计算机系统结构第一,二次实验报告

班别：2012211302

学号：2012211144

姓名：袁凯琦

1.实验一WINDLX模拟器安装及使用

1.1实验类别：综合实验

1.2实验目的：

建立实验环境，了解WINDLX模拟器的结构及使用

1.3实验设备环境：

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。

1.4实验原理：

WinDLX软件包中带有说明文件，供安装程序时候使用。

1.5要点与难点：

软件包中还有WinDLX教程和联机帮助，可以通过它们进

一步了解模拟器的使用方法和DLX处理器的原理。大家在进行模拟实验以前应该

仔细阅读这些文档。

1.6实验内容和要求：

阅读模拟器Help文档和相关资料，利用Fact.s及Input.s代码熟悉模拟器的配置、各项工具使用、寄存器设置及指令系统。

1.7实验步骤：

(1)WINDLX模拟器安装

WinDLX是一个基于Windows的模拟器, 能够演示DLX流水线是如何工作的。WinDLX 包含windlx.exe和windlx.hlp文件。同时，还需要一些扩展名为.s的汇编代码文件。按以下步骤在Windows下安装WinDLX： WinDLX创建目录，例如E:\WINDLX

解压WinDLX软件包或拷贝所有的WinDLX文件（至少包含 windlx.exe, windlx.hlp）到这个WinDLX 目录。

(2)熟悉模拟器的配置

启动和配置WinDLX: 双击WinDLX图标,将出现一个带有六个图标的主窗口,双击这些图标会弹出子窗口.

(3)利用Fact.s及Input.s代码熟悉各工具的使用

1）导入求阶乘程序fact.s

File--> Load code or Data,然后出现以下界面，双击fact.s，input.s(由于fact.s调用了input.s)，点击Load键即可导入

2）运行fact.s

按F7，单步运行程序，通过观察各个窗口的信息，理解fact.s的运行情况

Register窗口：

显示的是各个寄存器的名称及内容

PC：程序计数器；IMAR:指令内存地址寄存器；IR：指令寄存器；A,B：ALU操作数寄存器；BTA：分支地址寄存器；ALU：ALU输出寄存器，ALUI（伪）寄存器；FPSR：用来保存有关浮点数操作结果的信息；DMAR：数据内存地址寄存器；SDR：存数据寄存器，SDRI （伪）寄存器；LDR：去素聚寄存器，LDRI（伪）寄存器；R0~R31：32位通用寄存器，R0永远为0；F0~F31：浮点寄存器。

Code窗口：

第一列标识存储器的地址；第二列是机器代码，用16进制表示；第三列是汇编指令。当我们点击上方的Excute，可以选择单步或多步执行（也可以使用快捷键F7或F8）。若选择单步执行，每按一次F7，指令执行一次，可以看到，一次执行的为IF->ID->intEX->MEM->WB，没执行一次还有颜色的变化。颜色是用来标识指令处于哪个流水段的。

Pipeline窗口：

显示DLX处理器的内部结构。窗口中用图表形式显示了DLX的五段流水线。

Clock Cycle Diagram窗口:

该窗口使所有子窗口图标化，然后打开Clock Cycle Diagram窗口。它显示流水线的时空图。

该时空图中显示了每一个时隙内的运行情况。对准Clock cycle diagram窗口中相应命令所在行，然后双击它，弹出一个新窗口。窗口中会详细显示每一个流水段处理器内部的执行动作。

例如双击multd f2,f2,f0,则会出现以下窗口

Breakpoints窗口：

为进一步模拟，点击Code 窗口，用箭头键或鼠标向下滚动到地址为0x00000170的那一行（指令是addi r4,r0,0xa），点击此行，然后按Ins键，或点击Code / Set Breakpoint / OK，在这一行上设置一个断点。

当运行到断点时将会出现提示：

当按F5时选择自动执行，当碰到陷阱trap时，会出现如下提示

最终执行结果为：

Statistics窗口：

该窗口是对运行程序中的数据进行分析。主要包括模拟器中硬件配置情况、暂停及原因、条件分支、Load/Store指令、浮点指令和traps。窗口中给出事件发生的次数和百分比。程序执行完毕后各方面的信息如下：

2.实验二指令流水线相关性分析

2.1实验类别：验证实验

2.2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。

2.3实验设备环境：

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。

2.4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。

2.5要点与难点：

三种相关及其解决办法

2.6实验内容和要求：

使用WinDLX模拟器，对求阶乘程序Fact.s做分析

2.7实验步骤：

（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）控制相关

指令组合

jal InputuUnsigned

movi2fp f10,r1

sw SaveR2(r0),r2

由上图可以看出，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。原因分析：jal InputUnsigned是无条件分支指令，但当第三个周期开始的时候，也就是jal这条指令被译码后才知道。此时，