北邮高级计算机系统结构实验二三四五

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北邮世纪学院数据结构实验文档

北邮世纪学院数据结构实验文档实验一：<编程文档><注意：生成日期和修改日期不需要填写，系统自动填写><生成新文档的时候，需要修改页眉中标注的部分，不需要修改页脚><修改文档之后，请刷新一下目录，由于我们的文档一般比较长，还是有目录比较好。

> <文件名起名原则：_文档名称>修订历史记录本文档简要说明。

目录修订历史记录 (1)1问题描述 (3)2主函数流程MAIN() (3)2.1功能 (3)2.2性能 (3)2.3输人项 (3)2.4输出项 (3)2.5算法 (3)2.6流程逻辑 (3)2.7注释设计 (4)2.8限制条件 (4)3函数1设计说明 (4)4源程序 (4)5测试报告 (5)5.1案例一：测试MAIN() (5)5.2案例二：测试子函数 (5)5.3尚未解决的问题 (5)6心得体会 (5)7分工及签名 (5)1问题描述给出对该程序的简要描述(作业题)，主要说明安排设计本程序的目的意义。

2主函数流程main()2.1功能说明该程序应具有的功能，可采用IPO图（即输入一处理一输出图）的形式。

2.2性能说明对该程序的全部性能要求，包括对精度、灵活性和时间特性的要求。

2.3输人项给出对每一个输入项的特性，包括名称、标识、数据的类型和格式、数据值的有效范围、输入的方式。

数量和频度、输入媒体、输入数据的来源和安全保密条件等等。

2.4输出项给出对每一个输出项的特性，包括名称、标识、数据的类型和格式，数据值的有效范围，输出的形式、数量和频度，输出媒体、对输出图形及符号的说明、安全保密条件等等。

2.5算法详细说明本程序所选用的算法，具体的计算公式和计算步骤。

2.6流程逻辑用图表（例如流程图、判定表等）辅以必要的说明来表示本程序的逻辑流程。

Word自带的绘图工具一般都不利于排版，建议使用Visio绘制所有的流程图和模块图，插入Word。

Visio可以有很多页，最好将自己的论文图片都放在一个vsd文件中。

北京邮电大学计算机学院 - 操作系统实验报告(含源代码)

小组成员：许伟林 08211306 (6 班) 刘惠庭 08211338 (7 班)
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10 年 12 月 19 日
内容目录
实验 1.3 Shell 编程...........................................................4 1、实验目的...............................................................4 2、实验内容...............................................................4 3、实验原理...............................................................4 4、实验步骤...............................................................4 5、实验结果：.............................................................4 6、人员任务分配...........................................................5
实验项目：
1. 实验 1.3 Shell 编程 2. 实验 2.3 内核模块 3. 实验 2.4 系统调用 4. 实验 3.3 Shell 编程实验（进程管理实验） 5. 实验 4.1 观察实验（存储管理实验） 6. 实验 5.1 观察实验（进程通信） 7. 实验 6.3 Io 系统编程实验 8. 实验 6.4 设备驱动程序 9. 实验 7.1 代码分析(文件系统管理实验)
实验 3.3 Shell 编程实验（进程管理实验）......................................18 1、实验目的..............................................................18 2、实验内容..............................................................18 3、实验原理..............................................................18 4、实验步骤..............................................................18 5、实验结果及分析........................................................19 6、人员任务分配..........................................................19 2、实验内容 2............................................................20 3、实验原理..............................................................20 4、实验步骤..............................................................20 5、实验结果及分析........................................................23 6、人员分配..............................................................24

北邮计算机系统结构实验报告-实验一到五-WINDLX模拟器

北京邮电大学实验报告课程名称计算机系统结构计算机学院03班王陈(11)目录实验一WINDLX模拟器安装及使用......................................... 错误!未定义书签。

·实验准备................................................................................ 错误!未定义书签。

·实验环境................................................................................ 错误!未定义书签。

·实验步骤................................................................................ 错误!未定义书签。

·实验内容及要求.................................................................... 错误!未定义书签。

·实验过程............................................................................. 错误!未定义书签。

·实验总结............................................................................. 错误!未定义书签。

实验二指令流水线相关性分析 ............................................... 错误!未定义书签。

·实验目的............................................................................. 错误!未定义书签。

