计算机体系结构实验报告：流水线相关与指令调度分析

"孙淼的计算机体系结构实验报告" 实验报告主要涵盖了两个核心主题：流水线相关与指令调度，这是理解现代计算机体系结构中提高处理器性能的关键概念。在实验中，学生需要使用WinMIPS64模拟器来分析和优化MIPS64汇编语言编写的程序。 首先，关于流水线相关，实验要求学生执行三个特定的程序——求阶乘、插入排序和乘法计算，通过不同的运行模式（步进、连续、设置断点）观察流水线执行过程。目的是了解CPU内部寄存器和存储器的工作状态，识别出结构相关的指令对，并评估这些相关对性能的影响。结构相关是指当一条指令的结果被下一条指令使用时，由于流水线的并行处理，可能导致数据未准备好，从而引发暂停。解决结构相关的方法通常包括增加硬件资源、预测技术和定向技术。 接着，实验涉及到数据相关。学生需要编写包含数据相关性的程序，然后在无定向技术下运行，记录暂停的时钟周期。在应用定向技术后，再次运行程序，对比性能提升，定向技术能提前解决数据依赖，减少等待时间。 指令调度是实验的另一个重要部分。学生需要设计包含数据相关和结构相关的程序，然后通过指令调度技术手动消除这些相关。调度后的程序将被再次运行，以比较调度前后的执行时钟周期，以此验证指令调度对提升CPU性能的效果。指令调度包括了诸如循环展开、寄存器换名等技术，这些都能有效地减少数据冲突和提高指令并行度。 实验还鼓励学生深入讨论这些技术对CPU性能的具体影响，这有助于他们理解计算机体系结构的优化策略，以及如何在实际编程中应用这些理论知识来提高程序的运行效率。