实验3 指令调度和延迟分支由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“指令调度和延迟分支”。
实验3 指令调度和延迟分支
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）熟练掌握用指令调度技术解决指令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
指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim。
3.3 实验内容和步骤（1）启动MIPSsim。
（2）进一步理解流水段的构成和各个流水寄存器的功能。（3）选择“配置”下的“流水方式”，让模拟器工作于流水方式下。（4）采用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。步骤如下：
1)载入程序schedule.s。2)关闭定向功能。
3)执行载入的程序。观察时钟周期图，找出程序执行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。时钟周期图如下：
由以上知：RAW数据冲突发生了16次，其中load停顿6次，自陷停顿1次。发生冲突的指令组合： ADDIU $r1,$r0,A LW $r2,0($r1)与上条写后读冲突； ADD $r4,$r0,$r2 SW $r4,0($r1)与上条指令写后读冲突； LW $r6,4($r1)ADD $r8,$r6,$r1与上条指令写后读冲突； MUL $r12,$r10,$r1 ADD $r16,$r12,$r1与上条指令写后读冲突； ADD $r18,$r16,$r1 与上条指令组件冲突 SW $r18,16($r1)与上条指令写后读冲突；； LW $r20,8($r1)MUL $r22,$r20,$r14与上条指令写后读冲突； 程序执行的总时钟周期数为33。
4)采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。将调度后的指令存到after-schedule.s中。
答：after-schedule.s指令代码如下：
.text main: ADDIU $r1,$r0,A MUL
$r22,$r20,$r14 LW
$r2,0($r1)MUL
$r24,$r26,$r14 ADD
$r4,$r0,$r2 LW
$r6,4($r1)SW
$r4,0($r1)ADD
$r8,$r6,$r1 MUL
$r12,$r10,$r1 ADD
$r18,$r16,$r1 ADD
$r16,$r12,$r1 SW
$r18,16($r1)LW
$r20,8($r1)TEQ
$r0,$r0.data A:.word 4,6,8 5)载入after-schedule.s。
6)执行程序，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。
则程序执行的总时钟周期数为21。
7)根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对提高CPU性能的作用。
时钟周期图：
调度前的执行周期为33，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，指令调度影响CPU性能，通过使用指令调度提高了CPU的使用率，大大减少了指令冲突的次数，提高了CPU性能。（5）采用延迟分支减少分支指令对性能的影响。步骤如下：
1)启动MIPSsim。2)载入branch.s。
3)关闭延迟分支功能。通过“配置”下取消“延迟槽”选项。4)执行该程序，观察并记录发生分支延迟的时刻。
答：分支延迟的时刻为第13个周期。5)记录该程序执行的总时钟周期数。
6)
7)8)9)
程序执行的总时钟周期数为38。
假设延迟槽为一个，对程序进行指令调度，然后保存到delay-branch.s中。delay-branch.s的指令代码：.text main: ADDI $r2,$r0,1024 ADD
$r3,$r0,$r0 ADDI $r4,$r0,8 loop:
LW
$r1,0($r2)ADDI $r1,$r1,1 ADDI $r3,$r3,4 SUB
$r5,$r4,$r3 SW
$r1,0($r2)BGTZ $r5,loop ADD
$r7,$r0,$r6 TEQ
$r0,$r0 载入delay-branch.s。打开延迟分支功能。
执行该程序，观察时钟周期图。时钟周期图：
10)记录执行该程序的总的时钟周期数。
程序的总的时钟周期数为31。
11)对比上述两种情况下的时钟周期图。12)根据记录，比较没有采用延迟分支和采用了延迟分支的性能之间的不同。论述延迟分支对CPU性能的作用。
答：比较两种情况的时钟周期总数，可知：在使用延迟槽后，指令在运行到跳转指令时，不会出现延迟等待，则能够提高CPU的性能。3.4 实验结论和实验心得
实验结论：
从前调度，在任何情况下，被调度的指令必须与分支无关。从目标处调度，当分支成功时，必须保证在分支失败时执行被调度的指令不会导致错误，有可能需要复制指令。延迟可以提高CPU的性能。实验心得体会：
通过本次实验，我对指令调度和延迟分支有了进一步的了解和掌握，并掌握了用指令调度技术解决指令流水线中的数据冲突问题的方法。理解了指令调度技术和延迟分支技术对CPU性能的改进。这对我以后的计算机系统结构的学习打下了坚实的基础，让我不断提高，增长了我的知识。
