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:

2022

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 12:04-

Коментарі

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

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись