北邮计算机系统结构实验报告实验一到五WINDLX模拟器
38页1、北京邮电大学实验报告课程名称 计算机系统结构计算机学院 2016111303班王陈(2016110711)目录实验一 WINDLX模拟器安装及使用3实验准备错误!未定义书签。实验环境错误!未定义书签。实验步骤错误!未定义书签。实验内容及要求错误!未定义书签。实验过程错误!未定义书签。实验总结8实验二 指令流水线相关性分析9实验目的9实验环境9实验步骤9实验过程错误!未定义书签。实验总结16实验三 DLX处理器程序设计17实验目的17实验环境错误!未定义书签。实验步骤错误!未定义书签。实验过程17A.向量加法代码及性能分析17B.双精度浮点加法求和代码及结果分析22实验总结27实验四 代码优化28实验目的28实验环境错误!未定义书签。实验原理28实验步骤错误!未定义书签。实验过程28实验总结+实习体会33实验五 循环展开34实验目的34实验环境错误!未定义书签。实验原理34实验步骤错误!未定义书签。实验过程34矩阵乘程序代码清单及注释说明34相关性分析结果39增加浮点运算部件对性能的影响39增加forward部件对性能的影响39转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销39实验总结+
2、实习体会+课程建议39实验一 WINDLX模拟器安装及使用WinDLX模拟器的结构和功能说明1.点击运行之后,会看到一个如下图所示的窗口。它包括Register, Code, Pipeline, Clock Cycle Diagram, Statistics, Breakpoints。接下来详细介模拟器的结构及各个部件的功能。2.Register窗口介绍Rigister窗口中显示的是各个寄存器的名称及内容。如下图:可以看到寄存器中以十六进制标识,从上图可以看出各个寄存器中的内容。2.Code窗口介绍 在没有进行任何执行的时候,初次打开code窗口,即为下图所示窗口现实的信息是各个存储器内同。第一列标识存储器的地址;第二列是机器代码,用16进制表示;第三列是汇编指令。当我们点击上方的,可以选择单步或多步执行(也可以使用快捷键F7或F8)。若选择单步执行,每按一次F7,指令执行一次,可以看到,一次执行的为IF-ID-intEX-MEM-WB,没执行一次还有颜色的变化。颜色是用来标识指令处于哪个流水段的,如下图。当然,我们也可以使用多步执行,按快捷键F8,选择5步流水,即可。3.Pipeli
3、ne窗口介绍通过阅读WinDLX模拟器说明书可以知道,Pipeline窗口显示的是DLX处理器的内部结构。窗口用下图标识DLX五段流水。当然,如同Code窗口介绍讲述的那样,不同的颜色显示了指令处于哪段流水线。使用快捷键F7单步执行,可以明显的看出,不同时候流水段执行的不同指令。如下图。图片反映的正式与Code中所处的时刻相同的指令流水。可以清晰看到不同流水段执行的是哪条指令。4.Clock Cycle Diagram窗口实验准备中我们已经知道,该窗口显示的是流水线的时空图。时空图反映的是不同时隙内的运行情况。如下图。在我看来,时空图是最好理解的。因为它反映的就是流水段的并行程度。在这个DLX模拟器中,并不存在一些数据或者控制上的冲突问题。所以可以依靠上图很清晰的看到指令所处的不同流水段,及指令执行情况。该时空图同样也是和前面的Code等相对应。也可以通过快捷键F7来进一步执行指令,可以看到流水线时空图的扩展情况。任意双击指令的一行,可以详细看到不同流水段的情况。如下图所示。5.Statistics窗口介绍该窗口是对运行程序中的数据进行分析。主要包括模拟器中硬件配置情况,在该窗口中,我
4、们可以比较不同配置对于该模拟器的不同影响。如下图所示。1) 整体指令执行情况2) 硬件配置情况3) 暂停次数和百分比及原因分析4) 分支次数和百分比5) Load/Store指令执行情况6) 浮点指令执行次数和百分比 7) trap发生的次数和百分比6.Breakpoints窗口介绍该窗口使用来观察代码运行情况。先打开Breakpoints窗口,点击窗口上方的来设置breakpoint,也就是设置指令运行到流水线的哪个阶段程勋停止执行。如上图,如果选择EX阶段,在Code窗口中相应的行会出现BEX,即指令执行到译码结束执行开始的时候,程序将中止。实验总结通过本次试验,由于是第一次接触DLX模拟器,该试验能够帮助我对这个模拟器大致的功能及使用做个大致的了解。对于日后的实验打下好的基础。我觉得WinDLX模拟器小而精悍,它有不同颜色的标记, 不同寄存器及存储器的反映。通过使用它,可以对5步流水的过程及不同阶段很清楚明白的看到。也可以看到不同指令分析走到了哪一步,到了哪一步流水段。实验二 指令流水线相关性分析实验目的通过使用WINDLX模拟器,对程序中的三种相关现象进行观察,并对使用专用通路
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