计算机科学与技术学院
《计算机体系结构》课程实验
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专 业 ：
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年 月 日
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实 验 报 告
时间：
学生姓名： 学 号：
地点：
实验课程名称：计算机体系结构
一、实验名称：流水线中的相关－ n 个数的方差
二、实验原理：
1、WinDLX
WinDLX 模拟器是一个 图形化、交互式的 DLX 流水线模拟器，能够演示
DLX 流水线是如何工作的。该模拟器可以装载 DLX 汇编语言程序(后缀 “.s”的
文件)，然后单步、设断点或是连续执行该程序。CPU 的寄存器、流水线、I/O 和存
储器都可以用图形表示出来，以形象生动的方式描述 DLX 流水线的工作过程。模
拟器还提供了对流水线操作的统计功能，便于对流水线进行性能分析。
2、流水线执行过程：
指令执行的5个阶段
(1)取指令周期
(2)指令译码/读寄存器周期
(3)执行/有效地址计算周期
(4)存储器访问/分支完成周期
(5)写回周期
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3、流水线中的相关：
(1)结构相关：当某一条机器指令需要访问物理器件时，如加法器，此时加法
器正被另一条机器指令使用，从而产生结构相关；
(2)数据相关：当某一条指令需要访问某个寄存器时，此时这个寄存器正被另
一条指令所使用，从而产生数据相关；
(3)控制相关：当程序执行到某个分支语句时，顺序执行的下一条语句将被
跳过而去执行分支语句中满足条件的那条指令，从而产生控制相关。
三、实验目的：
1、通过该模拟实验，进一步掌握和巩固流水线的基本知识；
2、初步掌握在特定体系结构下的汇编代码的编写和优化；
3、培养运用所学知识解决实际问题的能力
4、对流水线性能分析
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5、了解影响流水线效率的因素
6、了解各类相关及解决方法
四、实验内容：
使用 WinDLX 模拟器，对 Variance.s 做如下分析：
(1) 分析 Variance.s 和 Input.s 输入顺序不同时产生的影响。
(2) 分析 Variance.s 中汇编语言含义，同时分析程序执行流程。
(3) 观察程序中出现的数据/控制/结构相关。指出程序中出现上述现
象的指令组合。
(4) 考察增加运算部件对性能的影响。
(5) 考察增加 forward 部件对性能的影响。
(6) 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。
注意：除(4)以外，加、乘、除部件都只有一个,本 问题中所有部件延迟设置 ：
加法：2 个延迟周期；乘法：5 个延迟周期；除法 19 个延迟周期。
五、实验器材(设备、元器件)：
IBM PC 兼容机
Windows 3.0 以上的操作系统
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六、实验步骤及操作：
1、双击 WinDLX 图标运行 WinDLX 。装入测试程序之前，先初始化 WinDLX
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。
