《DLX处理器程序设计》实验报告

### DLX处理器程序设计实验知识点总结 #### 一、实验目的 本次实验旨在通过实际操作加深学生对于DLX处理器的理解，特别是如何利用DLX汇编语言进行编程，以及如何通过编程来观察和分析流水线处理器中可能出现的各种相关现象，如数据相关、结构相关和控制相关。 #### 二、实验内容和要求 实验要求学生自编一段汇编代码，完成两个双精度浮点一维向量的加法运算，并输出结果。要求向量长度至少为16。此外，还需要观察并分析程序中可能出现的数据相关、控制相关和结构相关。 #### 三、实验步骤详解 1. **向量及其处理** - 向量是一种具有线性结构的数据集合。 - 在DLX处理器中，处理向量通常采用水平处理方式，因为DLX虚拟处理器并非专门的向量处理器，缺乏专门的向量处理指令。 - 水平处理方式意味着逐个元素地处理向量中的数据。 2. **DLX流水线处理向量所面临的问题** - **结构相关**：指令重叠执行时，功能部件之间的资源冲突可能导致结构相关。 - **数据相关**：当前指令依赖于前一条指令的结果，但在前一条指令的结果尚未写回时，这种依赖会导致数据相关。 - **控制相关**：分支指令或其他改变程序计数器(PC)的指令可能会导致控制相关。 3. **程序代码及解释** - 学生需要编写具体的DLX汇编语言代码来实现两个向量的加法运算。 - 代码中应包括加载向量元素、执行加法操作以及存储结果等步骤。 4. **运行结果** - 运行程序后，可以得到两个向量相加的结果。 - 结果应该与预期相符，即每个对应位置的元素相加后的值。 5. **相关性分析** - **数据相关**：分析了在流水线中，当前指令依赖于前一条指令结果时，如何通过定向技术减少延迟。 - **结构相关**：本次实验中，由于仅执行了简单的加法运算，并未出现明显的结构相关问题。 - **控制相关**：通过一个具体的跳转指令示例，展示了在转移成功与不成功的情况下，控制相关对流水线的影响。 6. **增加浮点运算部件对性能影响的分析** - 分析了增加浮点运算部件数量对于整体性能的影响。 - 实验结果表明，在这个特定的程序中，增加浮点运算部件并未带来性能提升，因为不存在结构相关的瓶颈。 7. **增加forward部件对性能影响的分析** - 分析了forward技术的作用以及关闭forward技术前后程序执行时间的变化。 - 结果显示，使用forward技术可以显著减少由于数据相关造成的延迟，提高程序执行效率。 8. **转移指令在转移成功和转移不成功时候的流水线开销** - 转移指令在不同的情况下对流水线的影响不同。 - 当转移成功时，后续指令能够顺利进入流水线；而当转移不成功时，已经进入流水线的后续指令将被废弃，造成额外的开销。 #### 四、实验心得 - 通过本实验，学生不仅掌握了如何使用DLX汇编语言编写程序，还深入理解了流水线处理器中的各种相关现象。 - 实际操作过程中遇到的问题加深了对理论知识的理解，同时也提高了解决问题的能力。 - 实验还强调了forward技术的重要性，展示了其在优化程序性能方面的显著效果。 - 整体而言，本次实验是一次非常宝贵的学习经历，有助于学生更好地掌握计算机系统结构的相关知识。