计算机系统结构实验三加法乘法动态多功能流水线调度.doc

计算机专业类课程 实验报告 课程名称：计算机系统结构 学　　院：计算机科学与工程 专　　业：计算机科学与技术 学生姓名：林怡 学　　号：2012060020023 指导教师：叶娅兰 日　　期：　2015年 6月 5日 电 子 科 技 大 学 实 验 报 告 实验三 实验名称：加法乘法动态多功能流水线调度 实验学时：4 实验内容和目的： 实验目的： 掌握加法乘法动态双功能指令调度的方式， 理解静态多功能流水线和动态多功能流水线在调度模式上的区别， 了解指令并行度上限的概念。 实验内容： （一）给定要执行的任务和执行该任务的流水线结构 流水线的调度方式能够提高任务的并行度，但是针对不同的任务，由于相关的存在，其并行度的提高是不一致的。在开始程序设计前，我们首先要给定所要完成的任务： 这里我们使用矩阵点积运算任务， aibi。 n的数值可以变化，通过变换n的值用同一程序进行多次模拟。 给定流水线： 流水线分五个步骤，每个步骤的执行时间均为一个单位时间；其中1-2-3-5组成加法流水线，1-4-5组成乘法流水线。加法和乘法可以同时执行 （二）对任务进行分解 动态多功能流水线不同于静态多功能流水线，流水线中同时只能有多种种操作的指令，因此不能将其划分为两个相互独立的加法流水线和乘法流水线。 我们考虑设计一个加法乘法混合运算器，加法4步，乘法三步，在送入源数据时应指明执行哪种运算。 （三）任务分解程序模拟的思路 在实验二的基础上。我们对设计进行变更。 加法乘法有一个类实现，称之为加乘法类。乘法的数据源为两个队列，加法的数据源为一个队列。 加法器的源数据队列初始为空，乘法器的源数据队列初始分别放入A1－An和B1－Bn。 （四）加乘法流水线的设计 模拟程序的目的是为了计算总的执行时间，因此对于每个步骤执行的功能并不需要关心。 为此设计一个能够同时执行加法和乘法的运算器类，每次接收两个输入数据，对于加法，经过4个时间片，输出加法的结果；对于乘法，经过3个时间片，输出加法的结果。时间片可以用定时器来模拟。 （五）乘法流水线的设计 乘法流水线分为三个步骤，每个步骤时间花费是一个单位时间。模拟程序的目的是为了计算总的执行时间，因此对于每个步骤执行的功能并不需要关心。 为此设计一个总步数为三步的加法器，接收两个输入数据，经过3个时间片，输出乘法的结果。时间片可以用定时器来模拟。 （五）程序设计 程序应包括三个队列，一个加乘法类，一个定时器，一个输出对话框。 两个乘法队列用于存放源数据，一开始将A1－An和B1-Bn分别放入两个乘法队列。 启动定时器，每一个时间片从两个乘法队列中各取出一个源数据、或者从加法队列中取出两个数据源（依次只能是两者中的一种，可以考虑首先从加法队列中取，请思考为什么加法优先？），送入加乘法器（可以通过调用乘法器中对应的加法接口函数或者乘法接口函数，把源数据作为参数传入）。 构造加乘法器类，可以考虑用一个长度对5的执行队列来模拟流水线的5个步骤，对于队列的元素，除了要表示两个源数据外，还需要表示对应这两个数据所要执行的操作（乘法或加法），每个时间片将队列的数据根据执行的操作依次下压一格（加法下压的顺序是1-2-3-5，乘法下压的顺序是1-4-5），队列尾的数据进行对应的计算，并将结果压入加法器源数据队列。 当乘法源队列和乘法源队列均为空且加乘法器的执行队列也为空（所有运算执行完毕）时，任务执行完毕。 用一个记数值表示时间开销，每个时间片对该记数值加1。最后的记数值是任务的总的时间开销。 （五）多次模拟 可以通过循环的方式对n从4－20进行循环，将每次模拟运行的时间开销值在对话框中显示出来。如果可能将结果打印。 实验原理： 程序设计及数据结构： 实验程序共有6个类，分别是： DynamicPiplineTest 公共类，测试程序，每一个n的循环，将计时器清零并初始化 长度为n的乘法操作数队列A与B，每个时间片从乘法操作数队列中取出Ai与Bi，进行乘法操作，并将结果送入加法器的操作数队列。当乘法器的源操作数队列为空时开始执行加法操作，当加法操作数队列只剩一个操作数且加法器的执行队列为空的时候，程序结束，输出n和计时器timercounter的值，以及最终的计算结果sum； OperaQueue 操作数队列类，包括一个操作数队列数据结构、队列初始化函数 OperaQueue(int queueLength)、从队列中取一个源操作数函数getOperationNum()和将加法器计算的结果压入队尾的函数pushOperationNum(int op)； Addition 加法器类(也可以作乘法器类)，一个加法（乘法）执行队列additionQueue， 一个用于暂存操作数的队列addOp