1.1 實驗目的
1. 加深對計算機流水線基本概念的理解。
2. 理解mips結構如何用5段流水線來實現，理解各段的功能以及基本操作
3. 加深對資料衝突、結構衝突的理解，理解這兩類衝突對cpu效能的影響；；
4. 進一步理解解決資料衝突的方法，掌握如何應用定向技術來減少資料衝突引起的停頓。
1.2 實驗平台
實驗平台採用指令級和流水線操作級模擬器mipssim
1.3 實驗內容和步驟
首先要掌握mipssim模擬器的使用方法。
1. 啟動mipssim
2. 根據預備知識中關於流水線各段操作的描述，進一步理解流水線視窗中各段的功能，掌握各流水暫存器的含義。（用滑鼠雙擊各段，就可以看到各流水暫存器的內容）
3．參照使用說明，熟悉mipssim模擬器的操作和使用方法。
可以先載入乙個樣例程式，然後分別以單步執行一條指令、執行多條指令、連續執行、設定斷點等的方式執行程式，觀察程式的執**況，觀察cpu中暫存器和儲存器的內容的變化，特別是流水暫存器內容的變化。
4. 選擇「配置」→「流水方式」選項，使模擬器工作在流水方式下。
5. 觀察程式在流水線中的執**況，步驟如下：
（1） 選擇mipssim 「檔案」 →「引導程式」選項，載入
（2） 關閉定向功能。這是通過「配置」 →「定向」（使該項前面沒有√號）來實現的。
（3） 用單步執行乙個週期的方式（在「執行」選單中）或按f7鍵執行程式，觀察每乙個週期中，各段流水暫存器內容的變化、指令的執**況（「**」視窗）以及時鐘週期圖。
（4） 當執行到第13個時鐘週期時，各段分別正在處理的指令是：(由**段可得)
if: lw $r4,60($r6
id: addi $r3,$r0,25
ex: addi $r1,$r1,-1
mem: addi $r6,$r0,8
wb: add $r2,$r1,$r0
畫出這時的時鐘週期圖。如下圖所示：
6. 這時各流水暫存器中的內容為：
if/ 2361655356
if/ 48
id/ 0
id/ 0
id/ 25
id/ex /
ex /
mem /
mem /wb. aluo8
mem /
7. 觀察和分析結構衝突對cpu的影響，步驟如下：
（1） 載入structure_
（2） 執行該程式，找出存在結構衝突的指令以及導致結構衝突的部件。
（3） 記錄由結構衝突引起的停頓時鐘週期數，計算停頓時鐘週期數占總執行週期數的百分比。
（4） 把浮點加法器的個數改為4個。
（5） 再次重複步驟（1）-（3）的工作。
（6） 分析結構衝突對cpu效能的影響，討論解決結構衝突的辦法。
8. 觀察資料衝突並用定向技術來減少停頓，步驟如下：
（1） 全部復位
（2） 載入data_
（3） 關閉定向功能。這是通過「配置」 →「定向」（使該項前面沒有√號）來實現的。
（4） 用單步執行乙個週期的方式（f7）執行該程式，同時檢視時鐘週期圖，列出在什麼時刻發生了raw（先寫後讀）衝突。
（5） 記錄由資料衝突引起的停頓時鐘週期數以及程式執行的總時鐘週期數，計算停頓時鐘週期數占總執行週期數的百分比。
（6） 復位cpu。
（7） 開啟定向功能。這是通過「配置」 →「定向」（使該項前面有√號）來實現的。
（8） 用單步執行乙個週期的方式（f7）執行該程式，同時檢視時鐘週期圖，列出在什麼時刻發生了raw（先寫後讀）衝突，並與步驟（3）的結果進行比較。
（9） 記錄由資料衝突引起的停頓時鐘週期數以及程式執行的總時鐘週期數，計算採用定向技術後的效能是原來的幾倍。
1.4 實驗課時:
1.5 相關知識
流水線、相關與衝突
1.6 相關資源
附錄一 mipssim使用手冊
流水線技術的由來
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流水線精細化管理的定位問題
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