Σύγχρονα Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — Ιανουάριος 2021¶
2.jpg¶
Θεωρήστε επεξεργαστή που διαθέτει κρυφή μνήμη εντολών. Σε κάθε ψηφιολέξη (byte) αντιστοιχεί μια διεύθυνση. Για την προσπέλαση της κρυφής μνήμης εντολών θεωρούμε ότι η διεύθυνση που παράγει ο επεξεργαστής αποτελείται από τρία πεδία. Το πεδίο1 αποτελείται από τα λιγότερο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης. Το πεδίο2 αποτελείται από τα αμέσως σημαντικότερα δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης και το πεδίο3 αποτελείται από τα πιο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης που παράγει ο επεξεργαστής. Να υπολογίσετε: α. το μέγεθος του πλαισίου σε bytes χρησιμοποιώντας τρία ψηφία, πχ. 022. β. τη χωρητικότητα της κρυφής μνήμης σε Kbytes ή Mbytes δίνοντας ένα τετραψήφιο ακέραιο αριθμό και το Κ ή το Μ ανάλογα. πχ. 0012K ή 0133M. Εάν η χωρητικότητα μπορεί να δοθεί σε Mbytes, πρέπει να δοθεί υποχρεωτικά σε Mbytes, πχ. το 1024K πρέπει να δοθεί ως 1M. γ. Το πλήθος των bits που απαιτούνται για την αποθήκευση των ετικετών χρησιμοποιώντας οκτώ ψηφία, πχ. 00293940.
Δίνονται
Οργάνωση κρυφής μνήμης εντολών: 9-τρόπων συνόλου συσχέτισης.
και εύρος πεδίων
πεδίο1: 7 bits
πεδίο2: 11 bits
πεδίο3: 15 bits
Μέγεθος του πλαισίου σε bytes = [πεδίο απάντησης]
Χωρητικότητα της κρυφής μνήμης σε Kbytes ή Mbytes = [πεδίο απάντησης]
Πλήθος των bits που απαιτούνται για την αποθήκευση των ετικετών = [πεδίο απάντησης]
Σημείωση: η φωτογραφία περιέχει χειρόγραφες απαντήσεις φοιτητή.
unknown.png¶
Θεωρήστε επεξεργαστή που διαθέτει κρυφή μνήμη εντολών. Σε κάθε ψηφιολέξη (byte) αντιστοιχεί μια διεύθυνση. Για την προσπέλαση της κρυφής μνήμης εντολών θεωρούμε ότι η διεύθυνση που παράγει ο επεξεργαστής αποτελείται από τρία πεδία. Το πεδίο1 αποτελείται από τα λιγότερο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης. Το πεδίο2 αποτελείται από τα αμέσως σημαντικότερα δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης και το πεδίο3 αποτελείται από τα πιο σημαντικά δυαδικά ψηφία της διεύθυνσης που παράγει ο επεξεργαστής. Να υπολογίσετε: α. το μέγεθος του πλαισίου σε bytes χρησιμοποιώντας τρία ψηφία, πχ. 022. β. τη χωρητικότητα της κρυφής μνήμης σε Kbytes ή Mbytes δίνοντας ένα τετραψήφιο ακέραιο αριθμό και το Κ ή το Μ ανάλογα. πχ. 0012K ή 0133M. Εάν η χωρητικότητα μπορεί να δοθεί σε Mbytes, πρέπει να δοθεί υποχρεωτικά σε Mbytes, πχ. το 1024K πρέπει να δοθεί ως 1M. γ. Το πλήθος των bits που απαιτούνται για την αποθήκευση των ετικετών χρησιμοποιώντας οκτώ ψηφία, πχ. 00293940.
Δίνονται
Οργάνωση κρυφής μνήμης εντολών:1-τρόπων συνόλου συσχέτισης.
