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北京邮电大学计算机学院《计算机系统结构》课程实验2015年4月实验四代码优化一、实验类别：综合实验二、实验目的：学习简单编译优化方法，观察采用编译优化方法所带来的性能的提高。三、实验学时：4四、实验组人数：1/1五、实验设备环境:DLX汇编语言环境六、实验原理：采用静态调度方法重排指令序列，减少相关，优化程序七、教学要点与学习难点：指令静态调度方法。八、实验内容和要求：对实验二或实验三的代码进行优化，给出性能改进的量化值，同时给出采取优化手段的理论依据。九、实验步骤：（1）使用静态调度方法手工优化实验2或实验3的代码（2）对优化程序，重复实验二中（1）、（2）、（3）、（4）工作。1.使用向量加法运算作为优化对象代码优化前：.dataVectorLength:.word16Vector1:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Vector2:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Printf1:.asciizVector=Printf2:.asciiz%f.align2PrintPrompt:.wordPrintf1PrintPar:.wordPrintf2Result:.space4.textmain:addir14,r0,PrintPrompttrap5lwr20,VectorLengthaddir2,r0,0Loop:ldf10,Vector1(r2)ldf12,Vector2(r2)cvti2df0,f10cvti2df2,f12adddf4,f2,f0Finish:;****Finish,writeresultintostdoutsdResult,f4addir14,r0,PrintPartrap5addir2,r2,4subir20,r20,1bnezr20,Loop;****Endtrap0代码优化后：.dataVectorLength:.word16Vector1:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Vector2:.word1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16Printf1:.asciizVector=Printf2:.asciiz%f.align2PrintPrompt:.wordPrintf1PrintPar:.wordPrintf2Result:.space4.textmain:addir14,r0,PrintPrompttrap5addir2,r0,0lwr20,VectorLengthLoop:ldf10,Vector1(r2)ldf12,Vector2(r2)addir2,r2,4cvti2df0,f10;此处进行优化cvti2df2,f12subir20,r20,1adddf4,f2,f0;此处进行优化，之前插入一条指令，避免f2的RAW冲突sdResult,f4addir14,r0,PrintPartrap5;addir2,r2,4;subir20,r20,1bnezr20,Looptrap0程序结果（两个一样）2.代码优化前后的statistics对比（左图为优化前右图为优化后）优化之后其中断数据显示为：优化前为：由上述两图对比可以看出，数据相关：其RAW相关由优化前的34.12%减少为20.57%，性能改善很多；结构相关没有发生改变；控制相关：由原来的3.94%变为4.75%，没有改善。因此，可以看出，我所进行的代码优化对性能方面改善并不是很强烈，主要影响还是在数据相关方面上图左图为4个浮点部件执行结果，右图为原始默认1个浮点部件执行结果。由此可以看出，其部件个数对统计结果并无影响。原因为该运算过程中不存在结构相关，因此并行度没有增加，程序影响不大，部件增加对于系统的性能并没有改善。左图为使用forwading技术的统计结果。通过对比可以看出，使用forwarding技术之后执行周期少了316-267=49个时钟周期，在这些时钟周期中，forwarding技术主要在于消除了执行过程中的数据相关（由65个中断减少至16个）。因此，代码执行效率改善很多。由统计结果中的ConditionalBranches可以看出，优化前和优化后的ConditionalBranches都为上图显示，优化对于转移指令并无影响。在本代码运行过程中，成功几率为93.75%，在进行一共16次转移中，taken一共15次。分析原因可以知道，预测成功执行指令，当判断转移不成功是，系统对trap指令不再执行，进行跳转。3.实验总结本次实验的难度相比于前几次实验的难度较大，要求对代码的理解更加深入。实验过程中，我感觉一个最重要的步骤就是分析相关性。如果没有分析好相关性，是不知道从什么地方下手优化代码的。代码优化所提高的效率时十分明显的，所以以后要注重对代码优化的一些问题的研究，这样会对整个程序效率的提高有很大的保证。本次试验主要是对上一个实验中的代码进行优化，使我在做实验的过程中掌握了进行代码优化的方法，以及相关性的分析。而相关性分析在我看来是重点，它关系到能否进行优化以及怎么优化。