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1、深圳大学实验报告课程名称：计算机系统(3)实验项目名称：处理器结构实验二学院：********专业：*******************指导教师：*******报告人：****学号：*****班级：*************实验时间：2017年12月6日星期三实验报告提交时间：2017年12月21日星期四教务处制注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。一、试验目的——控制冒险与分支预测了解控制冒险分支预测的概念了解多种分支预测的方
2、法，动态分支预测更要深入了解理解什么是BTB（BranchTargetBuffer），并且学会用BTB来优化所给程序利用BTB的特点，设计并了解在哪种状态下BTB无效了解循环展开，并于BTB功能进行对比对WinMIPS64的各个窗口和操作更加熟悉二、实验内容按照下面的实验步骤及说明，完成相关操作记录实验过程的截图：首先，给出一段矩阵乘法的代码，通过开启BTB功能对其进行优化，并且观察流水线的细节，解释BTB在其中所起的作用；其次，自行设计一段使得即使开启了BTB也无效的代码。第三，使用循环展开的方法，观察流水因分支停
3、顿的次数减少的现象，并对比采用BTB结构时流水因分支而停顿的次数。（选做：在x86系统上编写C语言的矩阵乘法代码，用perf观察分支预测失败次数，分析其次数是否与你所学知识吻合。再编写前面第二部使用的令分支预测失败的代码，验证x86是否能正确预测，并尝试做解释）三、实验环境硬件：桌面PC软件：Windows四、实验步骤及说明背景知识在遇到跳转语句的时候，我们往往需要等到MEM阶段才能确定这条指令是否跳转（通过硬件的优化，可以极大的缩短分支的延迟，将分支执行提前到ID阶段，这样就能够将分支预测错误代价减小到只有一条指令
4、），这种为了确保预取正确指令而导致的延迟叫控制冒险（分支冒险）。为了降低控制冒险所带来的性能损失，一般采用分支预测技术。分支预测技术包含编译时进行的静态分支预测，和执行时进行的动态分支预测。这里，我们着重介绍动态分支预测中的BTB（BranchTargetBuffer）技术。BTB即为分支目标缓冲器，它将分支指令（对应的指令地址）放到一个缓冲区中保存起来，当下次再遇到相同的指令（跳转判定）时，它将执行和上次一样的跳转（分支或不分支）预测。一种可行的BTB结构示意图如下：注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加
5、以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。在采用了BTB之后，在流水线各个阶段所进行的相关操作如下：注意，为了填写BTB，需要额外一个周期。一、矩阵乘法及优化注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。在这一阶段，我们首先给出矩阵乘法的例子，接着将流水线设置为不带BTB功能（configure->enablebranchtargetbuffer）直接运行，观察结果进行记录；然后，再开启BTB功能再次运
6、行，观察实验结果。将两次的实验结果进行对比，观察BTB是否起作用，如果有效果则进一步观察流水线执行细节并且解释BTB起作用原因。矩阵乘法的代码如下：.datastr:.asciiz"thedataofmatrix3:"mx1:.space512mx2:.space512mx3:.space512.textinitial:daddir22,r0,mx1#这个initial模块是给三个矩阵赋初值daddir23,r0,mx2daddir21,r0,mx3input:daddir9,r0,64daddir8,r0,0l
7、oop1:dsllr11,r8,3daddr10,r11,r22daddr11,r11,r23daddir12,r0,2daddir13,r0,3sdr12,0(r10)sdr13,0(r11)daddir8,r8,1sltr10,r8,r9bner10,r0,loop1mul:daddir16,r0,8daddir17,r0,0loop2:daddir18,r0,0#这个循环是执行for(inti=0,i<8;i++)的内容loop3:daddir19,r0,0#这个循环是执行for(intj=0,j<8;j++)
8、的内容daddir20,r0,0#r20存储在计算result[i][j]过程中每个乘法结果的叠加值loop4:dsllr8,r17,6#这个循环的执行计算每个result[i][j]dsllr9,r19,3daddr8,r8,r9daddr8,r8,r22ldr10,0(r8)#取mx1[i][k]的值dsllr8,r19,6dsllr9,r
