Quinto Homework. Indicare il tempo necessario all'esecuzione del programma in caso di avvio e ritiro fuori ordine.

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1 Quinto Homework 1) Si vuole progettare una cache a mappatura diretta per un sistema a 32 bit per una memoria da 2 GB (quindi sono solo 31 i bit utili per gli indirizzi) e blocchi di 64 byte. Rispondere alle domande che seguono supponendo di avere a disposizione uno spazio di 150KB sul microprocessore. Indicare la dimensione minima della cache in grado di garantire che che su ciascuna slot non collidano più di 32K blocchi. Indicare, indipendentemente dal numero di collisioni, la dimensione massima possibile per la cache. Indicare la struttura di una slot della cache individuata nella domanda precedente, specificando la dimensione dei vari campi. Indicare il numero di collisioni nella stessa slot della cache avente la struttura individuata nella domanda precedente. Indicare, indipendentemente dal numero di collisioni, il numero massimo possibile di slot di una cache a due vie. 2) Si assuma di avere una microprocessore che lavora a 2Ghz dotato di 10 registri ufficiali (da R0 a R9) in grado di avviare 2 istruzioni per ciclo di clock. Tale sistema richiede 1 ciclo di clock per completare gli spostamenti tra registri, 2 cicli di clock per completare somme e differenze e 4 cicli di clock per completare divisioni e prodotti. Si consideri il seguente programma macchina: (1) R1 = R5 * R2; (2) R4 = R3; (3) R6 = R4 R7; (4) R3 = R8 / R2; Indicare il tempo necessario all'esecuzione del programma in caso di avvio e ritiro in ordine supponendo di non avere registri segreti a disposizione. Indicare il tempo necessario all'esecuzione del programma in caso di avvio e ritiro fuori ordine. Indicare il tempo necessario all'esecuzione del programma in caso di avvio fuori ordine e ritiro in ordine. Indicare la sequenza di avvio delle istruzioni in caso di avvio e ritiro fuori ordine. Indicare la sequenza di ritiro delle istruzioni in caso di avvio e ritiro fuori ordine. Indicare la sequenza di avvio delle istruzioni in caso di avvio fuori ordine e ritiro in ordine. Indicare il numero di registri segreti necessari in caso di avvio fuori ordine e ritiro in ordine.

2 3) Con riferimento alle tecniche di esecuzione di istruzioni in un CPU con pipeline, indicare se le seguenti affermazioni sono vere o false. Nella predizione dinamica di salti si memorizza cosa è avvenuto nelle precedenti esecuzioni di ogni istruzione di salto del programma in esecuzione. La tavola di predizione dei salti si memorizza nella cache dati del microprocessore. La predizione con due bit memorizza il comportamento delle ultime due esecuzioni di una istruzione di salto. E' impossibile fare predizioni su istruzioni di salto prima della loro esecuzione. L'esecuzione speculativa e l'esecuzione fuori ordine possono essere combinate. In una esecuzione fuori ordine alcune istruzioni possono comunque andare in stallo. Nell'ATmega168 una istruzione viene eseguita in un ciclo di clock. 4) Con riferimento ai meccanismi di gestione delle cache, indicare se le seguenti affermazioni sono vere o false. E' possibile indirizzare una slot di cache da programma macchina. Gli accessi a locazioni contigue della memoria possono risultare inefficienti a causa della presenza di una cache. Il numero di collisioni su una slot di cache diminuisce all'aumentare delle dimensioni del campo TAG. La politica di rimpiazzamento di linee LRU (Least Recently Used) ha senso solo nel caso di cache a più vie. In una cache a più vie lo stesso blocco di memoria può essere memorizzato, in momenti diversi, in slot diverse della cache. Il meccanismo di gestione "write through" e' più efficiente del meccanismo "write back". Una cache hit in scrittura non richiede necessariamente un accesso alla memoria.

3 Sesto Homework Si vuole realizzare una semplice CPU a 8 bit con architettura RISC dotata di: un registro di uso generale, un registro accumulatore, una coppia di registri per il trasferimento di dati da/per una memoria RAM, una coppia di registri per il fetch di istruzioni da una memoria ROM (separata dalla RAM). La CPU deve essere in grado di eseguire 8 operazioni aritmetiche a numeri interi e 2 di scalatura. Le istruzioni macchina devono prevedere la possibilità di salti di tipo condizionato al risultato pari a zero della ALU. Tutte le altre specifiche possono essere liberamente scelte. 1. Disegnare l'architettura generale di tale CPU (comprensiva dei segnali di controllo) e illustrare coincisamente il suo funzionamento. 2. Indicare come sia possibile introdurre una pipeline a quattro stadi nell architettura progettata indicando cosa avviene in cicli successivi del segnale di temporizzazione. 3. Indicare le modifiche necessarie per introdurre un meccanismo di esecuzione fuori ordine delle istruzioni macchina.

