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1、实验二 流水线及流水线中的冲突实验目的：1、加深对计算机流水线基本概念的理解。2、理解 MIPS 结构如何用 5 段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。3、加深对数据冲突的理解，理解这两类冲突的 CPU 性能的影响。4、进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何运用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。实验平台：实验平台采用指令级和流水线模拟器 MIPSSim;实验内容和步骤：1、启动 MIPSim。2、根据流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各段流水寄存器的含义。3、熟悉 MIPSim 模拟器的操作和使用方法。4、选择配置菜单中的“流水方式”选项，使模拟器工作在流水方式下
2、。（1）选择 MIPSim 的“文件”-“载入程序”选项来加载 pipeline.s。（2）关闭定向功能。（3）用单步执行一个周期的方式执行该程序，观察每一个周期中，各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况以及时钟周期。（4）当执行到第 13 个周期时，各段分别正在处理的指令是:IF： ID： EX： MEM： WB： 画出这时的时钟周期图。（5）这时各流水寄存器中的内容为：IF/ID.IR IF/ID.A ID/EX.B ID/EX.Imm: ID/EX.IR: EX/MEM.ALU: EX/MEM.LMD: MEM/WB.LMD: MEM/WB.ALU: MEM/WB.IR: 5、观察和分
3、析结构冲突对 CPU 性能影响，步骤如下：（1）加载 structure_hz.s。（2）执行该程序，找出存在结构冲突的指令以及导致结构冲突的部件。（3）记录由结由结构冲突引起的停顿时钟周期数，计算停顿时钟周期数占总执行周期数的百分比。（4）把浮点加法器改为 4 个。（5）再重复（1）-（3）的工作。（6）分析结构冲突对 CPU 性能的影响，讨论结构冲突的方法。6、观察数据冲突并用定向技术来减少停顿，步骤如下：（1）全部复位。（2）加载 data_hz.s。（3）关闭定向功能。（4）用单步执行一个周期的方式执行该程序，同时查看时钟周期图，列出在什么时刻发生了 RAW 冲突。（5）记录数据冲突引起的时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数，计算停顿时钟周期数占总执行周期数的百分比。（6）牌位 CPU。（7）打开定向功能。（8）用单步执行一个周期的方式执行该程序，同时查看时钟周期图，列出在什么时刻发生了 RAW 冲突，并与步骤（3）的结果进行比较。（9）记录数据冲突引起的停顿时钟周期数以及程序执行的总时钟周期数。计算采用定向技术后的性能是原来的几倍。