και εύρος πεδίων
πεδίο1: 2 bits
πεδίο2: 16 bits
πεδίο3: 14 bits
Μέγεθος του πλαισίου σε bytes = [πεδίο απάντησης]
Χωρητικότητα της κρυφής μνήμης σε Kbytes ή Mbytes = [πεδίο απάντησης]
Πλήθος των bits που απαιτούνται για την αποθήκευση των ετικετών = [πεδίο απάντησης]
3.png¶
Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 1.50 βαθμοί)
Θεωρήστε υπολογιστή με ιδεατή μνήμη, virtual memory, που υλοποιείται με την τεχνική της σελιδοποίησης. Το μέγεθος της σελίδας είναι \(2^{12}\) bytes. Σε κάθε byte αντιστοιχεί μια διεύθυνση. Υποθέστε ότι η ιδεατή μνήμη υλοποιείται με την τεχνική του αντιστρόφου πίνακα σελίδων, inverted page table, με 5 αντιστοιχίσεις ανά θέση του πίνακα. Το πλήθος των δυαδικών ψηφίων ελέγχου στον πίνακα σελίδων είναι 7. Η λογική διεύθυνση είναι των 47 bits ενώ η φυσική διεύθυνση των 36 bits. Να υπολογίσετε τη χωρητικότητα του αντιστρόφου πίνακα σελίδων σε bits. Να δώσετε την τιμή χρησιμοποιώντας 6 ψηφία και Κ, Μ ή G ανάλογα π.χ. 003472K ή 000321M ή 348848G. Εάν η χωρητικότητα μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Gbits, πρέπει να δοθεί υποχρεωτικά σε Gbits, εάν δεν μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Gbits και μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Mbits [συμπληρώθηκε από 6.png] να δοθεί σε Mbits, διαφορετικά να δοθεί σε Kbits π.χ. το 5120K πρέπει να δοθεί ως 5M.
Χωρητικότητα του αντιστρόφου πίνακα σελίδων σε bits = [πεδίο απάντησης]
Σημείωση: η φωτογραφία περιέχει χειρόγραφες απαντήσεις φοιτητή.
4.png¶
Θεωρήστε επεξεργαστή μερικώς επικαλυπτόμενων εντολών ο οποίος διαθέτει κοινή κρυφή μνήμη εντολών και δεδομένων με μια πόρτα ανάγνωσης και μια άλλη πόρτα εγγραφής και δεν υλοποιεί την τεχνική της παροχέτευσης (bypassing). Θεωρήστε επίσης ότι σε ένα κύκλο μπορεί να γίνει εγγραφή σε κάποιο καταχωρητή και στον ίδιο κύκλο ανάγνωση αυτού που γράφτηκε. Δίνεται το τμήμα προγράμματος που ακολουθεί. Για κάθε είδος εξάρτησης να δηλώσετε τα ζεύγη των εξαρτημένων εντολών για τα οποία εάν δεν υπάρχει πρόνοια θα προκύψει πρόβλημα (hazard). Οι απαντήσεις σας να έχουν την ακόλουθη μορφή πχ. διαδικασιακές εξαρτήσεις: E2-E4+E3-E6 το οποίο σημαίνει ότι υπάρχουν δύο διαδικασιακές εξαρτήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν για να μην υπάρχει πρόβλημα, μια μεταξύ των εντολών E2 και E4 και μια μεταξύ των εντολών E3 και E6. Εάν δεν υπάρχει εξάρτηση που να δημιουργεί πρόβλημα τότε γράφουμε το μηδέν πχ. 0. Προσοχή: στις αριθμητικές και τις λογικές εντολές το αποτέλεσμα γράφεται στο πρώτο τελούμενο, πχ ADD R4, R2, R3 σημαίνει R4 < -- R2+R3.
E1 STORE R1, (R3)
E2 ADD R1, R2, R3
E3 AND R5, R1 R8
E4 SUB R5, R8, R10
E5 MUL R9, R7, R3
E6 XOR R12, R11, R1
E7 NOR R11, R8, R2
ΔΟΜΙΚΕΣ ΕΞΑΡΤΗΣΕΙΣ: [πεδίο απάντησης]
ΕΞΑΡΤΗΣΕΙΣ ΑΝΑΓΝΩΣΗΣ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΓΓΡΑΦΗ: [πεδίο απάντησης]
ΕΞΑΡΤΗΣΕΙΣ ΕΓΓΡΑΦΗΣ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΑΝΑΓΝΩΣΗ: [πεδίο απάντησης]
ΕΞΑΡΤΗΣΕΙΣ ΕΓΓΡΑΦΗΣ ΜΕΤΑ ΑΠΟ ΕΓΓΡΑΦΗ: [πεδίο απάντησης]
Σημείωση: η φωτογραφία περιέχει χειρόγραφες απαντήσεις φοιτητή.