[参考实用]北邮大三计算机体系结构实验三DL某处理器程序设计

实验三DLG处理器程序设计1.实验目的学习简单编译优化方法，观察采用编译优化方法所带来的性能的提高。

2.实验原理采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序。

3、实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。

观察程序中出现的数据/控制/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:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16；声明向量长度以及声明向量1、2Printf1:.asciiz"Vector="Printf2:.asciiz"%f".align2PrintPrompt:.wordPrintf1PrintPar:.wordPrintf2Result:.space4；存放打印数据的空间申请.teGtmain:addir14,r0,PrintPrompttrap5lwr20,VectorLengthaddir2,r0,0Loop:ldf10,Vector1(r2)ldf12,Vector2(r2)；循环体中读入向量cvti2df0,f10cvti2df2,f12adddf4,f2,f0；加法运算Finish:;GGGGFinish,writeresultintostdoutsdResult,f4addir14,r0,PrintPartrap5；系统中断，输出结果addir2,r2,4subir20,r20,1bnezr20,Loop;GGGGEndtrap02、运行结果5．1程序相关性分析结果（1）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。

产生34.12%的数据相关。

北邮计算机科学与技术操作系统第二次实验

北京邮电大学操作系统第二次实验实验报告班级302班第一部分：内存管理的伙伴算法1.实验描述：实现一个内存管理的伙伴算法，实现内存块申请时的分配和释放后的回收。

用随机函数仿真进程进行内存申请，并且以较为随机的次序进行释放。

对其碎片进行统计，当申请分配内存失败时区分实际空间不足和由于碎片而不能满足。

2.实验原理解释：假设要求分配的块其大小为128个页面。

该算法先在块大小为128个页面的链表中查找，看是否有这样一个空闲块。

如果有，就直接分配；如果没有，该算法会查找下一个更大的块，具体地说，就是在块大小为256个页面的链表中查找一个空闲块。

如果存在这样的空闲块，内核就把这256个页面分为两等份，一份分配出去，另一份插入到块大小为128个页面的链表中。

如果在块大小为256个页面的链表中也没有找到空闲页块，就继续找更大的块，即512个页面的块。

如果存在这样的块，内核就从512个页面的块中分出128个页面满足请求，然后从384个页面中取出256个页面插入到块大小为256个页面的链表中。

然后把剩余的128个页面插入到块大小为128个页面的链表中。

如果512个页面的链表中还没有空闲块，该算法就放弃分配，并发出出错信号。

以上过程的逆过程就是块的释放过程，这也是该算法名字的来由。

满足以下条件的两个块称为伙伴：两个块的大小相同，两个块的物理地址连续。

伙伴算法把满足以上条件的两个块合并为一个块，该算法是迭代算法，如果合并后的块还可以跟相邻的块进行合并，那么该算法就继续合并。

3.试验运行截图：第一组数据测试截图：第二组数据测试截图：第三组数据测试截图：4.实验代码：#include<iostream>#include<stdio.h>#define GETMIN(a,b) ((a)<(b)?(a):(b)) #define GETMAX(a,b) ((a)>(b)?(a):(b)) using namespace std;struct Node{int size;int remain;int frag;int isSplit;Node *left;Node *right;Node *parent;};struct Process{int oriMem;int reqMem;Node *ptr;void init(int _oriMem){int i;if(_oriMem<=0){oriMem=0;reqMem=0;ptr=NULL;return;}oriMem=_oriMem;for(i=31;i>=0;i--){if(oriMem&(1<<i)){break;}}if(oriMem==1<<i){reqMem=oriMem;}else{reqMem=1<<(i+1);}ptr=NULL;}};class BuddyTree{private:Node *root;Node *newNode(Node *_parent,int _size,int _remain){Node *ptr=new(Node);ptr->size=_size;ptr->remain=_remain;ptr->frag=0;ptr->isSplit=0;ptr->left=NULL;ptr->right=NULL;ptr->parent=_parent;return ptr;}public:Node* getRoot(){return root;}void init(int MaxMem){root=newNode(NULL,MaxMem,MaxMem);}void requestMem(Node *ptr,Node *&res,int reqSize,int oriSize){ if(ptr->remain<reqSize){res=NULL;return;}if(ptr->size==reqSize){res=ptr;ptr->remain=0;ptr->frag+=reqSize-oriSize;return;}if(ptr->isSplit==0){int _size=ptr->size/2;ptr->isSplit=1;ptr->left=newNode(ptr,_size,_size);ptr->right=newNode(ptr,_size,_size);requestMem(ptr->left,res,reqSize,oriSize);}else{int