北邮计算机系统结构-WINDLX模拟器实验-报告

实验报告学 院： 计算机学院 课程名称： 计算机系统结构 实验名称： WINDLX 模拟器实验 班 级： 姓 名： 学 号： 实验一 WINDLX 模拟器安装及使用略实验二 指令流水线相关性分析一．实验类别验证实验二．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，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和 RISC处理器的特点的理解。三．实验环境Windows XP 操作系统WinDLX 模拟器四．实验原理指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。相关影响流水线性能。 （1） 数据相关 定义：原有先后顺序的两条指令（I1，I2)在对共享变量（位置）进行读、写时，指令流水线中实际完成的读、写顺序与原有顺序不一致，导致流水线输出错误。 三类数据相关：写读(WR)相关 读写(RW)相关 写写(WW)相关 解决方法技术： 1. 使某些流水线指令延迟、停顿一或多个周期。2. 双端口存储器:假如指令和数据放在同一个存储器。 3. 设置两个存储器：一个数据存储，一个为指令存储器。 4. 软件优化编译：通过指令重新排序，消除数据相关。 5. 定向技术：又称旁路技术或专用通路技术，是使后续指令提前得到前指令的运算结果(适合 ALU 类指令） （2）结构相关 定义：假如某指令在流水线重叠执行过程中，硬件资源满足不了指令重叠执行的要求，会产生资源冲突或竞争，称为流水线结构相关 解决方法技术： 1. 延迟技术：使某些指令延迟、停顿一或多个时钟周期 2. 双端口存储器：允许同时读两个数据或指令 3. 设置双存储器（哈弗结构）：一个数据存储，一个指令存储。 4 软件优化编译：通过指令重新排序消除结构相关。 （3）控制相关 定义：控制相关是指因程序执行转移类指令而引起的冲突相关。包括无条件转移、条件转移、子程序调用、中断等，它们属于分支指令，执行中可能改变程序方向，造成流水线断流。解决方法技术： 1、 静态分支技术  静态转移预测技术(猜想法) ； 延迟转移； 提前形成条件码，生成转移目标地址； 改进循环程序 ；2、 动态分支预测技术  转移历史表 BHT； 转移目标缓冲栈（BTB）；转移目标指令缓冲栈 BTIB；五．实验步骤（1） 观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现象的指令组合。（2） 考察增加浮点运算部件对性能的影响。（3） 考察增加 forward 部件对性能的影响。（4） 观察转移指令在转移...