深对指令调度的理解。