循环展开及指令调度重点解读.doc

实验项目 名称 循环展开及指令调度 实验 目的及要求 加深对循环级并行性、指令调度技术、循环展开技术以及寄存器换名技术的理解； 熟悉用指令调度技术来解决流水线中的数据相关的方法； 了解循环展开、指令调度等技术对CPU性能的改进。 实验 内容 1．用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关 用MIPS汇编语言编写代码文件*.s，程序中应包括数据相关与结构相关（假设：加法﹑乘法﹑除法部件各有2个，延迟时间都是3个时钟周期） 通过Configuration菜单中的 “Floating point stages” 选项，把加法﹑乘法﹑除法部件的个数设置为2个，把延迟都设置为3个时钟周期； 用winMIPS64运行程序。记录程序执行过程中各种相关发生的次数、发生相关的指令组合，以及程序执行的总时钟周期数； 采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除相关； 用winMIPS64运行调度后的程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数； 根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对于提高CPU性能的意义。 2. 用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能 用MIPS汇编语言编写代码文件*.s，程序中包含一个循环次数为4的整数倍的简单循环； 用winMIPS64运行该程序。记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数； 将循环展开3次，将4个循环体组成的代码代替原来的循环体，并对程序做相应的修改。然后对新的循环体进行寄存器换名和指令调度； 用winMIPS64运行修改后的程序，记录执行过程中各种相关发生的次数以及程序执行的总时钟周期数； 根据记录结果，比较循环展开、指令调度前后的性能。 实验步骤 1．用指令调度技术解决流水线中的结构相关与数据相关 1)?代?码：? divf?f2,f5,f6 divf?f1,f2,f6 divf?f3,f1,f5 divf?f0,f4,f7 addf?f14,f0,f6 addf?f15,f5,f7???? multf?f20,f4,f6??? multf?f21,f5,f7 设置运算部件个数以及运算时钟周期数 图1 图2. Pipeline图 以下为出现的数据相关 图3 先写后读相关 图4 由于只有两个除法部件，所以出现了功能部件的冲突。?总的执行周期是38指令调度后代码：将无关指令放在一起执行，相关指令分开尽量避免数据相关 divf?f2,f5,f6?? ?multf?f20,f4,f6??? multf?f21,f5,f7?? ?divf?f1,f2,f6?? ?addf?f15,f5,f7??? divf?f3,f1,f5??? divf?f0,f4,f7??? addf?f14,f0,f6? 图5.Pipeline图 图6.Statistics图 总执行时钟周期为35个。 指令调度后，数据相关减少了，总时钟周期数减少了，效能提高了。调度前的时钟周期数为38，调度后的时钟周期数减少为35，加速比?=?38/35=?1.08 2. 用循环展开、寄存器换名以及指令调度提高性能 带循环指令 代码：求四个1相加的和，结果存在r2中 .text .global main main: addi r1,r0,#4 addi r2,r0,#0 Loop: sgt r3,r1,r0 bnez r3,Sub1 trap 0 Sub1: addi r2,r2,#1 subi r1,r1,#1 j Loop 结果：总时钟周期是42个，5 raw stalls,循环了4次，结果 r2 =4 图7 循环展开： 代码： .text .global main main: addi r1,r0,#4 addi r2,r0,#0