Prova P4/PS Disciplina: Organização de Computadores-EC Professor: Ney Laert Vilar Calazans

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1 Prova P4/PS Dscplna: Organzação de Computadores-EC Professor: Ney Laert Vlar Calazans Aluno: 30/novembro/ [3 pontos] Dado o programa em lnguagem de montagem do MIPS abaxo, gere códgo objeto para as lnhas 3, 6 e 8 dele. Ince por computar o endereço onde cada nstrução começa anotando este na coluna correspondente. Note que o endereço ncal do trecho, em hexadecmal é 0x Cudado com os pressupostos de geração de códgo para deslocamentos em cada nstrução, bem como com a possbldade de exstênca de pseudo-nstruções no trecho, e sua correspondênca com nstruções reas. Número de Lnha Rótulo Instrução Endereço ncal do códgo objeto 1 loop3: blez $t2,endl3 0x lw $t1,0($s2) 3 beq $t0,$t1, rstflag 4 addu $s2,$s2, 4 5 addu $t2,$t2, -1 6 j loop3 7 rstflag: l $t9,0 8 endl3: beq $t9,$zero,loop3 Códgo objeto 2. (3,0 pontos) Verdadero ou Falso. Abaxo aparecem 10 afrmatvas. Marque com V as afrmatvas verdaderas e com F as falsas. Se não souber a resposta correta, dexe em branco, pos cada resposta correta vale 0,3 pontos, mas cada resposta ncorreta desconta 0,2 pontos do total postvo de pontos. Não é possível que a questão produza uma nota menor do que 0 pontos. a) ( ) O códgo objeto 0x do MIPS corresponde a uma nstrução beq que quando saltar, o faz necessaramente para uma nstrução que está três nstruções antes (acma) deste beq. b) ( ) Dos processadores da famíla x86 da Intel, o Pentum-Pro e o Pentum-II possuem barramentos de dados de 32 bts e barramentos de endereços de 36 bts. Como o endereçamento de memóra destes processadores é a byte, seu mapa de memóra é de 64 Ggabytes. c) ( ) Suponha que o regstrador $t0 do MIPS contém o valor 0xFFFFFFFF. Dado este fato, executar a nstrução addu $t0,$t0,2 ou a nstrução and $t0,$t0,0x1 tem como resultado escrever exatamente o mesmo valor fnal em $t0. d) ( ) O modo de endereçamento pseudo-absoluto no MIPS usa um campo de 26 bts para referencar um endereço do mapa de memóra deste processador. Assm, este modo permte referencar qualquer endereço de uma regão correspondente a 1/32 (um 32 avos) de todo o mapa de memóra do MIPS. e) ( ) A nstrução add $t1,$zero,0xfffe seguda da nstrução or $t0,$t0, $t1 dexa em $t0 um número negatvo. f) ( ) A codfcação lb $t0,xuxu corresponde não a uma nstrução do MIPS, mas a uma pseudonstrução equvalente a duas nstruções reas do processador. g) ( ) Uma nstrução no MIPS sempre referenca explctamente de 1 a 3 operandos. h) ( ) Se a área de dados de um programa em lnguagem de montagem do MIPS é composta por uma cadea de 399 caracteres ASCIIE declarada com a dretva.ascz e um vetor de 150 nteros armazenado na forma mas natural oferecda pelo processador, esta área necessta de exatamente bytes para seu armazenamento. ) ( ) Suponha que se executa um programa MIPS com a sequênca de nstruções lu $t0,0xd000; slt $t1,$t0,$zero; beq $t1,$zero,xuxu. Assuma que o rótulo xuxu não se refere à nstrução medatamente após a nstrução beq desta sequênca. A nstrução executada após executar o beq será aquela assocada à posção de memóra dentfcada pelo rótulo xuxu, e não a que segue o beq. j) ( ) No MIPS o códgo objeto da nstrução jalr $k0,$t8 é 0x0300D009.

