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实验三:记分牌与Tomasulo算法

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简介:
本实验通过设计并实现一个基于Tomasulo算法的动态数据流处理器,重点研究了高效处理程序中的数据冲突和指令依赖问题,并构建了一个直观的记分板来跟踪硬件状态。 实验三:记分牌与Tomasulo算法 1. 使用DLX汇编语言编写代码文件*.s(程序应包含指令的数据相关、控制相关以及结构相关),同时准备相关的初始化寄存器文件*.i和数据文件*.d; 2. 观察并分析程序中出现的数据相关、控制相关及结构相关的具体实例,并指出三种相关的指令组合; 3. 将自己编写的代码文件*.s、初始化寄存器文件*.i以及数据文件*.d加载到DLXview模拟器上,进行以下操作: - 分别使用基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法进行模拟。 ① 对每种情况统计程序的执行周期数及流水线中的暂停时钟周期数; ② 调整功能部件的数量后重新模拟,并记录性能的变化; ③ 改变功能部件延迟时间后再行一次模拟,观察并记录性能变化。 - 论述功能部件数量和延迟对系统性能的影响。(2)在使用记分牌算法时,需记录下所有相关的功能部件状态表与指令状态表;(3)在执行Tomasulo算法的过程中,则需要详细记载每个步骤中的指令状态信息及保留站的具体内容。

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  • Tomasulo
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    本实验通过设计并实现一个基于Tomasulo算法的动态数据流处理器,重点研究了高效处理程序中的数据冲突和指令依赖问题,并构建了一个直观的记分板来跟踪硬件状态。 实验三:记分牌与Tomasulo算法 1. 使用DLX汇编语言编写代码文件*.s(程序应包含指令的数据相关、控制相关以及结构相关),同时准备相关的初始化寄存器文件*.i和数据文件*.d; 2. 观察并分析程序中出现的数据相关、控制相关及结构相关的具体实例,并指出三种相关的指令组合; 3. 将自己编写的代码文件*.s、初始化寄存器文件*.i以及数据文件*.d加载到DLXview模拟器上,进行以下操作: - 分别使用基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法进行模拟。 ① 对每种情况统计程序的执行周期数及流水线中的暂停时钟周期数; ② 调整功能部件的数量后重新模拟,并记录性能的变化; ③ 改变功能部件延迟时间后再行一次模拟,观察并记录性能变化。 - 论述功能部件数量和延迟对系统性能的影响。(2)在使用记分牌算法时,需记录下所有相关的功能部件状态表与指令状态表;(3)在执行Tomasulo算法的过程中,则需要详细记载每个步骤中的指令状态信息及保留站的具体内容。
  • Tomasulo调度
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    简介:Tomasulo算法和记分牌调度算法是计算机体系结构中用于动态指令调度的技术,旨在提高处理器性能,通过高效管理资源冲突和数据依赖性。 1. 使用DLX汇编语言编写代码文件*.s(程序应包含指令的数据相关、控制相关以及结构相关的示例),并创建相应的初始化寄存器文件*.i和数据文件*.d。 2. 分析程序中出现的数据相关、控制相关及结构相关的具体实例,并指出这三种情况下的典型指令组合。 3. 将编写的代码文件*.s、初始化寄存器文件*.i以及数据文件*.d加载到DLXview模拟器上,进行以下步骤的分析: - 使用基本流水线、记分牌算法和Tomasulo算法分别运行程序。对于每种方法,完成如下操作:① 统计程序执行周期数及流水线暂停时钟周期数;② 调整功能部件的数量并重新模拟,记录性能变化情况;③ 改变功能部件延迟后再次进行模拟,并观察和记录由此产生的性能改变。讨论功能部件数量与延迟对系统性能的影响。 - 在使用记分牌算法运行程序时,需记录下所有相关功能部件的状态表及指令状态表。 - 对于Tomasulo算法的执行过程,则需要保存并分析相关的指令状态表以及保留站信息。
  • Tomasulo报告
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    本实验报告深入分析了Tomasulo算法在动态指令调度中的应用,探讨了其如何有效解决数据冲突和提高处理器性能,并通过具体实例验证了该算法的优势。 这段文字描述的是高级计算机体系结构课程的内容,其中包括Tomasulo算法的原理讲解以及两个基于该算法的模拟器实验,并详细解释了每个步骤的操作方法。
  • Tomasulo调度报告一
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    本实验报告深入探讨并实现了Tomasulo调度算法,通过模拟和分析该算法在处理指令流水线冲突时的表现,验证其高效性与灵活性。 其具体结构如下图所示:二、算法实现 算法部分基于 Python 实现,具体的实现思路大致如下:首先创建三个类:Mem、Reg 与 Station,分别用来表示内存。
  • 机系统结构四-Tomasulo
    优质