minMem=GETMIN(ptr->left->remain,ptr->right->remain); if(minMem>=reqSize){if(ptr->left->remain<=ptr->right->remain){requestMem(ptr->left,res,reqSize,oriSize);}else{requestMem(ptr->right,res,reqSize,oriSize);}}else{if(ptr->left->remain>=reqSize){requestMem(ptr->left,res,reqSize,oriSize);}else{requestMem(ptr->right,res,reqSize,oriSize);}}}ptr->remain=GETMAX(ptr->left->remain,ptr->right->remain);ptr->frag=ptr->left->frag+ptr->right->frag;}void releaseMem(Node *ptr){int memsize=ptr->size;int frag=ptr->frag;ptr->frag=0;ptr->remain=memsize;ptr=ptr->parent;while(ptr){if(ptr->left->remain==ptr->left->size&&ptr->right->remain==ptr->right->size){ ptr->remain=ptr->size;}else{ptr->remain=GETMAX(ptr->left->remain,ptr->right->remain);}ptr->frag-=frag;ptr=ptr->parent;}}void printTree(Node *ptr){if(ptr==NULL)return;char tmp[100];sprintf(tmp,"[Node size %dB]",ptr->size);printf("%-26s",tmp);sprintf(tmp,"remaining : %dB",ptr->remain);printf("%-26s",tmp);sprintf(tmp,"fragment : %dB",ptr->frag);printf("%s\n",tmp);printTree(ptr->left);printTree(ptr->right);}};Process P[200];int test[3][20]={{24,80,4600,8,100,1,500},{70,480,3300,25,10600,8909,490,99,40},{1,20,300,4000,50000,600000,7000000,80000000,900000000}}; int n[3]={7,9,9};int memory[3]={1024,1024*1024,1024*1024*1024};int main(){BuddyTree BT;char tmp[100];for(int t=0;t<3;t++){printf("Test%d:\n",t+1);printf("Process status:\n");for(int j=0;j<n[t];j++){P[j].init(test[t][j]);sprintf(tmp,"Original request: %d",P[j].oriMem);printf("%-30s",tmp);sprintf(tmp,"Actual request: %d",P[j].reqMem);printf("%s\n",tmp);}printf("\nMemory amount : %dB\n",memory[t]);BT.init(memory[t]);printf("\n");printf("Constructing the tree:\n");for(int j=0;j<n[t];j++){sprintf(tmp,"The process needs %d bytes.",P[j].oriMem);printf("%-35s",tmp);BT.requestMem(BT.getRoot(),P[j].ptr,P[j].reqMem,P[j].oriMem);if(P[j].ptr){printf("Request success,obtain %d bytes.\n",P[j].reqMem);}else{printf("Request failed.\n");}}printf("\n");printf("After constructing,preorder the tree:\n");BT.printTree(BT.getRoot());printf("\n");printf("After constructing the tree,the sum of fragment is %d.\n",BT.getRoot()->frag);printf("\n");printf("After the release,the tree(preorder) is:\n");for(int j=0;j<n[t];j++){if(P[j].ptr){BT.releaseMem(P[j].ptr);}}BT.printTree(BT.getRoot());printf("\n");printf("\n");system("pause");printf("\n");}return 0;}第二部分：设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率1.实验描述：设计一个虚拟存储区和内存工作区，并使用下述算法计算访问命中率。

北邮计算机系统结构实验报告

高级计算机系统结构实验报告实验二指令流水线相关性分析实验三DLX处理器程序设计实验四代码优化实验五循环展开专业计算机科学与技术班级2015姓名学号2015实验二指令流水线相关性分析1. 实验目的：通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。

2. 实验设备环境：2.1 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；2.2 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；2.3 模拟器还提供了对流水线操作的统计功能；2.4 该模拟器对理解流水线和RISC处理器的特点很有帮助；2.5 所有浮点运算部件的延时都设定为4个周期；3. 实验原理：指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。

北邮大三下计算机系统结构代码优化实验报告

课程名称：计算机系统结构实验名称：代码优化实验班级：09211311姓名：schnee学号：日期：2012年4月20日目录1.实验目的 (3)2.实验原理 (3)3.优化程序代码清单及注释说明 (3)4.实验分析 (4)观察程序中出现的数据/结构/控制相关，指出程序中出现上述现象的指令组合。

