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第一部分　基于MIPS体系结构实验1 MIPS指令系统和MIPS体系结构 3

1.1　实验目的 3

1.2　实验平台 3

1.3　实验内容和步骤 3

1.4 MIPSsim使用手册 5

1.4.1　启动模拟器 5

1.4.2 MIPSsim的窗口 6

1.4.3 MIPSsim的菜单 12

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 17

实验2　流水线及流水线中的冲突 21

2.1　实验目的 21

2.2　实验平台 21

2.3　实验内容和步骤 21

2.4 MIPSsim使用手册 23

2.5　相关知识：流水线、相关与冲突 23

2.5.1　一条经典的5段流水线 23

2.5.2　相关与流水线冲突 24

2.5.3　流水线的实现 29

实验3　指令调度和延迟分支 34

3.1 实验目的 34

3.2　实验平台 34

3.3　实验内容和步骤 34

3.4 MIPSsim使用手册 35

3.5　相关知识：指令调度和延迟分支 35

3.5.1　指令调度 35

3.5.2　延迟分支 36

第二部分 基于SPARC体系结构实验4 SPARC指令系统和SPARC体系结构 41

4.1　实验目的 41

4.2　实验平台 41

4.3　实验内容和步骤 41

4.4 SPARCsim使用手册 44

4.4.1　启动程序 44

4.4.2 SPARCsim的窗口 44

4.4.3 SPARCsim的菜单 50

4.5　相关知识：UltraSPARC指令系统 54

4.5.1 UltraSPARC的寄存器 54

4.5.2 UltraSPARC的数据表示 57

4.5.3 UltraSPARC的数据寻址方式 57

4.5.4 UltraSPARC的指令格式 58

4.5.5 UltraSPARC的部分指令介绍 59

实验5　流水线及流水线中的冲突 63

5.1 实验目的 63

5.2　实验平台 63

5.3　实验内容和步骤 63

5.4 SPARCsim使用手册 65

5.5　相关知识：流水线、相关与冲突 65

5.5.1　一条经典的5段流水线 65

5.5.2　相关与流水线冲突 66

5.5.3　流水线的实现 71

实验6　指令调度和延迟分支 76

6.1 实验目的 76

6.2　实验平台 76

6.3　实验内容和步骤 76

6.4 SPARCsim使用手册 77

6.5　相关知识：指令调度和延迟分支 77

第三部分　Cache和指令并行实验实验7 Cache性能分析 83

7.1 实验目的 83

7.2　实验平台 83

7.3　实验内容和步骤 83

7.3.1 Cache容量对不命中率的影响 83

7.3.2　相联度对不命中率的影响 84

7.3.3　Cache块大小对不命中率的影响 84

7.3.4　替换算法对不命中率的影响 85

7.4 MyCache模拟器的使用方法 85

7.5　相关知识：Cache的基本原理 86

7.5.1 Cache的映像规则 86

7.5.2　查找方法 88

7.5.3　替换算法 88

7.5.4　写策略 89

7.5.5　改进Cache性能 89

7.5.6 3种类型的不命中 89

7.5.7　降低不命中率的方法 90

7.5.8　分离Cache和混合Cache 96

实验8 Tomasulo算法 97

8.1 实验目的 97

8.2　实验平台 97

8.3　实验内容和步骤 97

8.4 Tomasulo算法模拟器的使用方法 98

8.5　相关知识：Tomasulo算法 100

8.5.1　基本思想 100

8.5.2　具体算法 103

实验9　再定序缓冲（ROB）工作原理 107

9.1 实验目的 107

9.2　实验平台 107

9.3　实验内容和步骤 107

9.4 ROB模拟器的使用方法 108

9.5　相关知识：再定序缓冲ROB 110

实验10　多Cache一致性——监听协议 114

10.1 实验目的 114

10.2　实验平台 114

10.3　实验内容和步骤 114

10.4　监听协议模拟器的使用方法 115

10.5　相关知识：监听协议 116

10.5.1　基本思想 116

10.5.2　监听协议的实现 116

实验11 多Cache一致性——目录协议 121

11.1 实验目的 121

11.2　实验平台 121

11.3　实验内容和步骤 121

11.4 目录协议模拟器的使用方法 122

11.5　相关知识：目录协议 123

11.5.1 目录协议的基本思想 123

11.5.2 目录协议实例 126

附录A MIPSsim的指令列表（MIPS64指令集的一个子集） 129

附录B MIPSsim的指令系统（MIPS64指令集的一个子集） 138

附录C　模拟器MIPSsim的汇编语言 175

参考文献 178