AULA DE REVISÃO 4 ILP

Transcrição

1 AULA DE REVISÃO 4 ILP

2 Exercício 1: Qual seria o desempenho de referência (em ciclos, por iteração do loop) da sequência de código, mostrado abaixo, se nenhuma nova execução de instrução pudesse ser iniciada até que a execução da instrução anterior tivesse sido concluída? Ignore a busca e a decodificação de front-end. Latências além de um único ciclo Loop: LD F2, 0(Rx) Memory LD +4 I0: DIVD F8, F2, F0 Memory SD +1 I1: MULTD F2, F6, F2 ADD, SUB de int +0 I2: LD F4, 0(Ry) Desvios +1 I3: ADDD F4, F0, F4 ADDD +1 I4: ADDD F10, F8, F2 MULTD +5 I5: ADDI Rx, Rx,#8 DIVD +12 I6: ADDI Ry, Ry,#8 I7: SD F4, 0(Ry) I8: SUB R20, R4, Rx I9: BNZ R20, Loop

3 Exercício 1: (solução) Qual seria o desempenho de referência (em ciclos, por iteração do loop) da sequência de código, mostrado abaixo, se nenhuma nova execução de instrução pudesse ser iniciada até que a execução da instrução anterior tivesse sido concluída? Ignore a busca e a decodificação de front-end. Loop: LD F2,0(Rx) DIVD F8,F2,F MULTD F2,F6,F LD F4,0(Ry) ADDD F4,F0,F ADDD F10,F8,F ADDI Rx,Rx,#8 1 ADDI Ry,Ry,#8 1 SD F4,0(Ry) SUB R20,R4,Rx 1 BNZ R20,Loop cycles per loop iter 40

4 Exercício 2: Previsão estática de desvio Uso do desdobramento de laços (loop unrolling) para diminuir a quantidade de desvios e reordenação de instruções para diminuir o número de s. Exemplo: for (i=999; i>=0; i=i-1) x[i] = x[i] + s; Assembly MIPS: R1 é inicialmente o endereço do elemento do array com endereço mais alto, e F2 contém o valor escalar s. O registrador R2 é précalculado, de modo que 8(R2) é o endereço do último elemento a ser processado. Loop: L.D F0, 0(R1) # F0 x[i] ADD.D F4, F0, F2 # F4 x[i] + s S.D F4, 0(R1) # x[i] F4 DADDUI R1, R1, #-8 # R1 i-- (8 bytes para double) BNE R1, R2, Loop # desvia se R1!= R2 Loop: L.D F0, 0(R1) ADD.D F4, F0, F2 S.D F4, 0(R1) DADDUI R1, R1, #-8 (assume integer load latency is 1) BNE R1, R2, Loop ciclo de clock

5 Exercício 2: (solução) Desdobramento do loop em quatro cópias do corpo do laço, considerando que R1-R2 (tamanho do array) seja um múltiplo de 32, assim o número de iterações é um múltiplo de 4. Loop: L.D F0, 0(R1) ADD.D F4, F0, F2 S.D F4, 0(R1) L.D F6, -8(R1) ADD.D F8, F6, F2 S.D F8, -8(R1) L.D F10, -16(R1) ADD.D F12, F10, F2 S.D F12, -16(R1) L.D F14, -24(R1) ADD.D F16, F14, F2 S.D F16, -24(R1) DADDUI R1, R1, #-32 BNE R1, R2, Loop Resp.: Esse loop será executado em 27 ciclos ;drop DADDUI & BNE ;drop DADDUI & BNE ;drop DADDUI & BNE Loop: L.D F0, 0(R1) ADD.D F4, F0, F2 S.D F4, 0(R1) L.D F6, -8(R1) ADD.D F8, F6, F2 S.D F8, -8(R1) L.D F10, -16(R1) ADD.D F12, F10, F2 S.D F12, -16(R1) L.D F14, -24(R1) ADD.D F16, F14, F2 S.D F16, -24(R1) DADDUI R1, R1, #-32 BNE R1, R2, Loop ;drop DADDUI & BNE ;drop DADDUI & BNE ;drop DADDUI & BNE

