北郵實(shí)驗(yàn)三 DLX處理器程序設(shè)計(jì)

北郵實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)北郵實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)北郵實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)北郵實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程實(shí)驗(yàn)2015年4月實(shí)驗(yàn)三DLX處理器程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)類別：綜合型實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)使用DLX匯編語(yǔ)言編程，進(jìn)一步分析相關(guān)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)組人數(shù)：1/1實(shí)驗(yàn)設(shè)備環(huán)境：DLX匯編語(yǔ)言環(huán)境實(shí)驗(yàn)原理：掌握向量運(yùn)算算法和編程方法。教學(xué)要點(diǎn)與學(xué)習(xí)難點(diǎn)：DLX匯編語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求：自編一段匯編代碼，完成兩雙精度浮點(diǎn)一維向量的加法（或乘除法）運(yùn)算，并輸出結(jié)果。向量長(zhǎng)度>=16。觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)實(shí)驗(yàn)步驟：（1）熟悉DLX匯編語(yǔ)言。（2）

編寫兩雙精度浮點(diǎn)一維向量的加法運(yùn)算程序。（3）

對(duì)此程序完成上面實(shí)驗(yàn)二中1)、2)、3)、4)方面的分析。

程序代碼.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:.double,,,,,,,,,,,,,,,,,,,b:.double,,,,,,,,,,,,,,,,,,,PrintfFormat:.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,PrintfPartrap5trap0運(yùn)行結(jié)果Statistics可以看到具體數(shù)據(jù)情況和產(chǎn)生相關(guān)的比例等結(jié)果分析數(shù)據(jù)相關(guān)由Statistics中的知道，發(fā)生了%的數(shù)據(jù)相關(guān)。查看可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的相關(guān)都為RW讀寫相關(guān)。它們分別為：

addi

r1,r0,0subi

r2,r1,20

subi

r2,r1,20

beqz

r2,finish

multu

r3,r1,r4ld

f0,a(r3)

ld

f2,b(r3)

addd

f4,f0,f2

addd

f4,f0,f2

sd

r(r3),f4

控制相關(guān)由Statistics中的可以看到，發(fā)生了%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)。結(jié)構(gòu)相關(guān)由于程序只簡(jiǎn)單的做了一次加法，所以沒(méi)有結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)生。增加浮點(diǎn)運(yùn)算部件對(duì)性能的影響下圖分別為浮點(diǎn)運(yùn)算部件為1和4的時(shí)候數(shù)據(jù)情況對(duì)比由上圖的對(duì)比可知，當(dāng)浮點(diǎn)運(yùn)算部件個(gè)數(shù)給邊后統(tǒng)計(jì)結(jié)果均相同，也就是其數(shù)量對(duì)該函數(shù)沒(méi)有任何性能方面的改進(jìn)。

分期其原因?yàn)?，這主要是因?yàn)楹瘮?shù)中沒(méi)有連續(xù)的浮點(diǎn)加指令，乘、

除指令。增加forward部件對(duì)性能的影響下圖左側(cè)為沒(méi)有勾選enable

forwarding時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果，右側(cè)為使用了forwarding技術(shù)。由上圖的對(duì)比可以看出，增加forwarding技術(shù)后，流水線的加速比為：

478/356=流水線性能有明顯改善6.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)銷由Conditional

Branches的數(shù)據(jù)可以看出，該轉(zhuǎn)移指令“not

taken”的情況占絕大多數(shù)（%）。在一共的21中，發(fā)生了僅為1次，所以預(yù)測(cè)順序取對(duì)流水線的性能是有利的。轉(zhuǎn)移不成功時(shí)：順序預(yù)取的下條指令可以直接在流水線中執(zhí)行，保證流水線不斷流；轉(zhuǎn)移成功時(shí)：順序預(yù)取的下條指令作廢，需要轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)移地址處重新取指，流水線發(fā)生了斷流現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)總結(jié)

此次編寫程序?qū)ξ襾?lái)說(shuō)又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中首先我編寫了整數(shù)向量的加法程序，在整數(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。在編寫雙精度浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)有些對(duì)于指令掌握不熟練，并且雙精度double型運(yùn)算指令，其所有的運(yùn)算指令名稱上面都要加上“d”。而如果是單精度的，則需要添加字母“f”；其次，對(duì)