实验3 指令调度和延迟分支

第一篇：实验3 指令调度和延迟分支

实验3 指令调度和延迟分支

3.1 实验目的

（1）加深对指令调度技术的理解。（2）加深对延迟分支技术的理解。

（3）熟练掌握用指令调度技术解决指令流水线中的数据冲突的方法。（4）进一步理解指令调度技术对CPU性能的改进。（5）进一步理解延迟分支技术对CPU性能的改进。

3.2 实验平台

指令级和流水线操作级模拟器MIPSsim。

3.3 实验内容和步骤（1）启动MIPSsim。

（2）进一步理解流水段的构成和各个流水寄存器的功能。（3）选择“配置”下的“流水方式”，让模拟器工作于流水方式下。（4）采用指令调度技术解决流水线中的数据冲突。步骤如下：

1)载入程序schedule.s。2)关闭定向功能。

3)执行载入的程序。观察时钟周期图，找出程序执行中各种冲突发生的次数，发生冲突的指令组合以及程序执行的总时钟周期数。时钟周期图如下：

由以上知：RAW数据冲突发生了16次，其中load停顿6次，自陷停顿1次。发生冲突的指令组合： ADDIU $r1,$r0,A LW $r2,0($r1)与上条写后读冲突； ADD $r4,$r0,$r2 SW $r4,0($r1)与上条指令写后读冲突； LW $r6,4($r1)ADD $r8,$r6,$r1与上条指令写后读冲突； MUL $r12,$r10,$r1 ADD $r16,$r12,$r1与上条指令写后读冲突； ADD $r18,$r16,$r1 与上条指令组件冲突 SW $r18,16($r1)与上条指令写后读冲突；； LW $r20,8($r1)MUL $r22,$r20,$r14与上条指令写后读冲突； 程序执行的总时钟周期数为33。

4)采用指令调度技术对程序进行指令调度，消除冲突。将调度后的指令存到after-schedule.s中。

答：after-schedule.s指令代码如下：

.text main: ADDIU $r1,$r0,A MUL

$r22,$r20,$r14 LW

$r2,0($r1)MUL

$r24,$r26,$r14 ADD

$r4,$r0,$r2 LW

$r6,4($r1)SW

$r4,0($r1)ADD

$r8,$r6,$r1 MUL

$r12,$r10,$r1 ADD

$r18,$r16,$r1 ADD

$r16,$r12,$r1 SW

$r18,16($r1)LW

$r20,8($r1)TEQ

$r0,$r0.data A:.word 4,6,8 5)载入after-schedule.s。

6)执行程序，观察程序在流水线中的执行情况，记录程序执行的总时钟周期数。

则程序执行的总时钟周期数为21。

7)根据记录结果，比较调度前和调度后的性能。论述指令调度对提高CPU性能的作用。

时钟周期图：

调度前的执行周期为33，调度后的执行周期数为21。指令调度让指令顺序重新组织顺序可以消除部分的数据冲突，指令调度影响CPU性能，通过使用指令调度提高了CPU的使用率，大大减少了指令冲突的次数，提高了CPU性能。（5）采用延迟分支减少分支指令对性能的影响。步骤如下：

1)启动MIPSsim。2)载入branch.s。

3)关闭延迟分支功能。通过“配置”下取消“延迟槽”选项。4)执行该程序，观察并记录发生分支延迟的时刻。

答：分支延迟的时刻为第13个周期。5)记录该程序执行的总时钟周期数。

6)

7)8)9)

程序执行的总时钟周期数为38。

假设延迟槽为一个，对程序进行指令调度，然后保存到delay-branch.s中。delay-branch.s的指令代码：.text main: ADDI $r2,$r0,1024 ADD

$r3,$r0,$r0 ADDI $r4,$r0,8 loop:

