2022年北邮大三计算机体系结构实验三DLX处理器程序设计.docx

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1、1. 试验目的试验三DLX处理器程序设计学习文档 仅供参考学习简洁编译优化方法，观看采纳编译优化方法所带来的性能的提高；2. 试验原理采纳静态调度方法重排指令序列，削减相关，优化程序；3、试验内容和要求自编一段汇编代码，完成一维向量加法运算，并输出结果；观看程序中显现的数据/ 掌握/ 结构相关；注：使用一维数组表示一维向量； 4. 1 向量加法代码清单及注释说明1、向量加法设计源代码.dataVectorLength:.word16Vector1:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Vector2:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,

2、10,11,12,13,14,15,16；声明向量长度以及声明向量 1、2 Printf1:.asciizVector =Printf2:.asciiz %f.align2PrintPrompt:.wordPrintf1 PrintPar:.wordPrintf2Result:.space4 ；存放打印数据的空间申请.text main:addir14,r0,PrintPrompt trap5lwr20,VectorLength addir2,r0,0Loop:ldf10,Vector1r2ldf12,Vector2r2；循环体中读入向量cvti2df0,f10 cvti2df2,f12add

3、df4,f2,f0；加法运算Finish:;* Finish,write result into stdout sdResult,f4addir14,r0,PrintPartrap5；系统中断，输出结果addir2,r2,4 subir20,r20,1 bnezr20,Loop;* End trap02、运行结果5. 1 程序相关性分析结果1 观看程序中显现的数据/ 掌握/ 结构相关；指出程序中显现上述现象的指令组合；产生 34.12%的数据相关； 当对当前指令的操作数寄存器进行操作的时候，前几条指令的运算结果仍未写回结果寄存器，由此产生数据相关；没有产生结构相关；产生 3.94%的掌握相关；

4、 系统根据猜测胜利来执行指令，执行一条指令后立刻将其下一条指令 trap 读进来；2考察增加浮点运算部件对性能的影响；1 个浮点运算部件3 个浮点运算部件同一段代码执行相同步， 但是经过比照发觉浮点运算部件的多少对于程序执行效率并没有什么影响， 浮点运算部件的多少对统计结果都不造成影响，可能是由于该程序不存在争用浮点运算部件资源的情形3考察增加 forward部件对性能的影响；不使用 forward 部件使用 forward 部件使用forward 部件之后执行相同的代码用的时钟周期比不使用forward 部件少了大约100个时钟周期，由于没有结构相关，所以使用forward 部件主要使得 R

5、AW相关明显削减了，占总的时钟周期比例也削减了，对掌握相关没有什么影响；总之，使用 forward部件后，总的时钟周期削减，数据相关削减，流水线的性能得到很大的改善；4观看转移指令在转移胜利和转移不胜利时候的流水线开销；在本次试验中转移胜利的几率比较大，进行16 次转移只有一次转移不胜利的， 由于系统根据猜测胜利来执行指令，当判定转移不胜利时，系统对trap 指令进行的操作被全部作废，转而去执行跳转到的指令；4. 2 双精度浮点加法求和代码清单及注释说明1、双精度浮点加法求和源代码.data;初始化两个用于相加的一维向量双精度浮点数，向量长度为 20a:.double1.9,2.1,3.7,4

6、.6,5.5,6.4,7.3,8.2,9.1,10.1,11.2,12.3,13.4,14.5,15.6,16.7,17.8,18.9,19.0,20.2b:.double1.1,2.2,3.3,4.4,5.5,6.6,7.7,8.8,9.8,10.9,11.8,12.7,13.6,14.5,15.4,16.3,17.2,18.1,19.9,20.8PrintfFormat:.asciizTheresultisnn%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ft%ftnn.align2PrintfPar:.wordPrintfF

7、ormat r:.space200;r 为储存相加结果的向量空间.text.global main main:addi r1,r0,0;r1 计数相加的次数addui r4,r0,8;r4 为常数 8loop:;循环运算向量相加结果subi r2,r1,20;r1=20 时，跳转到 finish beqz r2,finishmultu r3,r1,r4;r3为当前重量相对于向量基址的偏移每个重量占 8B ld f0,ar3 ; 取 a 中第 r1 个重量ld f2,br3 ; 取 b 中第 r1 个重量addd f4,f0,f2; 相加结果放在f4 中sd rr3,f4 ; 将相加结果放入结果

8、向量r 中addi r1,r1,1;下一重量j loopfinish: ; 输出向量相加的结果addi r14,r0,PrintfPartrap 52、运行结果：5. 2 程序相关性分析结果1观看程序中显现的数据 / 掌握/ 结构相关；指出程序中显现上述现象的指令组合；产生了 53.78%的数据相关； 当对当前指令的操作数寄存器进行操作的时候，前几条指令的运算结果仍未写回结果寄存器， 由此产生数据相关； 产生数据相关的指令主要有：1) addi r1,r0,0 subi r2,r1,202) subi r2,r1,20 beqz r2,finish3) multu r3,r1,r4 ld f0

9、,ar34) ld f2,br3addd f4,f0,f2无结构相关产生了 4.29%的掌握相关； 系统根据猜测胜利来执行指令，执行一条指令后立刻将其下一条指令 trap 读进来；和代码类似；（ 2） 考察增加浮点运算部件对性能的影响；1 个浮点运算部件3 个浮点运算部件同一段代码执行相同步， 但是经过比照发觉浮点运算部件的多少对于程序执行效率并没有什么影响， 浮点运算部件的多少对统计结果都不造成影响，可能是由于该程序函数中没有连续的浮点运算指令；（ 3） 考察增加 forward部件对性能的影响；没有 forward 部件有 forward 部件使用forward 部件之后执行相同的代码用的

10、时钟周期比不使用forward 部件少了大约122个时钟周期，使用 forward 部件使得 RAW相关明显削减了，流水线的性能得到很大的改善；4观看转移指令在转移胜利和转移不胜利时候的流水线开销；该转移指令不胜利的情形较多， 21 次猜测中只有 1 次转移胜利，所以猜测次序取对流水线的性能是有利的；6、试验总结本次试验主要是向量求和运算， 在本次试验我设计了两个部分， 第一是整数向量的加法，整数向量加法的试验进行胜利后才在之前试验的基础上略作修改， 进行了的双精度浮点加法求和的试验；本次试验没有输入， 是直接对固定在代码中的数据进行运算，运算完毕后直接输出结果；编程中遇到的一些问题： 在由整形改为双精度浮点运算的时候对双精度运算指令不知道怎么来标识，后来查到全部涉及到double 型数据的运算指令，指令代码都要加上 d 来说明，否就编译是不通过的；通过本次自己编写汇编程序对浮点数的操作有了更深化的明白，也学会了WINDLX中浮点寄存器和浮点状态寄存器的设置和使用；熟识了双精度浮点运算 的流水线操作过程，以及数据相关，结构相关，掌握相关，forward 部件对于双精度浮点运算流水线的影响；