计算机系统结构 实验报告 (截图 分析 总结)(2)

（2）通过Configuration菜单中的“Floating point stages” 选项，把加法﹑乘法﹑除法部件的个数设置为2个，把延迟都设置为3个时钟周期；

（3）用WinDLX运行程序。记录程序执行过程中各种相关发生的次数、发生相关的指令组合，以及程序执行的总时钟周期数；

? 总时钟周期数：24；

资源相关数目：1； 数据相关数目：6； Trap暂停数目：4

? 资源相关的指令组合：

lf f1,ONE cvti2f f7,f1

? 数据相关的指令组合：

subf f1,f8,f7 subf f2,f1,f7 subf f13,f2,f7

addf f6,f4,f5 ;store a new value in r1

subf f10,f6,f9 ;use r1 & store new r4

（4）采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关；

.data

.global ONE ONE: .word 1 .text

.global main

main:

lf f1,ONE

cvti2f f7,f1 ；结构相关 nop nop

subf f1,f8,f7 addf f6,f4,f5 ;--1.1 addi r12,r12,#1 ;--2.1 subf f2,f1,f7 subf f13,f2,f7 subf f10,f6,f9 ;--1.2 6

subi r11,r11,#8 ;--2.2 addf f6,f4,f5 ;--1.1

subf f10,f6,f9 ;--1.2 addi r12,r12,#1 ;--2.1 subi r11,r11,#8 ;--2.2 Finish: trap 0

（5）用WinDLX运行调度后的程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数；

图2-1 程序在流水线中的执行情况

（6）根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高CPU性能的意义。

如下图所示，经过调度后，由于上一条指令还没有完成计算结果而导致的数据相关有明显改善；性能提升了24/19=1.263倍

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图2-2 调度前记录结果

图2-3 调度后记录结果

2. 循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能

（1）用DLX汇编语言编写代码文件*.s，程序中包含一个循环次数为4的整数倍的简单循环；

.text

.global main main:

addi r1,r0,#4 addi r2,r0,#0 Loop:

sle r3,r1,r0 bnez r3,Endit1 addi r2,r2,#1

subi r1,r1,#1 j Loop Endit1: trap 0

（2）用WinDLX运行该程序。记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；

总时钟周期数：38； Jump Stalls数目：5；

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控制相关：5； Trap暂停：2

（3）将循环展开3次，将4个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度；

.text

.global main main:

addi r1,r0,#4 addi r2,r0,#0 Loop:

sle r3,r1,r0 bnez r3,Endit1 addi r2,r2,#1

subi r1,r1,#1 addi r2,r2,#1 subi r1,r1,#1 addi r2,r2,#1 subi r1,r1,#1

addi r2,r2,#1 subi r1,r1,#1 j Loop Endit1: trap 0

（4）用WinDLX运行修改后的程序，记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数；比较循环展开、指令调度前后的性能。

总时钟周期数：15； Trap暂停：3

在采用循环展开、指令调度技术前，总时钟周期数

为38，而今为15，提升了2.53倍； 且经过循环展开，消除了全部的Raw Stalls。

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四、实验总结

根据实验结果，在采用循环展开、指令调度技术前，总时钟周期数为38，采用循环展开、指令调度技术后，总时钟周期数为15，提升了2.53倍；且经过循环展开，消除了全部的Raw Stalls。

可见循环展开和指令调度技术对于提升CPU性能有重要的作用。

实验三 cache性能分析

一、 实验目的

1． 加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解；

2． 了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响；

3． 掌握降低Cache失效率的各种方法，以及这些方法对Cache性能提高的好处；4． 理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效；

5． 理解LRU与随机法的基本思想，及它们对Cache性能的影响；

二、实验内容及步骤：

(测试程序：

? Benchmark/ bin.little：anagram ? Benchmark/ bin.little：test_math

? Benchmark/ gcc2000.v3：art00.O2unroll.gcc.100M.ss ? Benchmark/ supplied：mcf00.O2unroll.gcc.100M.ss)

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