entrega_7

Muestrecomoplanificarauncompiladorlasiguientesecuenciade

Ejemplo:

instruccionesparaunprocesadorVLIWcon3unidadesdeejecucin.Supongaquetodaslasoperacionestienenunalatenciadedosciclosycualquierunidaddeejecucinpuedeejecutarcualquiertipodeinstruccin.

ADDr1,r2,r3SUB r16, r14, r7SUBr16,r14,r7LDr2,(r4)LDr14,(r15)MULr5,r1,r9ADD 9 10 11ADDr9,r10,r11SUBr12,r2,r14

ArquitecturadeComputadorasM.enC.JessGarcaRuiz 1

Solucin:

Palabra1

Palabra 2

ADDr1,r2,r3

SUB r16, r14, r7

LDr2,(r4)

ADD r9 r10 r11

LDr14,(r15)

NOPPalabra2

Palabra3

SUBr16,r14,r7

MULr5,r1,r9

ADDr9,r10,r11

SUBr12,r2,r14

NOP

NOP


Enlasiguientetablasemuestracomosepodranplanificarlasoperaciones.ObsrvesequelaoperacinLDr14,(r15)sehacolocadoenlainstruccinanterioralaoperacinSUBr16,r14,r7apesardequelaoperacinSUBapareceantesenelfragmentodecdigooriginalydequeleedelregistrodedestino en el que la operacin LD almacenar el dato Ya que lasdestinoenelquelaoperacinLDalmacenareldato.YaquelasinstruccionesVLIWnosobreescribenlosregistroshastaquenosecompletan,elvalorprevioder14permanecerhastadosciclosdespusdequelaoperacinLDsehayaemitido,permitiendoquelaoperacinSUBpuedaleerelvaloranteriorder14ygenereunresultadocorrecto.Alplanificarlasoperacionesfueradeordenydeestaforma,sehalogradoqueelfragmentodeprogramaocupemenosinstruccionesVLIW.Demanerasimilar, la operacin ADD r9, r10, r11 se ha planificado antes que lasimilar,laoperacinADDr9,r10,r11sehaplanificadoantesquelaoperacinMULr5,r1,r9,aunqueestasdosoperacionespodranhabersecolocadoenlamismainstruccinsinincrementarelnmerodeinstruccionesnecesariasparacodificarelfragmentodeprograma.


Ejemplo: ********

Muestrecomouncompiladorplanificaraelcdigodelproblemadeladiapositiva156,parasuejecucinenunprocesadorVLIWconelmismonmerodeunidadesdeejecucinylasmismaslatenciasdelasoperacionesespecificadas en el problema original Al contrario que en los problemas deespecificadasenelproblemaoriginal.Alcontrarioqueenlosproblemasdelosprocesadoressuperescalares conejecucinfueradeorden,deberasuponerqueelcompiladoranalizatodoslosposiblesordenamientosdeoperacionesparaencontrarlamejorplanificacin.Estoreflejaelhechodequeelcompiladorpuedededicarmstiempoytenerunavisinmsglobaldelprogramaparaencontrarlamejorplanificacindeloqueusualmenterealizaelhardwaredelossuperescalares entiempodeejecucin.ADDr1,r2,r3, ,SUBr5,r4,r5LDr4,(r7)MULr4,r4,r4ST (r7) r4ST(r7),r4LDr9,(r10)LDr11,(r12)ADDr11,r11,r12


MULr11,r11,r11ST(r12),r11

Palabra1

l b

SUBr4,r5,r5 LDr4,(r7) LDr9,(r10)

NOP

LDr11,(r12)

NOPPalabra2

Palabra3

ADDr1,r2,r3

MULr4,r4,r4

NOP

ADDr11,r1,r12

NOP

NOP

NOP

NOP

Palabra4

Palabra5

ST(r7),r4 MULr11,r11,r11 NOP NOP

NOP NOPST(r2),r11 NOP


D ll d d b l

Engeneral,lasiteracionesdeunbuclesuelencontenerpocoparalelismo,debidoespecialmente a dependencias de control y si existen dependencias de datos

Desenrolladodebucles

especialmenteadependenciasdecontroly,siexistendependenciasdedatos,estassemultiplican.UnatcnicaquepermitedisminuirestasituacineslallamadaDesenrolladodebucles.

