计算机体系结构实验——流水线及流水线中的冲突

实验目的

1. 加深对计算机流水线基本概念的理解。
2. 理解MIPS结构如何用5段流水线来实现，理解各段的功能和基本操作。
3. 加深对数据冲突、结构冲突的理解，理解这两类冲突对CPU性能的影响。
4. 进一步理解解决数据冲突的方法，掌握如何应用定向技术来减少数据冲突引起的停顿。

实验平台

实验平台采用指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim。

实验内容和步骤

一 首先要掌握MIPSsim模拟器的使用方法

（1）启动MIPSsim。
（2）根据预备知识中关于流水线各段操作的描述，进一步理解流水线窗口中各段的功能，掌握各流水寄存器的含义。（用鼠标双击各段，就可以看到各流水寄存器的内容）
（3）参照MIPSsim模拟器使用说明，熟悉MIPSsim模拟器的操作和使用方法。
可以先载入一个样例程序（在本模拟器所在的文件夹下的“样例程序”文件夹中）。然后分别以单步执行一条周期、执行多个周期、连续执行、设置断点等的方式运行程序，观察程序的执行情况，观察CPU中寄存器和存储器的内容的变化，特别是流水寄存器内容的变化。
（4）选择配置菜单中的“流水方式”选项，使模拟器工作于流水方式下。
（5）观察程序在流水线中的执行情况，步骤如下：

• 1）选择MIPSsim的“文件”—>“载入程序”选项来加载pipeline.s （在模拟器所在文件夹下的“样例程序”文件夹中）。
  2）关闭定向功能。这是通过“配置”—>“定向”（使该项前面没有√号）来实现的。
  3）用单步执行一个周期的方式（在“执行”菜单中）或按F7键执行该程序，观察每一个周期中，各段流水寄存器内容的变化、指令的执行情况（“代码”窗口）以及时钟周期图。
  4）当执行到第13个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是：
  IF：LW $r4,60($r6)
  ID：ADDI $r3,$r0,25
  E