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1、实验3指令调度和延迟分支3.1实验目的（1）加深对指令调度技术的理解。（2）加深对延迟分支技术的理解。（3）熟练掌握用指令调度技术解决指令流水线中的数据冲突的方法。（4）进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进。（5）进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。3.2实验平台指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim。3.3实验内容和步骤（1）启动MIPSsim。（2）进一步理解流水段的构成和各个流水寄存器的功能。（3）选择“配置”下的“流水方式”，让模拟器工作于流水方式下。（4）采用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。步骤如下
2、：1)载入程序schedule.s。2)关闭定向功能。3)执行载入的程序。观察时钟周期图，找出程序执行中各种冲突发生的次数，发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。时钟周期图如下：由以上知：RAW数据冲突发生了16次，其中load停顿6次，自陷停顿1次。发生冲突的指令组合：ADDIU$r1,$r0,ALW$r2,0($r1)与上条写后读冲突；ADD$r4,$r0,$r2SW$r4,0($r1)与上条指令写后读冲突；LW$r6,4($r1)ADD$r8,$r6,$r1与上条指令写后读冲突；MUL$r12,$r10,$r1
3、ADD$r16,$r12,$r1与上条指令写后读冲突；ADD$r18,$r16,$r1与上条指令组件冲突SW$r18,16($r1)与上条指令写后读冲突；；LW$r20,8($r1)MUL$r22,$r20,$r14与上条指令写后读冲突；程序执行的总时钟周期数为33。1)采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。将调度后的指令存到after-schedule.s中。答：after-schedule.s指令代码如下：.textmain:ADDIU$r1,$r0,AMUL$r22,$r20,$r14LW$r2,0($r1)M
4、UL$r24,$r26,$r14ADD$r4,$r0,$r2LW$r6,4($r1)SW$r4,0($r1)ADD$r8,$r6,$r1MUL$r12,$r10,$r1ADD$r18,$r16,$r1ADD$r16,$r12,$r1SW$r18,16($r1)LW$r20,8($r1)TEQ$r0,$r0.dataA:.word4,6,81)载入after-schedule.s。2)执行程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数。则程序执行的总时钟周期数为21。3)根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。
5、论述指令调度对提高CPU性能的作用。时钟周期图：调度前的执行周期为33，调度后的执行周期数为21。指令调度让指令顺序重新组织顺序可以消除部分的数据冲突，指令调度影响CPU性能，通过使用指令调度提高了CPU的使用率，大大减少了指令冲突的次数，提高了CPU性能。（5）采用延迟分支减少分支指令对性能的影响。步骤如下：1)启动MIPSsim。2)载入branch.s。3)关闭延迟分支功能。通过“配置”下取消“延迟槽”选项。4)执行该程序，观察并记录发生分支延迟的时刻。答：分支延迟的时刻为第13个周期。5)记录该程序执行的总时钟周期数
6、。程序执行的总时钟周期数为38。6)假设延迟槽为一个，对程序进行指令调度，然后保存到delay-branch.s中。delay-branch.s的指令代码：.textmain:ADDI$r2,$r0,1024ADD$r3,$r0,$r0ADDI$r4,$r0,8loop:LW$r1,0($r2)ADDI$r1,$r1,1ADDI$r3,$r3,4SUB$r5,$r4,$r3SW$r1,0($r2)BGTZ$r5,loopADD$r7,$r0,$r6TEQ$r0,$r07)载入delay-branch.s。8)打开延迟分支功能
7、。9)执行该程序，观察时钟周期图。时钟周期图：1)记录执行该程序的总的时钟周期数。程序的总的时钟周期数为31。2)对比上述两种情况下的时钟周期图。3)根据记录，比较没有采用延迟分支和采用了延迟分支的性能之间的不同。论述延迟分支对CPU性能的作用。答：比较两种情况的时钟周期总数，可知：在使用延迟槽后，指令在运行到跳转指令时，不会出现延迟等待，则能够提高CPU的性能。3.4实验结论和实验心得实验结论：从前调度，在任何情况下，被调度的指令必须与分支无关。从目标处调度，当分支成功时，必须保证在分支失败时执行被调度的指令不会导致错误，
8、有可能需要复制指令。延迟可以提高CPU的性能。实验心得体会：通过本次实验，我对指令调度和延迟分支有了进一步的了解和掌握，并掌握了用指令调度技术解决指令流水线中的数据冲突问题的方法。理解了指令调度技术和延迟分支技术对CPU性能的改进。这对我以后的计算机系统结构的学习打下了坚实的基础，让我不断