Porejemplo,undesenrollodebuclesenlenguajeC:

for(i=0;i

UNIDADIVADMINISTRACIN DE MEMORIAADMINISTRACINDEMEMORIA


Jerarquadememoriaq

P d

Incrementotamao Incrementovelocidad Incrementocostoporbit

Procesador

Registros

CachprimariaL1

CachsecundariaL2

Memoriaprincipal

MemoriaSecundaria

DiscoMagntico


Administracin de Memoria Cach

Memoriachach:Darunasolucineficientequehaceapareceral

AdministracindeMemoriaCach

q pprocesadormsrpidodeloqueesparaconlamemoriautilizada.

LneadeCach:Bloquedecache,elcualesunconjuntodelocalidadescontiguas de memoriacontiguasdememoria.Usualmente,lamemoriacachepuedealmacenarunnmerorazonabledebloques,peroestenmeroespequeocomparadoconelnmerototaldebloquesenlamemoriaprincipal.

Correspondencia:Funcionesdemapeo quehacencorresponderlosbloquesdelamemoriaprincipalalaslneasdelamemoriacach.

Algoritmos de sustitucin: Criterios con los cuales se decide queAlgoritmosdesustitucin:Criteriosconloscualessedecidequebloquescontenidosenlamemoriacachsesustituirndelosbloquesdelamemoriaprincipal,debidoaqueeldatobuscadonoseencuentraenlamemoriacach.


Lalongituddelneadeunacacheseltamaodelbloquedecach(eltamaodelgrupodedatosquesonllevadosysacadosdelacachenrespuestaaunfallodelamisma).Laslneasdelacachestnalineadas(lasdireccionesdelprimerbyteenunalneacachessiempreunmltiplodelalongitud de la lnea)longituddelalnea).

Estosimplificaelprocesodedeterminarsihaocurridoonounfallodecache,puestoquelosbitsmenossignificativosdeladireccindeterminanquebytedeunadireccinreferencianlalneaquelacontiene,ysolamentelosbitsmssignificativossenecesitanenviaralamatrizdeetiquetasparadeterminarsihaexistidounacierto.


Enunacachecon64bytesdelongituddelnea,Cuntosbitsseutilizanpara

Ejemplo:

determinarquebytedentrodelalneacacheindicaladireccin?

Solucin:

Ellog2 de64es6,porlotantolos6bitsmenossignificativosdeladireccindeterminanelbytededireccindentrodeunalneadecache.


Supongamosunacachede1KB,conlneasde64bytes.Determinecuantas

Ejemplo:

lneashabraenlacache.Yconlneasde32bytes.Culopcinconvienems?,porqu?

Solucin:

Unacachde1,024bytespuedecontener16lneas,mientrasquesisereduceeltamaodelneasa32bytes,elnmerodelneasaumentaa32.Entrems

l l d i t d l DRAM ipequealalneamscorrespondenciastendrnconlaDRAM,peromenosopcinaencontrarelvalordeseado.Sinembargo,silalneaesdemasiadogrande,eltiempodesustitucinaumentaconsiderablemente.


Lasmemoriascachegeneralmentecontienenunamatrizdeetiquetasyunamatrizdedatos.Lamatrizdeetiquetascontienelasdireccionesdelosdatosexistentesenlacache,mientraslamatrizdedatoscontienelosdatosi L d t di i i l d i d l ti d lmismos.Larazndeestadivisineslareduccindeltiempodeaccesoala

cache,puestoquelamatrizdeetiquetasgeneralmentecontienemuchosmenosbitsquelamatrizdedatosysepuedeporlotantoaccederaellamsrpidamente.Adems,estetipodearreglopermiterealizarenparalelolap , p g p pdeterminacindeacierto/fallo,reduciendoeltiempodeaccesoglobal.

