实验一流水线相关一. 实验目的1. 熟练掌握 WinDLX 模拟器的操作和使用，熟悉DLX 指令集结构及其特点；2. 加深对计算机流水线基本概念的理解；3. 进一步了解DLX 基本流水线各段的功能以及基本操作；4. 加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPU 性能的影响；5. 了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。二. 实验内容1. 用WinDLX 模拟器执行下列三个程序（任选一个）：求阶乘程序 fact.s 求最大公倍数程序gcm.s 求素数程序 prim.s 分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察 CPU 中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX 的操作和使用。注意： fact.s 中调用了 input.s 中的输入子程序。load 程序时，要两个程序一起装入（都 select 后再点击 load）。gcm.s 也是如此。2. 用WinDLX 运行程序 structure_d.s，通过模拟：找出存在结构相关的指令对以及导致结构相关的部件；记录由结构相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比；论述结构相关对CPU 性能的影响，讨论解决结构相关的方法。3. 在不采用定向技术的情况下（去掉Configuration 菜单中 Enable Forwarding 选项前的勾选符），用 WinDLX 运行程序 data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比。4. 在采用定向技术的情况下（勾选Enable Forwarding ），用 WinDLX 再次运行程序 data_d.s。重复上述 3 中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。三．实验过程和截图1.模拟执行 fact.s和 input.s 流水线的状态如下：在执行求阶乘程序fact.s 之后，输入值5，查看寄存器的值为120，结果正确。2.执行程序 structure_d.s之后的实验数据如下图：由实验数据显示：（1）该程序没有结构相关；（2）该程序总共暂停的时钟周期数为：108 个时钟周期，暂停的时钟周期数占总的时钟周期数的百分比为%38.551951083.不采用定向技术，运行data_d.s程序，实验数据如下图：由实验数据显示：（1）由数据相关引起的暂停的时钟周期数为：104 （2）程序执行的总的时钟周期数为：202 （3）暂停的时钟周期数占总的时钟周期数的百分比：%49.512021044.采用定向技术执行程序data_d.s，实验数据如下图：由实验数据显示：（1）程序由于数据相关引起的暂停的时候周期数为：30；...
