指令调度与延迟分支技术在CPU性能提升中的应用

"李志毅的实验五1是关于指令调度与延迟分支的计算机系统结构学习，旨在深化对这两种技术的理解，提升解决流水线数据冲突的能力，并理解这些技术如何改进CPU性能。实验使用了MIPSsim模拟器进行操作，并通过比较调度前后的执行周期来分析性能提升。" 在这个实验中，主要探讨了两个关键概念： 1. **指令调度（Instruction Scheduling）**：这是一种优化技术，用于改善程序的执行效率。通过调整指令的执行顺序，可以避免或减少数据冲突，提高流水线的吞吐量。在实验中，通过修改原始程序schedule.s，利用调度技术解决了结构冲突和数据冲突，减少了停顿周期，从而降低了总的时钟周期数。实验显示调度后的afer-schedule.s程序执行时钟周期数从33降低到19，说明指令调度有效地减少了冲突，提高了CPU性能。 2. **延迟分支（Delayed Branching）**：这是一种处理分支指令的技术，它将分支指令的实际执行推迟到下一条指令之后，目的是充分利用已有的流水线资源，避免因分支预测错误而引起的流水线清空。实验没有详细描述延迟分支的具体操作，但提到它也是提升CPU性能的重要手段。通常，延迟分支可以减少停顿，尤其是在分支指令频繁的情况下，能显著提升处理器的吞吐率。 实验环境是MIPSsim，这是一个指令级和流水线操作级的模拟器，允许学生在不实际改变硬件的情况下，探索和测试不同的指令调度和流水线策略。通过选择流水方式运行模拟器，学生可以直接观察流水线中各阶段的操作，识别和解决数据与结构冲突。 实验步骤包括启动模拟器、理解流水线各段功能、关闭定向功能、分析冲突、手动调度并重新执行程序，最后对比调度前后的性能。这种实践方法帮助学生直观地理解指令调度和延迟分支对CPU性能的影响，增强了他们解决实际问题的能力。 这个实验强调了在现代计算机系统中优化指令执行的重要性，特别是在流水线架构中，通过有效的指令调度和延迟分支技术，能够显著提升处理器的效率和性能。