实验2 流水线与流水线中的冲突 - 实验报告

计算机系统结构实验报告

班级 姓名 实验名称 实 验 目 的 、 要 求 实 验 内 容 、 步 骤 及 结 果 实验日期 学号 实验成绩 实验2 流水线与流水线中的冲突 1、加深对计算机流水线基本概念的理解； 2、理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作； 3、加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。 4、进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何 应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。 2.1观察程序在流水线中的执行情况（载入piplelines.s） 1、执行到第13个时钟周期，各段分别在处理的指令，画出这这时的时钟周期图 2、这时个流水寄存器中的内容为 IF/ID.IR=000000008CC4003C IF/ID.NPC=0000000000000030 ID/EX.A=0000000000000000 ID/EX.B=0000000000000000 ID/EX.IMM=0000000000000019 ID/EX.IR=0000000020030019 EX/MEM.ALUOUT=0000000000000004 EX/MEM.IR=000000002021FFFF MEM/WB.ALUOUT=0000000000000008 MEM/WB.IR=0000000020060008 MEM/WB.LMD=0000000000000000 2.2观察和分析结构冲突对CPU性能的影响（载入structure_hz.s） 1、浮点加法器的个数改为1个 （1） 导致结构冲突的部件 加法器 （2） 由结构冲突引起的停顿始终周期数 35 停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比 67.30769% 2、将浮点加法器的个数改为4个 （1） 导致结构冲突的部件 加法器 （2） 由结构冲突引起的停顿始终周期数 10 停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比 10.52632% 3、分析结构冲突对CPU性能的影响，讨论解决结构冲突的方法 影响：结构冲突会降低CPU的利用率和吞吐率 方法：一般采用分别设置独立的指令存储器和数据存储器的防方法，或者任只设置一个存储器，但采用两个分离的Cache;指令 Cache ,数据Cache 2.3观察数据冲突并用定向技术来减少停顿（载入data_hz.s） 1、关闭定向功能 （1） 列出在什么时刻发生了RAW（先写后读） 分别在第 3、5、8、12、16、19、24、27、31、35、38、43、46、50、54、57时钟周期（从第0周期开始计算） （2） 程序执行的总周期数 65 由数据冲突引起的停顿始终周期数 31 停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比 47.69231% 2、打开定向功能 （1） 列出在什么时刻发生了RAW（先写后读） 分别在第 4、12、24、36时钟周期（从第0周期开始计算） （3） 程序执行的总周期数 43 由数据冲突引起的停顿始终周期数 9 停顿时钟周期数占总执行时钟周期数的百分比 20.93023% （4） 计算采用定向技术后的性能是原来性能的几倍 65/43=1.5116倍 总 结 流水线中的冲突，是的指令流中的下一条指令不能再指定的开始周期开始执行。当发冲突时，会使流水线出现停顿，这回降低流水线的小路和实际的加速比。 流水线中执行时间最长的段称为瓶颈段，可以通过增加细分瓶颈段和重复设置瓶颈段的方法来消除瓶颈段。 定向技术有效的减少了写后读数据冲突引起的停顿，在计算结果尚未出来之前，后面使用该结果的指令并不见得是马上就要用该结果。如果能够将该计算结果从其产生的地方，直接送到其他指令需要他的地方，就可以减少停顿，提高流水线的效率。

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