三流水线的工作过程

实验三 流水线的工作过程

3.1 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； 3. 理解各段的功能和基本操作。

3.2 实验平台

指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim

3.3 实验内容和步骤

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. 用MIPSsim的“文件”菜单中的“载入程序”来加载pipeline.s（在模拟器所在文件夹

下的“样例程序”文件夹中）；

4. 执行该程序，记录所花的始终周期数； 5. 勾选配置菜单中的“流水方式”，使模拟器工作于流水方式下； 6. 关闭定向功能。这是通过在“配置”菜单中去选“定向”（即使得该项前面没有“√”

号）来实现的；

7. 重新加载pipeline.s；

8. 用单步执行一周期的方式（“执行”菜单中，或用F7）执行该程序，观察每一周期中，

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； 9. 当执行到第10个时钟周期时，各段分别正在处理的指令是：

IF：

ID：

EX：

MEM：

WB：

画出这时的时钟周期图。

10. 这时各流水寄存器中的内容为：

IF/ID.IR：_____________ _______

IF/ID.NPC：_____________ _______

ID/EX.A：_____________ _______

ID/EX.B：_____________ _______

ID/EX.Imm：_____________ _______

ID/EX.IR：_____________ _______

EX/MEM.ALUo：_____________ _______

EX/MEM.IR：_____________ _______

MEM/WB.LMD：_____________ _______

MEM/WB.ALUo：_____________ _______

MEM/WB.IR：_____________ _______

11. 观察和比较采用流水后性能上的提高。