stalls是什么意思lls在线翻译读音例句

计算机系统结构实验报告

一.流水线中的相关

实验目的：

1.熟练掌握WinDLX莫拟器的操作和使用，熟悉DLX旨令集结构及其特点；

2.加深对计算机流水线基本概念的理解；

3.进一步了解DLX基本流水线各段的功能以及基本操作；

4.加深对数据相关、结构相关的理解，了解这两类相关对CPI性能的影响；

5.了解解决数据相关的方法，掌握如何使用定向技术来减少数据相关带来的暂停。实验平台：

WinDLX模拟器

实验内容和步骤：

1.用WinDLX模拟器执行下列三个程序：

求阶乘程序fact.s

求最大公倍数程序gcm.s

求素数程序prim.s

分别以步进、连续、设置断点的方式运行程序，观察程序在流水线中的执行情况，观察

CPI中寄存器和存储器的内容。熟练掌握WinDLX勺操作和使用。

2.用WinDLX!行程序structure_d.s，通过模拟找出存在资源相关的指令对以及导致资源相

关的部件；记录由资源相关引起的暂停时钟周期数，计算暂停时钟周期数占总执行周期数的

百分比；论述资源相关对CPI性能的影响，讨论解决资源相关的方法。

3.在不采用定向技术的情况下(去掉Configuration菜单中EnableForwarding选项前的勾选符)，用WinDLX!

行程序data_d.s。记录数据相关引起的暂停时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算暂停时钟凿壁偷光的含义 周期数

占总执行周期数的百分比。

在采用定向技术的情况下(勾选EnableForwarding)，用WinDLX再次运行程序data_d.&重

复上述3中的工作，并计算采用定向技术后性能提高的倍数。

1.求阶乘程序

用WinDLX模拟器执行求阶乘程序fact.s。这个程序说明浮点指令的使用。该程序从标准

输入读入一个整数，求其阶乘，然后将结果输出。

该程序中调用了input.s中的输入子程序，这个子程序用于读入正整数。实验结果：

在载入fact.s和input.s之后，不设置任何断点运行。

a不采用重新定向技术，我们得到的结果

Total:

Cycle($]executed.

IDexecutedbp145lnshuctiori($)-

2Instruction(s)currentlyinPipeline.

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Stalls:

RAW泅Is:53(22.46^ofallCycles)WAWstalls:0(0.00^ofallC^cle^)

Stiucturalstalk0(OLDO^ofallCycles]

Controlstalls:25(1(159%ofdlC^desj

Trapstals12[5L08^ofallCycles)Total：90Stall(s)(3014^ofallCycles)

b.采用定向技术，我们得到的结果：

Total:

215Cycle(s)executed

IDewecutedby145lnebuclion(*).

2Instruction(s)current^inPipeline.

Stalls:

RAWstalk1?(/.91cfallCycles),thereof:

LDstalls:3(17.65XofRAWstalls]Branch/Jump3(17.65^ofRAWstdh]Floatingpointstalls：11

(64.70當ofRAW

WAWstalls:0(0.00^ofallCycles)

Slructuralwtallw:0[^ofallCycles)

Controlstalls：25(11.63^otallCycled

Trapstalls:12(5.58^ofalCycles]

Total:54SUll(s)[25.12^ofallQdet)

从上面的数据我们可以看出定向的作用：

在定向技术存在的情况下Statistics窗口中的各种统计数字：总的周期数(215)和暂停数

(17R爱情语录经典短句唯美 AW,25Control,12Trap;54Total)

在定向技术不存在时候，控制暂停和Trap暂停仍然是同样的值，而RAW暂停从17

变成了53,总的模拟周期数增加到23春风拂槛露华浓1v1 6。所以定向技术带来的加速比：

236/215=1.098

DLXforwarded比DLXnotforwarded快9.8%。

2.数据相关

先给出一个存在数据相关的程序：

LHIR2,(A>>16)&0xFFFF

ADDUIR2,R2,A&0xFFFF

LHIR3,(B>>16)&0xFFFF

ADDUIR3,R3,B&0xFFFF

loop:

LWR1,0(R2)

ADDR1,R1,R3

SW0(R2),R1

LWR5,0(R1)

ADDIR5,R5,#10

A江南水乡风景图片 DDIR2,R2,#4

SUBR4,R3,R2

BNEZR4,loop

TRAP#0

A:.word0,4,8,12,16,20,24,28,32,36

B:.word9,8,7,6,5,4,3,2,1,0

没有采用定向技术时运行该程序：得到

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rotal:

202Cicle($)executed.

IDexecLJledbyEI5Instruction(s).

2lnstruction(s]currentlyinPipeline.

StalIs:

RAW紡瞳104(514眈afallC^des]

WAWatolls:0(0..00^ofallCycles]

Structural躺11$：0(^ofallCycles)

Contirolstalls:9(44E蛊ofalCycles)

Trapstak:3(1.48%ofallCycles]

To怕I：116Stall(s)(57.42^ofoilCycles〕

程序执行了202个周期，10个数据相关引起的时钟周期RAWstall为104个。

暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比=51.48%

采用定向技术时运行该程序：得到

Total:

12SCycle[$)executed

IDexecutedby85Iri2hruction(s).