LW

$r1,0($r2)ADDI $r1,$r1,1 ADDI $r3,$r3,4 SUB

$r5,$r4,$r3 SW

$r1,0($r2)BGTZ $r5,loop ADD

$r7,$r0,$r6 TEQ

$r0,$r0 载入delay-branch.s。打开延迟分支功能。

执行该程序，观察时钟周期图。时钟周期图：

10)记录执行该程序的总的时钟周期数。

程序的总的时钟周期数为31。

11)对比上述两种情况下的时钟周期图。12)根据记录，比较没有采用延迟分支和采用了延迟分支的性能之间的不同。论述延迟分支对CPU性能的作用。

答：比较两种情况的时钟周期总数，可知：在使用延迟槽后，指令在运行到跳转指令时，不会出现延迟等待，则能够提高CPU的性能。3.4 实验结论和实验心得

实验结论：

从前调度，在任何情况下，被调度的指令必须与分支无关。从目标处调度，当分支成功时，必须保证在分支失败时执行被调度的指令不会导致错误，有可能需要复制指令。延迟可以提高CPU的性能。实验心得体会：

通过本次实验，我对指令调度和延迟分支有了进一步的了解和掌握，并掌握了用指令调度技术解决指令流水线中的数据冲突问题的方法。理解了指令调度技术和延迟分支技术对CPU性能的改进。这对我以后的计算机系统结构的学习打下了坚实的基础，让我不断提高，增长了我的知识。