4 Settimo Homework 1) Si supponga di voler progettare un linguaggio macchina con istruzioni a lunghezza fissa di 8 bit, in cui occorrono 2 bit per indirizzare ciascun operando e in cui si vuole utilizzare la tecnica dell'espansione dei codici operativi. Il linguaggio deve avere 5 istruzioni a due indirizzi, 14 ad un indirizzo e 6 a zero indirizzi. Quante istruzioni a tre indirizzi è possibile avere al massimo? E' possibile aggiungere alla organizzazione iniziale altre 4 istruzioni a due indirizzi? Quante istruzioni a due indirizzi posso aggiungere al massimo alla organizzazione iniziale senza modificare quelle a uno e quelle a zero indirizzi? E' possibile aggiungere alla organizzazione iniziale altre 12 istruzioni a un indirizzo senza modificare quelle a due e quelle a zero indirizzi? Quante istruzioni a un indirizzo posso aggiungere alla organizzazione iniziale al massimo senza modificare quelle a due e quelle a zero indirizzi? E' possibile aggiungere alla organizzazione iniziale altre 40 istruzioni a zero indirizzi? Quante istruzioni a zero indirizzi posso aggiungere al massimo senza modificare quelle a uno e quelle a due indirizzi? 2) Con riferimento ai linguaggi macchina, indicare se le seguenti affermazioni sono vere o false. Nell'indirizzamento diretto a registro si specifica l'indirizzo di un registro della CPU che contiene l'operando. L'indirizzamento SIB (Scale, Base, Index) del linguaggio macchina del Core i7 viene utilizzato per gestire file in memoria secondaria. Nell'indirizzamento indiretto a registro non richiede l'accesso alla memoria. L'indirizzamento indiretto a registro richiede in genere meno bit dell'indirizzamento diretto a memoria. L'indirizzamento immediato non richiede un accesso ai registri della CPU. Nel linguaggio macchina delle architetture ARM solo le operazioni di LOAD e STORE richiedono l'accesso alla memoria. Il linguaggio macchina delle architetture ARM è caratterizzato da un formato delle istruzioni altamente variabile. L'indirizzamento a stack fa uso di registri speciali della CPU.

5 3) Con riferimento al seguente programma assembler, rispondere alle domande che seguono..sect.text!1 start:!2 MOV CX,frm-vec!3 SHR CX,1!4 MOV BX,vec!5 MOV SI,0!6 MOV AX,(BX)(SI)!7 DEC CX!8 1: CMP AX,2(BX)(SI)!9 JG 2f!10 ADD SI,2!11 MOV AX,(BX)(SI)!12 LOOP 1b!13 MOV AX,1!14 JMP 3f!15 2: MOV AX,0!16 3: PUSH AX!17 PUSH frm!18 PUSH 127!19 SYS!20 MOV SP,BP!21 PUSH 0!22 PUSH 1!23 SYS!24.SECT.DATA!25 vec:.word 3,4,7,6,15!26 frm:.ascii "%d"!27 Cosa stampa il programma? Quanto volte viene effettuato il salto a riga 13? L'istruzione 4 serve a dividere per 2 il contenuto di CX? Se vec si trova all'indirizzo 12, a quale indirizzo si trova frm? Il programma verifica che il vettore contenga una sequenza di valori non decrescenti? Se il registro SP contiene 125 al termine dell'istruzione 16, quanto contiene al termine dell'istruzione 17? Quale è il contenuto del registro CX al termine dell'esecuzione dell'istruzione 4? Che ruolo gioca nell'istruzione 9 il registro BX? Il programma termina dopo aver raggiunto l'ultimo elemento del vettore? 4) Scrivere un programma in linguaggio assemblativo 8088 che, dato una stringa s (un vettore di caratteri) memorizzata in memoria principale: 1. stampa la lunghezza della stringa mediante una subroutine LUN che ha come argomento l'indirizzo del primo carattere della stringa; 2. stampa il numero di volte che nella stringa compare un carattere x memorizzato in memoria principale mediante una subroutine OCC che ha come argomenti l'indirizzo del primo carattere della stringa e il carattere x. Verificare il corretto funzionamento del programma con un assemblatore.