计算机体系结构实验

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1、实验3用MIPS指令实现求两个数组的点积班级姓名学号1.实验目的（1）通过实验熟悉实验1和实验2的内容（2）增强汇编语言编程能力（3）学会使用模拟器中的定向功能进行优化（4）了解对代码进行优化的方法2.实验原理本次实验通过MIPS语句实现对应的功能，通过代码在指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim上执行，根据加载的文档代码中对应操作的通用寄存器，来观察执行的结果是否正确；然后通过观察统计一栏中汇总的执行周期总数，来判断优化和定向前后执行的效率高低，并判断静态调度的情况。3.实验内容和步骤：（1）自行编写一个计算两个向量点积的汇编程序，该程序要求可以实现求两个向量点积计算后的结果。向

2、量的点积：假设有两个n维向量a、b，则a与b的点积为：两个向量元素使用数组进行数据存储，要求向量的维度不得小于10（2）启动MIPSsim。（3）载入自己编写的程序，观察流水线输出结果。注意：不要使用浮点指令及浮点寄存器！！使用TEQ$r0$r0结束程序！！代码如下：.textmain:ADDIU$r1,$r0,array1ADDIU$r2,$r0,array2ADDIU$r3,$r0,10ADDIU$r7,$r0,0loop:LW$r4,0($r1)LW$r5,0($r2)MUL$r6,$r4,$r5ADD$r7,$r7,$r6#r7存放的是点积结果ADDI$r1,$r1,4ADD

3、I$r2,$r2,4ADDI$r3,$r3,-1BGTZ$r3,loopTEQ$r0,$r0.dataarray1:.word0,1,2,3,4,5,6,7,8,9array2:.word0,1,2,3,4,5,6,7,8,9运行结果如下：汇总情况如下：时钟周期图如图所示：(中间部分省略)（4）使用定向功能再次执行代码，与刚才执行结果进行比较，观察执行效率的不同。使用定向功能执行，汇总如下：由此可见，定向后的执行效率为定向前的134.188034%,同时，所少的执行周期为RAW停顿周期。时钟周期图如图所示：（5）采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序代码如下：.textma

4、in:ADDIU$r1,$r0,array1ADDIU$r2,$r0,array2ADDIU$r3,$r0,10ADDIU$r7,$r0,0loop:LW$r4,0($r1)LW$r5,0($r2)MUL$r6,$r4,$r5ADDI$r1,$r1,4ADDI$r2,$r2,4ADDI$r3,$r3,-1ADD$r7,$r7,$r6#此处进行了优化BGTZ$r3,loopTEQ$r0,$r0.dataarray1:.word0,1,2,3,4,5,6,7,8,9array2:.word0,1,2,3,4,5,6,7,8,9运行结果如下：汇总情况如下：时钟周期如下：(中间部分省略)与进

5、行优化前相比，效率为原来的157/127=123.62205%，所少的周期数为RAW停顿周期数。（6）对优化后的程序使用定向功能执行，与刚才执行结果进行比较，观察执行效率的不同。采用定向优化后，执行结果如下：时钟周期如图所示：(中间部分省略)由此可见，定向后的执行效率为定向前的127/107=118.6916%所少的周期数为RAW停顿周期数。4.分析结果代码优化后的性能要比代码优化前的性能提高很大。代码优化之前，需要397个时钟周期，而优化后需要316个时钟周期，停顿周期也从237个时钟周期减少到了134个时钟周期，数据相关和控制相关都有所减少。但是代码优化后因为trap停顿的时钟周

6、期数有所增加5.实验总结通过本次实验更进一步了解了代码优化的重要性，实际应用中一个优化的代码可以提高工作效率，减少不必要的开销，代码优化最重要的工作时分析各种相关性，这样才有可能进一步将代码优化。平时学习时更应该注意对代码优化的学习。