求素數(shù)程序prim.s計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

實驗報告課程名稱計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實驗工程__WinDLX模擬器實驗_實驗儀器個人計算機(jī)系別_計算機(jī)學(xué)院__專業(yè)___網(wǎng)絡(luò)工程班級/學(xué)號網(wǎng)工0903/2009011422學(xué)生姓名_______張昭_______實驗日期______________________成績______________________指導(dǎo)教師______侯凌燕_________WinDLX模擬器實驗實習(xí)目的：通過使用WINDLX模擬器，對程序中的三種相關(guān)原理進(jìn)行觀察，并對使用專用通路，增加運算部件等技術(shù)對性能的影響進(jìn)行考察，加深對流水線和RISC處理器的特點的理解。實習(xí)環(huán)境：WinDLX模擬器可以裝入DLX匯編語言程序，然后單步、設(shè)置斷點或者連續(xù)執(zhí)行該程序。CPU的存放器、流水線、I/O和存儲器都可以使用圖形的方式表示出來。模擬器還提供了對流水線操作的統(tǒng)計功能。該模擬器對理解流水線和RISC處理器的特點很有幫助。WinDLX要求的硬件平臺是IBMPC兼容機(jī)，WinDLX是一個Windows應(yīng)用程序，運行于Windows3.0以上的操作系統(tǒng)。WinDLX軟件包中帶有說明文件，供安裝程序時候使用。軟件包中還有WinDLX教程和聯(lián)機(jī)幫助，可以通過它們進(jìn)一步了解模擬器的使用方法和DLX處理器的原理。大家在進(jìn)行模擬實驗以前應(yīng)該仔細(xì)閱讀這些文檔。實習(xí)步驟：1.一．用WinDLX模擬器執(zhí)行以下三個程序〔按照最后一位學(xué)號除3的余數(shù)選擇〕：l求素數(shù)程序prim.s〔余數(shù)為2〕分別以步進(jìn)、連續(xù)、設(shè)置斷點的方式運行程序，觀察程序在流水線中的執(zhí)行情況，觀察CPU中存放器和存儲器的內(nèi)容。熟練掌握WinDLX的操作和使用。Prim.s程序的源代碼：;***********WINDLXExp.2:Generateprimenumbertable*************;***********(c)1991G黱therRaidl *************;***********Modified1992MaziarKhosravipour *************;-------------------------------------------------------------------;Programbeginsatsymbolmain;generatesatablewiththefirst'Count'primenumbersfrom'Table';------------------------------------------------------------------- .data ;***sizeoftable .global CountCount: .word 10 .global TableTable: .space Count*4 .text .global mainmain: ;***Initialization addi r1,r0,0 ;IndexinTable addi r2,r0,2 ;Currentvalue ;***Determine,ifR2canbedividedbyavalueintableNextValue: addi r3,r0,0 ;HelpindexinTableLoop: seq r4,r1,r3 ;EndofTable? bnez r4,IsPrim ;R2isaprimenumber lw r5,Table(R3) divu r6,r2,r5 multu r7,r6,r5 subu r8,r2,r7 beqz r8,IsNoPrim addi r3,r3,4 j LoopIsPrim: ;***WritevalueintoTableandincrementindex sw Table(r1),r2 addi r1,r1,4 ;***'Count'reached? lw r9,Count srli r10,r1,2 sge r11,r10,r9 bnez r11,FinishIsNoPrim: ;***Checknextvalue addi r2,r2,1 ;incrementR2 j NextValueFinish: ;***end trap 0步進(jìn)：連續(xù)：設(shè)置斷點：

〔1〕觀察程序中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)/控制/結(jié)構(gòu)相關(guān)。指出程序中出現(xiàn)上述現(xiàn)象的指令組合。

〔2〕考察增加浮點運算部件對性能的影響。

〔3〕考察增加forward部件對性能的影響。

〔4〕觀察轉(zhuǎn)移指令在轉(zhuǎn)移成功和轉(zhuǎn)移不成功時候的流水線開銷。2.在不采用定向技術(shù)的情況下〔去掉Configuration菜單中EnableForwarding選項前的勾選符〕，用WinDLX運行程序data_d.s。記錄數(shù)據(jù)相關(guān)引起的暫停時鐘周期數(shù)以及程序執(zhí)行的總時鐘周期數(shù)，計算暫停時鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比。改變前：改變后：不采用重新定向技術(shù)，我們得到的結(jié)果采用定向技術(shù)，我們得到的結(jié)果：數(shù)據(jù)相關(guān)引起的暫停時鐘周期總數(shù)、程序執(zhí)行的總時鐘周期數(shù)、計算暫停時鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比：總的周期數(shù)〔2605〕，暫停數(shù)〔2021〕百分比：2021/2605=77.58%〔采用定向技術(shù)〕總的周期數(shù)〔3194〕，暫停數(shù)〔2334〕百分比：2334/3194=73.07%〔不采用定向技術(shù)〕數(shù)據(jù)相關(guān)：Addir1,r0,0x0Addir2,r0,0x2Addir3,r0,0x0Seqr4,r1,r3Bnezr4,lsprimLwr5,table(r3)Divur6,r2,r5Multur7,r6,r5Subur8,r2,r7Beqzr8,lsnoprimAddir3,r3,0x4IloopSwtable(r1),r2Addir1,r1,0x4Lwr9,$data(r0)Srlir10,r1,2Sger11,r10,r9Bnezr11,finishAddir2,r2,0x1InextvalueTrap0x0nop結(jié)構(gòu)相關(guān)：Instructions/cyclesSwtable(r1),r2Addir1,r1,0x4Lwr9,$data(r0)Srlir10,r1,2Sger11,r10,r9Bnezr11,finishAddir2,r2,0x1Trap0x0nop1.分析并寫出此時全部數(shù)據(jù)相關(guān)的指令、原因、流水線停頓截圖、暫停時鐘周期數(shù)〔循環(huán)的只寫一輪〕所有截圖如上〔截圖為整個循環(huán)〕2.數(shù)據(jù)相關(guān)引起的暫停時鐘周期數(shù)、程序執(zhí)行的總時鐘周期數(shù)、計算采用定向技術(shù)后性能提高的倍數(shù)。總的周期數(shù)〔2605〕，暫停數(shù)〔2021〕百分比：2021/2605=77.58%〔采用定向技術(shù)〕總的周期數(shù)〔3194〕，暫停數(shù)〔2334〕百分比：2334/3194=73.07%〔不采用定向技術(shù)〕性能提高倍數(shù)：3194/2605-1=22.61%3.在程序逐步執(zhí)行過程中，對于ClockCycleDiagarm窗口中出現(xiàn)的一些箭頭，可否給出一些解釋？在Clockcyclediagram窗口中，有時候還可以看到在指令之間出現(xiàn)了紅和綠的箭頭。紅色箭頭表示需要一個暫停，箭頭指向處顯示了暫停的原因。R-Stall〔R-暫停〕表示引起暫停的原因是RAW。綠色箭頭表示定向技術(shù)的使用。4.對于產(chǎn)生相關(guān)的一些程序，可否有什么方法來防止這些相關(guān)？可以考慮采用資源重復(fù)的方法，比