Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2

Bài 2. Hoạt động của kỹ thuật đường ống(Bài thí nghiệm này được biên soạn dựa trên các bài thí nghiệm của Jan Eric Larsson, Mats Brorsson và Tobias Harms [4])1 Mục đíchTrong bài thí nghiệm này sinh viên sẽ tìm hiểu bộ xử lý MIPS có sử dụng kỹ thuật đường ống (eng. pipeline).2 Công cụBài thí nghiệm sử dụng bộ phần mềm MIPSIT [1] để mô phỏng hoạt động của bộ xử lý có sử dụng kỹ thuật đường ống. các phương pháp...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 2010 Bài 2. Hoạt động của kỹ thuật đường ống (Bài thí nghiệm này được biên soạn dựa trên các bài thí nghiệm của Jan Eric Larsson, Mats Brorsson và Tobias Harms [4]) 1 Mục đích Trong bài thí nghiệm này sinh viên sẽ tìm hiểu bộ xử lý MIPS có sử dụng kỹ thuật đường ống (eng. pipeline). 2 Công cụ Bài thí nghiệm sử dụng bộ phần mềm MIPSIT [1] để mô phỏng hoạt động của bộ xử lý có sử dụng kỹ thuật đường ống. 3 Lý thuyết Sinh viên cần nắm rõ về kiến trúc tập lệnh MIPS và cấu trúc bộ xử lý dùng kỹ thuật đường ống (bài giảng chương 2). Sách tham khảo [3]. Sinh viên cần hiểu các nguyên l{ cơ bản của kỹ thuật đường ống, các vấn đề xung đột dữ liệu (eng. data hazard), xung đột điều khiển (eng. control/branch hazard), các phương pháp giải quyết xung đột như chuyển tiếp (eng. forwarding), rẽ nhánh chậm (eng. delayed branch). 4 Thực hiện 4.1 Cài đặt và làm quen với phần mềm Tải bộ công cụ MIPSIT từ địa chỉ: https://sites.google.com/site/fethutca/my- forms/MipsICT.zip?attredirects=0&d=1. Giải nén tệp “MipsICT.zip” và chạy tệp nhận được “MipsICT.exe” để chương trình tự giải nén vào thứ mục: “C:\MipsIT”. Nghiên cứu bài báo giới thiệu về phần mềm [2]. Trong bộ chương trình MIPSIT, ta sẽ sử dụng 2 chương trình MIPSITStudio và mipspipe2000: 1) MIPSITStudio là môi trường lập trình và biên dịch phần mềm cho bộ xử l{ MIPS. Chương trình cho phép người dùng lập trình bằng ngôn ngữ C/Assembly và biên dịch thành mã máy để nạp vào bộ phát triển MIPS hoặc để mô phỏng bộ xử lý. Gọi MIPSITStudio bằng cách chạy tệp “C:\MipsIT\bin\ MipsIt.exe” (Hình 1). Chú ý, khi gọi MIPSITStudio, thông báo lỗi “Failed to open com port” có thể bỏ qua bằng việc bấm nút “OK”. Trước khi thực hiện việc xây dựng chương trình, cần kiểm tra đường dẫn đến trình biên dịch và đường dẫn đến các tệp thư viện và tệp include .h (Hình 2).Khoa Điện tử- Viễn thông Page 1 Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 2010 Hình 1. Môi trường lập trình cho bộ xử lý MIPS Hình 2. Xác định đường dẫn trình biên dịch, đường dẫn thư viện và tệp include.Khoa Điện tử- Viễn thông Page 2 Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 2010 2) mipspipe2000 là chương trình mô phỏng hoạt động đường dữ liệu (eng. datapath) của bộ xử lý MIPS sử dụng kỹ thuật đường ống. Gọi chương trình bằng cách chạy tệp “C:\MipsIT\bin\mipspipe2000.exe”. (Hình 3) Hình 3. Chương trình mô phỏng đường ống bộ xử lý MIPS 4.2 Bộ xử lý đường ống thực hiện 1 lệnh số học, logic 4.2.1 Bước 1. Chuẩn bị chương trình hợp ngữ. Tạo một đề án hợp ngữ (eng. assemble project) trong môi trường MIPSITStudio (Hình 4). Đặt tên đề án này là Bai2-1. Chọn thư mục để lưu là “C:\MipsIt\Projects\Bai2-1”. Tạo một tệp chương trình hợp ngữ với tên “bai2-1.s” (Hình 5). Hình 4. Tạo một project mới trong môi trường MIPSITStudio.Khoa Điện tử- Viễn thông Page 3 Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 2010 Hình 5. Tạo thêm một tệp chương trình hợp ngữ trong đề án. Soạn thảo đoạn mã hợp ngữ vào tệp chương trình như Hình 6. Biên dịch đề án bằng cách lựa chọn menu “Build -> Build Bai2-1” hoặc phím F7. Tệp kết quả biên dịch dưới dạng mã nhị phân là “C:\MipsIT\Projects\Bai2-1\Objects\Bai2-1.out”. Tệp này sẽ được dùng làm tệp đầu vào cho chương trình mô phỏng. Hình 6. Chương trình bai2-1.s 4.2.2 Bước 2. Mô phỏng. Mô phỏng bộ xử l{ MIPS đường ống. Chạy phần mềm mô phỏng “C:\MipsIT\bin\mipspipe2000.exe”. a. Nạp tệp mô tả cấu trúc đường dữ liệu của bộ xử lý MIPS bằng menu “File->Load Pipeline…” và lựa chọn tệp “C:\MipsIT\S-script\s.dit” (Hình 7).Khoa Điện tử- Viễn thông Page 4 Bài thí nghiệm Kiến trúc máy tính 2 2010 Hình 7. Nạp tệp mô tả cấu trúc bộ xử lý. b. Nạp chương trình đã được biên dịch ở Bước 2 bằng menu “File->Open” và lựa chọn tệp “C:\MipsIT\Projects\Bai2-1\Objects\Bai2-1.out”. Hiện thị cửa sổ thanh ghi và cửa sổ nội dung bộ nhớ bằng menu “View->Registers” và “Menu->Memory”. Nội dung các thanh ghi có thể được thay đổi trực tiếp trên cửa sổ thanh ghi (Hình 8). Hình 8. Thực hiện mô tả cấu trúc bộ xử lý MIPS đường ống. c. Mô phỏng từng bước hoạt động của bộ xử lý khi nó thực hiện chương trình đã nạp (Sử dụng phím Step trên thanh công cụ). Trả lời các câu hỏi dưới đây. Chú { mỗi bước mô phỏng tương ứng với 1 chu kz đồng hồ.Khoa Điện tử- ...