北京邮电大学
实验报告
课程名称 计算机系统结构
计算机学院 2016111303班
王陈(2016110711)
目录
实验一 WINDLX模拟器安装及使用........................................................................... 3
·实验准备........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验环境........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验步骤........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验内容及要求............................................................... 错误！未定义书签。 ·实验过程........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验总结............................................................................................................. 8 实验二 指令流水线相关性分析................................................................................ 9
·实验目的............................................................................................................. 9 ·实验环境............................................................................................................. 9 ·实验步骤............................................................................................................. 9 ·实验过程........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验总结........................................................................................................... 16 实验三 DLX处理器程序设计 ................................................................................ 17
·实验目的........................................................................................................... 17 ·实验环境........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验步骤........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验过程........................................................................................................... 17
A. 向量加法代码及性能分析 ................................................................................. 17 B.双精度浮点加法求和代码及结果分析 ........................................................... 22 ·实验总结........................................................................................................... 26 实验四 代码优化...................................................................................................... 27
·实验目的........................................................................................................... 27 ·实验环境........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验原理........................................................................................................... 27 ·实验步骤........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验过程........................................................................................................... 27 ·实验总结+实习体会......................................................................................... 32 实验五 循环展开...................................................................................................... 32
·实验目的........................................................................................................... 32 ·实验环境........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验原理........................................................................................................... 32 ·实验步骤........................................................................... 错误！未定义书签。 ·实验过程........................................................................................................... 32
矩阵乘程序代码清单及注释说明 ......................................................................... 32 相关性分析结果 ......................................................................................................... 38 增加浮点运算部件对性能的影响 ......................................................................... 38 增加forward部件对性能的影响 ......................................................................... 38 转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销 ................................ 38 ·实验总结+实习体会+课程建议....................................................................... 38
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实验一 WINDLX模拟器安装及使用
WinDLX模拟器的结构和功能说明
1.点击运行之后，会看到一个如下图所示的窗口。
它包括Register, Code, Pipeline, Clock Cycle Diagram, Statistics, Breakpoints。接下来详细介模拟器的结构及各个部件的功能。 2.Register窗口介绍
Rigister窗口中显示的是各个寄存器的名称及内容。如下图：
可以看到寄存器中以十六进制标识，从上图可以看出各个寄存器中的内容。
2.Code窗口介绍
在没有进行任何执行的时候，初次打开code窗口，即为下图所示
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窗口现实的信息是各个存储器内同。第一列标识存储器的地址；第二列是机器代码，用16进制表示；第三列是汇编指令。
当我们点击上方的
，可以选择单步或多步执行（也可以使用快捷键
F7或F8）。若选择单步执行，每按一次F7，指令执行一次，可以看到，一次执行的为IF->ID->intEX->MEM->WB，没执行一次还有颜色的变化。颜色是用来标识指令处于哪个流水段的，如下图。
当然，我们也可以使用多步执行，按快捷键F8，选择5步流水，即可。
3.Pipeline窗口介绍
通过阅读WinDLX模拟器说明书可以知道，Pipeline窗口显示的是DLX处理器的内部结构。窗口用下图标识DLX五段流水。当然，如同Code窗口介绍讲述的那样，不同的颜色显示了指令处于哪段流水线。使用快捷键F7单步执行，可以明显的看出，不同时候流水段执行的不同指令。如下图。
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图片反映的正式与Code中所处的时刻相同的指令流水。可以清晰看到不同流水段执行的是哪条指令。
4.Clock Cycle Diagram窗口
实验准备中我们已经知道，该窗口显示的是流水线的时空图。时空图反映的是不同时隙内的运行情况。如下图。
在我看来，时空图是最好理解的。因为它反映的就是流水段的并行程度。在这个DLX模拟器中，并不存在一些数据或者控制上的冲突问题。所以可以依靠上图很清晰的看到指令所处的不同流水段，及指令执行情况。该时空图同样也是和前面的Code等相对应。也可以通过快捷键F7来进一步执行指令，可以看到流水线时空图的扩展情况。
任意双击指令的一行，可以详细看到不同流水段的情况。如下图所示。
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北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器全解
