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实验1 MIPS指令系统和MIPS体系结构1

1.1 实验目的1

1.2 实验平台1

1.3 实验内容和步骤1

1.4 MIPSsim使用手册4

1.4.1 启动模拟器4

1.4.2 MIPSsim的窗口4

1.4.3 MIPSsim的菜单11

1.5 相关知识：MIPS指令系统15

1.5.1 MIPS的寄存器15

1.5.2 MIPS的数据表示16

1.5.3 MIPS的数据寻址方式16

1.5.4 MIPS的指令格式16

1.5.5 MIPS的部分指令介绍18

1.5.6 汇编程序举例20

实验2 流水线及流水线中的冲突22

2.1 实验目的22

2.2 实验平台22

2.3 实验内容和步骤22

2.4 MIPSsim使用手册24

2.5 相关知识：流水线、相关与冲突24

2.5.1 一条经典的5段流水线24

2.5.2 相关与流水线冲突26

2.5.3 流水线的实现31

实验3 指令调度和延迟分支35

3.1 实验目的35

3.2 实验平台35

3.3 实验内容和步骤35

3.4 MIPSsim使用手册36

3.5 相关知识：指令调度和延迟分支37

3.5.1 指令调度37

3.5.2 延迟分支37

实验4 Cache性能分析40

4.1 实验目的40

4.2 实验平台40

4.3 实验内容和步骤40

4.3.1 Cache容量对不命中率的影响40

4.3.2 相联度对不命中率的影响41

4.3.3 Cache块大小对不命中率的影响42

4.3.4 替换算法对不命中率的影响42

4.4 MyCache模拟器使用方法43

4.5 相关知识：Cache的基本原理44

4.5.1 Cache的映像规则44

4.5.2 查找方法46

4.5.3 替换算法46

4.5.4 写策略47

4.5.5 改进Cache性能47

4.5.6 三种类型的不命中48

4.5.7 降低不命中率的方法48

4.5.8 分离Cache和混合Cache55

实验5 Tomasulo算法56

5.1 实验目的56

5.2 实验平台56

5.3 实验内容和步骤56

5.4 Tomasulo算法模拟器的使用方法57

5.5 相关知识：Tomasulo算法60

5.5.1 基本思想60

5.5.2 具体算法63

实验6 再定序缓冲（ROB）工作原理67

6.1 实验目的67

6.2 实验平台67

6.3 实验内容和步骤67

6.4 ROB模拟器的使用方法68

6.5 相关知识：再定序缓冲ROB71

实验7 多Cache一致性——监听协议74

7.1 实验目的74

7.2 实验平台74

7.3 实验内容和步骤74

7.4 监听协议模拟器使用方法75

7.5 相关知识：监听协议76

7.5.1 基本思想76

7.5.2 监听协议的实现77

实验8 多Cache一致性——目录协议82

8.1 实验目的82

8.2 实验平台82

8.3 实验内容和步骤82

8.4 目录协议模拟器使用方法83

8.5 相关知识：目录协议84

8.5.1 目录协议的基本思想84

8.5.2 目录协议实例87

附录A MIPSsim的指令列表91

附录B MIPSsim的指令系统100

附录C 模拟器MIPSsim的汇编语言158

参考文献161