6 Loop desdobrado e escalonado para o pipeline com latências mostradas Loop: L.D F0, 0(R1) L.D F6, -8(R1) L.D F10, -16(R1) L.D F14, -24(R1) ADD.D F4, F0, F2 ADD.D F8, F6, F2 ADD.D F12, F10, F2 ADD.D F16, F14, F2 S.D F4, 0(R1) S.D F8, -8(R1) DADDUI R1, R1, #-32 S.D F12, 16(R1) S.D F16, 8(R1) BNE R1, R2, Loop Resp.: Esse loop será executado em 14 ciclos

7 Exercício 2: Estratégias para previsão de desvios: a) Descreva a estratégia de previsão de desvios estática relacionada com a direção do desvio. b) Descreva a estratégia de previsão de desvio dinâmica com esquema de um bit. c) Compare como as duas abordagens trabalham para o caso do laço (loop) mostrado abaixo: LOOP: BNZ LOOP

8 Exercício 2: (solução) Previsão de desvio pode ser feita de várias formas: Prever que o desvio nunca será tomado: abordagem simples e estática, isto é, não depende do histórico das instruções até o momento em que ocorre a instrução de desvio condicional; continua buscando instruções na sequência em que ocorrem no programa. Prever que o desvio sempre será tomado: abordagem simples e estática, isto é, não depende do histórico das instruções até o momento em que ocorre a instrução de desvio condicional; busca sempre as próximas instruções a partir do endereço-alvo do desvio. Prever se o desvio será tomado ou não conforme o código de operação: abordagem simples e estática. Prever o desvio com base em chaves de desvio tomado e de desvio não tomado: abordagem dinâmica, isto é, depende do histórico de execução. Prever o desvio com base em uma tabela de histórico de desvios: abordagem dinâmica.

9 Exercício 3: Explique o comportamento de um preditor de desvio de dois bits (2-bit saturating counter branch predictor). Mostre na forma de diagrama de transição de estado ou tabela o estado do preditor de 2-bits e, ilustre a transição para cada execução do desvio (branch). Contador 2-bits Predição atual 00 NT 00 NT 01 NT 01 NT 10 T 10 T 11 T 11 T Execução Novo valor do contador 2-bits Considere o código abaixo e o seu correspondente código assembly gerado: Código C for (i=0; i<n; i++) if (x[i] == 0) y[i] = 0.0; else y[i] = y[i]/x[i]; Código Assembly loop: else: fall: LD F1, 0(R2) LD F2, 0(R3) BNEZ F1, else ADD.D F2, F0, F0 BEZ R0, fall DIV.D F2, F2, F1 DADDI R2, R2, 8 DADDI R3, R3, 8 DSUBI R1, R1, 1 S.D F2, -8(R3) BNEZ R1, loop Dado que: o valor de N está armazenado em R1; os endereços bases para x e y estão armazenados em R2 e R3, respectivamente; o registrador F0 contém o valor 0. Assuma que o primeiro elemento de x possui o valor 1 e os elementos restantes possuem valor 0, mostre a saída das predições para o contador de predição de 2-bits utilizado para previsão do desvio mais interno (BNEZ F1, else). Assuma que o valor inicial do contador de previsão é 00. Iteração Contador 2-bits Predição atual Execução Novo valor contador 2-bits

10 Exercício 3: (solução) Explique o comportamento de um preditor de desvio de dois bits (2-bit saturating counter branch predictor). Mostre na forma de diagrama de transição de estado ou tabela o estado do preditor de 2-bits e, ilustre a transição para cada execução do desvio (branch). Contador Predição Novo valor do Execução 2-bits atual contador 2-bits 00 NT NT NT T NT NT NT T T NT T T T NT T T 11 Incrementa quando ocorre desvio Decrementa quando não ocorre desvio Considere o código abaixo e o seu correspondente código assembly gerado: Código C for (i=0; i<n; i++) if (x[i] == 0) y[i] = 0.0; else y[i] = y[i]/x[i]; Código Assembly loop: else: fall: LD F1, 0(R2) LD F2, 0(R3) BNEZ F1, else ADD.D F2, F0, F0 BEZ R0, fall DIV.D F2, F2, F1 DADDI R2, R2, 8 DADDI R3, R3, 8 DSUBI R1, R1, 1 S.D F2, -8(R3) BNEZ R1, loop Dado que: o valor de N está armazenado em R1; os endereços bases para x e y estão armazenados em R2 e R3, respectivamente; o registrador F0 contém o valor 0. Assuma que o primeiro elemento de x possui o valor 1 e os elementos restantes possuem valor 0, mostre a saída das predições para o contador de predição de 2-bits utilizado para previsão do desvio mais interno (BNEZ F1, else). Assuma que o valor inicial do contador de previsão é 00. Iteração Contador Predição Novo valor Execução 2-bits atual contador 2-bits 1 00 NT T NT NT NT NT NT NT