2InskuctionbicuirentlyinPipeline.

Stalls:

RAWst^k30(23.443：dalCycles),thereof

LD站憑:20(66.67^ofRAW期lg)BranchZJumpstalls:1D(33.33^ofRAW奴all$]

Floatingpointstall：0(0.00^ofRAWsials)

WAWslab:0(000^程颢和程颐 dallCycles)

Structuralstalls0(000^ofalCycles)

Cortralstalls:9(/.03^ofcillCycles)

Tiapstalls-3(2.34^ofallC醉里挑灯看剑妾舞阑珊 ^les]

Total:42Stal|s)(J2.81^ofalCycles)

程序执行了128个周期，共有6个数据相关引起的时钟周期RAWstall为30个。

暂停时钟周期数占总执行周期数的百分比=23.44%

可见通过定向技术，减少了数据相关，缩短了程序的执行周期，整个性能为原来的

3.结构相关下面这段程序存在结构相关

ADDIR5,R5,1

SUBIR4,R4,1

ANDR3,R3,R3

XORR7,R7,R7

ADDIR8,R8,1

ADDIR9,R9,1

MULTR1,R5,R4

MULTR2,R3,R7

执行之后得到的clockcycleprograme

IrBlrucliare/1阴:-旧卜」日丨\"II一\"tI」巳厂“I」t舟卜电I\"I*t*r彳r彳I彳I」I」addi石托血1|IF|ID~BErrMEMT~^B~|

I

subirlAjOH：|_IF|ID—EX*MEM|WP

andr3j3j3:|IF|ID|inlV|MEM|

■

norr7j7j?:|1卜|ID—L」”s|zi

li\'

addir油血1:|IF|ID|iiw|MEM|VJE|

addi占油血1:[IF|ID|in段|MEM|卫鸟

!

rrdtrlj5j4►|_『L血」imulE凶1J|MEM]W厂

rrdtr2j3j?:[IF[ID[_|imu丸1][MEM[V/E

1.57倍。

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Statistics:

total:

20Cycle中国诗歌网登录平台 ($)eKecuted.

IDexecuted14Instructior(s).

5ln^truction($)currentlvinPipeline.

Stalls:

RAWstalls:0(0.00^ofallCycles],thereof:

LDshlls:0(0.00^dRAWstalls)

BranchAlumpstalls：0(000^ofRAW咖ll$]

Floatingpointstalls:0(0L0DSofRAWstalls)

WAWstalls0[0.00S；dallCycles)

Structural旳胚：4(20.00^ofallCycles)

Controlstalk:Q(000^ofalCycles)

Tr^pstalls:0(0.00^ofallCycles)

I\'otal:4StaKsJ[20.00^ofallCycles)

可见1个结构相关引起了4个stall，占总共20个CYCLE的20%

为了避免结构相关，可以考虑采用资源重复的方法，比如，在流水线机器中设置相互独

立的指令存储器和数据存储器，也可以将CACHE分割成指令CACHE和数据CACHE。

二.循环展开及指令调度

实验目的：

1.加深对循环级并行性、指令调度技术、循环展开技术以及寄存器换名技术的理解；

2.熟悉用指令调度技术来解决流水线中的数据相关的方法；

3.了解循环展开、指令调度等技术对CPI性能的改进。

实验平台：

WinDLX模拟器

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实验内容和步骤：

1•用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关

(1)用DLX汇编语言编写代码文件*.s，程序中应包括数据相关与结构相关(假设：加法、乘法、除法部件各有2个，延迟时

间都是3个时钟周期)

(2)通过Configuration菜单中的Floatingpointstages\'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)用如\"DLX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；

(4)采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关；

(5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；

（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。

2.用循环展开、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；

（2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；

（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；

（4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；

（5）根据记录结果，比较循环展开、指令调度前后的性能。

3）存在相关的程序

1.指令调度：

首先，通过Configuration菜单中的白oatingpointstages\"选项，把除法单元数设置为3,把

加法、乘法、除法的延迟设置为3个时钟周期。

给出调度前的程序sch_bef:

.data

.globalONE

ONE:.word1

.text

.globalmain

main:

lff1,ONE;turndivfintoamove

cvti2ff7,f1;bystoringinf71in

nop;floating-pointformat

divff1,f8,f7;moveY=(f8)intof1

divff2,f9,f7;moveZ=(f9)intof2

addff3,f1,f2

divff10,f3,f7;movef3intoX=(f10)

divff4,f11,f7;moveB=(f11)intof4

divff5,f12,f7;moveC=苏轼江城子前瞻马耳九仙山 (f12)intof5

multff6,f4,f5

divff13,f6,f7;movef6intoA=(f13)

Finish:

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trap0

运行之后可以得到结果：

Total:

27C}icle(s)executed.

IDexecutedby12lnshuction($].

_lnstfuction|[x]currentlyinPipeline.

