加法乘法動態(tài)多功能流水線調(diào)度

1、實驗報告學生姓名：學號：一、實驗室名稱：計算機學院計算中心二、實驗項目名稱： 加法乘法動態(tài)多功能流水線調(diào)度三、實驗原理：把加法和乘法流水線分開，完成乘法流水線后再進行加法流水線。把一個乘法任務分成三個部分，然后同時執(zhí)行多個任務以模擬指令的流水線調(diào)度。三個步驟每同時完 成一次任務執(zhí)行總時間就加一，直到最后一個操作數(shù)進入流水線，此時加法流水線開始工作。把一個加法任務分成四個部分，然后同時執(zhí)行多個任務以模擬指令的流水線調(diào)度。四個步驟每同時完 成一次任務執(zhí)行總時間就加一，直到?jīng)]有任務時停止，看此時的時間與理論上的流水線調(diào)度時間的差距來 判別程序是否成功模擬了流水線指令的調(diào)度。四、實驗目的：1、掌握加法

2、乘法動態(tài)雙功能指令調(diào)度的方式，2、理解靜態(tài)多功能流水線和動態(tài)多功能流水線在調(diào)度模式上的區(qū)別，3、了解指令并行度上限的概念。五、實驗內(nèi)容：（一）給定要執(zhí)行的任務和執(zhí)行該任務的流水線結構流水線的調(diào)度方式能夠提高任務的并行度，但是針對不同的任務，由于相關的存在，其并 行度的提高是不一致的。在開始程序設計前，我們首先要給定所要完成的任務：這里我們使用矩陣點積運算任務，aibi。n的數(shù)值可以變化，通過變換n的值用同1=1一程序進行多次模擬。X h一 - 一 - 一給定流水線：x j 1流水線分五個步驟，每個步驟的執(zhí)行時間均為一個單位時間；其中1-2-3-5組成加法流 水線，1-4-5組成乘法流水線。加法

3、和乘法可以同時執(zhí)行（二）對任務進行分解動態(tài)多功能流水線不同于靜態(tài)多功能流水線，流水線中同時只能有多種種操作的指 令，因此不能將其劃分為兩個相互獨立的加法流水線和乘法流水線。我們考慮設計一個加法乘法混合運算器，加法4步，乘法三步，在送入源數(shù)據(jù)時應 指明執(zhí)行哪種運算。（三）任務分解程序模擬的思路在實驗二的基礎上。我們對設計進行變更。加法乘法有一個類實現(xiàn)，稱之為加乘法類。乘法的數(shù)據(jù)源為兩個隊列，加法的數(shù)據(jù) 源為一個隊列。加法器的源數(shù)據(jù)隊列初始為空，乘法器的源數(shù)據(jù)隊列初始分別放入A1An和BiBn o（四）加乘法流水線的設計模擬程序的目的是為了計算總的執(zhí)行時間，因此對于每個步驟執(zhí)行的功能并不需要 關心

4、。為此設計一個能夠同時執(zhí)行加法和乘法的運算器類，每次接收兩個輸入數(shù)據(jù)，對于 加法，經(jīng)過4個時間片，輸出加法的結果；對于乘法，經(jīng)過3個時間片，輸出加法的結 果。時間片可以用定時器來模擬。（五）乘法流水線的設計乘法流水線分為三個步驟，每個步驟時間花費是一個單位時間。模擬程序的目的是為了計算總的執(zhí)行時間，因此對于每個步驟執(zhí)行的功能并不需要關心。為此設計一個總步數(shù)為三步的加法器，接收兩個輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過3個時間片，輸出 乘法的結果。時間片可以用定時器來模擬。（五）程序設計程序應包括三個隊列，一個加乘法類，一個定時器，一個輸出對話框。兩個乘法隊列用于存放源數(shù)據(jù)，一開始將A1An和B1-Bn分別放入兩個乘法

