五级经典流水线执行时间统计

五级经典流水线执行

时间统计

forwarding策略：

来自EX/MEM 和 MEM/EX 流水线寄存器的ALU结果总是被反馈回ALU的输入端

也就是，下一条指令，直接可以从上一条指令的EX中获得数据

但是，forwarding算法并不是完美的

它需要停顿的数据冒险：

LD/LW 的数据要在MEM结束以后才能将数据传给下一个指令的ALU（即EX环节）

所以载入指令需要增加一种称为流水线互锁，以保持正确的执行模式

流水线互锁检测冒险，并在该冒险被清除之前使流水线停顿

每个时钟周期只能添加一条指令

关于指令类型：

本实验提供的指令序列文件，不包含跳转指令，只涉及到ALU指令和load/store指令，Trace中会出现的指令类型主要是如下的几种：

ALU类型：DADD, DSUB, AND, OR, XOR

Load/store类型：LD, SD, LW, SW

模拟器正确性的验证：

trace4.txt:

DADD R2, R3, R1
DSUB R4,, R2, R1
LW R7, 0(R1)
DADD R6, R5,, R7
XOR R5, R6, R4
AND R3, R5, R2
AND R3, R5, R2

注意点：

1、只有当LD/LW 的目的操作数，作为下一条指令的元操作数时，才会发生停顿！！！！

2、每个始终周期只能执行一条指令

这也是为什么，最后一条指令要往后再退一格

代码：

#include#include #include #include #include #include using namespace std; int main() { string buffer; string str[4]; string temp = "normal"; int index = 0;//判断是否 int num = 0; ifstream in("trace4.txt"); if (! in.is_open()) { cout << "Error opening file"; exit (1); } //初始 num = 4; while (!in.eof() ) { //每执行一条指令至少多一个cycle num++; //cout << buffer << endl; getline空格也算一个字符 getline(in, buffer);/*要用#include */ int s = 0, i; istringstream stream(buffer); stream >> str[0] >> str[1] >> str[2] >> str[3]; //一个字符串一个字符串地取出 //去掉逗号 size_t found; for(i=1 ; i<4 ; i++){ found = str[i].find(','); while(found != string::npos){ str[i] = str[i].erase(found,1); found = str[i].find(','); } } //去掉括号,去掉多余的数字 if(str[0] == "LD" || str[0] == "LW" || str[0] == "SD" || str[0] == "SW") str[2] = str[2].substr(str[2].find("(")+1 ,str[2].find(")")-str[2].find("(")-1); //输出检验 //cout << str[0] << str[1] << str[2] << str[3] << endl; //如果是Load的时候，做标记，因为只有在lod的时候会导致 ， 整个流水线出现停顿的情况 if(str[0] == "LD" || str[0] == "LW"){ temp = str[1]; } else{ if(temp == "normal") continue; else{ //只有当上一个是LD / LW ，且LD / LW 的下一条命令中 ， 有上一条命令的目的操作数时 //会对下一条命令产生影响，否则不会 if(str[0] == "SD" || str[0] == "SW"){ if(str[1] == temp || str[2] == temp ) num++; temp = "normal"; }else{ if(str[1] == temp || str[2] == temp || str[3] == temp) num++; temp = "normal"; } } } } cout << "num of cycles =" << num << endl; return 0; }

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