北邮计算机系统结构实验二：流水线及流水线中的冲突
本资源包含了北京邮电大学计算机科学与技术专业在“计算机系统结构”课程中的一项重要实验——实验二 流水线及流水线中的冲突。该实验旨在帮助学生深入理解计算机内部的流水线技术及其带来的性能提升原理，同时揭示流水线执行过程中可能遇到的各种冲突问题，并探索解决这些冲突的方法。
实验背景
随着计算机技术的发展，提高处理器的速度和效率变得至关重要。流水线技术作为一种提高CPU执行速度的重要手段，通过将指令执行过程分割成若干个阶段，使得不同阶段的指令可以重叠执行，从而实现并行处理，极大提升了处理速度。然而，流水线并非完美无瑕，诸如数据冒险（数据依赖）、控制冒险等冲突是其主要挑战。
实验目标
- 理解流水线的基本概念：掌握流水线的分段原则、工作原理以及性能分析方法。
- 识别并解决流水线冲突：学习如何分析流水线中的数据冲突和控制冲突，并设计策略减轻或避免这些冲突。
- 实践模拟：通过编写程序或使用模拟软件，实际操作流水线的构建，体验不同的解决方案对流水线性能的影响。
实验内容
- 理论学习：复习计算机系统结构中关于流水线的基础理论知识。
- 设计与实现：设计一个简单的流水线模型，模拟不同情况下的指令流。
- 冲突案例分析：针对特定的流水线架构，分析并解决因数据依赖和分支预测引起的流水线停顿。
- 性能评估：对比优化前后流水线的吞吐量和延迟，评价改进效果。
技术要求
- 掌握基础的计算机体系结构知识。
- 熟悉至少一种编程语言（如C/C++），用于实现流水线模拟。
- 能够阅读和理解硬件描述语言（如Verilog）者更佳，但非必需。
注意事项
- 在进行实验前，务必先深入理解课本及相关资料中的流水线理论部分。
- 实验报告应详细记录实验步骤、发现的问题、解决策略及其效果分析。
- 强烈建议团队合作，以促进思维碰撞和知识共享。
通过完成此实验，学生不仅能够深化对计算机系统结构中流水线技术的理解，还能够培养解决问题的能力，为未来在计算机领域的深入研究打下坚实的基础。