Enlascaches,losdatosylasinstruccionessuelenmemorizarseencachesseparadas de datos e instrucciones la cual a veces de denomina comoseparadasdedatoseinstrucciones,lacualavecesdedenominacomoarquitecturaHarvard,lacualpermitealprocesadorcaptarsimultneamentedatoseinstruccionesdeambascachesrespectivamente.Cuandolacachecontienetantodatoscomoinstrucciones,selellamacacheunificada.


Siunacachtienelneasde64bytes,Cuantotiemposenecesitapara

Ejemplo:

captarunalneadecachesilamemoriaprincipalnecesita20ciclospararesponderacadapeticindememoriaydevuelve2bytesdedatosenrespuestaacadapeticin?

Solucin:

Debido a que la memoria principal devuelve 2 bytes de datos en respuesta a cadaDebidoaquelamemoriaprincipaldevuelve2bytesdedatosenrespuestaacadapeticin,senecesitan32peticionesdememoriaparacaptarunalnea.A20ciclosporpeticin,lacaptacindeunalneadecachenecesita640ciclos.


FuncionesdeMapeo(correspondencia)

Mapeodirecto

Mapeoasociativo

Mapeoasociativoporconjuntos

FIFO(FirsInFirstOut)

FuncionesdeSustitucin

( )

LIFO(LastIntFirsOut)

LRU(LeastRecentlyUsed)

LFU(LeastFrequentlyUsed)


s+w

OrganizacindeCacheconcorrespondenciadirecta

MemoriaPrincipalEtiqueta Datos

Cache

DireccindeMemoria L0 B0

W0W1WEtiqueta Lnea Palabra W2W3

... ...s rs r r w

Comparacin

LiBj

W(4j)W(4j+1)W(4j+2)

w

s

W(4j+2)W(4j+3)... ...

w

(fallodecache)


DatosEtiqueta Lnea+Palabra

Direccin CorrespondenciaDirecta

11223344FFFCFFF8

Etiqueta DatosNmerodelnea

FF

000000040008 3FFF

3FFE112233441234567801

FF

Etiqueta Datos lnea

12345678FFFCFFF8

000000010002

13579246

8765432111235813

000100

01

11235813000000040008

FFFCFFF8

00001357924600

Cachede16Kpalabras(14bits)

13579246

87654321

000000040008

Etiqueta Lnea Palabra

00

W(4j)

W(4j+1)W(4j+2)

DireccindeMemoriaPrincipal

8 14 2MemoriaPrincipalde16MBytes


MemoriaCache

s+wOrganizacindeCachetotalmenteasociativa


Cache

DireccindeMemoriaEtiqueta Palabra

L0 B0

W0W1W2WW3

... ...

sw

Comparacin

LjBj

W(4j)W(4j+1)W(4j+2)W

w

w

s...

W(4j+3)... ...

(fallodecache)

Lm1


DatosDireccinCorrespondenciaAsociativa

11223344FFFFFCFFFFF8

Etiqueta DatosNmerodelnea

24682468

33333333FFFFF4

3FFF3FFE12345678

24682468FFFFFC000000

Etiqueta lnea

FFFFF4 33333333 3FFD

16339816339C1633A0

00000001

1122334487654321

87654321

FFFFF816339C

Cachede16Kpalabras

(14bits)(22bits)

Etiqueta Palabra

DireccindeMemoriaPrincipal

000000000004000008

12345678

22 2MemoriaPrincipalde16MBytes


s+wOrganizacindeCacheasociativaporconjuntos


Cache

DireccindeMemoriaEtiqueta Palabra

B0

Conjunto

F0

FEtiqueta Palabra

Conjunto0... ...

s dw

B1Conjunto F1

Fk 1

d

Comparacin Bj

s+w...

k 1

fk

......