第二篇：电网调度术语和操作指令

电网调度术语和操作指令汇编 调度管理

1.1调度管理范围

电网设备运行和操作指挥权限的范围 1.2调度指令

电网调度机构值班调度员(以下简称值班调度员)对其下级调度机构值班人员或调度管辖厂、站值班人员(以下简称运行值班员)发布有关运行和操作的指令 1.2.1口头令

由值班调度员口头下达(无须填写操作票)的调度指令 1.2.2操作令

值班调度员对所管辖设备进行操作，给下级调度机构或调度管辖厂、站运行值班员发布的有关操作的指令 1.2.2.1单项操作令

值班调度员向运行值班员发布的单一一项操作的指令 1.2.2.2逐项操作令

值班调度员向运行值班员发布的操作指令是具体的逐项操作步骤和内容，要求运行值班员按照指令的操作步骤和内容逐项进行操作。1.2.2.3综合操作令

值班调度员给运行值班员发布的不涉及其他厂站配合的综合操作任务的调度指令。其具体的逐项操作步骤和内容，以及安全措施，均由运行值班员自行按规程拟订。1.3调度同意。

值班调度员对运行值班员提出的工作申请及要求等予以同意。1.4调度许可

设备由下级调度机构管辖，但在进行该设备有关操作前该级值班调度员必须报告上级值班调度员，征得同意。1.5许可操作

在改变电器设备的状态和方式前，根据有关规定，由有关人员提出操作项目，值班调度员同意其操作。

1.6配合操作申请

需要上级调度机构的值班调度员进行配合操作时，下级调度机构的值班调度员根据电网运行需要提出配合操作申请 1.7配合操作回复

上级调度机构的值班调度员同意下级调度机构的值班调度员提出的配合操作申请，操作完毕后，通知提出申请的值班调度员配合操作完成情况 1.8直接调度

值班调度员直接向运行值班员发布调度指令的调度方式(值班调度员向将要具体执行调度指令的运行值班员发布调度指令的调度方式)1.9调度

1.9.1发布指令

值班调度员正式向调度所属各运行值班员发布的调度指令 1.9.2接受指令

运行值班员正式接受值班调度员所发布的调度指令 1.9.3复诵指令 运行值班员发布指令或接受汇报时，受话方重复通话内容以确认的过程。1.9.4回复指令

运行值班员在执行完值班调度员发布给他的调度指令后，向值班调度员报告已经执行完调度指令的步骤、内容和时间等 2 调度术语释疑 2.1开关和刀闸 2.1.1合上开关

使开关由分闸位置转为合闸位置 2.1.2拉开开关

使开关由合闸位置转为分闸位置 2.1.3合上刀闸

使刀闸由断开位置转为接通位置 2.1.4拉开刀闸

使刀闸由接通位置转为断开位置 2.2开关跳闸

未经操作的开关三相同时由合闸转为分闸位置 2.2.1开关X相跳闸

未经操作的开关X相由合闸转为分闸位置 2.2.2开关非全相合闸

开关进行合闸操作时只合上一相或两相 2.2.3开关非全相跳闸

未经操作的开关一相或两相跳闸 2.2.4开关非全相运行

开关跳闸或合闸等致使开关一相或两相合闸运行 2.2.5开关X相跳闸重合成功

开关X相跳闸后，又自动合上X相，未再跳闸 2.2.6开关跳闸，三相重合成功

开关跳闸后，又自动合上三相，未再跳闸 2.2.7开关X相跳闸，重合不成功

开关X相跳闸后，又自动合上X相，开关再自动跳开三相 2.2.8开关跳闸，三相重合不成功

开关跳闸后，又自动合上三相，开关再自动跳开

2.2.9开关(X相)跳闸，重合闸未动跳开三相(或非全相运行)开关(X相)跳闸后，重合闸装置虽已投入，但未动作，XX保护动作跳开三相(或非全相运行)2.3继电保护装置 2.3.1将保护改投跳闸

将保护由停用或信号位置改为跳闸位置 2.3.2将保护改投信号

将保护由停用或跳闸位置改为信号位置 2.3.3将保护停用

将保护由跳闸或信号位置改为停用位置 2.3.4保护改跳

由于方式的需要，将设备的保护改为不跳本设备开关而跳其它开关 跳，某开关跳闸时，同时连锁跳其它开关 2.3.5投入X设备X保护(X段)X设备X保护(X段)投入运行 2.3.6退出X设备X保护(X段)X设备X保护(X段)退出运行 2.3.7X设备X保护(X段)改定值

X设备X保护(X段)整定值(阻抗、电压、电流、时间等)从某一定值改为另一定值 2.3.8高频保护测试通道

高频保护按规定进行通道对试 2.4合环、解环 2.4.1合环

合上网络内某开关(或刀闸)将网络改为环路运行 2.4.2同期合环 检测同期后合环

2.4.3解除同期闭锁合环 不经同期闭锁直接合环 2.4.4差30度合环

网络经结线相位角度差30度的变压器组合环 2.4.5解环

将环状运行的电网，解为非环状运行 2.5并列、解列 2.5.1核相

用仪表或其它手段对两电源或环路相位检测是否相同 2.5.2核对相序

用仪表或其它手段，核对两电源的相序是否相同 2.5.3相位正确

开关两侧A、B、C三相相位均对应相同 2.5.4并 列

两个单独电网使其并为一个电网运行 2.5.5解 列

将一个电网分成两个电气相互独立的部分运行 2.6线 路

2.6.1线路强送电

线路开关跳闸后未经处理即行送电 2.6.2线路强送成功

线路开关跳闸后未经处理即行送电，开关未再跳闸 2.6.3线路强送不成功

线路开关事故跳闸后未经处理即行送电，开关再跳闸 2.6.4线路试送电

线路事故跳闸经处理后的首次送电 2.6.5线路试送成功

线路事故跳闸经处理后首次送电正常 2.6.6线路试送不成功

线路事故跳闸处理后首次送电，开关再跳闸 2.6.7按单电源负荷线路处理 原为双电源或环路，另一电源解列或环路开环后变成单电源负荷线路，线路故障开关跳闸后的处理，按调度规程中有关负荷线路故障，开关跳闸的处理规定进行处理

第三篇：实验二分支程序 豆丁

微机《实验》报告

实验名称 分支程序设计实验

指导教师 曹 丹 华

专业班级 光电1007班 姓名 余 冬 学号 U201013524 序号 16 联系方式 ***

一、任务要求

1.设有8bits符号数X存于外部RAM单元，按以下方式计算后的结果Y也存于外部RAM单元，请按要求编写程序。

X2当X40YX/2当20X40

当X20X2.利用51系列单片机设计一个24小时制电子时钟，电子时钟的时、分、秒数值分别通过P0、P1、P2端口输出（以压缩BCD码的形式）。P3.0为低电平时开始计时，为高电平时停止计时。提高部分（选做）：

a.实现4位十进制加、减1计数，千位、百位由P1口输出；十位、个位由P2口输出。利用P3.7状态选择加、减计数方式。

b.利用P3口低四位状态控制开始和停止计数，控制方式自定。

二、设计思路

任务1：将位于2000H中的X取出，判断是否为负数，若为负数，则对X按位取反，结果送入3000H单元。若为正数，则将X的值与40比较，若大于等于40，则将X平方后的结果送入3000H低字节和高字节单元中。若X小于40，则将X的值与20比较，若X>20，则将除以2后存入3000H单元。否则对X按位取反，结果送入3000H单元。

