北郵大三計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)

..實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)簡(jiǎn)單編譯優(yōu)化方法,觀察采用編譯優(yōu)化方法所帶來(lái)的性能的提高。實(shí)驗(yàn)原理采用靜態(tài)調(diào)度方法重排指令序列,減少相關(guān),優(yōu)化程序。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求自編一段匯編代碼,完成一維向量加法運(yùn)算,并輸出結(jié)果。觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)?！沧ⅲ菏褂靡痪S數(shù)組表示一維向量。4．1向量加法代碼清單及注釋說(shuō)明1、向量加法設(shè)計(jì)源代碼.dataVectorLength:.word16Vector1:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Vector2:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16；聲明向量長(zhǎng)度以及聲明向量1、2Printf1:.asciiz"Vector="Printf2:.asciiz"%f".align2PrintPrompt:.wordPrintf1PrintPar:.wordPrintf2Result:.space4；存放打印數(shù)據(jù)的空間申請(qǐng).textmain:addir14,r0,PrintPrompttrap5lwr20,VectorLengthaddir2,r0,0Loop:ldf10,Vector1<r2>ldf12,Vector2<r2>；循環(huán)體中讀入向量cvti2df0,f10cvti2df2,f12adddf4,f2,f0；加法運(yùn)算Finish:;****Finish,writeresultintostdoutsdResult,f4addir14,r0,PrintPartrap5；系統(tǒng)中斷,輸出結(jié)果addir2,r2,4subir20,r20,1bnezr20,Loop;****Endtrap02、運(yùn)行結(jié)果5．1程序相關(guān)性分析結(jié)果〔1觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)。指出程序中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的指令組合。產(chǎn)生34.12%的數(shù)據(jù)相關(guān)。當(dāng)對(duì)當(dāng)前指令的操作數(shù)寄存器進(jìn)行操作的時(shí)候,前幾條指令的運(yùn)算結(jié)果還未寫(xiě)回結(jié)果寄存器,由此產(chǎn)生數(shù)據(jù)相關(guān)。沒(méi)有產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相關(guān)。產(chǎn)生3.94%的控制相關(guān)。系統(tǒng)按照預(yù)測(cè)成功來(lái)執(zhí)行指令,執(zhí)行一條指令后馬上將其下一條指令trap讀進(jìn)來(lái)?！?考察增加浮點(diǎn)運(yùn)算部件對(duì)性能的影響。1個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算部件3個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算部件同一段代碼執(zhí)行相同步,但是經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算部件的多少對(duì)于程序執(zhí)行效率并沒(méi)有什么影響,浮點(diǎn)運(yùn)算部件的多少對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果都不造成影響,可能是由于該程序不存在爭(zhēng)用浮點(diǎn)運(yùn)算部件資源的情況〔3考察增加forward部件對(duì)性能的影響。不使用forward部件使用forward部件使用forward部件之后執(zhí)行相同的代碼用的時(shí)鐘周期比不使用forward部件少了大約100個(gè)時(shí)鐘周期,由于沒(méi)有結(jié)構(gòu)相關(guān),所以使用forward部件主要使得RAW相關(guān)明顯減少了,占總的時(shí)鐘周期比例也減少了,對(duì)控制相關(guān)沒(méi)有什么影響。總之,使用forward部件后,總的時(shí)鐘周期減少,數(shù)據(jù)相關(guān)減少,流水線的性能得到很大的改善。〔4觀察轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開(kāi)銷(xiāo)。在本次實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)移成功的幾率比較大,進(jìn)行16次轉(zhuǎn)移只有一次轉(zhuǎn)移不成功的,因?yàn)橄到y(tǒng)按照預(yù)測(cè)成功來(lái)執(zhí)行指令,當(dāng)判斷轉(zhuǎn)移不成功時(shí),系統(tǒng)對(duì)trap指令進(jìn)行的操作被全部作廢,轉(zhuǎn)而去執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到的指令。4．