WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Architektura i organizacja komputerów II

Sprawozdanie z pracy laboratoryjnej

Nr 7

Student : Adrian Kępa
Grupa : I3X6S1
Nr : 14
Data : 23.05.2014r.

Treść zadania

Zadanie laboratoryjne 7_8:

A

. Napisać program Lab7.s w asemblerze komputera DLX, który:

1

. Zadeklaruje dwie tablice przechowujące liczby całkowite: T 110- elementową oraz

TB Rozmiar-elementową (gdzie liczba Rozmiar jest podana w tabeli z punktu A3), a
także zmienną Suma zmiennoprzecinkową podwójnej precyzji.

2

. Komórki tablicy T wypełni rosnąco kolejnymi liczbami całkowitymi począwszy od

numeru w dzienniku studentki/ studenta, powiększonego o liczbę SKŁADNIK, o
wartości podanej poniżej (np. dla numeru 10, TA będzie zawierać kolejne liczby
całkowite 10+SKŁADNIK, 11+SKŁADNIK,…)

3

. Następnie dla każdego elementu tablicy TB wykona operację :

Wersja :

10

Operacja :

(T[i+7] + T[i+9] - T[i+3])* SKŁADNIK

Składnik :

190

Rozmiar tablicy TB :

80

Numer studenta :

14

4

. W zmiennej Suma umieści sumę wszystkich elementów tablicy TB.

B

. Przed napisaniem programu Lab7.s zaprojektować arkusz kalkulacyjny w Excelu (lub innym

arkuszu kalkulacyjnym), wykonujący te same obliczenia. Porównać wyniki z arkusza z wynikami
napisanego programu Lab7.s.

C

. Zmierzyć liczbę cykli zegarowych dla wykonania uzyskanego programu przy 1)załączonym

2)wyłączonym forwardingu (WinDLX, menu Configuration/ Enable Forwarding). Wyniki
pomiarów przedstawić w postaci tabeli. Dla każdego uruchomienia sprawdzić poprawność
obliczonej zmiennej Suma.

D

. W sprawozdaniu naszkicować (lub wydrukować) i porównać diagramy cykli zegarowych dla

wykonania jednej iteracji obliczeń z punktu A3 (TB[i] = …) dla konfiguracji: 1) Forwarding
Enabled i 2) Forwarding Disabled. Opisać występujące w tej iteracji hazardy i przyczyny ich
powstania. Na podstawie analizy diagramów cykli zegarowych obliczyć liczbę cykli zegarowych,
liczbę instrukcji i CPI (Clock cycles Per Instruction = liczba cykli zegarowych / liczba
wykonanych instrukcji) dla całego programu dla obu wybranych konfiguracji. Wyniki obliczeń
porównać z zawartością okienka Statistics programu WinDLX.

Kod programu

.data

skladnik: .word 190
numerstud: .word 14
a: .word 110
b: .word 80
T: .space 440
TB:

.space 320

Suma: .double 4

.text

pierwszyelem:
addi R9, R0, T
lw R4, skladnik
lw R5, numerstud
add R4, R4, R5
sw 0(R9), R4
lw R20, a
addi R1,R1,1

addi R2, R0, 0

wypelnianie_T:
subi R20, R20, #1
sw 0(R9), R4
add R4, R4, R1
addi R9, R9, #4
bnez R20, wypelnianie_T

przygotowanie_do_sumy:
addi R10, R0, T
lw R19, b
lw R28, skladnik
addi R7, R0, TB
addi R26, R0, 0

obliczenia:
lw R5, 28(r10)
lw R6, 36(r10)
lw R15, 12(r10)
add R8, R5, R6
sub R8, R8, R15
mult R16, R8, R28
addi R10, R10, #4
subi R19, R19, #1
sw 0(R7), R16
addi R7, R7, #4
add R26, R16, R26
bnez R19, obliczenia

movi2fp F10, R26
cvti2d F10, F10
sd Suma, F10

trap 0

Opis programu

Program Lab7.s ma za zadanie wypełnić komórki tablicy T kolejnymi liczbami począwszy od
liczby SKLADNIK + NUMER STUDENTA. W tym przypadku jest to 204. Następnie, każdy
element tablicy TB zostaje wyliczony na podstawie wzoru :

(T[i+7] + T[i+9] - T[i+3])* SKŁADNIK

Ostatnią częścią programu jest zsumowanie wszystkich elementów tablicy TB i zapisanie ich w
zmiennej Suma.

