2020年計算機體系結(jié)構(gòu)實驗報告

計算機體系結(jié)構(gòu)實驗報告

文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。

實驗一流水線中的相關(guān)

一.實驗?zāi)康?/p>

1.熟練掌握WinDLX模擬器的操作和使用，熟悉

DLX指令集結(jié)構(gòu)及其特點；

2.加深對計算機流水線基本概念的理解；

3.進一步了解DLX基本流水線各段的功能以及

基本操作；

4.加深對數(shù)據(jù)相關(guān)、結(jié)構(gòu)相關(guān)的理解，了解這

兩類相關(guān)對CPU性能的影響；

5.了解解決數(shù)據(jù)相關(guān)的方法，掌握如何使用定

向技術(shù)來減少數(shù)據(jù)相關(guān)帶來的暫停。

二.實驗平臺

WinDLX模擬器

三.預(yù)備知識

1.WinDLX

WinDLX模擬器是一個圖形化、交互式的DLX流水

線模擬器，能夠演示DLX流水線

文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。

是如何工作的。該模擬器能夠裝載DLX匯編語言

程序（后綴為“.s”的文件），然后單步、設(shè)

斷點或是連續(xù)執(zhí)行該程序。CPU的寄存器、流水

線、I/O和存儲器都能夠用圖形表示出來，

以形象生動的方式描述DLX流水線的工作過程。

模擬器還提供了對流水線操作的統(tǒng)計功能，

便于對流水線進行性能分析。

有關(guān)WinDLX的詳細介紹，見WinDLX教程。

2.熟悉WinDLX指令集和WinDLX源代碼的編寫

3.復(fù)習和掌握教材中相應(yīng)的內(nèi)容

（1）DLX基本流水線

（2）流水線的結(jié)構(gòu)相關(guān)與數(shù)據(jù)相關(guān)

結(jié)構(gòu)相關(guān)：當指令在重疊執(zhí)行過程中，硬件

資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要求，

發(fā)生資源沖突時，將產(chǎn)生“結(jié)構(gòu)相關(guān)”。

數(shù)據(jù)相關(guān)：當一條指令需要用到前面指令的

執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中

重疊執(zhí)行時，就可能引起“數(shù)據(jù)相關(guān)”。

（3）定向技術(shù)的主要思想：在發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)時,

等待前面計算結(jié)果的指令并不一定真的

馬上就用到該計算結(jié)果，如果能夠?qū)⒃撚嬎憬Y(jié)果

從其產(chǎn)生的地方直接送到其它指令

文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。

需要它的地方，就能夠避免暫停。

四.實驗內(nèi)容及結(jié)果

1.用WinDLX模擬器執(zhí)行下列三個程序（任選

一個）：

求階乘程序fact.s

求最大公倍數(shù)程序gem.s

求素數(shù)程序prim.s

分別以步進、連續(xù)、設(shè)置斷點的方式運行程序，

觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，

觀察CPU中寄存器和存儲器的內(nèi)容。熟練掌握

WinDLX的操作和使用。

注意：fact.s中調(diào)用了input,s中的輸入子程

序。load程序時，要兩個程序一起裝入

（都select后再點擊load）。gem.s也是如此。

說明：此實驗我們選擇：求階乘程序fact.s

1）用WinDLX模擬器執(zhí)行求階乘程序factso

2）程序的作用：這個程序說明浮點指令的使

用o該程序從標準輸入讀入一個整數(shù),求其階乘,

然后將結(jié)果輸出。該程序中調(diào)用了inputs中的輸入

子程序，這個子程序用于讀入正整數(shù)。

3）實驗結(jié)果：

文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。

i.分別以步進、連續(xù)、設(shè)置斷點的方式

運行程序

RnfrkCwWi

InMucMrw/CydM

addiliOAtlOOO

idhrpuKJiw9wd

nwv121P“(bl

w>SMR2(i0b2

抑t$l?R3110b3

OHM0OOO5IF?4)0*5

iw$av?R4(K%>*

011200H064<KMIUX)A<1084

0*44000003*?>0?3

0x20021(04?Mt2X)Xb<1(D4

?xn(M0n20010000ackSrlACM)

0*20040X)4?MUa.OM

?tti14KL0Kl0900?90430000bu，3M2)

OxMKCCOa50015n

QxUaXOUtne;i5^putFnsh

iut>r3>3.000

WM240819nAirljUt

FTMnzxeso?ddil>113

F2

o00oool6ooooooo3"-*1DJ2JI

.X一F2

o00ooo^oooooo1024-Total

pcXl<R7■F22

IN￥oX44oooo05R8.ooooooR3!?D26?1GCiKMi)atecmed

o00oooo0ooooooF23D28-10mc<Mdby9IH(?MCE，1

X00F0?

IMRo00oooo0R9ooooooF24D30-5ImlwctiaMijcuaeri^nPpeine

K01?

o00oooo0R1ooooooF2lS

X02?F26

AH!■卜o00oooo0R13oooooofUrdv?r?configuraiion

X0?

