實驗作業(yè)3：DLX流水線實驗報告

1、計算機體系結(jié)構(gòu)實驗作業(yè)3：DLX流水線實驗報告姓名：學(xué)號：班級：班號：計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三次實驗作業(yè)一、實驗?zāi)康谋敬螌嶒灥闹饕康氖鞘煜LX流水線以及結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)、前送(forwarding)等概念和技術(shù)。二、實驗內(nèi)容1. 了解各種指令在DLX流水線中的運行過程；2. 流水線相關(guān)實驗；3. 前送（forwarding）技術(shù)對流水線性能的影響；4. 考察改變部件數(shù)量和延遲數(shù)對性能的影響。三、實驗步驟及結(jié)果分析1. 了解各種指令在DLX流水線中的運行過程如上次實驗?zāi)菢樱x入并運行fact.s和input.s。請從程序中選擇有代表性的5條不同類型的指令，并描述每條指令在5段流水線中每

2、步完成的工作。（1）（2）（3）（4）（5）2. 流水線相關(guān)實驗在流水線窗口中觀察，分別找出結(jié)構(gòu)相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)、控制相關(guān)各一種，并描述冒險情況以及這些冒險在winDLX是如何解決的。（1） 結(jié)構(gòu)相關(guān)在執(zhí)行subd f0,f0,f4和j fact.Loop期間由于ALU被占用硬件資源無法滿足j fact.Loop進入EX階段，發(fā)生結(jié)構(gòu)相關(guān)的冒險。winDLX中通過阻塞EX 1個周期來解決此問題。（2） 數(shù)據(jù)相關(guān)bnez r5,input.Finish需要使用seqi的計算結(jié)果r5,所以產(chǎn)生數(shù)據(jù)相關(guān)的冒險。WindDLX通過阻塞解決問題。（3） 控制相關(guān)語句lw r2,SaveR2(r0)被abo

3、rted，這是控制相關(guān)的冒險造成的。因為前一條語句j input.Loop是跳轉(zhuǎn)語句，而指定到EX階段語句被解碼后在能知道其作用，所以已經(jīng)取指令的lw語句被取消。3. 前送（forwarding）技術(shù)對流水線性能的影響 （1）開啟forwarding:沒有開啟forwarding:lbur r3,0x0(r2) seqi r5,r3,0xa 對比在開啟和關(guān)閉forwarding的情況下以上兩條語句的執(zhí)行，由于語句2需要使用語句1計算的結(jié)果r3作為輸入，產(chǎn)生數(shù)據(jù)冒險。在沒有forwarding時語句2的IF階段需要阻塞2個周期，即等待語句1完成EX，后才可繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)開啟forwarding后語

4、句2的IF與語句1的ID并行執(zhí)行，語句2的ID受冒險影響阻塞1個周期，并在EX階段得到前送數(shù)據(jù)，繼續(xù)執(zhí)行。從整體上看，開啟forwarding后使阻塞周期減少了1個，提高了性能。（2）開啟forwarding:沒有開啟forwarding:movi2fp f11,r2 cvti2d f2,f11 對比在開啟和關(guān)閉forwarding的情況下以上兩條語句的執(zhí)行，由于語句2需要使用語句1計算的結(jié)果f11作為輸入。在沒有forwarding時語句2的IF階段需要阻塞8個周期，即等待語句1完成后，才可繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)開啟forwarding后語句2的IF與語句1的ID并行執(zhí)行，從整體上看，開啟forwarding后使阻塞周期減少了8個，提高了性能。4. 考察改變部件數(shù)量和延遲數(shù)對性能的影響通過configuration®floating point stages可施加各種改變。該實驗由你自己設(shè)計實驗計劃，得出結(jié)果和結(jié)論。使用默認(rèn)設(shè)置：增加加法單元數(shù)量增加加法單元的延時：通過測試可以發(fā)現(xiàn)，增加加法單元并沒有明顯改變性能情況，但是增加延時使得總周期數(shù)和阻塞周期發(fā)生明顯變換。四、實驗總結(jié)通過此次實驗，我學(xué)習(xí)了計