Дослідження конвеєрного виконання інструкцій рухомої коми. Звіт до лабораторної роботи з Архітектура комп ютерних систем. Робота № 101121

Дослідження конвеєрного виконання інструкцій рухомої коми

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

ІКТА

Факультет:

КН

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2025

Тип роботи:

Звіт до лабораторної роботи

Предмет:

Архітектура комп ютерних систем

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» ІКТА Кафедра ЗІ / Звіт до лабораторної роботи №4 з курсу: «Архітектура комп’ютерних систем» на тему: «Дослідження конвеєрного виконання інструкцій рухомої коми» Мета роботи Опанування технікою конвеєрного виконання RISC інструкцій для операндів формату рухомої коми. Завдання Засобами архітектурного симулятора WinMIPS64 машини з 64-розрядною RISC архітектурою MIPS64 дослідити конвеєрне виконання фрагментів машинних програм, що команди опрацювання операндів в форматі з рухомою комою. Виявити наявні залежності (небезпеки) даних і керування, оптимізувати програмний код та дослідити дію запропонованої оптимізації. За результатами проведених лабораторних досліджень оформити звіт та захистити його. Початок виконання роботи ; hail.s ; Hailstone numbers iteration ; If number is odd, multiply by 3 and add 1 ; If number is even, divide it by 2 ; repeat this iteration until number is 1 .data number: .word 6 ; this is input number - change it! max: .word 0 ; max number so far .text start: ld r1,number(r0) ; program start loop: andi r3,r1,1 ; test odd or even beqz r3,even odd: dadd r2,r1,r1 ; times 2 dadd r1,r2,r1 ; times 3 daddi r1,r1,1 ; plus 1 j over even: dsrl r1,r1,1 ; divide by 2 over: ld r4,max(r0) slt r3,r4,r1 ; compare with max beqz r3,skip sd r1,max(r0) ; new max skip: slti r3,r1,2 ; test for finished beqz r3,loop halt Код початкової програми мовою асемблера Pass 1 completed with 0 errors ; hail.s ; Hailstone numbers iteration ; If number is odd, multiply by 3 and add 1 ; If number is even, divide it by 2 ; repeat this iteration until number is 1 00000000 .data 00000000 000000000000001b number: .word 27 ; this is input number - change it! 00000008 0000000000000000 max: .word 0 ; max number so far 00000000 .text 00000000 dc010000 start: ld r1,number(r0) ; program start 00000004 30230001 loop: andi r3,r1,1 ; test odd or even 00000008 18030004 beqz r3,even 0000000c 0021102c odd: dadd r2,r1,r1 ; times 2 00000010 0041082c dadd r1,r2,r1 ; times 3 00000014 60210001 daddi r1,r1,1 ; plus 1 00000018 08000001 j over 0000001c 0020087a even: dsrl r1,r1,1 ; divide by 2 00000020 dc040008 over: ld r4,max(r0) 00000024 0081182a slt r3,r4,r1 ; compare with max 00000028 18030001 beqz r3,skip 0000002c fc010008 sd r1,max(r0) ; new max 00000030 28230002 skip: slti r3,r1,2 ; test for finished 00000034 1803fff3 beqz r3,loop 00000038 04000000 halt Pass 2 completed with 0 errors Code Symbol Table start = 00000000 loop = 00000004 odd = 0000000c even = 0000001c over = 00000020 skip = 00000030 Data Symbol Table number = 00000000 max = 00000008 Результат перевірки / Бачимо, що програма виконується 173 цикли з середнім значенням продуктивності 2.403 циклів на інструкцію. Було здійснено 74 пригальмовування RAW та 23 пригальмовувань при виборі гілки. З цього робимо висновок, що програма працює неефективно та потребує оптимізації. Оптимізація коду Виконаємо оптимізацію коду, а саме змінимо структуру виконання таким чином, щоб мінімізувати послідовність команд кожної гілки (парне/непарне). Можемо не виконувати порівняння числа з max, якщо воно було парним та поділилося на 2: ; hail.s ; Hailstone numbers iteration ; If number is odd, multiply by 3 and add 1 ; If number is even, divide it by 2 ; repeat this iteration until number is 1 .data number: .word 27 ; this is input number - change it! max: .word 0 ; max number so far .text start: ld r1,number(r0) ; program start loop: andi r3,r1,1 ; test odd or even bnez r3,odd even: dsrl r1,r1,1 ; divide by 2 j skip odd: dadd r2,r1,r1 ; times 2 dadd r1,r2,r1 ; times 3 daddi r1,r1,1 ; plus 1 over: ld r4,max(r0) slt r3,r4,r1 ; compare with max beqz r3,skip sd r1,max(r0) ; new max skip: slti r3,r1,2 ; test for finished beqz r3,loop halt Перевіримо код за допомогою asm: Pass 1 completed with 0 errors ; hail.s ; Hailstone numbers iteration ; If number is odd, multiply by 3 and add 1 ; If number is even, divide it by 2 ; repeat this iteration until number is 1 00000000 .data 00000000 000000000000001b number: .word 6 ; this is input number - change it! 00000008 0000000000000000 max: .word 0 ; max number so far 00000000 .text 00000000 dc010000 start: ld r1,number(r0) ; program start 00000004 30230001 loop: andi r3,r1,1 ; test odd or even 00000008 1c030002 bnez r3,odd 0000000c 0020087a even: dsrl r1,r1,1 ; divide by 2 00000010 08000007 j skip 00000014 0021102c odd: dadd r2,r1,r1 ; times 2 00000018 0041082c dadd r1,r2,r1 ; times 3 0000001c 60210001 daddi r1,r1,1 ; plus 1 00000020 dc040008 over: ld r4,max(r0) 00000024 0081182a slt r3,r4,r1 ; compare with max 00000028 18030001 beqz r3,skip 0000002c fc010008 sd r1,max(r0) ; new max 00000030 28230002 skip: slti r3,r1,2 ; test for finished 00000034 1803fff3 beqz r3,loop 00000038 04000000 halt Pass 2 completed with 0 errors Code Symbol Table start = 00000000 loop = 00000004 even = 0000000c odd = 00000014 over = 00000020 skip = 00000030 Data Symbol Table number = 00000000 max = 00000008 / Після проведення оптимізації кількість RAW Stalls зменшилася до 50, а кількість Branch Taken Stalls зменшилася до 15. Також покращився показник кількості циклів на інструкцію, відповідно зменшилася кількість тактів та інструкцій. Для подальшої оптимізації можна увімкнути Forwarding та Branch Target Buffer: / Часові характеристики коду значно покращилися: 99 циклів, 58 інструкції, 1.707 циклів на інструкцію, 21 RAW Stalls, 10 Branch Taken Stalls. Також бачимо, що додалося 6 Branch Misprediction Stalls. Висновок На цій лабораторній роботі я виконав оптимізацію асемблерного коду для обчислення послідовності чисел Сиракузької послідовності (гіпотеза Коллатца). Гіпотеза Коллатца полягає в тому, що будь-яке число можна перетворити в одиницю, в даному випадку за допомогою системи умов «якщо число парне, ділимо його на 2, а якщо непарне – множимо на 3 і додаємо 1».

Звіт до лабораторної роботи Архітектура комп ютерних систем

kakaduka

08.04.2025 12:36

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись