C到DLX转换及DLX流水线性能分析

"这篇资源是关于计算机系统结构的第二次作业，主要涉及C语言代码到DLX指令集的转换，以及对指令执行时间和存储器访问次数的计算。此外，还讨论了流水线执行的不同策略对执行时间的影响。" 在这个作业中，我们首先面临的是将C语言代码转换为DLX汇编语言的过程。给定的C语言代码是一个简单的for循环，用于将两个数组B和C的元素相加并存储到数组A中。在DLX指令集中，这个操作可以通过一系列的加载（LW）、存储（SW）、算术运算（ADD, MUL, SUB）和分支（BNEZ）指令来实现。例如，`LWR`是从内存中读取数据，`SW`是将数据写回内存，`ADDIR`是做加法并更新寄存器，`BNEZR`则是条件分支指令。 在问题（2）中，计算了程序段执行的指令数量。注意到，每次循环有18条指令，而循环执行了101次（因为i从0到100），所以总共执行了18 * 101 = 1618条指令。 问题（3）涉及到存储器数据访问次数的计算。除了每次循环的开始和结束需要读取和更新i的值外，每次循环还需要访问A、B和C数组的元素，因此每次循环有9次数据访问。由于循环了101次，总的数据访问次数为9 * 101 + 2 = 909次。 问题（4）关注的是生成的DLX代码的大小。每条指令占用4个字节，所以总代码大小为1618条指令 * 4字节/指令 = 6472字节，即72字节（考虑到字节对齐）。 接下来，作业讨论了流水线执行的三种情况：顺序执行、仅取指令和执行指令重叠，以及全部阶段重叠。在顺序执行中，所有阶段都按顺序进行，执行N条指令的时间是4Nt。在第二和第三种情况下，通过流水线技术可以减少等待时间，使得部分指令在前一条指令执行的同时开始处理。对于取指令和执行指令重叠，时间是(3N+1)t，而对于所有阶段重叠，时间是(2N+2)t。 最后，给出了一个在改进的DLX流水线上运行的代码序列，这个序列涉及到循环和分支。分析这样的代码序列在流水线中的行为可以帮助我们理解流水线冲突（如数据 hazards）以及它们如何影响性能。如果R3的初始值是R2+396，那么这个循环可能会导致分支预测错误，因为循环条件可能是不确定的，这会影响流水线的效率。 这份作业涵盖了计算机系统结构中的核心概念，包括指令集架构、程序的机器级表示、流水线执行策略以及性能分析。这些知识对于理解计算机硬件和软件之间的交互至关重要。