(4)考察增加浮点运算部件对性能的影响。

(5)考察增加FORWARD部件对性能的影响。

(5)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。

(6)5.实验心得和总结 (6)1.实验目的学习简单编译优化方法，观察采用编译优化方法所带来的性能的提高。

2.实验原理采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序。

3.优化程序代码清单及注释说明1..data2.VectorLength: .word 163.Vector1: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,164.Vector2: .word 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,165.Printf1: .asciiz "Vector ="6.Printf2: .asciiz " %f"7..align 28.PrintPrompt: .word Printf19.PrintPar: . word Printf210.Result: .space 411..text12.main: ;**** Print prompt "Vector ="13.addi r14,r0,PrintPrompt14.trap 515. addi r2,r0,0 ;调换两行代码，;提前写入R2以减少下面语句的相关16.lw r20,VectorLength17.Loop:18.ld f10,Vector1(r2)19.ld f12,Vector2(r2)20.addi r2,r2,4 ;r2地址加4个字节，;相当于寻找下一个元素;将下面的句子1移动到此处21.cvti2d f0,f10 ;把int型改为double D0(f0:f1)22.cvti2d f2,f12 ;把int型改为double D1(f2:f3)23.subi r20,r20,1 ;r20值设为16，此处-1以循环16次;此处是将下面的句子2移动到此处24. addd f4,f2,f0 ;add D2=D0+D1;**** Finish,write result into stdout25.sd Result,f426.addi r14,r0,PrintPar27.trap 528.;addi r2,r2,4 ;句子129.;subi r20,r20,1 ;句子230. bnez r20,Loop;**** End31.trap 04.实验分析这个实验的优化思路在于：1、根据原先实验3中实验分析1）中关于相关性的分析来找出代码中的相关性，2、对其中具有相关性的指令，通过把无关紧要的代码提前或者拖后至相关性语句之间，以此来减少甚至消除数据相关性所造成的stall带来的效率低下。

北邮数据结构实验报告实验四排序

数据结构实验报告实验名称：实验四——排序学生姓名：1．实验要求实验目的：通过选择实验内容中的两个题目之一，学习、实现、对比、各种排序的算法，掌握各种排序算法的优劣，以及各种算法使用的情况。

