MIPS指令实现冒泡排序优化分析

"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。