其中，按位取反使用CPL指令实现：除以2运算使用2进制位带左移实现：平方运算使用MUL指令实现。并且平方运算后的结果用2个存储单元保存。任务2：

先将P2、P1和P0端口置0，注意P0没有锁存功能，用R5存储P0的内容，并将R5也置0.然后根据P3.0的值来判断是否开始计时，计时开始后等待一秒，而后P2加1，判断P2与60的大小，若P2小于60，则重新判断P3.0的值来决定是否开始计时。若P2等于60，则将P2置0，同时P1加1.再判断P1与60的大小，若小于60，则重新看P3.0的值是否开始计时。若P1等于60，则将P1置0，同时R5加1后将其值赋给P0。再判断R5与24的大小，若R5小于24，则重新判断P3.0的值来看是否开始计时。若R5等于24，则将置1后将其值赋给P0。等待一秒后又再次判断P3.0的值，目的是保证当改变P3.0后程序能立即做出反应。

三、资源分配

1.2000H：存入8bits符号数X 3000H、3001H：保存计算后的结果 DPTR：对片外RAM进行读写操作 R1：减法运算时保存A的值 2.R5：暂时存储P0端口的值

R0、R1、R2、R3、R4：为实现延时一秒而指定操作的周期数 P0、P1、P2：分别输出时、分、秒数值 P3：起计时控制作用

四、流程图1、2.五、源代码（含文件头说明、资源使用说明、语句行注释）1.M EQU 10H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:MOV DPTR,#2000H MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A;MOVX A,@DPTR

JB ACC.7,LOOP2 MOV R1,A

CLR C

SUBB A,#40H

MOV A,R1

JC LOOP1

MOV B,A MUL AB

MOV DPTR,#3000H MOVX @DPTR,A

MOV A,B INC DPTR MOVX @DPTR,A

DONE:SJMP DONE LOOP1:MOV R1,A

CLR C SUBB A,#20H

MOV A,R1

JC LOOP2

JZ LOOP2

CLR C

RRC A

将初始值存入2000H单元

;从2000H单元读出M的值

;判断M是否为负，若为负，跳转LOOP2;暂时保存A的值

;将M的值与40进行比较;将减法运算之前的值再赋给A;若M的值小于40，跳转LOOP1

;进行M的平方运算

;低位存入3000H单元

;高位存入3001H单元;暂时保存A的值

;将M的值与20进行比较;将减法运算之前的值再赋给A;若M小于20，跳转LOOP2;若M等于20，跳转LOOP2;进行除了操作 OVER:MOV DPTR,#3000H MOVX @DPTR,A SJMP DONE

;字节取反

;将结果存于3000H单元

LOOP2:CPL A

SJMP OVER END

2、ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0300H MAIN:MOV P2,#00H;将P2端口置0 MOV P1,#00H MOV P0,#00H MOV R5,#00H

;将P1端口置0;将P0端口置0

;将P0端口的暂时存储器置0 START:JB P3.0,START;判断P3.0是否为0,若为0,则向下执行 LCALL DELAY;调用延时子程序 HERE: JB P3.0,HERE MOV A,P2