2 comparador Memóra de Instruções RALU=d_address ALU Memóra de Dados ads _nt D_H D_ 3. [4 pontos] Consdere a organzação do bloco de dados multcclo, que dá suporte à execução de um subconjunto da arqutetura do conjunto de nstruções do MIPS. Consdere também como realzadas as modfcações necessáras nesta organzação para dar suporte à nstrução LH, smlar a nstrução usada no trabalho TP3 deste semestre. Responda às questões abaxo. Máquna de Estados wreg wpc rw whlo walu ce wmdr bw pc=_address dtpc I/ salta_n PC wpc pc=_address Decodfcação npc=_out= nc_pc +4 [15:11] [25:21] _IN==_OUT nstructon [25:0] end_dv AdWP DataWP AdRP1 R1 DataRP1 Banco de Regstradores EXT SINAL << & [25:0] & 00 EXT ZERO end_mul add RESULT RIN DataRP2 AdRP2 R2 wreg npc cte_m DIV MULT op1 op2 quocente resto produto(63 downto 32) produto(31 downto 0) whlo H whlo outalu RALU walu salta_n= salta= salta_out H ce rw bw a) [1 ponto] Marque no desenho acma e/ou descreva com palavras todos os camnhos do bloco de dados efetvamente usados pela nstrução LH, Offset(). Isto sgnfca marcar e/ou descrever em texto todos os camnhos por onde passa nformação útl relevante à execução da nstrução, ou seja, dados e snas de controle que esta nstrução realmente necessta manpular durante sua execução. b) [1 ponto] Dga qual operação é executada pela undade lógca-artmétca (ALU) no tercero cclo de relógo da nstrução LH, Offset(), justfcando sua resposta. c) [1 ponto] No processo de execução da nstrução LH, Offset() exste alguma modfcação de hardware necessára no bloco de dados (BD) do processador? Se sm, explque qual. Em qualquer caso, explque os motvos que levam à modfcação ou não do BD. d) [1 ponto] Suponha que se deseja modfcar o processador para poder executar esta nstrução em apenas 4 cclos de relógo. Descreva a modfcação do bloco de dados que podera vablzar esta otmzação. Lsta de assocação de números e mnemôncos para os regstradores do MIPS Número (Decmal) Nome Número (Decmal) Nome 0 $zero 16 $s0 1 $at 17 $s1 2 $v0 18 $s2 3 $v1 19 $s3 4 $a0 20 $s4 5 $a1 21 $s5 6 $a2 22 $s6 7 $a3 23 $s7 8 $t0 24 $t8 9 $t1 25 $t9 10 $t2 26 $k0 11 $t3 27 $k1 12 $t4 28 $gp 13 $t5 29 $sp 14 $t6 30 $fp 15 $t7 31 $ra x & data[7:0] data rw ce wmdr

3 Prova P4/PS Aluno: Dscplna: Organzação de Computadores-EC Professor: Ney Laert Vlar Calazans 30/novembro/2016 Gabarto 1. [3 pontos] Dado o programa em lnguagem de montagem do MIPS abaxo, gere códgo objeto para as lnhas 3, 6 e 8 dele. Ince por computar o endereço onde cada nstrução começa anotando este na coluna correspondente. Note que o endereço ncal do trecho, em hexadecmal é 0x Cudado com os pressupostos de geração de códgo para deslocamentos em cada nstrução, bem como com a possbldade de exstênca de pseudo-nstruções no trecho, e sua correspondênca com nstruções reas. Número de Lnha Rótulo Instrução Endereço ncal do códgo objeto Códgo objeto 1 loop3: blez $t2,endl3 0x lw $t1,0($s2) 0x c 3 beq $t0,$t1, rstflag 0x x addu $s2,$s2, 4 0x addu $t2,$t2, -1 0x j loop3 0x C 0x A 7 rstflag: l $t9,0 0x endl3: beq $t9,$zero,loop3 0x x1320FFF8 Solução da Questão 1 Partndo do endereço ncal dado, geram-se os endereços de quatro em quatro para cada lnha do programa. A segur, pode-se gerar o códgo objeto das nstruções solctadas. a) (1,0 ponto) Lnha 3: beq $t0, $t1, rstflag. O formato da nstrução beq é: beq rs,rt, label 0x4 rs rt offset Número de bts/campo: O códgo objeto é então: (4 em ses bts) concatenado com o endereço do no banco ($t0=8 ou em bnáro), concatenado com o endereço do no banco, ($t1=9), concatenado