北京邮电大学计算机学院《计算机系统结构》课程实验2015年4月实验三DLX处理器程序设计一、实验类别：综合型二、实验目的：学习使用DLX汇编语言编程，进一步分析相关现象三、实验学时：4四、实验组人数：1/1五、实验设备环境：DLX汇编语言环境六、实验原理：掌握向量运算算法和编程方法。七、教学要点与学习难点：DLX汇编语言八、实验内容和要求：自编一段汇编代码，完成两双精度浮点一维向量的加法（或乘除法）运算，并输出结果。向量长度>=16。观察程序中出现的数据/控制/结构相关九、实验步骤：（1）熟悉DLX汇编语言。（2）编写两双精度浮点一维向量的加法运算程序。（3）对此程序完成上面实验二中1)、2)、3)、4)方面的分析。程序代码.data;初始化两个用于相加的一维向量（双精度浮点数），向量长度为20a:.double1.9,2.1,3.7,4.6,5.5,6.4,7.3,8.2,9.1,10.1,11.2,12.3,13.4,14.5,15.6,16.7,17.8,18.9,19.0,20.2b:.double1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.8,10.9,11.8,12.7,13.6,14.5,15.4,16.3,17.2,18.1,19.9,20.8PrintfFormat:.asciiz"Theresultis\n\n%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t%f\t\n\n".align2PrintfPar:.wordPrintfFormatr:.space200;r为保存相加结果的向量空间.text.globalmainmain:addir1,r0,0;r1计数相加的次数adduir4,r0,8;r4为常数8loop:;循环计算向量相加结果subir2,r1,20;r1=20时，跳转到finishbeqzr2,finishmultur3,r1,r4;r3为当前分量相对于向量基址的偏移(每个分量占8B)ldf0,a(r3);取a中第r1个分量ldf2,b(r3);取b中第r1个分量adddf4,f0,f2;相加结果放在f4中sdr(r3),f4;将相加结果放入结果向量r中addir1,r1,1;下一分量jloopfinish:;输出向量相加的结果addir14,r0,PrintfPartrap5trap0运行结果Statistics可以看到具体数据情况和产生相关的比例等结果分析1.数据相关由Statistics中的知道，发生了55.02%的数据相关。查看可以发现，产生的相关都为RW读写相关。它们分别为：addir1,r0,0subir2,r1,20subir2,r1,20beqzr2,finishmultur3,r1,r4ldf0,a(r3)ldf2,b(r3)adddf4,f0,f2adddf4,f0,f2sdr(r3),f42.控制相关由Statistics中的可以看到，发生了4.39%的控制相关。系统按照预测成功来执行指令，执行一条指令后马上将其下一条指令trap读进来。3.结构相关由于程序只简单的做了一次加法，所以没有结构相关产生。4.增加浮点运算部件对性能的影响下图分别为浮点运算部件为1和4的时候数据情况对比由上图的对比可知，当浮点运算部件个数给边后统计结果均相同，也就是其数量对该函数没有任何性能方面的改进。分期其原因为，这主要是因为函数中没有连续的浮点加指令，乘、除指令。5.增加forward部件对性能的影响下图左侧为没有勾选enableforwarding时的运行数据结果，右侧为使用了forwarding技术。由上图的对比可以看出，增加forwarding技术后，流水线的加速比为：478/356=1.342流水线性能有明显改善6.转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销由ConditionalBranches的数据可以看出，该转移指令“nottaken”的情况占绝大多数（95.24%）。在一共的21中，发生了仅为1次，所以预测顺序取对流水线的性能是有利的。转移不成功时：顺序预取的下条指令可以直接在流水线中执行，保证流水线不断流；转移成功时：顺序预取的下条指令作废，需要转到转移地址处重新取指，流水线发生了断流现象。实验总结此次编写程序对我来说又是一个新的挑战，本次实验过程中首先我编写了整数向量的加法程序，在整数向量加法的实验进行成功后才在之前实验的基础上略作修改，进行了的双精度浮点加法求和的实验。本次实验没有输入，是直接对固定在代码中的数据进行运算，运算完毕后直接输出结果。在编写双精度浮点数运算时有些对于指令掌握不熟练，并且双精度double型运算指令，其所有的运算指令名称上面都要加上“d”。而如果是单精度的，则需要添加字母“f”；其次，对于浮点数的相关设置，包括状态寄存器和浮点寄存器都需要在实验之前查资料了解透彻，不然在试验中就会有语法错误。通过这个实验，流水线的相关影响及性能分析，使我学到了很多东西。我也学会了WINDLX中浮点寄存器和浮点状态寄存器的设置和使用。
