MIPS指令实现冒泡排序优化分析

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"李志毅的实验四内容涉及使用MIPS指令实现冒泡排序算法,并通过静态调度优化提高排序效率。" 在本次实验中,学生李志毅主要关注了以下几个知识点: 1. 冒泡排序算法:冒泡排序是一种简单的排序算法,其核心在于反复遍历待排序的数列,每次比较相邻的两个元素并根据需要交换位置。这个过程会重复进行,直到整个数列变得有序。实验中提到的具体步骤包括: - 比较相邻元素,若前一个元素大于后一个则交换位置。 - 针对所有元素重复上述步骤,除了最后一个。 - 对越来越少的元素重复此过程,直至无需再进行比较。 2. MIPS指令集:MIPS是一种广泛用于教学和嵌入式系统的精简指令集计算机(RISC)架构。在实验中,李志毅使用MIPS指令编写了汇编程序来实现冒泡排序,这涉及到如LW(加载寄存器)、SW(存储到内存)、ADD(加法)、SUB(减法)等基本指令。 3. 静态调度:为了减少指令间的等待时间(RAW冲突),李志毅采用了静态调度方法,通过对指令序列的重新安排,避免了无关指令间的依赖,从而有效地利用了空操作周期,减少了无用的执行周期。 4. 实验环境:实验使用了名为MIPSsim的指令级和流水线操作级模拟器,这是一个用于模拟MIPS指令执行的工具,可以帮助学习者理解和分析指令执行的过程。 5. 实验步骤: - 编写冒泡排序的汇编程序,要求处理至少10个元素的一维整数数组。 - 使用MIPSsim运行程序,观察流水线输出,分析执行周期和冲突情况。 - 比较排序前后的数组,验证排序效果。 - 应用定向功能再次执行代码,评估优化效果,比较执行效率的提升。 - 通过静态调度进一步优化程序,减少指令间的相关性,降低等待周期。 6. 优化效果:通过定向技术和静态调度,程序的执行周期显著减少,效率提升了大约1.39倍。这表明优化策略有效地减少了RAW冲突,提高了计算效率。 这个实验旨在通过实际操作加深对MIPS指令集的理解,同时展示了如何运用静态调度技术来优化汇编程序,提高算法的执行效率。