1、深 圳 大 學(xué) 實 驗 報 告 課 程 名 稱： 計算機系統(tǒng)(3) 實驗項目名稱： 處理器結(jié)構(gòu)實驗一 學(xué) 院： * 專 業(yè)： * 指 導(dǎo) 教 師： * 報告人： * 學(xué)號： * 班級： * 實 驗 時 間： 2017年11月19日星期日 實驗報告提交時間： 2017年11月30日星期四 教務(wù)處制一、 實驗?zāi)繕?biāo)1. 了解MIPS的五級流水線，和在運行過程中的所產(chǎn)生的各種不同的流水線冒險2. 通過指令順序調(diào)整，或旁路與預(yù)測技術(shù)來提高流水線效率3. 更加了解流水線細節(jié)和其指令的改善方法4. 更加熟悉MIPS指令的使用二、實驗內(nèi)容1. 觀察一段代碼并運行，觀察其中的流水線冒險，并記錄統(tǒng)計統(tǒng)計信息。2.

2、 對所給的代碼進行指令序列的調(diào)整，以期避免數(shù)據(jù)相關(guān)，并記錄統(tǒng)計信息。3. 啟動forward功能，以獲得性能提升，并且記錄統(tǒng)計信息。（選做：用perf記錄x86中的數(shù)據(jù)相關(guān)于指令序列調(diào)整后的時間統(tǒng)計、調(diào)整指令，以避免連續(xù)乘法間的阻塞。）三、實驗環(huán)境1. 硬件：桌面PC2. 軟件：Windows，WinMIPS64仿真器四、實驗步驟及說明首先，我們給出一段C代碼，該段代碼實現(xiàn)的是兩個矩陣相加。設(shè)有4*4矩陣A和4*4矩陣B相加，得到4*4矩陣C：for(int i = 0; i 4; i+)For(int j = 0; j architecture-division latency改為10）：在

3、Statistics窗口的結(jié)果如下：通過觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)，兩個連續(xù)的除法產(chǎn)生了明顯的結(jié)構(gòu)相關(guān)，第二個除法為了等待上一個除法指令在執(zhí)行階段所占用的資源，阻塞了9個周期。顯然，這樣的連續(xù)的除法所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)相關(guān)極大的降低了流水線效率，為了消除結(jié)構(gòu)相關(guān)，我們需要做的是調(diào)整指令序列，將其他無關(guān)的指令塞入兩條連續(xù)的除法指令中。給出指令序列的調(diào)整方案并給出流水線工作狀態(tài)的截圖，做出解釋。四、 提交報告記錄實驗過程，保存實驗截圖，給出分析結(jié)果，形成實驗報告。初始代碼準(zhǔn)備（10分），后面每個優(yōu)化方法各30分。五、實驗結(jié)果1.初始代碼準(zhǔn)備將初始代碼存為testme.s，如下圖所示：將testme.s文件load

4、到WINMIPS64中1.1沒有調(diào)整指令序列和啟用forwarding的結(jié)果，共產(chǎn)生了220個RAW Stalls1.2通過對代碼的觀察，可以找到幾處產(chǎn)生了代碼相關(guān)。如下所示： 其中處均為r8被使用，第處中r17左移兩位后存入r8，而后r8被使用后再放回r8，然后再次被使用，這其中便有幾處數(shù)據(jù)相關(guān)。第處r9,r10裝載后相加放入r12，其中相加時候需從兩個寄存器中取值，造成阻塞，而相加后的r12存回r11，此處又是數(shù)據(jù)相關(guān)。調(diào)整后的指令： 1.3調(diào)整后RAW Stalls為156個，比未調(diào)整時少了64個2.1啟用forwarding之后RAW Stalls只剩26個2.2通過觀察cycle窗口

5、，可以觀察到差別（紅框標(biāo)出）即通過啟用forwarding，兩個地方從兩個RAW相關(guān)減少到一個，而中在調(diào)整指令序列后，原先還有一個RAW相關(guān)，如今也全都沒有了。 3調(diào)整的主要為r20,r21,r22,r23和r24的裝載以及加法。之所以不調(diào)整r16,r17和r18,r19，是因為后面的出發(fā)會用到r16，為避免結(jié)構(gòu)相關(guān)，故保留兩條指令，其余的塞到兩個除法中間，使得兩個除法因結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)生的阻塞降到最低。調(diào)整后的代碼如下：下面四張截圖中，頭兩張為未調(diào)整指令序列的，最后兩張為調(diào)整了指令序列后的。六、實驗總結(jié)與體會雖然一開始對流水線的概念不是很清楚，但是通過這個實驗，我了解了MIPS的五級流水線，和在運行過程中的所產(chǎn)生的各種不同的流水線冒險并且學(xué)會了通過指令順序調(diào)整，或旁路與預(yù)測技