2雙精度浮點(diǎn)加法求和代碼清單及注釋說(shuō)明1、雙精度浮點(diǎn)加法求和源代碼.data;初始化兩個(gè)用于相加的一維向量〔雙精度浮點(diǎn)數(shù),向量長(zhǎng)度為20a:.double1.9,2.1,3.7,4.6,5.5,6.4,7.3,8.2,9.1,10.1,11.2,12.3,13.4,14.5,15.6,16.7,17.8,18.9,19.0,20.2b:.double1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.8,10.9,11.8,12.7,13.6,14.5,15.4,16.3,17.2,18.1,19.9,20.8PrintfFormat:.asciiz"Theresultis\n\n%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t\n\n".align2PrintfPar:.wordPrintfFormatr:.space200;r為保存相加結(jié)果的向量空間.text.globalmainmain:addir1,r0,0;r1計(jì)數(shù)相加的次數(shù)adduir4,r0,8;r4為常數(shù)8loop:;循環(huán)計(jì)算向量相加結(jié)果subir2,r1,20;r1=20時(shí),跳轉(zhuǎn)到finishbeqzr2,finishmultur3,r1,r4;r3為當(dāng)前分量相對(duì)于向量基址的偏移<每個(gè)分量占8B>ldf0,a<r3>;取a中第r1個(gè)分量ldf2,b<r3>;取b中第r1個(gè)分量adddf4,f0,f2;相加結(jié)果放在f4中sdr<r3>,f4;將相加結(jié)果放入結(jié)果向量r中addir1,r1,1;下一分量jloopfinish:;輸出向量相加的結(jié)果addir14,r0,PrintfPartrap52、運(yùn)行結(jié)果：5．2程序相關(guān)性分析結(jié)果〔1觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)。指出程序中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的指令組合。產(chǎn)生了53.78%的數(shù)據(jù)相關(guān)。當(dāng)對(duì)當(dāng)前指令的操作數(shù)寄存器進(jìn)行操作的時(shí)候,前幾條指令的運(yùn)算結(jié)果還未寫(xiě)回結(jié)果寄存器,由此產(chǎn)生數(shù)據(jù)相關(guān)。產(chǎn)生數(shù)據(jù)相關(guān)的指令主要有：1>addir1,r0,0subir2,r1,202>subir2,r1,20beqzr2,finish3>multur3,r1,r4ldf0,a<r3>4>ldf2,b<r3>adddf4,f0,f2無(wú)結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)生了4.29%的控制相關(guān)。系統(tǒng)按照預(yù)測(cè)成功來(lái)執(zhí)行指令,執(zhí)行一條指令后馬上將其下一條指令trap讀進(jìn)來(lái)。和4.1代碼類(lèi)似。考察增加浮點(diǎn)運(yùn)算部件對(duì)性能的影響。1個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算部件3個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算部件同一段代碼執(zhí)行相同步,但是經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算部件的多少對(duì)于程序執(zhí)行效率并沒(méi)有什么影響,浮點(diǎn)運(yùn)算部件的多少對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果都不造成影響,可能是由于該程序函數(shù)中沒(méi)有連續(xù)的浮點(diǎn)運(yùn)算指令。考察增加forward部件對(duì)性能的影響。沒(méi)有forward部件有forward部件使用forward部件之后執(zhí)行相同的代碼用的時(shí)鐘周期比不使用forward部件少了大約122個(gè)時(shí)鐘周期,使用forward部件使得RAW相關(guān)明顯減少了,流水線的性能得到很大的改善?！?觀察轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時(shí)候的流水線開(kāi)銷(xiāo)。該轉(zhuǎn)移指令不成功的情況較多,21次預(yù)測(cè)中只有1次轉(zhuǎn)移成功,所以預(yù)測(cè)順序取對(duì)流水線的性能是有利的。6、實(shí)驗(yàn)總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)主要是向量求和運(yùn)算,在本次實(shí)驗(yàn)我設(shè)計(jì)了兩個(gè)部分,首先是整數(shù)向量的加法,整數(shù)向量加法的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行成功后才在之前實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上略作修改,進(jìn)行了的雙精度浮點(diǎn)加法求和的實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有輸入,是直接對(duì)固定在代碼中的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,運(yùn)算完畢后直接輸出結(jié)果。編程中遇到的一些問(wèn)題：在由整形改為雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的時(shí)候?qū)﹄p精度運(yùn)算指令不知道