实验3 指令调度与延迟分支.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑实验3 指令调度与延迟分支 测验3 指令调度与延迟分支 3.1 测验目的 （1）加深对指令调度技术的理解 （2）加深对延迟分支技术的理解 （3）纯熟账务用指令调度技术解决流水线中的数据冲突的方法 （4）进一步理解指令调度技术对CPU性能的提升 （5）进一步理解延迟分支技术对CPU性能的提升 3.2 测验平台 测验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim 设计：张晨曦教授，版权全体 开发：孙太一 3.3 测验内容和步骤 首先要掌管MIPSsim模拟器的使用方法（见1.4节） （1）启动MIPSsim （2）根据2.5节的相关学识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌管各流水线寄放器的含义（双击各段，就可以看到各流水线寄放器中的内容） （3）选择“配置”→“流水方式”选项，使模拟器工作在流水方式下 （4）用指令调度技术解决流水线中的数据冲突： 1）启动MIPSsim 2）用MIPSsim的“文件”->“载入程序”选项来加载schedule.s（在模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中）。

3）关闭定向功能，这是通过“配置“->”定向“选项来实现的 4）执行所载入的程序，通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程中各种冲突发生的次数，发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数 答:RAW数据冲突发生16次，其中lord停顿6次，自陷停顿1次，程序执行的总的时钟周期数33个发生冲突的指令组合： ADDIU $r1,$r0,56 LW $r2,0($r1) ADD $r4,$r0,$r2 SW $r2,0($r1) LW $r6,4($r1) ADD $r8,$r6,$r1 MUL $r12,$r10,$r1 ADD $r16,$r12,$r1 ADD $r18,$r16,$r1发生了RAW冲突 5）自己采用调度技术对程序举行指令调度，消释冲突（自己修改源程序）将调度（修改）后的程序重新命名为afer-schedule.s留神：调度方法生动多样，在保 证程序正确性的前提下自己肆意调度，尽量裁减冲突即可，不要求要达成最优 载入afer-schedule.s，执行该程序，记录程序执行的总时钟周期数 对比调度前和调度后的性能，论述指令调度对提高CPU性能的作用。

答：afer-schedule.s指令代码 .text main: ADDIU $r1,$r0,A MUL $r22,$r20,$r14 LW $r2,0($r1) MUL $r24,$r26,$r14 ADD $r4,$r0,$r2 LW $r6,4($r1) SW $r4,0($r1) ADD $r8,$r6,$r1 MUL $r12,$r10,$r1 ADD $r18,$r16,$r1 ADD $r16,$r12,$r1 SW $r18,16($r1) LW $r20,8($r1) TEQ $r0,$r0 .data A: .word 4,6,8 调度后的执行周期数为21指令调度让指令依次重新组织依次可以消释片面的数据冲突，指令调度的优劣直接影响着cpu性能的发挥好坏，好的指令调度可以让停顿周期大幅度裁减 1）用延迟分支技术裁减分支指令对性能的影响： 在MIPSsim中载入branch.s样例程序（在本模拟器目次的“样例程序” 文件夹中 ），关闭延迟分支功能，执行该程序（用连续执行方式），记录发生分支延迟的时刻，记录该程序执行的总时钟周期数。

答：分支延迟的时刻第13个周期，总的时钟周期数为38个 假设延迟槽为一个，自己对branch.s程序举行指令调度（自己修改源程序），将调度后的程序重新命名为delayed-branch.s 载入delayed-branch.s，开启延迟分支功能，执行该程序，查看其时钟周期图，记录程序执行的总时钟周期数 比较不采用延迟分支和采用延迟分支两种处境下的时钟周期图，对比两种处境下的性能之间的不同，论述延迟分支对提高CPU性能的作用 答：delayed-branch.s程序清单 .text main: ADDI $r2,$r0,1024 ADD $r3,$r0,$r0 ADDI $r4,$r0,8 loop: LW $r1,0($r2) ADDI $r1,$r1,1 ADDI $r3,$r3,4 SUB $r5,$r4,$r3 SW $r1,0($r2) BGTZ $r5,loop ADD $r7,$r0,$r6 TEQ $r0,$r0 执行的时钟周期总数为31个只要分支延迟槽中的指令是有用的，流水线中就没有停顿，这时延迟分支的方法就能很好的裁减分支延迟。

所以放入延迟槽中的指令是很重要的，对cpu性能的影响是很显著地 — 4 —。