Ejercicios para el 3er parcial

Transcripción

1 Problema 1: Representar la ejecución de las siguientes instrucciones: Add $2, $5, $4 Add $4, $2, $5 Lw $5, 100($2) Add $3, $5, $4 Beq $8, $8, s1 And $1, $2, $3 OR $4, $5, $6 s1: Sub $7, $8, $9 Ejercicios para el 3er parcial C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 Mostrar las líneas por medio de las cuales se resuelven las dependencias de datos y/o mostrar la inserción de burbujas si es que se requieren. Problema 2: Considerando los cambios hechos al HW para que los brincos puedan resolverse en la etapa 2, se tiene otra situación de riesgo: Uno de los operandos de un brinco es un resultado de una instrucción tipo R (previa al brinco): Add $3, $4, $5 Beq $7, $3, etiqueta Cómo puede resolverse esta situación? Habría que hacer otra consideración si el operando en conflicto resulta de una carga? Lw $3, 24 ( $5 ) Beq $7, $3, etiqueta Cuántos ciclos de reloj adicionales se requieren en cada caso?

2 Problema 3: Se tiene la siguiente secuencia de instrucciones: 36 SUB $10, $4, $8 40 BEQ $1, $3, AND $12, $2, $5 48 OR $13, $2, $6 52 ADD $14, $4, $2 56 SLT $15, $6, $7 72 LW $4, 50 ($7) 1) Mostrar qué ocurre cuando la instrucción sub está en la etapa WB y el salto no se realiza, marcar líneas de control principales y sus valores, así como elementos funcionales 2) Mostrar qué ocurre cuando la instrucción beq está en la etapa WB y el salto se realiza (considerar la versión mejorada cuando se pierde un solo ciclo)

3 Problema 4 Represente la siguiente secuencia de instrucciones, identifique y marque los riesgos por dependencias. Suponga que las pérdidas por dependencias de control son de 1 ciclo. 36 SUB $2, $1, $3 40 AND $4, $2, $5 44 OR $8, $2, $6 48 ADD $9, $4, $2 52 SLT $1, $6, $7 56 LW $9, 10($1) 60 BEQ $1, $1, -3 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 Problema 5: a) Determine tantas como pueda, las instrucciones que están en las 5 etapas de segmentación en la siguiente figura, si no se puede encontrar un campo en una instrucción explicar por qué.

4 b) Determinar para cada uno de los registros de segmentación (IF/ID, ID/EX,..) cada uno de los valores que se almacenan dentro de él y el tamaño en bits de cada registro (analice la figura anterior). Problema 6 Determinar el valor de cada campo en los cuatro registros de segmentación en la siguiente figura: Suponer que antes que se ejecuten las instrucciones el estado de la máquina era el siguiente: El PC tenía el valor 500 diez, la dirección de la instrucción Lw. Cada registro tenía el valor inicial 10 diez más el número de registro (por ejemplo, el registro $8 tenía el valor inicial 18 diez). Cada palabra de memoria accedida como dato tenía el valor inicial 1000 diez más la dirección del byte de la palabra (por ejemplo, Memoria[8] tenía el valor inicial 1008 diez). Determinar el valor de cada campo, incluyendo los no identificados en la figura y los innecesarios para una instrucción específica. Si usted cree que es imposible determinar el valor de un campo a partir de la información suministrada, explicar por qué. Problema 7 La razón de diseñar procesadores segmentados es conseguir mayor rendimiento, y como se ha visto, la segmentación reduce el tiempo medio de ejecución por instrucción. Los riesgos limitan las ganancias que se obtienen de la segmentación, pero las técnicas hardware y software han sido proyectadas para evitar estos límites. Un escritor de compiladores debe comprender la segmentación de la máquina objeto para que consiga el mejor rendimiento; en otro caso, detenciones inesperadas pueden echar a perder las ventajas del rendimiento segmentado. Encontrar el riesgo de este código del cuerpo del procedimiento swap # reg $2 tiene La dirección de v[k] Lw $15, 0($2) # reg $15 (temp) = v[k] Lw $16, 4($2) # reg $16 = v[k + 1] sw $16, 0($2) # v[k] = reg $16 sw $15, 4($2) #v[k + 1] = reg $15 (temp) a) Reordenar las instrucciones para que eviten tantas detenciones en la segmentación como sea posible. b) Reescribir el código considerando que se tiene una máquina sin anticipación, entonces deberá insertar instrucciones NOP cuando sea necesario

5 Problema 8 En el problema anterior, se muestra cómo maximizar el rendimiento del camino de datos segmentado con anticipación y detenciones en un siguiente uso de una carga, examinar el siguiente código y reescribirlo para minimizar el rendimiento en este camino de datos - es decir, reordenar las instrucciones para que esta secuencia necesite el número máximo de ciclos de reloj para que se ejecute mientras todavía obtenga el mismo resultado -. El propósito de este ejercicio es mostrar el impacto de la planificación de instrucciones. loop: Iw $3, 0($4) # Lee siguiente palabra de fuente addi $2, $2,1 # Incrementa recuento de palabras copiadas sw $3,0($5) # Escribe un destino addi $4,$4,1 # Avanza puntero a siguiente fuente addi $5,$5,1 # Avanza puntero a siguiente destino bne $3,$0,loop # Va a loop si palabra copiada/cero Problema 9 Los programas de máquinas segmentadas se detienen con frecuencia sin anticipación o ayuda del compilador. Analizar este bucle:. mov $5, $0 Sum: Lw $10, 1000($20) addu $5, $5,$10 addiu $20, $20, -4 bne $20, $0,Sum suponer que el hardware es el que se muestra en la siguiente figura: Este camino de datos nunca se detiene ni se anticipa en las dependencias, así que se pueden añadir instrucciones nop. Reescribir el código insertando el mínimo número de instrucciones nop necesarias para la ejecución adecuada; reordenar las instrucciones, si es posible, para minimizar el número de nops mientras se conserve la exactitud. Escribir una fórmula para el número de ciclos de reloj que ejecute el bucle como una función de N, el número de palabras copiadas.

6 Problema 10: Comparar el rendimiento para una implementación de un solo ciclo de reloj (MSC), una implementación multiciclo (MMC) y una implementación segmentada (MSEG). Considerando un programa de prueba con la siguiente distribución de instrucciones: Los tiempos de operación para las principales unidades funcionales son: 2 ns para un acceso a memoria, 2 ns para la operación de la ALU, 1 ns para lectura o escritura de registros. Para la implementación segmentada suponer que la mitad de las instrucciones de carga están inmediatamente seguidas por una instrucción que usa el valor obtenido de la memoria, que una cuarta parte de los brincos si se llevaron a cabo produciendo un retrazo de 1 ciclo de reloj y que los saltos incondicionales también se ejecutan en la etapa 2 requiriendo de 1 ciclo de reloj adicional.