a) Calcule o valor médio de CPI apresentado na execução deste programa P, utilizando-se C1 sem e com otimização. Resposta:

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Sistemas de Computação Profa.: Simone Martins Lista 1 - Gabarito 1. Um programa P foi compilado com um compilador C1 e executado em um processador M1, e verificou se que foram executadas 500 instruções com a seguinte distribuição: 20% das instruções executadas foram de armazenamento na memória, 25% para leitura de dados da memória, 15% para desvio, 30% para aritmética com inteiros, 5% para deslocamento de inteiros e 5% para multiplicação de inteiros. As instruções de leitura e escrita de dados da memória requerem 4 ciclos de relógio para sua execução, as de desvio, 3 ciclos, as de aritmética e deslocamento 1 ciclo e a de multiplicação de inteiros 10 ciclos. O relógio desta máquina possui frequência de 1GHz. O mesmo programa foi recompilado com uma opção de otimização para converter multiplicações em sequencias de deslocamento e soma com semântica equivalente. Verificou-se que, utilizando esta opção de otimização na nova execução do programa P, cada instrução em 50% das instruções de multiplicação executadas anteriormente foi traduzida como uma sequencia de 3 instruções deslocamento/soma. As outras 50% continuaram a ser executadas como instruções de multiplicações de inteiros. a) Calcule o valor médio de CPI apresentado na execução deste programa P, utilizando-se C1 sem e com otimização. Para C1 sem otimização: Número de ciclos: = 1550 CPI médio = Número de ciclos/número de instruções = 1550/500 = 3,1 Para C1 com otimização: Número de ciclos: , ,5 3 = 1462,5 Número de instruções: ,5 + 37,5 = 525 CPI médio = Número de ciclos/número de instruções = 1462,5/525= 2,78 b) Considerando-se a métrica tempo de execução, indique qual processo de compilacao possui um melhor desempenho quando executando o programa P, com ou sem otimização? Para C1 sem otimização: T C1sem = 3,1 (ciclo do relógio em segundos) 500 Para C1 com otimização: T C2com = 2,78 (ciclo do relógio em segundos) 525 T C1sem /T C1com = 3,1 (ciclo do relógio em segundos) 500 /(2,78 (ciclo do relógio em segundos) 525) = (3,1 500) /(2,78 525) 1,06. Logo em relação à métrica tempo de execução, C1 com otimização tem melhor desempenho que C1 sem otimização pois possui um menor valor de tempo de execução. c) Considerando-se a métrica MIPS (Milhões de Considerando-se a métrica MIPS (Milhões de Instruções Por Segundo), qual das opções de compilacao possui um melhor desempenho quando executando o programa P, com ou sem otimização? Para C1 sem otimização: MIPS C1sem = 500 / (500 3,1 (ciclo do relógio em segundos) 10 6 ) Para C1 com otimização: MIPS C1com = 525/ (525 2,78 (ciclo do relógio em segundos) 10 6 )

2 MIPS C1sem /MIPS C1com = 1 / (3,1 (ciclo do relógio em segundos) 10 6 ) /(1/ (2,78 (ciclo do relógio em segundos) 10 6 )) = (2,78) / (3,1) 0,9. Logo em relação à métrica MIPS, o compilador com otimização tem melhor desempenho que sem otimização pois possui um maior valor de MIPS. 2. Dado o conjunto de bits abaixo indique o que ele representa, assumindo-se que ele é: a) um inteiro em complemento a 2 (decimal) A = = = A = Ou A= = = b) um inteiro sem sinal (decimal) A= = c) um número ponto flutuante em precisão simples padrão IEEE 754 (decimal) s = 1 expoente = = 64+14=78, E+127=78 => E=78-127=-49 mantissa = (1, ) 2-49 = = 1 ( ) , d) uma instrução MIPS código (6 bits) = = 41 = sb rs (5 bits) = = 24 =$t8 rt (5 bits) = = $t0 deslocamento expresso em C2 (16 bits) = = = Instrução: sb $t0, 16128($t8) 3. Considere o formato abaixo utilizado para representar números em ponto flutuante, utilizando-se as mesmas premissas do padrão IEEE 754. S Exp. em excesso de 31 Mantissa a) Mostre como será a representação de -10, ,125 = -(1010,001) = -(1,010001) 2 +3

3 S=1 Exp.em excesso de 31 = 31+3= 34 => Mantissa= Logo, representação é b) Calcule o valor em decimal dos seguintes números: b.1) Maior número normalizado positivo +(1, ) = b.2) Menor número normalizado positivo +(1,0) , b.3) Maior número denormalizado positivo +(0, ) , b.4) Menor número denormalizado positivo +(0, ) , As instruções na tabela abaixo não existem para o processador MIPS. Elas são chamadas pseudo instruções e podem ser utilizadas pelo programador porque são traduzidas pelo montador para uma seqüência de instruções MIPS existentes. Produza para cada uma delas uma seqüência de instruções MIPS reais que executem o que está indicado na definição da instrução. Você pode utilizar o registrador $at como auxiliar, se precisar. O identificador big indica um número específico que precisa de 32 bits para ser representado. Pseudo instrução Definição move $t5, $t3 $t5 = $t3 clear $t5 $t5 = 0 lw $t5, big ($t3) $t5=memória[$t3+big] addi $t5, $t3, big $t5 = $t3+big beq $t5, big, L if ($t5 = big) go to L ble $t5, $t3, L if ($t5 <= $t3) go to L Pseudoinstrução O que ela faz Instruções MIPS move $t5,$t3 $t5 = $t3 add $t5, $t3, $zero clear $t5 $t5 = 0 add $t5, $zero, $zero lw $t5, big($t3) $t3 = Memória[$t3+big] lui $at, upper_big ori $at, $at, lower_big add $at, $at, $t3 lw $t5, 0($at) addi $t5, $t3, big $t5 = $t3+big lui $t5, upper_big ori $t5, $t5, lower_big add $t5, $t5, $t3 beq $t5, big, L if ($t5 = big) go to L lui $at, upper_big ori $at, $at, lower_big beq $t5, $at, L ble $t5, $t3, L if ($t5 <= $t3) go to L beq $t5,$t3, L slt $at, $t5, $t3 bne $at, $zero, L

4 5. Suponha que para implementar um controle de estoque de uma pequena livraria você utilize um vetor de registros. Cada registro é uma estrutura implementada em C que contém o código do livro, o titulo do livro, a quantidade total do livro em estoque, o valor unitário do livro e o nome da editora. Suponha que a seguinte estrutura de dados seja definida para este problema: typedef struct registrolivro{ short codigo; char titulo[80]; int quantidade; float preco; char editora[40]; } livro; livro estoque[1000]; a) As variáveis do tipo char ocupam 1 byte, do tipo short ocupam 2 bytes, do tipo float e do tipo int ocupam 4 bytes, e do tipo ponteiro ocupam 4 bytes e os endereços das variáveis devem ser alinhados de acordo com o espaço que elas ocupam. Indique como cada elemento do vetor será armazenado na memória respeitando-se as restrições de alinhamento. codigo titulo X X quantidade preco editora [40] E E+2 E+82 E+84 E+88 E+92 E+132 b) Suponha que você deseje implementar uma função em MIPS equivalente à função C mostrada abaixo. Esta função recebe como parâmetros de entrada o endereço inicial do estoque, o código do livro e a quantidade do livro que foi adquirida. A função atualiza a quantidade do livro em estoque. Caso o código não tenha sido encontrado, o valor -1 deve ser retornado, caso contrário deve ser int atualizaquant ( livro estoque[1000], short codigo, int quant); { int achou; int i; /* aponta para início do vetor */ i=0; /* inicializa variável de controle da busca */ achou=0; while ((i< 1000) && (achou==0)) { if (estoque[i].codigo == codigo) { /* achou livro com código, então atualiza quantidade no estoque */ estoque[i].quantidade=estoque[i].quantidade+quant; achou=1; } else { /* aponta para próximo elemento */ i=i+1; } } /* caso código do livro não tenha sido encontrado, retorna valor -1 */ if (achou!= 1) return(-1) else return (0); } Assuma que o endereço inicial do vetor é passado no registrador $a0, o código do livro em $a1 e a quantidade em $a2. O valor de retorno deve ser colocado em $v0. Você pode utilizar a pilha para salvar valores que achar necessários.

