方案，主要是针对数据冲突的解决方法（指令调度和定向技术）。图4是侧重动态调度技术的流水线模拟器，不仅可以演示静态调度，还可以对比演示常用的动态调度技术，比如记分牌算法（Scoreboarding）和Tomasulo算法。
图5是针对动态分支预测技术的模拟器，可以演示分支历史表（1位或2位）技术和关联预测（2*2）技术。图6是向量机模拟器，可以动态展示向量机的执行过程以及冲突检测，并可以对向量机中的链接技术（Chaining）做对比分析教学。
三、应用示例
本节以图3所示的简单流水线模拟器为例，分析一下该模拟器的使用。在图1所示的模拟器主页页面选择Pipelining（w & w/o forwarding），便进入到该流水线模拟器界面。先在界面左上角的指令执行周期设置窗口中设置长周期指令的执行时间（该执行时间是5段流水线中EX段的时间），比如分别设置浮点加减、浮点乘法、浮点除法和整数除法的执行时间为2、4、6和2个时钟周期，如图7所示。除了这4类指令之外，其他所有指令的执行时间都默认是1个周期。
通过右上角的添加窗口添加几条要执行的指令，比如，依次添加以下4条指令，添加后的结果如图8所示，分别为浮点加载指令、浮点加法指令、浮点加法指令和浮点存储指令。指令添加完后，潜在的冲突窗口就给出了这几条指令之间的潜在的冲突分析，如图9所示。指令0和1之间存在关于寄存器F1的RAW写后读冲突（因为指令0写F1，指令1读F1），指令1和2之间存在关于寄存器F3的RAW冲突（因为指令1写F3，指令2读F3），指令1和2之间存在关于浮点加减运算部件的结构冲突（因为两条指令会同时用该算部件），指令2和3之间存在关于寄存器F4的RAW冲突（因为指令2写F4，指令3读F4）。
然后，不采用定向技术运行这段代码（不勾选Data Forwarding），可以单步执行，观察流水线每步的操作，也可连续运行。图10给出的是运行结束后的时钟周期图，红色S标记的是停顿周期。从中看出，指令1要停顿2拍等待指令0完成写F1的操作;指令2要停顿3拍（第7—9拍）等待指令1用完浮点加法部件并完成写F3的操作（注：指令2在第4—5拍的停顿是指令1的停顿引发的，不属于新增停顿）;指令3也要停顿3拍等指令2完成写F4的操作。这样一共停顿8拍，总共用时16拍。
随后，采用定向技术再次运行这段代码（这次勾选Data Forwarding）。图11给出的是运行结束后的时钟周期图。红线给出的是定向连接线。由于指令0在MEM段后得到要往F1里写的数据，指令1在执行段才真正用到F1里的数据，直接从指令0的MEM段后的流水寄存器定向数据到浮点运算部件的输入端给指令1使用即可，这样的话指令1只需停顿1拍（第4拍）;指令1和指令2之间的定向通路是从浮点运算部件之后的流水寄存器直接送数据到浮点运算部件的输入端;指令2和指令3之间的定向通路是从MEM段的输出端直接到MEM段的输入端。采用定向技术后，代码运行中一共停顿3拍（分别是第4、第6和第8拍），总共用时11拍。和不用定向技术相比，性能大幅提升。
四、结束语
基于Web整合设计的这套模拟器功能比较全面，覆盖了不少比较深入的知识点，不仅能适应本科生的教学，还可作为研究生和教师科研的辅助手段。而且这套平台的访问非常方便，不限操作系统，不限平台，可以在桌面电脑上访问，也可手机和平板上访问，大大方便了学生的学习和实验，在使用中获得了比较好的评价和反馈。
参考文献：
[1]B. Nikolic，Z. Radivojevic. A Survey and Evaluation of Simulators Suitable for Teaching Courses in Computer Architecture and Organization. IEEE TRANSACTIONS ON EDUCATION，VOL. 52（4）：449-458，Nov. 2009.
[2]R. Hasan，S. Mahmood. Survey and Evaluation of Simulators Suitable for Teaching for Computer Architecture and Organization. UKACC International Conference on Control 2012，1043-1045，Sep. 2012.
[3]张晨曦，李江峰，刘依，沈立.计算机系统结构实践教程[M].第2版.北京：清华大学出版社，2014.
Web-based Simulators for Teaching Computer Architecture
DU Zhen-jun，SANG Guo-ming
（School of Information Science and Technology，Dalian Maritime University，Dalian，Liaoning 116026，China）
Abstract：There exist difficulties and challenges in teaching computer architecture，one of the main courses for undergraduates in computer major.After analyzing similar simulators at home and abroad，a suite of web-based computer-architecture simulators are integrated. They cover knowledge points in depth and are easy to use，playing a helpful role in teaching practice.
Key words：Computer architecture;Undergraduate teaching;Simulators
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