MIPS指令系統(tǒng)和MIPS體系結(jié)構(gòu)

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1、實驗項目名稱MIPS指令系統(tǒng)和MIPS體系結(jié)構(gòu)實驗?zāi)康募耙髮嶒災(zāi)康?1)加深對計算機(jī)流水線基本概念的理解。(2)理解MIPS結(jié)構(gòu)如何用5段流水線來實現(xiàn)，理解各段的功能和基本操作。(3)加深對數(shù)據(jù)沖突、結(jié)構(gòu)沖突的理解，理解這兩類沖突對CPU性能的影響。(4)進(jìn)一步理解解決數(shù)據(jù)沖突的方法，掌握如何應(yīng)用定向技術(shù)來減少數(shù)據(jù)沖突引起的停頓。通過本實驗應(yīng)達(dá)到如下要求：(1)能夠加深對計算機(jī)流水線基本概念的理解。(2)能夠理解MIPS結(jié)構(gòu)如何用5段流水線來實現(xiàn)，理解各段的功能和基本操作。(3)進(jìn)一步加深對數(shù)據(jù)沖突、結(jié)構(gòu)沖突的理解，理解這兩類沖突對CPU性能

2、實驗內(nèi)容(1)啟動MIPSsim。(2)根據(jù)預(yù)備知識中關(guān)于流水線各段操作的描述，進(jìn)一步理解流水線窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含義。(用鼠標(biāo)雙擊各段，就可以看到各流水寄存器的內(nèi)容)(3)選擇配置菜單中的“流水方式”選項，使模擬器工作于流水方式下。實驗步驟1)選擇MIPSsim的“文件”一＞“載入程序”選項來加載pipeline,s(在模擬器所在文件夾下的“樣例程序”文件夾中)。2)關(guān)閉定向功能。這是通過“配置”一＞“定向”(使該項前面沒有"號)來實現(xiàn)的。3)用單步執(zhí)行一個周期的方式(在“執(zhí)行”菜單中)或按F7鍵執(zhí)行該程序，觀察每一個周期中

3、，各段流水寄存器內(nèi)容的變化、指令的執(zhí)行情況(“代碼”窗口)以及時鐘周期圖。4)當(dāng)執(zhí)行到第13個時鐘周期時，各段分別正在處理的指令是：IF：BEQ$rl$rOretID：LW$r460($r6)EX：ADDI$R3$R025MEM:__ADDI$rl$rl-1WB：ADDI$r6$rO8畫出這時的時鐘周期圖。012345678910111213IFIDEXMEMWBIFIDSTALLIDEXMEMnIFSTALLIDSTALLIDEX

4、容為：IF/ID.IR：___0X10200004IF/ID.NPC:—0X00000034ID/EX.A：0X0000000000000008ID/EX.B:0X000000000000000ID/EX.Imm：0X00000000000003CID/EX.IR：0x8CC4003CEX/MEM.ALUo:0X0000000000000019EX/MEM.IR:0x20030019MEM/WB.LMD：0X000000000000000MEM/WB.ALUo:0X000000000000004MEM/WB.IR:0x2021FFFF（7）觀察

5、和分析結(jié)構(gòu)沖突對CPU性能的影響，步驟如下：1）加載structure_hz.s（在模擬器所在文件夾下的“樣例程序”文件夾中）。2）執(zhí)行該程序，找出存在結(jié)構(gòu)沖突的指令對以及導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沖突的部件。結(jié)構(gòu)沖突的指令為連續(xù)的ADD結(jié)構(gòu)沖突的部件為Fadd浮點加法器3）記錄由結(jié)構(gòu)沖突引起的停頓時鐘周期數(shù)，計算停頓時鐘周期數(shù)占總執(zhí)行周期數(shù)的百分比。匯總:懇行周期總數(shù)：52:□段執(zhí)行了10條指令硬件配置：內(nèi)存容量:4096B加法器個數(shù)：1乘法器個數(shù)：1除法器個數(shù)：1定向機(jī)制：不采用執(zhí)行時間（周期數(shù)）：6執(zhí)行時間（周期數(shù)）7執(zhí)行時間（周期數(shù)）10停頓（周期數(shù)）：

6、RAW停頓：0苴中：loadf^頓：0浮點停頓：0WAW停頓：0結(jié)構(gòu)停頓：35控制停頓：0自陷停頓：6停頓周期總數(shù)：41占周期總數(shù)的百分比：0鴛占所有RAW停頓的百分比：0%占所有RAW停頓的百分比：W占周期總數(shù)的百分比：0%占周期總數(shù)的百分比：67.30769%占周期總數(shù)的百分比：0%占周期總數(shù)的百分比：11.53846%占周期總數(shù)的百分比：78.84615%4）把浮點加法器的個數(shù)改為4個。5）再次重復(fù)步驟①一③的工作。匯總:乳行周期總數(shù)：19切段執(zhí)行了10條指令硬件配置：內(nèi)存容量：4096B加法器個數(shù)：4乘法器個數(shù)：1除法器個數(shù)：1定向機(jī)制

7、：不采用停頓（周期數(shù)）：RAW停頓：0苴中：loadf?頓：0浮點停頓：0WAW停頓：0結(jié)構(gòu)停頓：2控制停頓：0自陷停頓：6停頓周期總數(shù)：8執(zhí)行時間（周期數(shù)）：6執(zhí)行時間（周期數(shù)）7執(zhí)行時間（周期數(shù)）10占周期總數(shù)的百分比：0%占所有RAW停頓的百分比：0%占所有RAW停頓的百分比：0%占周期總數(shù)的百分比：0%占周期總數(shù)的百分比：10.52632%占周期總數(shù)的百分比：0%占周期總數(shù)的百分比：31.57895%占周期總數(shù)的百分比：42.10526%6）分析結(jié)構(gòu)沖突對CPU性能的影響，討論解決結(jié)構(gòu)沖突的方法（8）觀察數(shù)據(jù)沖突并用定向技術(shù)來減少停頓，

8、步驟如下：1）全部復(fù)位。文件夾中）o2）加載data.hz.s（在模擬器所在的文件夾下的“樣例程序”3）關(guān)閉定向功能。這是通過“配置”->“定向”（是