Pierwsze 10 elementów tablic T i TB

T[i]

TB[i]

204

41230

205

41420

206

41610

207

41800

208

41990

209

42180

210

42370

211

42560

212

42750

213

42940

Ostatnie 10 elementów tablic T i TB

T[i]

TB[i]

304

54530

305

54720

306

54910

307

55100

308

55290

309

55480

310

55670

311

55860

312

56050

313

56240

Pozostałe dane

Numer

Studenta

Składnik

TB[1]

TB[80]

Suma

14

190

41230

56240

3,89880E+06

Zawartość pamięci dla

włączonego

forwardingu.

Zawartość pamięci dla

wyłączonego

forwardingu.

Obliczenia

A

. Ilość instrukcji –

Taka sama dla włączonego i wyłączonego forwardingu.

-8 instrukcji początkowych

-Pętla wypełniająca tablicę T zawierająca 5 instrukcji, wykonuje się 110 razy, więc w samej pętli
wykona się 550 instrukcji.

-Następnie w etykiecie przygotowanie_do_sumy wykona się 5 instrukcji.

-Pętla obliczenia zawierająca 12 instrukcji, wykonuje się 80 razy więc w samej pętli wykona się
960 instrukcji.

-Końcowa faza programu zawiera 4 instrukcje.

-Razem wszystkich instrukcji wykonanych podczas działania programu =
8 + 550 + 5 + 960 + 4 =

1527

B

. CPI (

Clock Cycles Per Instruction

) FORWARDING ON

CPI = ilosc cykli / ilosc instrukcji
CPI = 1880/1527 =

1,23

C

. CPI (

Clock Cycles Per Instruction

) FORWARDING OFF

CPI = ilosc cykli / ilosc instrukcji
CPI = 2448/1527 =

1,60

Porównanie wyników

Forwarding

ON

OFF

Ilość cykli

1880

2448

Ilość instrukcji

1527

1527

Clock cycles per instr.

1,23

1,60

Zmienna Suma

3,89880E+006

3,89880E+006

Forwarding ON

Na powyższym zdjęciu zamieściłem wycinek cyklu zegarowego wykonanego programu dla pętli
obliczającej elementy tablicy TB. Hazard występuje w momencie gdy rozkaz

sw 0(R7), R16

chce

skorzystać z rejestru R16 który z kolei jest wcześniej wykorzystywany poprzez rozkaz

mult R16,

R8, R29

. W WinDLX mnożenie trwa aż 5 cykli, dlatego rozkaz

sw 0(R7), R16

musiał odczekać 2

cykle by mnożenie w poprzednim rozkazie zostało wykonane. Rozkaz

addi R7, R7, #4

również

musi odczekać 2 cykle, by skorzystać z rejestru R7 zależnego od poprzedniego hazardu.

Forwarding OFF

Powyższe zdjęcie ilustruje przebieg programu bez forwardingu. Oprócz hazardów opisanych dla
poprzedniego przypadku, występują nowe. Na przykład –

add R8, R5, R6

chce skorzystać z

rejestru R6 do którego ładowany jest element tablicy. Z kolei rejestr ten jest obsługiwany przez
rozkaz

lw R6, 36(R10)

i występuje tutaj hazard typu RAW. Kolejny dodatkowy hazard ma miejsce

już w następnym rozkazie –

sub R8, R8, R15

który to rozkaz jest w hazardzie z rozkazem

add R8, R5, R6

. Rozkaz mult

R16, R8, R20

również próbuje skorzystać z rejestru R8 ale jest

uzależniony zarówno od rozkazu

sub R8, R8, R15

jak i

add R8, R5, R6

.

Wnioski

Na podstawie powyższych danych i obliczeń widać, że forwarding to mocne narzędzie które potrafi
przyspieszyć i zoptymalizować działanie komputera. Włączenie/wyłączenie forwardingu dla
badanego programo spowodowało zmianę ilości wykonywanych cykli i zauważalnie zwiększony
czas wykonywania programów. Dodatkowo, wyłączony forwarding przyczynił się do powstania
większej ilości hazardów, które to spowalniały pracę programu. Dla danego programu, wynik
zapisany w zmiennej Suma nie zmieniał się przy wyłączaniu/włączaniu forwardingu.