实验二 流水线及流水线中的冲突

[实验名称]

流水线及流水线中的冲突 [实验时间和地点]

2012年10月1日 系统结构实验室 [姓名学号]

201012312 张蔷 [实验目的]

1.加深对计算机流水线基本概念的理解 2.理解MIPS结构的5段流水线实现 3.加深对数据冲突、结构冲突的理解 4.掌握定向技术处理数据冲突的方法 [实验环境]

计算机 MIPSsim模拟器 [实验内容]

预习MIPSsim模拟器的使用方法，了解MIPSsim的指令系统和汇编语言。 1、启动MIPSsim。

2、选择“配置” →“流水方式”选项，保留“流水方式”选项前的勾选，

使模拟器工作在流水方式下。 3、练习模拟器的使用：

（1）载入一样例程序：选择“文件”→“载入程序”

（2）以单步执行一个周期、执行多个周期、连续执行、设置断点等方式运行程序，观察程序的执行情况，观察时钟周期图，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。 4、观察程序在流水线中执行情况

（1）执行样例程序：选择“文件”→“载入程序”，载入样例程序pipeline.s。 （2）关闭定向功能。通过取消“配置” →“定向”前的勾选实现。 （3）用单步执行一个周期的方式（在“执行”菜单中）或按F7键执行该程序，观察每一个周期，各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况（“代码”窗口）以及时钟周期图。

（4）当执行到第13个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是： IF： ID： EX： MEM： WB： 画出这时的时钟周期图

5、这时各流水寄存器中的内容为： IF/ID.IR: IF/ID.NPC: ID/EX.A: ID/EX.B: ID/EX.Imm: ID/EX.IR: EX/MEM.ALUo: EX/MEM.IR: MEM/WB.LMD: MEM/WB.ALUo: MEM/WB.IR:

6、观察分析结构冲突对CPU性能的影响，步骤如下： （1） 加载structure_hz.s

（2） 执行该程序，找出存在结构冲突的指令对以及导致结构冲突的部件。 （3） 记录由结构冲突引起的停顿时钟周期数，计算停顿时钟周期数占总执行周期数的百分比。

（4） 把浮点加法器的个数改为4个，再次重复（1）至（3）的工作。

（5）分析结构冲突对CPU性能的影响，讨论解决结构冲突的方法。 7、观察数据冲突并用定向技术来减少停顿，步骤如下： （1）全部复位。 （2）加载data_hz.s （3）关闭定向功能。

（4）以单步执行一个周期的方式执行程序（F7），同时查看时钟周期图，列出在什么时候发生了RAW（先写后读）冲突。

（5）记录数据冲突引起的停顿时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算停顿时钟周期占总执行周期数的百分比。

（6）复位CPU （7）打开定向功能。

（8）以单步执行一个周期的方式执行程序（F7），同时查看时钟周期图，列出在什么时候发生了RAW（先写后读）冲突，并与未采用定向方式进行比较。

（9）记录数据冲突引起的停顿时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算停顿时钟周期占总执行周期数的百分比。

[实验结果]

[实验中出现的问题及解决办法]

[实验总结]

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/msi5.html