题目2：使用简单数组实现下面各种排序算法，并进行比较。

排序算法如下：1、插入排序；2、希尔排序；3、冒泡排序；4、快速排序；5、简单选择排序；6、堆排序；7、归并排序；8、基数排序（选作）；9、其他。

具体要求如下：1、测试数据分成三类：正序、逆序、随机数据。

2、对于这三类数据，比较上述排序算法中关键字的比较次数和移动次数（其中关键字交换记为3次移动）。

3、对于这三类数据，比较上述排序算法中不同算法的执行时间，精确到微妙。

4、对2和3的结果进行分析，验证上述各种算法的时间复杂度。

5、编写main（）函数测试各种排序算法的正确性。

2. 程序分析2.1 存储结构2.2 关键算法分析一、关键算法：1、插入排序a、取排序的第二个数据与前一个比较b、若比前一个小，则赋值给哨兵c、从后向前比较，将其插入在比其小的元素后d、循环排序2、希尔排序a、将数组分成两份b、将第一份数组的元素与哨兵比较c、若其大与哨兵，其值赋给哨兵d、哨兵与第二份数组元素比较，将较大的值赋给第二份数组e、循环进行数组拆分3、对数据进行编码a、取数组元素与下一个元素比较b、若比下一个元素大，则与其交换c、后移，重复d、改变总元素值，并重复上述代码4、快速排序a、选取标准值b、比较高低指针指向元素，若指针保持前后顺序，且后指针元素大于标准值，后指针前移，重新比较c、否则后面元素赋给前面元素d、若后指针元素小于标准值，前指针后移，重新比较e、否则前面元素赋给后面元素5、简单选择排序a、从数组中选择出最小元素b、若不为当前元素，则交换c、后移将当前元素设为下一个元素6、堆排序a、生成小顶堆b、将堆的根节点移至数组的最后c、去掉已做过根节点的元素继续生成小顶堆d、数组倒置7、归并排序a、将数组每次以1/2拆分，直到为最小单位b、小相邻单位数组比较重排合成新的单位c、循环直至完成排序二、代码详细分析：1、插入排序关键代码：①取排序的第二个数据与前一个比较：if(r[i]<r[i-1])②若比前一个小，则赋值给哨兵：r[0]=r[i];③从后向前比较，将其插入在比其小的元素后：for(j=i-1;r[0]<r[j];j--){r[j+1]=r[j];a++;} r[j+1]=r[0];④循环排序2、希尔排序关键代码：①将数组分成两份：d=n/2②将第一份数组的元素与哨兵比较：for(int i=d+1;i<=n;i++)③若其大与哨兵，其值赋给哨兵：if(r[0]<r[i-d]){ r[0]=r[i];}④哨兵与第二份数组元素比较，将较大的值赋给第二份数组：for(j=i-d;j>0&&r[0]<r[j];j=j-d) {r[j+d]=r[j]; }⑤循环进行数组拆分：for(int;d>=1;d=d/2)3、冒泡排序关键代码：①取数组元素与下一个元素比较： for(int i=1;i<bound;i++)if(r[i]>r[i+1])②若比下一个元素大，则与其交换： r[0]=r[i]; r[i]=r[i+1]; r[i+1]=r[0];③后移，重复：for(int i=1;i<bound;i++)④改变总元素值，并重复上述代码：int bound=pos;4、快速排序关键代码：①选取标准值：r[0]=r[i]②比较高低指针指向元素，若指针保持前后顺序，且后指针元素大于标准值，后指针前移，重新比较：while(i<j&&r[j]>=flag) {j--;}③否则后面元素赋给前面元素：r[i]=r[j];④若后指针元素小于标准值，前指针后移，重新比较：while(i<j&&r[i]<=flag){i++;}⑤否则前面元素赋给后面元素：r[j]=r[i];5、简单选择排序关键代码：①从数组中选择出最小元素： for(int j=i+1;j<=n;j++)②{if(r[j]<r[index]) index=j; }③若不为当前元素，则交换：if(index!=i) {r[0]=r[i]; r[i]=r[index];r[index]=r[0];}④后移将当前元素设为下一个元素：for(int i=1;i<n;i++)6、堆排序关键代码：①生成小顶堆：while(j<=m) {if(j<m&&r[j]>r[j+1]) {j++;}②if(r[i]<r[j]) {break; }③else{ int x; x=r[i]; r[i]=r[j]; r[j]=x; i=j; j=2*i; }}④将堆的根节点移至数组的最后： x=r[1]; r[1]=r[n-i+1]; r[n-i+1]=x;⑤去掉已做过根节点的元素继续生成小顶堆：sift(r,1,n-i,x,y);⑥数组倒置输出: for(int i=n;i>0;i--)cout<<r[i]<<" ";7、归并排序关键代码：①将数组每次以1/2拆分，直到为最小单位：mid=(low+high)/2;②小相邻单位数组比较重排合成新的单位：while(i<=m&&j<=high)if(L.r[i]<=L.r[j]) t[k++]=L.r[i++];else t[k++]=L.r[j++];while(i<=m) t[k++]=L.r[i++];while(j<=high) t[k++]=L.r[j++];for(i=low,k=0;i<=high;i++,k++) L.r[i]=t[k];三、计算关键算法的时间、空间复杂度插入排序O（n2）希尔排序O（n2）冒泡排序O（n2）快速排序O（nlog2n）简单选择排序O（n2）堆排序O（nlog2n）归并排序O（nlog2n）3. 程序运行结果1、测试主函数流程：流程图如图所示流程图示意图程序运行结果图如下：2、测试条件：按题目要求分别输入同组数据的正序、逆序、随机序列进行测试。

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实验二指令流水线相关性分析·实验目的通过使用WINDLX模拟器，对程序中的三种相关现象进行观察，并对使用专用通路，增加运算部件等技术对性能的影响进行考察，加深对流水线和RISC处理器的特点的理解。

·实验原理：指令流水线中主要有结构相关、数据相关、控制相关。

相关影响流水线性能。

·实验步骤一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析：（1）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。

（2）考察增加浮点运算部件对性能的影响。

（3）考察增加forward部件对性能的影响。

（4）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。

·实验过程一．使用WinDLX模拟器，对做如下分析：}浮点加、乘、除部件都设置为1，浮点数运算部件的延时都设置为4，如图1：图1 初始设置将和加载至WinDLX中，如图2示。

