流水线及流水线中的冲突试验报告wdVIP专享

实验 2 流水线及流水线中的冲突2.1 实验目的（1）加深对计算机流水线基本概念的理解。（2）理解 MIPS 结构如何用5 段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。（3）加深对数据冲突和资源冲突的理解，理解这两类冲突对CPU 性能的影响。（4）进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。2.2 实验平台指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim 。2.3 实验内容和步骤（1）启动 MIPSsim 。（2）根据教材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，掌握各流水寄存器的含义。 （鼠标双击各段，即可看到各流水寄存器的内容）（3）载入一个样例程序（在本模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中），然后分别以单步执行一个周期、执行多个周期、 连续执行、设置断点等方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CPU 中寄存器和存储器内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。（4）选择配置菜单中的“流水方式”选项，使模拟器工作于流水方式下。（5）观察程序在流水方式下的执行情况，步骤如下：1)选择“文件”→“载入程序”，加载 pipeline.s（在模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中） 。2)选择“配置”→“定向” （使该项前没有“√” ），关闭“定向功能” 。3)选择单步执行方式（在“执行”菜单中）或按F7 来执行该程序，观察每一个周期中，各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况（“代码”窗口）以及时钟周期图。4)当执行到第13 个周期是，各段分别正在处理的指令是：IF：LW &r4,60(&r6) ID： ADDI &r3,&r0,25 EX：ADDI &r1,&r1,-1 MEM ： ADDI &r6,&r0,8 WB ：ADD &r2,&r1,&r0 画出此时的时钟周期图。（6）此时各流水寄存器的内容为：IF/ID.IR ：2361655356 IF/ID.NPC ：48 ID/EX.A ：0 ID/EX.B ：0 ID/EX.Imm ：25 ID/EX.IR ：537067545 EX/MEM.ALUo：4 EX/MEM.IR ：539099135 MEM/WB.LMD：0 MEM/WB. ALUo：8 MEM/WB.IR ：537264136 （7）观察和分析结构冲突对CPU 的影响：1)加载 structure_hz.s（在模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中）。2)执行该程序，找出存在结构冲突的指令对以及导致结构冲突的部件。3)记录由结构冲突引起的停顿周期数，计算停顿周期数占总执行周期数的百分比。停顿周期数为41 停顿周期数占总执行周期数的百分比为78.84615% 4)把浮点加法器的个数改为4 个。停顿周期数为8 停顿周期数占总...