windlx系统结构实验报告.doc
!- 课程设计报告书课程名称： 计算机系统结构 题 目： WinDLX模拟器实验 学生姓名： xxx 专 业： 计算机科学与技术（数字媒体） 班 别： x 学 号： x 指导老师： x 日 期： 2011 年 5 月 2 日一、实验目的：熟悉WinDLX的的基本概念和使用，了解各种不同指令在流水线的实际流动情况，对流水线做性能分析，加深对流水线及RISC处理器的理解二、实验环境：WinDLX模拟器可以装入DLX汇编语言程序，然后单步、设置断点或者连续执行该程序。CPU的寄存器、流水线、I/O和存储器都可以使用图形的方式表示出来。模拟器还提供了对流水线操作的统计功能。该模拟器对理解流水线和RISC处理器的特点很有帮助。WinDLX要求的硬件平台是IBM PC兼容机，WinDLX是一个Windows应用程序，运行于Windows 3.0以上的操作系统。三、实验步骤、结果分析：使用WinDLX模拟器，对Fact.s做如下分析：开始模拟之前的准备工作： (1) 通过双击 WinDLX 图标启动WinDLX，将出现一个带有六个图标的主窗口： (2)进行初始化模拟器, 点击File 菜单中的 Reset all 菜单项，弹出一个“Reset DLX”对话框。然后点击窗口中的“确认”按钮即可。(3)在开始模拟之前，至少应装入一个程序到主存。为此，选择File / Load Code or Data，窗口中会列出目录中所有汇编程序。fact.s 计算一个整型值的阶乘； input.s中包含一个子程序，它读标准输入（键盘）并将值存入DLX处理器的通用寄存器R1中。按如下步骤操作，把fact.s和input.s加载入主存。点击 fact.s点击 select 按钮点击 input.s点击 select按钮点击 load按钮得到如下图：弹出一下询问对话框，点击“是”。1. 观察增加浮点运算部件对性能的影响。(1)点击Configuration打开菜单，然后点击Floating Point Stages菜单项，选择如下标准配置： (2)再点击ExecuteRun，输入15点，回车，在弹出的对话框出现消息"Trap #0 occurred" 表明最后一条指令 trap 0 已经执行， Trap指令中编号“0”没有定义，只是用来终止程序。点击确定。按F5进行查看：关闭上面的对话框，在Statistisc中得到结果如下所示： (4) 修改浮点数一次，参数如下图：修改浮点数后，单击OK，再点击ExecuteRun，输入15点，回车，在弹出的对话框中点击确定。然后在Statistisc中得到结果如下所示：(5) 修改浮点数二次，参数如下图：执行程序，输入点数15，然后在Statistisc中得到结果如下所示：结论：从上面几次条件的改变下我们可以看出：增加浮点部件后执行该程序时结果并没有发生变化。由此可见，浮点运算部件的增减对效率无影响，这是因为此程序中浮点计算指令没有重叠，所以并行度并没有增加，性能没有得到提高。2. 观察增加forward部件对性能的影响。(1)增加forward部件情况：在configuration 中使Enable Forwarding 选项前为打钩状态。然后点击Execute > run 运行,在弹出的对话框中输入15，然后回车。在Statistisc中得到的结果图如下图所示：(2) 不增加forward部件情况：点击 Configuration中的Enable Forwarding使定向无效（去掉小钩），打开断点Breakpoints 图标并点击Breakpoints 菜单，删除所有断点，然后按F5，键入15后，按Enter ，模拟程序一直运行到结束。在Statistisc中得到以下的结果，如下图所示：结论： 我们先看一下Statistics 窗口中的各种统计数字：增加Forwarding时，总的周期数(180) 和暂停数 (17 RAW, 20Control, 12 Trap; 49 Total) 。当不增加Forwarding时，重新查看静态窗口，你会看到控制暂停和 Trap 暂停仍然是同样的值，而RAW暂停从17变成了48，总的模拟周期数增加到201。利用这些值，我们能够计算定向技术带来的加速比：201 / 180 = 1.117DLXforwarded比 DLXnot forwarded 快11.7%。可以看得出，增加forward部件对性能有所影响。增加了FORWARD部件后，总时钟周期减少，RAW相关减少，由于该部件的使用，将运算结果值提前传送到有关缓冲寄存器，使后续指令得以不停顿地进入流水线，并及时得到需要的操作数，所以性能有所提高。3. 观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销。增加forward部件是条件后转移结果如下：数据分析：指令数目百分比转移指令总数1815.00%转移成功指令数211.11%转移不成功指令数16100.00% 由上表的统计结果可以看出，在运行点数为15的情况下，转移不成功的可以达100%，所以将条件转移指令设为选择猜测为转移不成功，若转移不成功，对流水线的执行无影响，流水线的吞吐率和效率没有降低；若转移成功，则要废弃先读入的指令，重新从转移成功出读入指令，没执行一条条件转移指令，一条k段流水线就有k-2个流水段被浪费掉，执行效率降低，性能有一定的损失。四、实验总结：1、通过本实验我掌握了WinDLX模拟器的基本操作和使用，了解DLX指令集结构及其特点，更加深入的了解计算机系统流水线的工作过程。2、加深对数据相关的理解，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。3、在这次的实验中，开始时候发觉自己对WinDLX模拟器的很多知识都不理解，对系统结构的理解太少，在做实验过程中才渐渐有了个大概的了解和深入，比如在弄增加forward部件对性能的影响这个实验时，数据的如何查看，如何计算上让自己反复弄好好几次，不过在反复试验之后最后终于弄明白了，还有观察转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销上，也不明白程序是如何模拟转移的，但最后在同学的帮助下，才得以解决，在这让我明白自己对计算机系统结构的认识有待更好的加强。五.参考资料：WinDLX模拟器使用手册模拟器源代码DLX指令手册