图2 加载程序1.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。

1）数据相关点击F7，使程序单步执行，当出现R-Stall时停止，运行过程中出现下图3所示，输入整数6。

图3 输入整数6@打开Clock Diagram，可以清楚的看到指令执行的流水线如图4所示。

图4 指令流水线双击第一次出现R-Stall的指令行，如图5所示。

图5 指令详细信息对以上出现的情况分析如下：程序发生了数据相关，R-Stall（R-暂停）表示引起暂停的原因是RAW。

lbu r3,0×0(r2)要在WB周期写回r3中的数据；而下一条指令&seqi r5,r3,0×a要在intEX周期中读取r3中的数据。

上述过程发生了WR冲突，即写读相关。

为了避免此类冲突，seq r5,r4,0×a的intEX指令延迟了一个周期进行。

由此，相关指令为：2）控制相关由图6可以看出，在第4时钟周期：第一条指令处于MEM段，第二条命令处于intEX段，第三条指令出于aborted状态，第四条命令处于IF段。

图 6 指令流水线}以上情况原因分析：在窗口中，模拟处于第四时钟周期，第3条命令指示为：“aborted”。

原因是：第二条命令jal InputUnsigned是无条件分支指令，在第4个时钟周期，jal指令执行intEX周期之后才知道转移的位置，下一条指令应该执行sw SaveR2(r0),r2指令。

但之前jal InputUnsigned的下一条命令movi2fp 已经取出，所以需要将该指令流水清空，即movi2fp的执行应被取消，在流水线中留下气泡。

3）结构相关首先，我们先来看一下执行过控制相关的时空图和Pipeline，如下图7所示。

图7 控制相关图8 控制相关的Pipeline当我们点击Pipeline中IF所对应的框框可以看到详细的该指令执行情况，如下图9所示。

~图9 指令详情图9表明了addi r2,r2,0×1的详细信息。

该指令与它前一条指令add r1,r1,r3发生了结构相关。

并且由于此处的冲突，需要暂停2个周期。

在ID段暂停后，则开始进图intEX段。

所以这条指令（addi r2,r2,0×1）你不能进入ID流水段，译码部分占用，发生了结构相关。

该部分的指令为：1.考察增加浮点运算部件对性能的影响。

该实验取N=6首先通过Configuration，点击Floating Point Stage Configuration来设置浮点运算部件的配置。

实验要求所有浮点运算部件的延时都请设定为4个周期，所以我们将Delay这一栏改成4，而Count可以任意，为了对比，我们第一次浮点运算部件取全部为1，第二次浮点运算部件取全部为2。

如下图所示：运行50个cycles之后，可以看到他们数据的对比：$由此可见，浮点运算部件的增减对效率无影响。

比较各个数据，发现没有变化。

无论怎么增加浮点运算部件，统计结果都一样。

原因在于此程序中浮点计算指令没有重叠，所以并行度没有增加，性能没有提高。

3.考察增加forward部件对性能的影响。

为了对比有无forward部件的性能。

需要在Configuration中勾选enable forwarding，以及不勾选enable configuration来看性能数据的对比，不使用forward部件和使用forward部件：从上面的数据我们可以看出增加forward部件后RAW由原来占总时钟周期的26%减少至18%，RAW个数由原来的13减少至9。

增加forward部件使得控制相关比例增加了。

即，使用forward部件后，总的时钟周期减少，数据相关减少，流水线的性能得到一定的改善。

4.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。

我们假设，浮点部件设置Count=1，Delay=4；N=6。

执行50个cycles完毕后，查看条件转移分支，如下图所示：由上图可知，转移指令一共2条，成功转移1条（占50%），不成功为1条。

所以，静态指令调度算法只能解决数据相关，条件转移结果与原来相比没有变化。

即，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，则要废弃预先读入的指令，重新从转移成功处读入指令，执行效率会下降。

·实验总结通过本次试验，不仅更加熟悉了WinDLX模拟器的使用以及对其基础功能的认识，而且通过单步执行程序，观察三种相关的出现，以及思考出现的原因，是我更加深入了解了流水线。