5 add $t0,$zero, $zero # inicializa variável i li $t1, 1000 # inicializa var. de controle de fim de vetor WHILE beq $t0, $t1, FIM # verifica se atingiu final do vetor lh $t2,0($a0) # carrega valor de código do elemento i em $t2 bne $t2,$a1,nachou # verifica se elemento do estoque é o procurado lw $t3, 4($a0) # obtém quantidade add $t3,$t3,$a2 # calcula nova quantidade sw $t3, 84($a0) # atualiza quantidade add $v0, $zero, $zero # achou o livro, retorna valor 0 j RET # vai para fim do programa NACHOU addi $a0, $a0,132 # aponta para próximo elemento de estoque Addi $t0,$t0,1 # incrementa i j WHILE # retorna para testar condição de fim do while FIM addi $v0, $zero, -1 # caso código não foi encontrado, retorna valor -1 em $v0 RET # retorno da função 6. Considere os três procedimentos com algumas instruções especificadas como a seguir: Procedimento A: Procedimento B: Procedimento C: Segmento de texto Endereço (hexadecimal) Instrução 0 lw $al, Y 4 jal C 24 sw $s0,w FC Segmento de dados 0 (Y) 4 (último dado) 1C (W) Segmento de texto Endereço (hexadecimal) Instrução 0 lw $a1, X 4 jal C 8 beq $v0, 0, L1 L1 20 lw $t1,z 2FC Segmento de dados 0 (X) 4 (Z) (último dado) 2C (K) 0 sw $al, M 3C Segmento de dados 0 (M)

6 (último dado) C (T) Complete as tabelas abaixo referentes ao código gerado pelo montador para as instruções e dados mostrados acima para cada um dos três procedimentos. O montador assume que o segmento de texto e o segmento de dados de cada procedimento iniciam no endereço 0. O registrador $gp é utilizado para endereçar as variáveis localizadas no segmento de dados. Cabeçalho Nome Procedimento A Tamanho de texto 100 Tamanho de dados 20 0 lw $al, 0($gp) 4 jal 0 24 sw $s0,0($gp) FC Segmento de dados Endereço 0 (Y) 4 1C (W) Informação de relocação Endereço Tipo de instrução Dependência 0 lw Y 4 jal C 24 sw W Tabela de símbolos Label Endereço Y - W - C - Cabeçalho Nome Procedimento B Tamanho de texto 300 Tamanho de dados 30 0 lw $a1, 0($gp) 4 jal 0 8 beq $v0, 0,5 L1 20 lw $t1,0($gp) 2FC Segmento de dados Endereço 0 (X) 4 (Z) 2C (K) Informação de relocação Endereço Tipo de instrução Dependência

7 0 lw X 4 jal C 20 lw Z Tabela de símbolos Label Endereço X -- Z -- K -- C -- Cabeçalho Nome Procedimento C Tamanho de texto 40 Tamanho de dados 10 0 sw $al,0($gp) 3C Segmento de dados Endereço 0 (M) C (T) Informação de relocação Endereço Tipo de instrução Dependência 0 sw M Tabela de símbolos Label Endereço M -- T -- Após o procedimento de montagem os três procedimentos são ligados na ordem A, B e C. O segmento de texto deve ser localizado a partir do endereço , o segmento de dados a partir do endereço (todos expressos em hexa) e o registrador $gp é carregado com o valor Complete a tabela abaixo com as informações geradas pelo ligador. Cabeçalho Nome Procedimento ABC Tamanho de texto 440 Tamanho de dados lw $al, 8000($gp) jal sw $s0,801c($gp)

8 4000FC lw $a1, 8020($gp) jal beq $v0, 0, lw $t1,8024($gp) 4003FC sw $al,8050($gp) 40043C Segmento de dados Endereço (Y) C (W) (X) (Z) C (K) (M) C (T)