计算机体系结构实验二

实验二 循环展开及指令调度实验目的1. 加深对循环级并行性、指令调度技术、循环展开技术以及寄存器换名技术的理解；2. 熟悉用指令调度技术来解决流水线中的数据相关的方法；3. 了解循环展开、指令调度等技术对 CPU 性能的改进。实验平台WinDLX simulator实验内容和步骤1用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关（1） 用 DLX 汇编语言编写代码文件*.s，程序中应包括数据相关与结构相关（假设：加法乘法除法部件各有 2 个，延迟时间都是 3 个时钟周期）代码.data .global ONE ONE: .word 1 .text .global main main: lf f1,ONEcvti2f f7,f1nopdivf f1,f8,f7 divf f2,f6,f7addf f3,f1,f2 divf f10,f3,f7 divf f4,f11,f7divf f5,f12,f7multf f6,f11,f7 multf f6,f4,f5 divf f13,f6,f7Finish: trap 0（2） 通过 Configuration 菜单中的 “Floating point stages” 选项，把加法乘法除法部件的个数设置为 2 个，把延迟都设置为 3 个时钟周期；（3） 用 WinDLX 运行程序。记录程序执行过程中各种相关发生的次数、发生相关的指令组合，以及程序执行的总时钟周期数；结构相关 1 次别在 9 10 行数据相关 3 次分别在 5 6 11 行（4）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关； .data .global ONE ONE: .word 1 .text .global main main: lf f1,ONEcvti2f f7,f1nopdivf f1,f8,f7 divf f2,f6,f7divf f10,f3,f7 divf f4,f11,f7addf f3,f1,f2 multf f6,f11,f7divf f5,f12,f7 multf f6,f4,f5 divf f13,f6,f7Finish: trap 0（5） 用 WinDLX 运行调度后的程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数；（6） 根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高 CPU 性能的意义。提高了 CPU 性能2. 用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能（1） 用 DLX 汇编语言编写代码文件*.s，程序中包含一个循环次数为 4 的整数倍的简单循环；计算四个 3 相加.data .global ONE ONE:.word 1 .text .global main main: addi r1,r0,#4addi r2,r0,#0addi r4,r0,#3loop:sgt r3,r1,r0bnez r3,sub1trap 0sub1:mult r2,r2,r4subi r1,r1,#1j loop（2） 用 WinDLX 运行该程序。记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；（3） 将循环展开 3 次，将 4 个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度；寄存器换名和指令调度后.data .global ONE ONE:.word 1 .text .global main main: addi r1,r0,#4addi r2,r0,#0 addi r4,r0,#3mult r5,r2,r4subi r6,r1,#1mult r7,r5,r4subi r8,r6,#1mult r9,r7,r4subi r10,r8,#1mult r11,r9,r4subi r12,r10,#1trap 0（4） 用 WinDLX 运行修改后的程序，记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；（5） 根据记录结果，比较循环展开、指令调度前后的性能。循环展开和指令调度前为总时钟周期数 39，后 20 次。加速比 43/20=1.95 倍，提高了性能。预备知识1. WinDLX 模拟器的相关知识，详见相关的文档。2. 复习和掌握教材中相应的内容：（1） 循环级并行性（2） 指令调度（3） 循环展开（4） 寄存器换名