Tomasulo算法实验报告

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1、高级计算机系统结构Tomasulo算法实验报告Tomasulo算法实验一、实验目的（1）加深对指令集并行性及开发的理解。（2）加深对Tomasulo算法的理解。.（3）掌握Tomulo算法在指令流出、执行、写结果各阶段对浮点操作指令以及load和store指令进行什么处理。（4）掌握采用了Tomasulo算法的浮点处理部件的结构。（5）掌握保留站的结构。（6）给定被执行代码片段，对于具体某个时钟周期，能够写出保留站、指令状态表以及浮点寄存器状态表内容的变化情况。二、实验平台采用Tomasulo算法模拟器。Tomasulo算法基本思想：记录和检测指令相关，操作数一旦就绪就立即执行，把发

2、生RAW冲突的可能性减少到最小；通过寄存器换名来消除WAR冲突和WAW冲突。三、实验内容和步骤u实验一（1）学会使用Tomasulo算法。假设浮点功能部件的延迟时间为加减法2个周期，乘法10个时钟周期，除法40个时钟周期，load部件2个时钟周期。①对于下面的代码段，给出当指令MUL.D写结果时，保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。L.DF6,24(R2)L.DF2,12(R3)MUL.DF0,F2,F4SUB.DF8,F6,F2DIV.DF10,F0,F6ADD.DF6,F8,F2②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

3、各信息表中内容的变化情况。（2）对与上面相同的延迟时间和代码段。①给出在第3个时钟周期时，保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。②步进5个时钟周期，给出这时保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。③再步进10个时钟周期，给出这时保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。u实验二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。对于下面的代码重复实验一中步骤（2）的内容。编写代码如下：L.DF6,28(R2)ADD.DF2,F4,F8MUL.DF0,F2,F4SUB.DF8,F6,F2DIV.DF12,F0,F6ADD.DF1

4、0,F8,F2四、实验结果及分析说明：R[X]表示寄存器X的内容，M[y]表示存储器存储单元y的内容：实验一实验二u实验一结果浮点功能部件的延迟时间为加减法2个周期，乘法10个时钟周期，除法40个时钟周期，load部件2个时钟周期，根据实验结果可知程序全部执行完需要57个时钟周期。1)当指令MUL.D写结果时，保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。根据实验结果得出MUL.D写结果时是第16个周期，此时各部件的状态如下所示：①其指令执行状态如下：②其保留站内容如下：分析：此时SUB.D、ADD.D和MULt1已经执行完毕，所以Busy状态为“no”，而DIV.D还未执行完，所

5、以保留站Mult2仍处于忙碌状态。③load缓冲器内容:分析：此时Loda缓冲器处于闲置状态，因为只有前两条指令需要计算地址，而前两条指令在第5个周期时已经执行完，所以指导程序运行完的所有周期中该部件都是处于闲置状态的。④寄存器内容：2）第3个时钟周期时，保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。①指令状态②保留站内容分析：第3个时钟周期时MULT.D指令流出，所以保留站的Mult1处于忙碌状态。③load缓冲器内容:分析：第3个时钟周期时前两条去操作数的指令还为执行完，所以load缓冲器的前两个缓冲器处于忙状态。④寄存器3)步进5个时钟周期，给出这时保留站、load缓冲器以及

6、寄存器状态表中的内容。步进5个时钟周期后，是程序执行的第8个周期，此时各部件的状态如下：①指令状态（此时SUB.D指令恰好执行完成）②保留站内容分析：第8个周期时L.D和SUB.D三条指令执行完毕，其余三条未完成，所以保留站中仍有其他三条的信息。③load缓冲器内容:④寄存器内容4）再步进10个时钟周期，这时处于执行周期的第18个周期，这时保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容：①指令状态分析：第18个周期时只剩下DIV.D指令未执行完，并且此时正处于执行的等待阶段。②保留站分析：此时其余指令全部执行完毕，只有DIV.D还未执行完，所以只有保留站Mult2仍处于忙碌状态。③L

7、oad缓冲器④寄存器u实验二结果浮点功能部件的延迟时间为加减法3个周期，乘法8个时钟周期，除法40个时钟周期，load部件2个时钟周期。根据实验结果可知该程序需要56个周期执行完成。（分析与实验一类似，不再赘述）（1）第3个时钟周期时，保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。①指令状态②保留站③load缓冲器内容:④寄存器内容（2）步进5个时钟周期，给出这时保留站、load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。①指令状态：②保留站内容：③Load部件内容