ADD A,#01H DA A MOV P2,A MOV A,P1 ADD A,#01H DA A MOV P1,A CLR C SUBB A,#60H JC LOOP2 MOV P1,#00H MOV A,R5 ADD A,#01H

;将秒钟值加强，并作十进制修正

DA A MOV R5,A MOV P0,R5 CLR C SUBB A,#24H

JC LOOP3 MOV R5,#00H MOV P0,R5 MOV R0,#13 DELAY9:NOP NOP DJNZ R0,DELAY9 AJMP START LOOP3:MOV R0,#13 DELAY8:NOP NOP

DJNZ R0,DELAY8 NOP NOP NOP LJMP START LOOP2:MOV R0,#16 DELAY7:NOP

NOP DJNZ R0,DELAY7 NOP NOP NOP AJMP START LOOP1:MOV R0,#19H DELAY6:NOP NOP

DJNZ R0,DELAY6 NOP AJMP START DELAY:MOV R2,#6H DELAY3:MOV R1,#255 DELAY2:MOV R0,#255 DELAY1:NOP

NOP NOP DJNZ R0,DELAY1 DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R2,DELAY3 MOV R4,#58 DELAY5:MOV R3,#255 DELAY4:NOP DJNZ R3,DELAY4

DJNZ R4,DELAY5 RET END

六、程序测试方法与结果、软件性能分析 1.a.赋值X为-2，截图如下 ：

B.赋值X为16，截图如下：

C.赋值X为22，截图如下：

D.赋值X为42，截图如下：

2.第一步，当程序刚开始运行的时候，时分秒全部清零，如下图：

第二步，当秒向分进位时，前后对比如下：

运行前

运行后 由上可以看出前后刚好延时一秒。

第三步，当分向时进位时，前后对比如下：

运行前

运行后

由上可以看出分向时进位时，前后延时一秒。第四步，到23：59：59时，运行前后如下：

运行前

运行后

由上也可以看出，分向时进位也延时一秒。综上，软件性能良好。

七、思考题

1．实现多分支结构程序的主要方法有哪些？举例说明、答：若分支比较少，则通常用条件转移指令来实现。

例如，判断两个单字节无符号数的大小，分别存于片内RAM的40H和41HUJ单元）并把人数存入单元。可以用判断CY的转移指令来实现，程序如下： JUDGE: MOM A,40H CLR C SUBB A,41H JNC LP MOV 42H,41H RET LP:MOV 42H RET 若分支比较多，则可采用的有三种形式：分支地址表、转移指令表、地址偏移量表。具体例子不详述。

2．在编程上，十进制加1计数器与十六进制加1计数器的区别是什么？怎样用十进制加法指令实现减1计数？

答：十进制加法1计数器进行加1操作时，每加一次1，就得将每一字节进行十进制修正；而十六进制加法是相当于单字节或多字节的加法运算，其中被加数是计数器的当前值，加数始终是1.十进制加法进行减1计数时，应该将计数器的当前值与-1的补码FFH相加，然后将每一字节进行修正，从而实现十进制减1计数。

八、心得

本次实验遇到的问题包括时钟的程序设计和流程图的绘制。看出来，单片机的基础知识还没掌握好，应复习相应的课件，补充缺陷的地方。下次实验再继续努力。说明：

标题：黑体，小四号

正文：宋体，五号，1.5倍行距

流程图使用 SmartDraw7

或Visio软件绘制

第四篇：单片机实验9 多分支程序设计

实验9 多分支程序设计

1、实验内容

用P1.0、P1.1控制流水灯的变化

P1.0、P1.1=00灯全灭

P1.0、P1.1=01单灯亮左循环

P1.0、P1.1=10单灯亮右循环

P1.0、P1.1=11双灯亮左循环

灯亮的时时为1秒。用软件延时实现。*用T0定时选作。

2、实验步骤

1)打开PV32编程序。汇编正确进入调试界面。否则修改程序重新汇编直到通过。

2)打开P0、P1窗口给

3)调试灯全灭、单灯亮左循环、单灯亮右循环、双灯亮左循环程序观察并记禄寄存器、内存的变化。判断程序是否正确。若发现问题重返编辑界面，修改、存盘、汇编。返回调试界面调试通过。