.F27Menorrwe32768Bytei

oX00oooo004ooooooF3“

B-1R1?8

BHoX00oooo005oooooo$?F2tadcfX-Stoges2ie<MedCyder3

U?oX00oooo00R16oooooo69hmEXS(A9n2.(e??edCydet3

?F3

BTo00oooo0R17ooooooOMT?€X03r.reqmedCyctor3

UHX0*F3I

ALoX00oolo90R18ooooooF7*Fon>?dnQ^aHed

S:o00oolo09oooooo8D0:

AELX0R109

MR-oX00oooo00oooooo0-D2:

RHoX00oooo00R11ooooooRAWtiatt0(0Otno<alCyctecl

,F*il?D4

SDR-oX00oooo00R1-oooooo.9Kak0和00%dRAM/窩近)

oX00oooo00oooooo12-D68rg/JunoMb0(08%aRAWtuM

SDR.HR131D80

soX00oolo00R24oXoooooo3-2HtMtngport1141K00(XHdRAWttak|

a.oX00oooo005oXoooooo2D14WAWiOptKKcfalCydoi)

0oooo0R2oooo1?-

.oX006oXoos<>D16SMKUMIu*cmoaza<i

RO.oX00oooo00R27oooooo8QrtrolXUlOOOXaalCjdM)

oX00oooo008ooooooFl6-D10TwpMio(oma?icd?u

R^lR2ooooD1

oX00oooo00R29oo7-2TcUartOlliCydMl

Fl8.D1

RJR2FI

Rt29-D2

iR2D2

^R20-

R2

R2圖1.求階乘程序fact.s

運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)步進方式運行

Intbudorw/CKIMadd.1iC0.1000

?ungiooon??3pn0j1

Ei2dHM10

同euggwi?ddi?.i0.(h1

tnoM3pHU2

wOpH0/icvtiZd12.111

<novdl4J2

ledfOM

MSEKOIA

Mp<lac*Fmh

twsuiiOiani>df2)2JQ

310.10”

IWS?V?R4WIM

3PlM

?Mr14,iOXh102B

trapOaS

VMSar?eR4|tO!?4

(wSavsR5|t0ij6

iwrout

回，14moi<1090

b?o必

粉ooo00ol5oR7oooooooooR3oF21

x>x^

oxoo00ol4cR8BoxooooooooR3-F22Total

巖o^^C04lo%CR9?oxooooooooF0aF23GCMcMilcMoMd

oxOO00oo00R1ooxooooooooF1■F24IDexecutedW4InMvdiorMO

oxOO00oo00R1loxooooooooF2*F254lnitMCiior(s|cuter^nPpefene

oR1l3F2/

1xOO00oo00-oxooooooooF?6

oxOO00oo00R13oxooooooooF4■F2Hardvaxeconfiguralioa

K晶7

oxGO00oo00R14oxooooooooF5?F28Mew/，U3?768Byt*i

毋5

oxOO00oo00R1-oxooooooooF6■F29??KX'SHge*.1retiredCyd??3

o00oo0R1oooooooooF7■F3InuEXSlaoM:reoNedCydet3

一xOO0bx0

oxOO00oo00R17oxooooooooF0■F31ldv￡X$U0???.i?xaedCj>cl**3

oxOO00lo94R18oxooooooooF^>D0aFon^xingensued

oxOO00oo00R19oxooooooooF10D2?

oxOO00oo00R20oxooooooooF11D,■Stall*

oxOO00oo00R21oxooooooooF12D6?RAWMakOfOOtAotalCyciKllhefect

oxOO00oo00R22oxooooooooF13D8>U)ilM>OpOOXolRAWu“，|

oxOO00oo00R23oxooooooooF14D10BtvxhtJzMfc:00(mdRAWZ]

oxOO00lo00R24oxooooooooF15D12FbMmportU*OpOOXolRAWiMb)

oxOO00oo00R25oxooooooooF16D14WAV/lUk0(000%oldCydet)

oxOO00oo00R26oxooooooooF17D165?uchol心。(03)41(：加1

oxOO00oo00R27oxooooooooF18D18C4rM2in66ndrfCxte>l

oxOO00oo00R28oxooooooooFX9D20Twptul:OtOOKdalCpctesI

oxOO00oo00R29oxooooooooF20D22TcMtSi4加66noi?lCydml

圖2求階乘程序fact.s運

行統(tǒng)計數(shù)據(jù)連續(xù)方式運行

文檔僅供參考，不當之處，請聯(lián)系改正。

ImMuciMM/Cydu

33,20x30

MU5mM(K)t

MI5.SMR%0(

IIF|Aort?<i

nuv^tono/l

cv?2dfOJ1O

?ddO>O.Q<1

PC-0x000001140x00000000R30*0x00000000F2>-

IKAR*0x000001100x00000000R31-0x00000108F22-49C^Mil

IR-0x200200010x00000000<>by32lrwtiuc??rts|

**0x00000000R10?0x00000000*Muctar<<ln

AHk0x00000000Rik0x00000000

B*0x00000000RU-0x00000000Haxdvareoonti^uration

BHI.0x00000000RIS-0x00000000