MIPS流水线实验：数据冲突观察与多周期执行

实验二1是关于《计算机系统结构》课程中对MIPS流水线及其冲突的研究，由李志毅同学在计算机学院（国家示范性软件学院）2018级211314班完成。实验的核心目标是深入理解计算机流水线的工作原理，包括各阶段（如取指(IF)，指令解码(ID)，执行(Ex), 存储器访问(MEM)和写回(WB)）的功能和操作流程，以及数据冲突和资源冲突对CPU性能的影响。 在实验中，学生利用MIPSsim指令级和流水线操作级模拟器进行操作。首先，通过单步执行一个周期，观察IF/ID寄存器的值变化，理解指令的传递过程。接着，设置执行多个周期为3，重点在于观察EX/MEM.ALUOUT和相关寄存器的变化，这表明流水线正在按预期执行指令，ALU计算结果被记录在ALUOUT中。 执行多个周期有助于展示流水线的并行特性，尽管PC和IR会随着指令执行而更新，但EX/MEM等其他流水线段的值保持稳定，体现了流水线的工作特性。连续执行则测试了整个流水线的连续处理能力，而设置断点则允许观察程序在特定点的执行状态，这对于理解指令执行的控制和调试至关重要。 此外，实验还涵盖了对数据冲突和资源冲突的理解，这些冲突可能导致指令执行延迟，影响CPU性能。学生需要学习如何通过定向技术，如指令重排序或分支预测，来减少数据冲突带来的影响，提高CPU的效率。 通过这个实验，李志毅同学不仅巩固了对计算机系统结构理论的理解，还提升了动手实践能力和问题解决能力，对流水线设计和优化有了更深的认识。