6.png¶
ΑΣΚΗΣΗ 6
Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 1.50 βαθμοί)
Θεωρήστε υπολογιστή με ιδεατή μνήμη, virtual memory, που υλοποιείται με την τεχνική της σελιδοποίησης. Το μέγεθος της σελίδας είναι \(2^{10}\) bytes. Σε κάθε byte αντιστοιχεί μία διεύθυνση. Υποθέστε ότι η ιδεατή μνήμη υλοποιείται με την τεχνική του αντιστραμμένου πίνακα σελίδων, inverted page table, με 3 αντιστοιχίσεις ανά θέση του πίνακα. Το πλήθος των δυαδικών ψηφίων ελέγχου στον πίνακα σελίδων είναι 7. Η λογική διεύθυνση είναι των 65 bits ενώ η φυσική διεύθυνση των 40 bits. Να υπολογίσετε τη χωρητικότητα του αντιστραμμένου πίνακα σελίδων σε bits. Να δώσετε την τιμή χρησιμοποιώντας 6 ψηφία και το K, M ή G αναλόγα πχ. 003472K ή 000321M ή 348848G. Εάν η χωρητικότητα μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Gbits, πρέπει να δοθεί υποχρεωτικά σε Gbits, εάν δεν μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Gbits και μπορεί να δοθεί ως ακέραιος αριθμός σε Mbits να δοθεί σε Mbits, διαφορετικά να δοθεί σε Kbits πχ. το 5120K πρέπει να δοθεί ως 5M.
Χωρητικότητα του αντιστραμμένου πίνακα σελίδων σε bits: [πεδίο απάντησης]
sl.png¶
Θεωρήστε ότι το τμήμα προγράμματος που ακολουθεί ανήκει σε πρόγραμμα που εκτελείται σε υπερβαθμωτό (superscalar) επεξεργαστή με ρυθμό αποστολής εντολών προς εκτέλεση 4.
...
1. NOR r1, r7, r8 / r1 <-- NOR(r7, r8)
2. LOAD r0, (r9) / r0 <-- M(r9)
3. ADD r3, r1, r10 / r3 <-- r1+r10
4. SUB r4, r1, r2 / r4 <-- r1-r2
5. ADD r6, r4, r5 / r6 <-- r4+r5
6. ADD r3, r8, r2 / r3<-- r8+r2
7. MUL r7, r5, r2 / r7<-- r5*r2
8. STORE r1, (r6) / r1 --> M(r6)
...
Να απαντήσετε εάν η ακόλουθη πρόταση είναι σωστή ή λάθος.
Σε επεξεργαστή που ισχύει το μοντέλο της ισχυρής σειριακής συνέπειας στην εκτέλεση των εντολών, η υπ' αριθμόν 4 εντολή μπορεί να ολοκληρωθεί πριν την υπ' αριθμόν 3 εντολή.
- [ ] Σωστό
- [ ] Λάθος
sl2.png¶
Θεωρήστε ότι το τμήμα προγράμματος που ακολουθεί ανήκει σε πρόγραμμα που εκτελείται σε υπερβαθμωτό (superscalar) επεξεργαστή με ρυθμό αποστολής εντολών προς εκτέλεση 6.
...
- SUB r4, r1, r2 / r4 <-- r1-r2
- NOR r6, r4, r5 / r6 <-- NOR(r4, r5)
- ADD r3, r8, r2 / r3<-- r8+r2
- DIV r7, r5, r3 / r7<-- r5/r3
- LOAD r0, (r7) / r0 <-- M(r7)
- STORE r0, (r9) / r0 --> M(r9)
- ADD r3, r1, r0 / r3 <-- r1+r0
...
Να απαντήσετε εάν η ακόλουθη πρόταση είναι σωστή ή λάθος.
Σε επεξεργαστή που ισχύει το μοντέλο της ισχυρής σειριακής συνέπειας στην εκτέλεση των εντολών, η υπ' αριθμόν 4 εντολή δεν μπορεί να εκτελεστεί πριν την υπ' αριθμόν 3 εντολή.
- [ ] Σωστό
- [ ] Λάθος
sl3.png¶
Ερώτηση 1 / 1 (Σωστό / Λάθος — 0.50 βαθμοί)
Στους υπερβαθμωτούς επεξεργαστές με αποστολή εντολών προς εκτέλεση με προκαθορισμένη σειρά (in-order) είναι δυνατόν να εμφανιστούν μόνο εξαρτήσεις Ανάγνωση Μετά από Εγγραφή και Εγγραφή Μετά από Ανάγνωση.
- [ ] Σωστό
- [ ] Λάθος