指令调度与延迟分支实验：解决流水线冲突提升CPU性能

在本次《计算机体系结构实验》中，主要聚焦于指令调度和延迟分支这两个关键主题，实验于2022年5月5日进行，针对的是计科2班的学生，旨在深入理解和应用这些技术以提升CPU性能。实验目标包括： 1. 指令调度技术的理解：通过实验，学生需掌握如何在流水线中有效地管理和分配指令，以减少数据冲突，提高执行效率。流水线模型在这里起到了核心作用，通过MIPSsim模拟器，学生们能够观察到不同指令的执行路径和时间。 2. 延迟分支技术：实验涉及了延迟分支技术，这是一种处理分支指令的方法，通过预取分支信息，延迟分支执行，避免了流水线因分支而暂停，从而改善CPU性能。在实验中，学生配置了流水线并使用schedule.s样例程序来演示这一技术的实际效果。 3. 解决冲突：在流水线操作过程中，学生们遇到了RAW停顿、load停顿和自陷停顿等问题。比如，ADDIU$R1,$R0,56和LW$r2,0($r1)这类指令组合会导致数据冲突。通过设置特定的硬件配置（如两个加法/乘法部件，每个延迟3周期），他们学习了如何通过指令调度策略减少这些冲突，如关闭定向功能以优化指令执行顺序。 4. 性能分析：实验结果显示，总时钟周期数为33个，其中RAW停顿占48.48%，反映出数据冲突对性能的影响。通过观察和分析冲突发生的次数和类型，学生们能够更深入地理解指令调度对CPU性能优化的重要性。 这次实验不仅让学生们理论联系实际，加深了对计算机体系结构中指令调度和延迟分支技术的理解，还锻炼了他们处理实际问题的能力，特别是在流水线管理和性能优化方面的实践经验。通过分析和解决问题，他们学会了如何在实际环境中优化CPU性能，这是计算机体系结构领域的重要技能。