Tomasulo实验报告1

【Tomasulo算法详解】 Tomasulo算法是一种高级的处理器调度技术，旨在提高计算机处理器的吞吐率和效率。该算法由Robert Tomasulo在1960年代提出，主要用于解决数据相关性和资源冲突问题，通过允许指令在不同阶段并行执行来提升处理器性能。 在IBM360/91处理器中，Tomasulo算法得以应用，浮点处理部件包括一个浮点加法器和一个浮点乘/除法器。这两个部件通过多个保存站接收和暂存操作数，一旦所有必要的源操作数准备就绪且对应的功能部件空闲，就会立即执行运算。这种乱序执行的方式使得处理器能够在等待某一指令的依赖解消时，继续处理其他非相关的指令。 在我们的实验模拟机中，我们对Tomasulo算法进行了简化和扩展，设有三个浮点加法器和两个浮点乘/除法器。模拟机首先将指令从指令队列中取出，检查功能单元的可用性。如果有空闲单元，指令就会被发射执行；否则，它会在队列中等待直到所需的功能部件可用。每个指令的状态被跟踪，包括发射、执行和写回结果三个阶段。在执行过程中，指令可能涉及加载数据到Load缓冲栈，或者将结果存储回内存，这都需要通过保存站进行。当运算完成后，结果会被广播到总线，等待被相关指令获取。 程序功能方面，这个模拟器支持用户自定义输入指令，有自动演示功能，可调整时钟周期以观察不同执行速度下的效果。此外，它提供带值计算和表达式计算模式，允许对内存和寄存器进行赋值操作。模拟器能够清晰地展示每个时钟周期内浮点部件的工作状态，以及指令执行过程中数据的流动路径。其用户界面友好，操作简便，采用良好的数据结构设计，具有较好的扩展性。 在运行环境中，该程序要求至少Intel Xeon E1230-V2或同等级别的处理器，推荐使用更强大的Intel Haswell I7 4770K，同时需要24GB以上的内存和高性能显卡如NVIDIA GTX 660Ti。操作系统应为Windows 7 64位或更高版本。程序使用Visual Studio 2012，基于.NET 4.0框架和C#编程语言开发，利用Windows Presentation Foundation 4.0进行GUI绘制。 通过这个实验，参与者可以深入理解Tomasulo算法如何通过并发处理和数据流优化提高处理器性能，同时熟悉如何利用现代编程工具和技术实现复杂的处理器调度模型。