...

Conjunto1Fk+i

(aciertodecache)

(fallodecache)

F2k 1


DatosEtiquetaConjunto

+Palabra

CorrespondenciaAsociativadedosvas

112233447FFC7FF8

Etiqueta DatosNmerode lnea

1FFEtiqueta Datos

24682468

000000040008 1FFF

1FFE1122334412345678001

1FF

Etiqueta Datos delnea246824681FF

Etiqueta Datos

...

123456787FFC7FF8

000000010002

13579246

8765432111235813

000001000

0017777777001

.

11235813000000040008

7FFC7FF8

000013579246000

Cachede16Kpalabras

(13bits)7777777001

77777777

13579246

87654321

000000040008

Etiqueta Conjunto Palabra

000DireccindeMemoriaPrincipal

9 13 2MemoriaPrincipalde16MBytes


Enunacacheconmapeodirectoconunacapacidadde16KByunalongitud

Ejemplo:

delneade32bytes,cuantosbits,deunaoperacindereferenciaamemoria,seutilizanparadeterminarelbytedentrodeunalneadecacheycuantosbitsseutilizanparaseleccionarlalneadecachequepuedecontener el dato?contenereldato?

Solucin:

Log de 32 es 5 por tanto se necesitan 5 bits para determinar el byte dentro de laLog2 de32es5,portantosenecesitan5bitsparadeterminarelbytedentrodelalneadecachequeestsiendoreferenciado.Conlneasde32bytes,existen512lneasenlacachede16KB,porlotantosenecesitan9bitsparaseleccionarlalneaquepuedecontenerladireccin(log2 512=9)


Cuntosconjuntoshayenunacacheasociativaporconjuntos,dedosvas,

Ejemplo:

con32KBdecapacidadylneasde64bytesycuantosbitsdedireccinseutilizanparaseleccionarunconjuntoenestacache?,Qupasaraenelcasodeunacacheasociativaporconjuntosdeochovasconlamismacapacidadylongitud de lnea?longituddelnea?

Solucin:

Una cache de 32 KB con 64 bytes por lnea contiene 512 lneas de datos En unaUnacachede32KBcon64bytesporlneacontiene512lneasdedatos.Enunacacheasociativaporconjuntosdedosvas,cadaconjuntocontiene2lneas,porlotantohay256conjuntosdecache.Log2 (256)=8,porlotantoseutilizan8bitsdeladireccinparaseleccionarelconjuntoquemapealadireccin.Enunacacheasociativaporconjuntosdeochovasexisten64conjuntosyutiliza6bitsdeladireccinparaseleccionarunconjunto.


AlgoritmosdeSustitucin

FIFO(FirstInFirstOut):Elprimeroenentrareselprimeroensalir

LIFO(LastInFirstOut):Elltimoenentrareselprimeroensalir

LRU(LeastRecentlyUsed):Elmenosrecientementeusado

LFU (Least Frequently Used): El menos frecuentemente usadoLFU(LeastFrequentlyUsed):Elmenosfrecuentementeusado


Alactualizarlosdatosenlamemoriacachporpartedelprocesador,debeobservarsequetambinquedenactualizados en la memoria principalactualizadosenlamemoriaprincipal.

ProtocoloWritetrhough:Seescribeenlalocalidaddecachyenlalocalidaddememoriaalmismotiempo.

ProtocoloWriteback:Atravsdeunabandera(bitdemodificacin),sesealizasiunregistrofuemodificadoporelprocesador.Despuscuandosesustituyalalneadecachseactualizarenlamemoriaprincipal.

Cuandoelprocesadorbuscaundatoquenoseencuentraenlamemoriacach,ocurreunmissread.Existendosformasderealizarlatransferencia.