11 Exercício 4: A sequência de código MIPS mostrada abaixo é executada em um computador contendo uma unidade Branch Target Buffer com preditor de desvios de dois bits. A sequência de código apresenta dois laços aninhados. O laço externo realiza duas (2) iterações e o laço interno, cinco (5) iterações. Assumindo que os dois desvios não apresentam conflito na BTB, descreva: qual é o comportamento da predição da instrução de desvio do laço interno para cada uma das dez (10) vezes em que ela é executada? Apresente sua resposta preenchendo a tabela abaixo. O estado inicial do preditor é 00. Seqüência de código _laço_externo: _laço_interno: BNEZ R1, _laço_interno;... BNEZ R2, _laço externo; Preditor Iteração 2-bits Predição Execução Atualização Resultado T (Taken), NT (Not Taken)

12 Exercício 4: (solução) A sequência de código MIPS mostrada abaixo é executada em um computador contendo uma unidade Branch Target Buffer com preditor de desvios de dois bits. A sequência de código apresenta dois laços aninhados. O laço externo realiza duas (2) iterações e o laço interno, cinco (5) iterações. Assumindo que os dois desvios não apresentam conflito na BTB, descreva: qual é o comportamento da predição da instrução de desvio do laço interno para cada uma das dez (10) vezes em que ela é executada? Apresente sua resposta preenchendo a tabela abaixo. O estado inicial do preditor é 00. Seqüência de código _laço_externo: _laço_interno: BNEZ R1, _laço_interno;... BNEZ R2, _laço externo; Iteração Preditor 2-bits Predição Execução Atualização Resultado NT T 01 ERRO NT T 11 ERRO T T 11 ACERTO T T 11 ACERTO T NT 10 ERRO T T 11 ACERTO T T 11 ACERTO T T 11 ACERTO NT T 01 ERRO NT T 11 ERRO T (Taken), NT (Not Taken)

13 Exercício 5: Os esquemas de previsão de desvios que usam o comportamento de outros desvios para fazer uma previsão são chamados de previsores de correlação ou previsores de dois níveis. Esquema de previsão (m,n) utiliza o comportamento dos últimos m desvios para escolher dentre 2 m previsores de desvio, cada qual sendo de n bits para um único desvio. O número de bits em um previsor (m,n) é determinado pela expressão abaixo 2 m x n x Número de entradas de previsão selecionadas Exemplo: a) Quantos bits existem no previsor de desvio (0,2) com 4 K entradas? b) Quantas entradas existem em um previsor (2,2) com o mesmo número de bits? Respostas: a) Previsor (0,2) com 4K entradas 2 0 x 2 x 4K = 8 Kbits b) Previsor (2,2), número de entradas? 2 2 x 2 x Entradas = 8 Kbits 1 K

14 MIPS code for D=A+B; E=A+C; # Method 1: 13 ciclos lw $t1, 0($t0) lw $t2, 4($t0) add $t3, $t1, $t2 <-- RAW ($t2) sw $t3, 12($t0) lw $t4, 8($t0) add $t5, $t1, $t4 <-- RAW ($t4) sw $t5, 16($t0) Code Scheduling to Avoid Stalls # Method 2: 11 ciclos lw $t1, 0($t0) lw $t2, 4($t0) lw $t4, 8($t0) add $t3, $t1, $t2 sw $t3, 12($t0) add $t5, $t1, $t4 sw $t5, 16($t0)