4)设断点调试主程序观察并记禄寄存器、内存的变化。判断程序是否正确。若发现问题重返编辑界面，修改、存盘、汇编。返回调试界面调试通过。

首先将P1.0、P1.1置00观察P2窗口灯是否全灭，然后改变P1.0、1.1的设置观察流水灯运行是否正确。

5)流水灯运行中改变P1.0、1.1看流灯能否随之变化。若执行正确程序通过。否则在每个流水子程序中加入读P1口散转子程序。

3.实验报告

1.写出主程序流程图、子程序流程图、程序清单

2.根据记渌数据给程序加注解

3.调试心得

第五篇：基本逻辑指令综合设计实验

实验六 基本逻辑指令综合设计实验

一、实验目的：

1.在掌握逻辑指令的基本应用基础上，通过综合设计实验的训练，达到提高综合分析问题、解决问题能力的目的。

2.通过程序的调试，进一步掌握PLC的编程技巧和编程调试方法。

3.以工程应用为出发点，强化学生的工程意识。

二、实验设备：

PLC实验台：主机挂件（西门子S7－300 PLC）、基本逻辑指令实验挂件、继电器挂件、直线运动模块、PC机、连接导线

三、预习内容：

1.熟悉西门子STEP 7编程软件的使用方法。

2.熟悉西门子S7-300 PLC的基本位设备：I、Q、M、T、C。3.熟悉基本逻辑指令的编程方法。4.熟悉典型继电器控制电路。

5.了解PLC设计控制系统的基本方法和步骤。

6.本次实验为一般设计类实验，要求学生在实验前根据具体内容完成以下任务：(1)确定输入/输出信号

(2)分析控制要求，简单画出PLC电气原理图（按实验内容要求）(3)编写PLC（梯形图）程序

(4)写出程序调试步骤(5)写出程序运行结果

四、实验步骤：

1.电路连接好后经指导教师检查无误，并将RUN/STOP开关置于STOP后，接入220V交流电源.2.在PC机启动西门子STEP 7编程软件，新建工程，进入编程环境。

3.根据实验内容，在STEP 7编程环境下输入梯形图程序，转换后，下载到PLC中。4.程序运行调试并修改。5.写实验报告。

五、实验内容：

1.小车往复运动控制程序

本程序是以检测为原则，实现PLC顺控 系统设计。

(1)控制要求：

小车在初始状态时停在中间，限位开关 I0.0=ON；按下启动按钮I0.3，小车按图4.1所示

图4.1 小车往复运动示意图

顺序往复运动，按下停止按钮I0.4，小车停在初始位置（中间）(2).设计指导：

① 该程序为电动机正、反转控制的具体工程应用。② 该程序的关键问题：按下停止按钮时，小车并不是立即停止，而是要回到原位（中间位置）才停，所以要对停止信号加自锁保持，小车回到原位后再清除停止信号。2.电动机Y-△降压启动控制程序

本程序是用PLC改造典型继电器电路的应用(1)控制要求：

图4.2所示为笼型异步电动机Y-Δ降压起动继电接触器控制系统图，写出系统工作流程，设计用PLC改造后的电气原理图和控制程序。

(2)设计指导：

图4.2 电动机Y-△降压启动电路

① 该程序为电动机降压启动控制的具体工程应用，学生先分析图4.2后，确定输入/输出信号，画PLC电气原理图。

② 该程序的关键问题：程序中要考虑PLC的工作方式与继电器控制系统不同，PLC没有先断后合的概念，所以在实际工程应中，PLC编程时要人为加入切换延时，即电动机Y形接法运行一段时间后，切除Y形接法的接触器线圈后延时一点时间（2秒）后，再接通电动机△形接法的接触器线圈，使电动机全压运行。定时器的编程学生可参考本书实验二中的相关内容进行设计

六、实验报告

本次实验为综合设计型实验，要求学生在实验前加强预习，实验过程中重点是运行、调试及修改自己设计的程序。本次实验报告的内容主要是：

1.实验目的：本次实验主要达到的要求及目的。

2.实验设备：本次实验的主要设备。

3.预习内容：预习本次实验内容后，按实验内容画出PLC电气原理图、PLC梯形图程序以及程序调试步骤。

4.实验具体步骤：重点写程序的运行、调试、修改的过程。

5.实验程序上机验证：写出运行后得到的结果，并分析与预习中的结果是否相同 6.心得体会：本次实验中遇到的问题、解决方法及收获。

注：本次实验为综合设计型实验，要求学生的实验报告中必须画出PLC电气原理图、以及写出最终的梯形图程序。