5、隊列。啟動定時器，每一個時間片從兩個乘法隊列中各取出一個源數(shù)據(jù)、或者從加法隊列 中取出兩個數(shù)據(jù)源（依次只能是兩者中的一種，可以考慮首先從加法隊列中取，請思考 為什么加法優(yōu)先？），送入加乘法器（可以通過調(diào)用乘法器中對應的加法接口函數(shù)或者乘 法接口函數(shù)，把源數(shù)據(jù)作為參數(shù)傳入）。構造加乘法器類，可以考慮用一個長度對5的執(zhí)行隊列來模擬流水線的5個步驟， 對于隊列的元素，除了要表示兩個源數(shù)據(jù)外，還需要表示對應這兩個數(shù)據(jù)所要執(zhí)行的操 作（乘法或加法），每個時間片將隊列的數(shù)據(jù)根據(jù)執(zhí)行的操作依次下壓一格（加法下壓的 順序是1-2-3-5,乘法下壓的順序是1-4-5），隊列尾的數(shù)據(jù)進行對應的計算，并將結果 壓入

6、加法器源數(shù)據(jù)隊列。當乘法源隊列和乘法源隊列均為空且加乘法器的執(zhí)行隊列也為空（所有運算執(zhí)行完 畢）時，任務執(zhí)行完畢。用一個記數(shù)值表示時間開銷，每個時間片對該記數(shù)值加1。最后的記數(shù)值是任務的 總的時間開銷。（五）多次模擬可以通過循環(huán)的方式對n從4 20進行循環(huán)，將每次模擬運行的時間開銷值在對話 框中顯示出來。如果可能將結果打印。六、實驗器材（設備、元器件）：PC 機一臺，Visual StudioC+2010七、實驗步驟及操作:紿定流水線:算法原理闡述（包括如何實現(xiàn)流水線，如何實現(xiàn)隊列，數(shù)據(jù)相關的分解策略）；實現(xiàn)流水線的方法：通過三個乘法子程序和四個加法子程序模擬流水線的各個步驟。實現(xiàn)隊列：兩個數(shù)

7、據(jù)源隊列和一個結果隊列，前兩個數(shù)據(jù)源對應位相乘后結果放進結果隊列，然后加 法流水線從結果隊列取數(shù)據(jù)運算。數(shù)據(jù)相關的分解策略：從鍵盤讀入數(shù)據(jù)個數(shù)，進行乘法流水線時每次取對應的兩個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)進行運算。然后加法流水線時每次開始時取兩個數(shù)，可操作數(shù)減二，執(zhí)行完最后一步可操作數(shù)加一。算法流程圖（如何模擬加法流水線在每個單位時間的流動）；關鍵數(shù)據(jù)結構的定義和解釋；int count=0;/數(shù) 據(jù)個數(shù)（n）int scount=0;/控制乘法數(shù)據(jù)個數(shù)int time=0;/總時間int temp1=1;/記錄是否有加法步驟在執(zhí)行任務int temp2=1;/，己錄是否有乘法步驟在執(zhí)行任務int t1;/ti

8、為每個加法步驟的返回值int tt1;/tti為每個乘法步驟的返回值int source115;/兩個數(shù)據(jù)源int source215;int result15;/每步乘法結果保留區(qū)int Add1()/Addi 為加法步驟 iint Mul1()/Mul為乘法步驟i八、實驗數(shù)據(jù)及結果分析：（給出5組及以上實驗數(shù)據(jù)，5n15，畫出每組數(shù)據(jù)的時空圖）任務表達式程序模擬時間時空圖計算時間i=1aiXY ai*bii = 11717 ai*bii = 11919 ai*bii = 12121 ai*bii = 12323 ai*bii = 12525N=56789234567091234567S91

9、 234567S91 234567S91011121314151617e. E: VC_pro j ect t est Debugt est. eenPlease input a 5T ine is 17,andDo you uant to nPlease input a 烏Tine is 19,andDo y(ju uant to nPlease input a 7T ine is 21,andy(ju uant to nPlease input a8Tine is 23,andy(ju uant toPlease input a pTine is 25,andnumber result is 55 exit : &r N number result is 91 exit : &r N number result is 14S exit : &r N number result is 2?4 exit : &r N number result is 285LdDo y(ju uant to exit : or N九、實驗結論：由實驗模擬的時空圖，所得的結果和通過繪出時空圖所得的結果是一致的。即所用 的時間是一樣的。所以程序是正確的。通過多組數(shù)據(jù)，正確的模擬