华东理工Tomasulo算法实验：深入理解与操作详解

华东理工大学计算机体系结构实验二专注于Tomasulo算法的学习和实践，旨在通过深入理解指令级并行性和Tomasulo算法的工作原理，增强学生在设计和实现高性能处理器中的技能。实验分为三个主要部分，分别涉及指令流管理、浮点处理部件和保留站的结构。 首先，实验的主要目标包括： 1. 深入掌握指令级并行性的概念，了解如何在Tomasulo算法中利用并行计算来提高处理器性能。 2. 熟悉Tomasulo算法的具体步骤，包括指令的流入、执行和写回过程，尤其是对浮点指令和Load/Store指令的特殊处理。 3. 学习并理解浮点处理部件的结构，包括其内部操作的时钟周期延迟模型。 4. 掌握保留站的设计，这是Tomasulo算法的核心部分，用于暂存待操作的指令和数据，以便在不同阶段进行计算。 5. 实践能力的提升，即根据给定的代码片段，分析并预测每个时钟周期内保留站、指令状态表以及浮点寄存器状态表的状态变化。 实验平台是基于Tomasulo算法的模拟器，让学生能够在虚拟环境中操作和观察算法的实际运行效果。 实验内容具体涉及到以下操作： 1. 对于一个包含浮点操作的代码段，例如加减乘除和Load/Store操作，要求学生在指令MUL.D即将写回时，准确描述保留站、Load缓冲器以及寄存器状态表中的内容。这需要对算法的执行顺序有清晰的理解，因为Tomasulo算法会在适当的时候分配运算资源，并确保数据的一致性。 2. 通过模拟器的步进执行模式，逐个时钟周期地跟踪指令的执行过程，观察指令状态表和寄存器状态表的变化，从而理解每个操作如何影响系统状态，以及如何通过保留站管理来实现指令的流水线处理。 在整个实验过程中，学生不仅要学习理论知识，还要具备将理论应用到实际问题解决的能力，这对于理解和优化现代计算机体系结构至关重要。通过这个实验，学生将深化对计算机体系结构的实践认识，为未来在相关领域工作打下坚实基础。