com o offset. Segundo a defnção da arqutetura, este é o valor de 16 bts que corresponde à dstânca, em nstruções, da lnha abaxo do beq até a lnha do rótulo rstflag ou seja, 3, ou em bnáro Juntando os 32 bts ( ) e traduzndo-os de 4 em 4 em valores hexadecmas, obtém-se 0x , no endereço da memóra de nstruções 0x b) (1,0 ponto) Lnha 6: j loop3. O formato da nstrução j é: j label 2 address Número de bts/campo: 6 26 O códgo objeto é então: (2 em ses bts) concatenado com um valor de 26 bts, que corresponde ao bts 27 a 2 do endereço do rótulo loop3. Como loop3 está na lnha cujo endereço assocado é 0x , basta pegar os bts 27 a 2 deste valor de 32 bts. Juntando os 32 bts, tem-se ( ) e traduzndo-os de 4 em 4 em valores hexadecmas, obtém-se 0x A, no endereço da memóra de nstruções 0x C. c) (1,0 pontos) Lnha 8: beq $t9, $zero, loop3. O formato da nstrução beq é: beq rs,rt, label 0x4 rs rt offset Número de bts/campo: O códgo objeto é então: (4 em ses bts) concatenado com o endereço do no banco ($t9=25 ou em bnáro), concatenado com o endereço do no banco, ($zero=0), concatenado com o offset. Segundo a defnção da arqutetura, este é o valor de 16 bts que

4 corresponde à dstânca, em nstruções, da lnha abaxo do beq até a lnha do rótulo loop3. Como loop3 está antes desta lnha o valor é negatvo, e va ser -8, ou em bnáro Juntando os 32 bts ( ) e traduzndo-os de 4 em 4 em valores hexadecmas, obtém-se 0x1320FFF8, no endereço da memóra de nstruções 0x Fm da Solução da Questão 1 2. (3,0 pontos) Verdadero ou Falso. Abaxo aparecem 10 afrmatvas. Marque com V as afrmatvas verdaderas e com F as falsas. Se não souber a resposta correta, dexe em branco, pos cada resposta correta vale 0,3 pontos, mas cada resposta ncorreta desconta 0,2 pontos do total postvo de pontos. Não é possível que a questão produza uma nota menor do que 0 pontos. Solução da Questão 2 a) (F) O códgo objeto 0x do MIPS corresponde a uma nstrução beq que quando saltar, o faz necessaramente para uma nstrução que está três nstruções antes (acma) deste beq. Falso. Trata-se de um beq, pos os ses prmeros bts de 0x são , que é o opcode do beq. Contudo, o deslocamento (offset) está nos 16 últmos bts do códgo objeto, e vale 0x0003, um número postvo. go, o salto é para baxo e não para cma. b) (V) Dos processadores da famíla x86 da Intel, o Pentum-Pro e o Pentum-II possuem barramentos de dados de 32 bts e barramentos de endereços de 36 bts. Como o endereçamento de memóra destes processadores é a byte, seu mapa de memóra é de 64 Ggabytes. Verdadero, pos com 36 bts no barramento de endereços o mapa terá 2 * 36=64Gga endereços. Como cada endereço contém 1 byte (endereçamento a byte) o tamanho do mapa é 64Gbytes. c) (V) Suponha que o regstrador $t0 do MIPS contém o valor 0xFFFFFFFF. Dado este fato, executar a nstrução addu $t0,$t0,2 ou a nstrução and $t0,$t0,0x1 tem como resultado escrever exatamente o mesmo valor fnal em $t0. Verdadero. O valor ncal em $t0 é -1 em complemento de 2. Ora somar 2 a -1 gera em $t0 o valor 1. Por outro lado, a nstrução and com uma máscara 1 em 16 bts usa extensão de 0 para gerar 1 em 32 bts. O and deste valor com qualquer cosa gera em $t0 um valor onde todos os bts são zero, exceto o bt 0 que é uma cópa do bt 0 do valor orgnal, que era 1. Isto va gerar o mesmo número 0x em $t0. d) (F) O modo de endereçamento pseudo-absoluto no MIPS usa um campo de 26 bts para referencar um endereço do mapa de memóra deste processador. Assm, este modo permte referencar qualquer endereço de uma regão correspondente