ProtocoloLoadtrhough:Cuandosetransfiereeldatodesdelamemoriahastalacach,seenvaalmismotiempoalprocesador,ahorrandotiempoperoaexpensasdemayorcomplejidadenlacircuitera.circuitera.

ProtocoloLoadback:Setransfiereeldatodesdelamemoriaprincipalhastalacachydespus seenvaestedatohastaelprocesador.


MemoriaVirtual

Enlosiniciosdelossistemascomputacionales,lamemoriaRAM(principal)erasuficienteparacontenerelprogramacompletoqueseejecutara;sinembargo poco a poco esta dej de ser suficiente para los grandes programasembargo,pocoapocoestadejdesersuficienteparalosgrandesprogramasrequeridos.UnaformadesolucionarelproblemaesmediantelaMemoriaVirtual,esdecir,hacerparecerqueexistememoriafsicasuficienteparaconteneryejecutarelprograma(oprogramas),encuestin.


Programa Memoriaprincipal Discoduro

Espaciodedireccionesvirtuales

Espaciofsicodedirecciones(datosenmemoria)

Pginaendisco

virtuales(referenciadasporunprograma)

Pginafsica

Pginaendisco

PginaVirtual

Pginafsica

Marcodepgina

PginaVirtual

Pginanosituadaenelmapadelamemoria

PginaVirtual

principal.Sercopiadaalamemoriaprincipalcuandoseutilice.

Pginaendisco


Memoriavirtual

Bsquedadelasdireccionesvirtualesenlatabladepginas

Obtenerladireccinfsica

Completarlareferenciaamemoria

Direccin enDireccinenelmapadememoria

Direccinnoenelmapadememoria

Fallodepgina CargarlapginadesdeeldiscoActualizarlatabladepginas

Traduccindedirecciones


Nmerodepginavirtual(VPN)

Desplazamiento Nmerodepginavirtual(VPN)

Desplazamiento

VPNyPPNpuedentenerlongitudesdiferentes

Losdesplazamientosdelasdireccionesfsicasylasdireccionesvirtualestienenelmismotamao

Nmero de pgina

Nmerodepginafsica(PPN)

Desplazamiento



Desplazamiento

Direccionesvirtualesyfsicas

Conversindedireccionesvirtualesafsicas


Enunsistemacondireccionesvirtualesde64bitsydireccionesfsicasde43

Ejemplo:

bits(similaralosprimerosprocesadoresde64bits),CuntosbitssenecesitanparaelVPNyparaelPPNsilaspginastienenuntamaode8KB?

Solucin:

El log (8 KB)=13 por lo tanto se necesitan 13 bits para el campo deEllog2 (8KB)=13,porlotantosenecesitan13bitsparaelcampodedesplazamientodelasdireccionesfsicasylasdireccionesvirtuales.Porlotanto,senecesitan51bits(6413),paraelnmerodepginavirtualy30bitsparaelnmerodepginafsica.


Nmerodepginafsica

Bitdemodificacin Bitdevalidez

PPNparalapginavirtual0


Tabladepginasdeunnivel








Bit d Bit d


Desplazamiento

Nmerodepginafsica(PPN)Bitdemodificacin

Bitdevalidez

UsodeunaVPNparaseleccionarelelementodela tablalatabla

Comprobacindelbitdevalidezdelelementoparaversilapginaestubicadaen la memoria principal


Desplazamiento

enlamemoriaprincipal

Traduccindedireccionesutilizandolatabladepginas


( )

Acierto

Bsquedadelasdireccionesvirtualesenlatabladepginas

Obtenerladireccinfsica

CompletarlareferenciaamemoriaChequearla

traduccinenelTLB

Direccinmapeada

Fallo

Direccinnomapeada

Fallodepgina CargarlapginadesdeeldiscoActualizarlatabladepginas

TraduccindedireccionesconTLB


Bit de Bit de validez


Bitdemodificacin


Bitdevalidez

Elemento de TLBElementodeTLB


entrega_7

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