实验3 指令调度与延迟分支

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1、实验3指令调度与延迟分支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）熟练账务用指令调度技术解决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实验平台实验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim设计：张晨曦教授，版权所有开发：孙太一3.3实验内容和步骤首先要掌握MIPSsim模拟器的使用方法（见1.4节）（1）启动MIPSsim。（2）根据2.5节的相关知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水线寄存器的含义（双击各段，

2、就可以看到各流水线寄存器中的内容）（3）选择“配置”→“流水方式”选项，使模拟器工作在流水方式下。（4）用指令调度技术解决流水线中的数据冲突：1）启动MIPSsim2）用MIPSsim的“文件”->“载入程序”选项来加载schedule.s（在模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中）。3）关闭定向功能，这是通过“配置“->”定向“选项来实现的。4）执行所载入的程序，通过查看统计数据和时钟周期图，找出并记录程序执行过程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。答:RAW数据冲突发生16次，其中lord停顿6次，自陷停顿1次，程序执行的总的时钟周

3、期数33个。发生冲突的指令组合：ADDIU$r1,$r0,56LW$r2,0($r1)ADD$r4,$r0,$r2SW$r2,0($r1)LW$r6,4($r1)ADD$r8,$r6,$r1MUL$r12,$r10,$r1ADD$r16,$r12,$r1ADD$r18,$r16,$r1发生了RAW冲突5）自己采用调度技术对程序进行指令调度，消除冲突（自己修改源程序）。将调度（修改）后的程序重新命名为afer-schedule.s。（注意：调度方法灵活多样，在保证程序正确性的前提下自己随意调度，尽量减少冲突即可，不要求要达到最优。）载入afer-schedule.s，执行

4、该程序，记录程序执行的总时钟周期数。比较调度前和调度后的性能，论述指令调度对提高CPU性能的作用。答：afer-schedule.s指令代码.textmain:ADDIU$r1,$r0,AMUL$r22,$r20,$r14LW$r2,0($r1)MUL$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:.wor

5、d4,6,8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，指令调度的优劣直接影响着cpu性能的发挥好坏，好的指令调度可以让停顿周期大幅度减少。1）用延迟分支技术减少分支指令对性能的影响：在MIPSsim中载入branch.s样例程序（在本模拟器目录的“样例程序”文件夹中），关闭延迟分支功能，执行该程序（用连续执行方式），记录发生分支延迟的时刻，记录该程序执行的总时钟周期数。答：分支延迟的时刻第13个周期，总的时钟周期数为38个假设延迟槽为一个，自己对branch.s程序进行指令调度（自己修改源程序），将调度后的程序重新命名为delaye

6、d-branch.s。载入delayed-branch.s，打开延迟分支功能，执行该程序，观察其时钟周期图，记录程序执行的总时钟周期数。对比不采用延迟分支和采用延迟分支两种情况下的时钟周期图，比较两种情况下的性能之间的不同，论述延迟分支对提高CPU性能的作用。答：delayed-branch.s程序清单.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,loopAD

7、D$r7,$r0,$r6TEQ$r0,$r0执行的时钟周期总数为31个。只要分支延迟槽中的指令是有用的，流水线中就没有停顿，这时延迟分支的方法就能很好的减少分支延迟。所以放入延迟槽中的指令是很重要的，对cpu性能的影响是很显著地。