Stalls:

RAWstalls:9(33.33鬼ofallCycles^thereof:

LD治陆1(111UofRAWstalls)

BranchAlumpstalls:0[0.00龛ofRAWstals)

Floatirgpointstalls:8[1QQlOOSfofRAWstals)

WAWstalls：0(0.003：ofallCvcIe^J

Structural如Ils：0(0.00^ofallCycled

Conlrdstalls:0(0.00XofdlCydes)

Trapdale1(25L92%ofdl匚yck制

Total:l6Stall(s)(59.26^ofallCycles]

调度之后的程序sch_aft:

.data

.globalONE

ONE:.word1

.text

.globalmain

main:

lff1,ONE;turndivfintoamove

cvti2ff7,f1;bystoringinf71in

nop;floating-pointformat

divff1,f8,f7;moveY=(f8)intof1

divff2,f9,f7;moveZ=(f9)intof2

divff4,f11,f7;moveB=(f11)intof4

divff5,f12,f7;moveC=(f12)intof5

addff3,f1,f2

multff6,f4,f5

divff10,f3,f7;movef3intoX=(f10)

divff13,f6,f7;movef6intoA=(f13)

Finish:

trap0

运行之后得到：

\'lota丄

21CVCIB(S)executed.

IDexecutedby12Instruction($).

2Instruction(s)currentlyinPipeline.

StalIs:

RAW献alb:3(14.2QKofalCycles),lhereaf:LDstalk1(3333^ofRAWstalk]Branch/Jumpstak:0(0.00%ofRAWsials]

Floatingpointsldk2旧6.67WofRAWstalls)

WAWstalls:0(000^nFallCycles]

Stiucturalstalls:0(0.30SofallCycles]

Controlstalls:Cl(0.00^ofallCycles]

Trapstab:E(29157Xo山有木兮歌词 fdlCycled

Total:9Stdb)(%ofallCycles)

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可以看出经过调度之后

运行周期从27减少到21，而且减少了相关。

2.循环展开：

循环展开前的程序：

LHIR2,(A>>16)&OxFFFF

ADDUIR2,R2,A&0xFFFF

LHIR3,(B>>16)&0xFFFF

ADDUIR3,R3,B&0xFFFF

ADDUR4,R0,R3

NOP

loop:

SUBIR4,R4,#8

SUBR5,R4,R2

BNEZR5,loop

TRAP#0

A:.double1,2,3,4

B:.double1,2,3,4

运行结果：

Statistics一|□|

Total:

30Cycled]^^ecuted.

IDexecutedbvI9ln$truction($).

2Instruction(s)currentlynnPipeline.

Hardwareconfiguration:

Memorysize:32768BytesfaddEX-Stages:1“requiredCycles:2fmulEX-Shges:LrequiredC>cle$:5fdivEX-Stagec:1,

requiredCycles：19Forwardingenabled.

Stalls:

RAWsC4(1333需ofallCycles),thereof:LDstalls:0(0.00^ofRAWstalls)Branch/Jumpstalls：4(100.00%ofRAWttek)

Floatingpointstals:0(0.00^ofRAWstall)

WAWstalls0[DO號of新唐书 allCycles)Strudurdstalls:L(000KofallCycled]Controltta*3(10.00^ofalCycles)Trapstalls;3

(1OOOXofallCycles)Total:10Stall(s)(33.33^ofallCycles)

循环展开后的程序:

R2,(A>>16)&OxFFFF

ADDUIR2,R2,A&OxFFFF

LHIR3,(B>>16)&0xFFFF

ADDUIR3,R3,B&0xFFFF

ADDUR4,R0,R3

SUBIR4,R4,#8

SUBIR4,R4,#8

LHI

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SUBIR4,R4,#8

SUBIR4,R4,#8

TRAP#0

A:.double1,2,3,4

B:.double1,2,3,4

运行结果:

HStatistics_|匸

Total:

14Cycle($)executed.

IDexecuteclby10lnstructior(s)?In^buctiont^]currentlyinPipeline.

Hardwareconiguration:hdemofysize:32768B^teshddEX-Stoges：1,requiredCycles：2fmulEX-Stages:requiredCycles:5

fdivEX-Stages:1,requiredCycles:13Fofwadingerabled.

Stells::

RAW鈕Ik:0(0.0u?iofallCycles),thereof:LDstalls:0(0.00S；ofRAWstalls)Branch/Jumpstalk：0(000^ofRAWs^lls)

Floatingpointstalls:0(^ofRAWstalls)WAW血k：0(0.00S；ofallCycles]

Structuralstalk0(000^ofdlCycles]Controlstalls：0(0,00站ofallCycles)Ttapstalk3[21.43^ofallCycles)Total:3Stalls)

(21.43黑ofallCycles)

可以看出经过循环展开之后运行周期从30减少到14，而且减少了相关。

三.实验总结：

通过本实验，基本掌握了WinDLX模拟器的操作和使用，熟悉DLX指令集结构及其特点,对减少各种相关、提高流水线速

度的方法和技术有了更深的认识，对于体系结构这门课程的学习和后面的实验还是很有帮助的。