    本实验通过实现Tomasulo算法,探索现代处理器中动态调度和资源共享的技术。学生将掌握并行计算中的关键概念与应用。 ### 计算机系统结构-实验四 Tomasulo算法 #### 实验目的 通过本次实验,学生将能够: 1. **深化理解**:加强对指令集并行性和如何开发这些并行性的理解。 2. **深入研究Tomasulo算法**:更好地理解Tomasulo算法的核心原理及其在现代处理器设计中的应用。 3. **掌握处理机制**:了解Tomasulo算法在不同阶段(如指令流出、执行、写结果等)是如何处理浮点操作指令、load和store指令的。 4. **理解硬件架构**:熟悉采用Tomasulo算法的浮点处理部件的具体结构。 5. **学习保留站结构**:掌握保留站的结构和工作原理。 6. **实践能力培养**:能够在给定特定代码片段的情况下,分析并记录出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内容的变化情况。 #### 实验平台 - **MIPSsim**:一种用于指令级和流水线操作级模拟的工具,适用于本实验中的模拟和分析需求。 #### 实验内容和步骤 ##### 第一部分:代码段分析 考虑以下代码段: ```asm L.D F6, 24(R2) L.D F2, 12(R3) MUL.D F0, F2,F4 SUB.D F8,F6,F2 DIV.D F10,F0,F6 ADD.D F6,F8,F2 ``` 假设浮点功能部件的延迟时间分别为:加减法 2 个周期,乘法 10 个时钟周期,除法 40 个时钟周期,load 部件 2 个时钟周期。 1. **指令 MUL.D 写结果时的状态分析**: - **指令状态**: - `L.D F6,24(R2)`:CP 1 → CP 2-3 → CP 4 - `L.D F2,45(R3)`:CP 2 → CP 3-4 → CP5 - `MUL.D F0,F2,F4`:CP 3 → CP 6-15 → CP 16 - `SUB.D F8,F2,F6`:CP 4 → CP 6-7 → CP 8 - `DIV.D F10,F0,F6`:CP 5 - `ADD.D F6,F8,F2`:CP 6 → CP 9-10 → CP 11 - **保留站内容**: - Add1:No - Add2:No - Add3:No - Mult1:No - Mult2:Yes (DIV.D D3 D10 0) - Load1:No - Load2:No - Load3:No - **Load缓冲器内容**: - Load1:No - Load2:No - Load3:No - **寄存器状态表**: - F0:0 - F2:0 - F4:0 - F6:Mult2 (值 D3) - F8:0 - F10:0 - F12:Qi 0000 2. **步进5个时钟周期后的情况**: - **指令状态**: - `L.D F6,24(R2)`:CP 1 → 执行完成 - `L.D F2,45(R3)`:CP 2 → 剩余 1 CP - `MUL.D F0,F2,F4`:CP 3 - `SUB.D F8,F2,F6`:CP 4 → 剩余 2 CP - `DIV.D F10,F0,F6`:CP 5 - `ADD.D F6,F8,F2`:CP 6 - **保留站内容**: - Add1:No - Add2:Yes (ADD.D D4 D2 0) - Add3:No - Mult1:Yes (MUL.D D2 R[F4] 0) - Mult2:Yes (DIV.D D1 Mult1 0) - **Load缓冲器内容**: - Load1:Yes (L.D R[R2]+24) - Load2:Yes (L.D R[R3]+12) - Load3:No - **寄存器状态表**: - F0:0 - F2:Mult1 - F4:Load
  • C++中scoreboard
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    本文介绍了在C++编程环境中如何设计和实现一个高效的scoreboard(记分牌)系统算法。通过合理的数据结构选择与优化策略的应用,该算法能够有效支持实时更新、排序以及查询大量玩家得分信息的需求。 这段文字描述了计算机体系结构课程中的记分牌算法实现过程。使用C++(VS)编写,可以进行单步演示、连续演示,并且支持随时暂停功能。导入的代码可以直接修改,注释非常详细,可供学习参考。
  • 北邮高级计机系统结构现作业
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    本作业为北京邮电大学高级计算机系统结构课程中的实践任务,重点在于通过编程实现高效的记分牌算法,加深学生对并行计算原理的理解与应用。 北邮高级计算机系统结构的实验作业要求实现记分牌算法,并用Java语言编写代码,包含界面设计,可以直接使用。
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  • Tomasulo仿真器.zip
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    本项目为Tomasulo算法仿真器,旨在通过软件实现对Tomasulo动态数据旁路算法的模拟与分析。该工具适用于计算机体系结构教学和研究。 在计算机系统结构课程中会使用到Tomasulo模拟器。这个模拟器能够实现Tomasulo算法的相关功能,并且简洁方便。