6. Pipeline a hazardy

pro vyučující

Osnova cvičení

Fibonacciho posloupost
Přepis programu z jazyka C do assembleru
Simulace a ladění programu pro nezřetězený procesor (simulátor Mips)
Simulace a ladění programu pro zřetězený procesor (simulátor MipsPipeS)

Co bych si měl na cvičení zopakovat/připravit

Rozumět předchozí přednášce

Náplň cvičení

Napište program pro výpočet N-tého Fibonacciho čísla pro N>2. Fibonacciho posloupost je definována nasledovně: F(n) = F(n-1) + F(n-2), pro n>2, přičemž F(0) = 0 a F(1) = 1. Prvních několik členů této posloupnosti je: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144,…

K vypočtenému číslu pak přičtěte konstantu 15. Hodnotu N zvolte 5. K dispozici máte tyto instrukce:

add, addi, bne, beq.

Bližší popis instrukcí:

Instrukce	Syntax	Operace	Význam
Add	add \$d, \$s, \$t	\$d = \$s + \$t;	Sečte dva registry \$s + \$t a výsledek uloží do registru \$d
Addi	addi \$t, \$s, imm	\$t = \$s + imm;	Sečte hodnotu v \$s a znaménkově rozšířenou přímou hodnotu, a výsledek uloží do \$t
Bne	bne \$s, \$t, offset	if \$s != \$t go to PC+4+4*offset; else go to PC+4	Skáče pokud si registry \$s a \$t nejsou rovny
Beq	beq \$s, \$t, offset	if \$s == \$t go to PC+4+4*offset; else go to PC+4	Skáče pokud si registry \$s a \$t jsou rovny

Možný přepis problému do jazyka C:

t0 = 5;  //  Nastaveni hodnoty N
s0 = 0;  //  F(0)
s1 = 1;  //  F(1)
 
for(t1 = 2; t1 <= t0; t1++)
{
	t2 = s0 + s1;
	s0 = s1;
	s1 = t2;
}
s1 += 15;
 
while(1)
	;   // Nekonečná smyčka

Pro přepis programu z jazyka C do assembleru můžete využít následující šablonu:

#define t0 $8
#define t1 $9
#define t2 $10

#define s0 $16
#define s1 $17
#define s2 $18

.globl start
.set noat
.set noreorder
.ent start

start:
// Zde je místo pro Váš vlastní kód...

nop
.end start

Pracujte nejdřív se simulátorem Mips, pak MipsPipeS.

Všimětě si, že o standardní vyplňování delay slotů za instrukcemi skoků se stará přímo assembler. Když není před předchozí instrukcí přítomné návěští, posune ji ve výsledném binárním kódu za instrukci skoku. Jinak doplní NOP. Toto chování assembleru lze vypnout pseudoinstrukcí

.set noreorder

Zkuste se zamyslet nad pravidly pro kompilátor, který by připravoval kód pro procesor MipsPipeS tak, aby vykonával pro předložený kód funkci stejnou jako standardní Mips.

Když zůstane čas, aneb pro ty, kteří by se začínali nudit

Modifikujte předchozí program tak, aby se výsledek (tedy F(N)+15) zapsal do datové paměti na adresu 0x02 (instrukce sw) a následně tuto hodnotu přečtěte (instrukce lw). Vykonávání programu sledujte v simulátoru MipsPipeS, případně i v MipsPipeXL.

Kontrolní otázky:

Jak se realizuje instrukce add?
Jak se realizuje instrukce addi?
Jak se realizuje instrukce lw?
Jak se realizuje instrukce sw?
Kolik taktů trvá než je známa adresa větvění a jak se zjišťuje? (instrukce beq a bne)

Table of Contents