a 1/32 (um 32 avos) de todo o mapa de memóra do MIPS. Falso. Os 26 bts são sempre concatenados com dos bts 00 à dreta e com os 4 bts mas sgnfcatvos do PC à esquerda. Assm o número de endereços abrangdos é 2*26, que corresponde a 1/64 do mapa de memóra. Contudo, os endereços sempre são múltplos de 4. Assm estes 1/64 dos endereços vão de 4 em 4 em uma regão de tamanho total de 1/16 do mapa de memóra. e) (V) A nstrução add $t1,$zero,0xfffe seguda da nstrução or $t0,$t0, $t1 dexa em $t0 um número negatvo. Verdadero. A add usa extensão de snal. Assm, ela coloca em $t1 o resultado da soma 0x (conteúdo de $zero)+0xfffffffe(0xfffe com snal estenddo)=0xfffffffe. Ao se fazer o or do valor em $t1 com o que quer que exsta em $t0, todos os bts que estão em 1 de $t1 ou em $t0 fcarão em 1. go, dependendo do conteúdo ncal de $t0, apenas um de dos valores pode resultar escrto em $t0: 0xFFFFFFFE ou 0xFFFFFFFF, e ambos são números negatvos. f) (V) A codfcação lb $t0,xuxu corresponde não a uma nstrução do MIPS, mas a uma pseudonstrução equvalente a duas nstruções reas do processador. Verdadero. Como não fo especfcado um deslocamento, será gerada uma nstrução lu para carregar a parte alta do endereço xuxu em $at e este será o regstrador base do lb, que terá como deslocamento a parte baxa do endereço xuxu. As duas nstruções são lu $at,parte alta de xuxu; lb $t0, parte baxa de xuxu($at). g) (F) Uma nstrução no MIPS sempre referenca explctamente de 1 a 3 operandos. Falso. Um contra-exemplo é a nstrução syscall, que não tem operandos explíctos. h) (V) Se a área de dados de um programa em lnguagem de montagem do MIPS é composta por uma cadea de 399 caracteres ASCIIE declarada com a dretva.ascz e um vetor de 150

5 nteros armazenado na forma mas natural oferecda pelo processador, esta área necessta de exatamente bytes para seu armazenamento. Verdadero. Usando a dretva ascz, uma cadea ocupa exatamente um caracter a mas que o texto que ela referenca, devdo ao acréscmo automátco do caractere NULL para ndcar o fm da cadea. O formato mas natural para representar nteros no MIPS é usar a dretva.word, que reserva 32 bts ou 4 bytes por numeral ntero. Assm, a área de dados necessára é *4=1000 bytes. ) (F) Suponha que se executa um programa MIPS com a sequênca de nstruções lu $t0,0xd000; slt $t1,$t0,$zero; beq $t1,$zero,xuxu. Assuma que o rótulo xuxu não se refere à nstrução medatamente após a nstrução beq desta sequênca. A nstrução executada após executar o beq será aquela assocada à posção de memóra dentfcada pelo rótulo xuxu, e não a que segue o beq. Falso. A nstrução lu dexa em $t0 o valor 0xD , que corresponde a um número negatvo em complemento de 2, pos seu bt 31 é 1. go, a nstrução slt, que faz uma comparação de valores consderando os mesmos como nteros escreve em $t1 o valor 0x , pos $t0 é menor que 0. Fnalmente, a condção do beq será falsa, e não há salto. j) (V) No MIPS o códgo objeto da nstrução jalr $k0,$t8 é 0x0300D009. Verdadero. O formato da nstrução jalr usada aqu é: jalr rd, rs 0x0 rs 0 rd 0 9 Número de bts/campo: O códgo objeto é então: (0 em ses bts) concatenado com o endereço do rs no banco ($t8=24 ou em bnáro), concatenado com 5 bts em 0, concatenado com o endereço do rd no banco, ($k0=26), concatenado com 5 bts em 0 e concatenado com (9 em ses bts). Juntando os valores dos ses campos tem-se ( ). Agrupando os bts de 4 em 4 obtém-se o códgo objeto no formato desejado, que é 0x0300D009. Fm da Solução da Questão 2 3. [4 pontos] Consdere a organzação do bloco de dados