计算机系统结构报告用DLX编写矩阵相乘.docx

《计算机系统结构报告——基于DLX的矩阵相乘程序实现》 在计算机科学领域，理解和掌握计算机系统结构是至关重要的。本报告将详述如何使用DLX指令集架构（ISA）来编写并调试一个用于矩阵相乘的程序，以及如何进行DLX流水线的运行分析。DLX是一种简化版的RISC（精简指令集计算机）架构，常用于教学和研究，以帮助学生深入理解计算机硬件的工作原理。 1. DLX编程与调试技术 在DLX系统中编程需要熟悉其指令集和寻址模式。矩阵相乘的程序会涉及到大量的数据处理，包括读取输入、存储数据、计算以及输出结果。调试过程中，需要关注程序的正确性，包括数据的正确加载、运算的准确性以及结果的正确存储。此外，了解流水线的运行机制，如单步执行、流水段功能、流水线停顿、建立时间和排空时间，以及定向技术，对于优化程序性能至关重要。 2. 矩阵相乘程序设计 矩阵相乘程序通常由多个阶段组成，包括输入矩阵尺寸和元素、矩阵显示、计算以及输出结果。在DLX环境下，使用汇编语言编写程序，需要熟练掌握各种数据类型转换（如整型与浮点型），以及如何利用寄存器高效地存储和操作数据。程序中，我们使用了一系列的汇编指令，如`movi`（移动立即数）、`multu`（无符号乘法）、`lbusw`（加载存储字）和`trap`（中断服务）等，来实现矩阵元素的读取、计算和输出。 3. 流水线运行分析 在DLX流水线中，每个指令的执行被分解为多个阶段，如取指、译码、执行、访存和写回。流水线停顿可能由于数据相关（数据 hazards）或控制相关（控制 hazards）引起，可以通过定向技术来解决。此外，调整DLX的参数，如内存大小、功能单元数量和延迟，可以影响程序的执行速度。在矩阵相乘的例子中，优化这些参数有助于提高计算效率。 4. 实验结果与分析 实验结果显示，用户可以根据提示输入矩阵的行数和列数，以及矩阵元素，程序将正确执行矩阵相乘并输出结果。通过WINDLX环境，可以观察到流水线的动态行为，进一步理解流水线的运行特性。在运行过程中，可以利用`Prompt`语句提示用户输入，`PrintfPar`和`PrintfValue`用于格式化输出结果。 5. 总结 本报告详细阐述了使用DLX指令集进行矩阵相乘程序设计的过程，强调了DLX流水线的运行分析及其对程序性能的影响。通过这个实践，不仅加深了对DLX架构的理解，也强化了对计算机系统结构中数据处理和程序执行机制的认识。这样的学习经验对于未来在金融领域的应用，如高效计算和数据分析，具有重要的理论基础和实践经验。