?~……实验三 DLX处理器程序设计·实验目的：…学习使用DLX汇编语言编程，进一步分析相关现象·实验原理：掌握向量运算算法和编程方法。

·实验内容和要求：自编一段汇编代码，完成两双精度浮点一维向量的加法（或乘除法）运算，并输出结果。

向量长度>=16。

观察程序中出现的数据/控制/结构相关·实验步骤：一．熟悉DLX汇编语言。

（1）汇编器处理汇编文件时，数据位于内存中data指针所指向的空间，指令位于text指针所指向的空间。

（2）Trap 0是通知WINDLX模拟器程序结束，Trap 5是输出格式化到标准输出二．编写两双精度浮点一维向量的加法运算程序。

代码清单如下：….dataV1: .double , , , , , , , , , , , , , , ,V2: .double , , , , , , , , , , , , , , ,a: .asciiz "result = "c: .asciiz "%f ".align 2d: .word cdizhi: .space 8.text.global mainmain:【addi r1,r0,asw dizhi,r1 ;存储字，保存a的首地址addi r14,r0,dizhitrap 5 ;输出字符串"result = "addi r10,r0,0 ;r10 = 0addi r8,r0,20 ;r8 = 20,即向量的长度loop:ld f2,V1(r10)ld f4,V2(r10)addd f2,f2,f4 ;将V1，V2的相应项依次相加，保存在f2 sd dizhi,f2 ;存储双精度浮点数f2—addi r14,r0,dtrap 5 ;输出结果addi r10,r10,8 ;取V1,V2下一项subi r8,r8,1 ;循环次数减一bnez r8,loop ;假如r8!=0,则返回到looptrap 0 ;结束运行完毕之后出现：运行结果如下：1.观察程序中出现的数据/控制/结构相关—本次实验执行过程共出现RAW数据相关80次，控制相关15次，trap54次，共有stall 149次。

具体如下：1）数据相关2）T-stall3）控制相关2.考察增加浮点运算部件对性能的影响。

)比较浮点运算部件分别为1和2时，接下来查看Statistis进行比较，如下图由以上两图可得，本实验增加浮点运算部件对流水线性能没有影响。

3.增加FORWARD部件对性能的影响。

为了对比有无forward部件的性能。

需要在Configuration中勾选enable forwarding，以及不勾选enable configuration来看性能数据的对比，不使用forward部件和使用forward部件：从上面的数据我们可以看出增加forwardi部件后，时钟周期由368减少至301个，RAW由原来占总时钟周期的%减少至%； RAW个数由原来的147减少至80；增加forward部件使得控制相关比例增加了，但是数目并没有增加。

总而言之，使用forward部件后，总的时钟周期减少，数据相关减少，流水线的性能得到一定的改善。

4.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。

、由上图可得，转移指令一共16条，其中成功转移15条，占%，不成功转移1条，占5%。

静态指令调度算法是在出现数据相关时，为了消除或者减少流水线空转，编译器确定并分离出程序中存在在相关的指令，然后进行指令调度，并对代码优化。

但是静态指令调度只能解决数据相关，条件转移结果与原理来相比没有变化。

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，则要废弃预先读入的指令，重新从转移成功处读入指令，每执行一条条件转移指令，一条x段流水线就有x-2个流水线被浪费掉，执行效率降低，性能有一定的损失。

·实验总结加深了对汇编语言的理解与运用，尤其是trap 5,输出格式化到标准输出的理解，在代码中，应注意：相加的结果要保存到dizhi这个变量中，否则即使运算正确也不能把结果输出。

—} ; '实验四代码优化·实验目的：学习简单编译优化方法，观察采用编译优化方法所带来的性能的提高。

·实验原理：采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序。

·实验步骤：1．优化实验3程序代码清单及注释说明.dataV1: .double , , , , , , , , , , , , , , ,V2: .double , , , , , , , , , , , , , , ,。

a: .asciiz "result = "c: .asciiz "%f ".align 2d: .word cdizhi: .space 8.text.global mainmain:addi r1,r0,a ;该指令与sw dizhi,r1存在RAW相关，故将addi r8,r0,16和addi r8,r0,16加到中间addi r10,r0,0 ;该指令与ld f2,V1(r10) 存在RAW相关，故将其提前addi r8,r0,16/sw dizhi,r1addi r14,r0,dizhitrap 5loop:ld f2,V1(r10)ld f4,V2(r10)addi r10,r10,8subi r8,r8,1addd f2,f2,f4 ;该指令与前面两条指令均存在RAW相关，将其延后执行addi r14,r0,dsd dizhi,f2 ;该指令与addd f2,f2,f4存在RAW相关，将其延后执行"trap 5bnez r8,looptrap 0执行完毕后，我们点击Statistics查看运行结果数据分析2.程序相关性分析结果左图是优化前的，右图是优化后的由上述两图对比可以看出，数据相关：其RAW相关由优化前的%减少为%，性能改善很多；控制相关：由原来的%变为%，数量没变，没有改善。