multcclo, que dá suporte à execução de um subconjunto da arqutetura do conjunto de nstruções do MIPS. Consdere também como realzadas as modfcações necessáras nesta organzação para dar suporte à nstrução LH, smlar a nstrução usada no trabalho TP3 deste semestre. Responda às questões abaxo. Máquna de Estados wreg wpc rw whlo walu ce wmdr bw pc =_address dtpc I/ salta_n PC wpc pc= _address Decodfcação npc =_OUT= nc_pc +4 M emóra de Instruções [15:11] [25:21] _IN= =_OUT nstructon EXT SINAL [25:0] end_dv ads AdWP DataWP AdRP1 R1 DataRP1 Banco de R egstradores << & [25:0] & 00 EXT ZERO end_mul add RESULT RIN DataRP2 AdRP2 R2 wreg npc cte_m DIV MULT op1 op2 quocente resto produto(63 downto 32) ALU c omparador D_H D_ produto(31 downto 0) whlo H whlo outalu RALU walu salta_n= salta= salta_out H RALU=d_ address ce rw bw Memóra de Dados x & data[7:0] data _nt rw ce wmdr Sg_extend(Data( 15 downto 0))

6 a) [1 ponto] Marque no desenho acma e/ou descreva com palavras todos os camnhos do bloco de dados efetvamente usados pela nstrução LH, Offset(). Isto sgnfca marcar e/ou descrever em texto todos os camnhos por onde passa nformação útl relevante à execução da nstrução, ou seja, dados e snas de controle que esta nstrução realmente necessta manpular durante sua execução. b) [1 ponto] Dga qual operação é executada pela undade lógca-artmétca (ALU) no tercero cclo de relógo da nstrução LH, Offset(), justfcando sua resposta. c) [1 ponto] No processo de execução da nstrução LH, Offset() exste alguma modfcação de hardware necessára no bloco de dados (BD) do processador? Se sm, explque qual. Em qualquer caso, explque os motvos que levam à modfcação ou não do BD. d) [1 ponto] Suponha que se deseja modfcar o processador para poder executar esta nstrução em apenas 4 cclos de relógo. Descreva a modfcação do bloco de dados que podera vablzar esta otmzação. Solução da Questão 3 a) (1,0 ponto). Ver desenho. Depos da busca da nstrução, os bts 25:21 do são usados para endereçar a Porta de letura 1 do banco de regstradores, o que provoca a recuperação de uma valor do banco, que é colocado no regstrador. Este valor va para a entrada superor da ALU. Na entrada nferor da ALU chega o deslocamento, provenente dos bts 15:0 do, que passa pelo bloco de extensão de snal, o regstrador e dos multplexadores. A ULA soma estes valores, gerando o endereço de letura que é envado à memóra ao ser armazenado no regstrador RALU. A memóra é lda e o dado no endereço gerado é mandado de volta ao processador. Na entrada do processador, usa-se apenas os 16 bts nferores do dado de 32 bts ldo, que tem seu snal estenddo para gerar um valor de 32 bts. Este é então armazenado no regstrador. Para fnalzar, o conteúdo do é escrto no banco, no regstrador endereçado pelos bts 20:16 do (endereço do regstrador ). b) (1,0 ponto). A operação executada é uma soma, conforme explcado no tem a). c) (1,0 ponto). Sm, é necessáro acrescentar um módulo que faça a extensão de snal dos 16 bts nferores do barramento de dados (snal data(15 downto 0). A saída deste módulo consttu uma tercera entrada do mux que gera a entrada do regstrado. O mux em questão deve obvamente ser modfcado também. d) (1,0 ponto). Isto é faclmente realzado, embora tenha um custo em termos de desempenho. Uma solução é fazer com que a saída do novo módulo de extensão de snal não vá para o mux que gera a entrada do, e sm para o mux que gera o snal result. Claro que o bloco de controle deve ser modfcado para gerar os snas de controle de acordo. Fm da Solução da Questão 3