实验六 再定序缓冲(rob)工作原理

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1、实验六再定序缓冲（ROB）工作原理6.1实验目的1.加深对指令级并行性及其开发的理解；2.加深对基于硬件的前瞻执行的理解；3.掌握ROB在流出、执行、写结果、确认4个阶段所进行的操作；4.掌握ROB缓冲器的结构；5.给定被执行代码片段，对于具体某个时钟周期，能写出保留站、ROB以及浮点寄存器状态表内容的变化情况。6.2实验平台再定序缓冲ROB模拟器，《计算机系统结构实践教程》附书光盘中提供，清华大学出版社。设计：张晨曦教授（xzhang2000@sohu.com），版权所有。开发：刘璐。6.3实验内容及步骤首先要掌握ROB模拟器的使用方法。（见6.4节

2、）1.假设浮点功能部件的延迟时间为：加法2个时钟周期，乘法10个时钟周期，除法40个时钟周期。（1）对于下面的代码段，给出当指令MUL.D即将确认时保留站、ROB以及浮点寄存器状态表的内容。L.DF6,34（R2）L.DF2,45（R3）MUL.DF0,F2,F4SUB.DF8,F6,F2DIV.DF10,F0,F6ADD.DF6,F8,F2（2）按步进方式执行上述代码，利用模拟器的“小三角按钮”的对比显示功能，观察每一个时钟周期前后保留站、ROB以及浮点寄存器状态表的内容的变化情况。2.对于与上面相同的延迟时间和代码段，（1）给出在第5个时钟周期时，

3、保留站的内容；（2）步进10个时钟周期，ROB的内容有哪些变化；（3）再步进10个时钟周期，给出这时保留站、ROB以及浮点寄存器状态表的内容。3.假设浮点功能部件的延迟时间为：加减法3个时钟周期，乘法8个时钟周期，除法40个时钟周期。自己编写一段程序（要在实验报告中给出），重复上述2的工作。6.4ROB模拟器的使用方法1.设置指令和参数本模拟器最多可以模拟10条指令。可以在“指令”区选择和设置所要的指令。“指令”区如图6.1所示。图6.1“指令”区你可以从下拉框中选择指令，供选择的指令有以下5种：（1）L.D指令：从主存读取一个双精度浮点数；（2）AD

4、D.D：双精度浮点加法指令；（3）SUB.D：双精度浮点减法指令；（4）MULT.D：双精度浮点乘法指令；（5）DIV.D：双精度浮点除法指令。指令的各参数也可以从各自的下拉框中选择。你还可以在窗口的右上区域设置各部件的执行时间（时钟周期数），如图6.2所示。图6.2设置功能部件时间其中“复位”的作用是使所有设置恢复为默认值。2.执行点击“执行”按钮，就进入执行状态。你可以用中间的按钮来控制指令的执行，包括“步进”、“退1步”、“前进5个周期”、“后退5个周期”、“执行到底”、“退出”等。还可以用“go”按钮直接跳转到你所指定的时钟周期。如果想修改被执

5、行的代码，按“退出”按钮，即可回到设置指令和参数页面。向前执行后，状态表中抹色的字段表示其内容发生了变化。1.对比状态表每一个状态表的右上角外侧都有一个小三角，用鼠标左键点击它，会弹出该表在上一个时钟周期的内容。这是为了让你通过对比来了解哪些内容发生了变化。在弹出表以外的区域再次点击鼠标，就可以将其收回。4.各个表的内容（1）指令状态表指令状态表如图6.3所示。它列出了各指令什么时候执行到了哪一步。其中的数字表示时钟周期，“~”表示时钟周期期间。例如，图6.3中的2~3表示在第2到第3个时钟周期，第一条L.D指令是在“执行”这一步。图6.3指令状态表其

6、中抹色的区域表示最近一个时钟周期其内容发生了变化。下同。（2）再定序缓冲器ROBROB如图6.4所示。它按队列方式工作，其中各字段的意义如下：u标记：用于给出队列的头和尾；u项号：给出各项的编号；uBusy：“忙”标志，指出相应的行是否已占用；u指令：给出是什么指令占用该行；u目的地：指出结果写到哪里去；u值：暂时存放相应指令的计算结果，在该指令被确认时，将被写到目的地。图6.4再定序缓冲器ROB（1）保留站保留站的内容如图6.5所示。图6.5保留站其中各字段的名称和意义与图5.4中的相同。不过，这里增加了一个字段：目的地。它指出相应部件的运算结果要暂

7、时存放到ROB的第几号单元。（2）Load缓冲器Load缓冲器的内容如图6.6所示。它按队列方式工作，每次处理新的访存都是从队列头部取走一条。图6.6Load缓冲器该缓冲器各字段的意义如下：u名称：相应单元的名称；uBusy：“忙”标志，为“Yes”表示已被占用；u地址：访存的有效地址；u目的地：指出从存储器读来的数据要暂时存放到ROB的第几号单元；u值：存放从存储器读来的数据。（1）寄存器寄存器的内容如图6.7所示。图6.7寄存器的内容该缓冲器各字段的意义如下：uBusy：“忙”标志，为“Yes”表示将有指令要对该寄存器写入数据；uROB项号：指出它

8、在等哪个ROB项的数据。当那个ROB项中的指令被确认且其值已经就绪时，那个数据将被写入该寄存器