Σύγχρονα Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — Ιούνιος 2023¶
20230606_171713.jpg¶
Για την εκτέλεση μιας διαδικασίας απαιτείται η εκτέλεση της ακολουθίας βημάτων α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ και ι. Τα βήματα αυτά μπορούν να εκτελεστούν από τις αντίστοιχες μονάδες Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ και Ι με καθυστέρηση 18, 13, 14, 10, 16, 9, 34, 6, 15 nsec αντίστοιχα. Έχετε στη διάθεση σας καταχωρητές με μέγιστη καθυστέρηση διάδοσης 6 nsec. Να σχεδιάσετε το μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών (pipelining) που επιτυγχάνει το μέγιστο ρυθμό ολοκλήρωσης διαδικασιών και για αυτό το ρυθμό τον ελάχιστο χρόνο εκτέλεσης μιας διαδικασίας (latency). Από πόσες βαθμίδες αποτελείται ο μηχανισμός μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε; Να υπολογίσετε την περίοδο του σήματος χρονισμού (clock). Να υπολογίσετε σε κάθε πόσα nsec ολοκληρώνεται μία νέα διαδικασία (ρυθμός ολοκλήρωσης διαδικασιών). Αγνοήστε τις αρχικές συνθήκες. Να υπολογίσετε πόσος χρόνος απαιτείται για την εκτέλεση μιας διαδικασίας (latency). Ποια είναι η μέγιστη επιτάχυνση του ρυθμού ολοκλήρωσης διεργασιών στο μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε σε σχέση με ένα μηχανισμό που δεν υλοποιεί την τεχνική των μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών; Σε όλες τις περιπτώσεις η απάντησή σας να είναι ένας τριψήφιος ακέραιος αριθμός, πχ. 002.
Από πόσες βαθμίδες αποτελείται ο μηχανισμός μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε: _____
Ποια είναι η περίοδος του σήματος χρονισμού (clock) σε nsec; _____
Σε κάθε πόσα nsec ολοκληρώνεται και μία νέα διαδικασία; _____
Πόσος χρόνος απαιτείται για την εκτέλεση μιας διαδικασίας (latency); _____
Ποια είναι η μέγιστη επιτάχυνση του ρυθμού ολοκλήρωσης διεργασιών στο μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε σε σχέση με ένα μηχανισμό που δεν υλοποιεί την τεχνική των μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών; _____
Σημείωση: η φωτογραφία περιέχει χειρόγραφες απαντήσεις φοιτητή.
1.jpg¶
Για την εκτέλεση μιας διαδικασίας απαιτείται η εκτέλεση της ακολουθίας βημάτων α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ και ι. Τα βήματα αυτά μπορούν να εκτελεστούν από τις αντίστοιχες μονάδες Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ και Ι με καθυστέρηση 12, 19, 5, 13, 40, 5, 33, 17, 5 nsec αντίστοιχα. Έχετε στη διάθεση σας καταχωρητές με μέγιστη καθυστέρηση διάδοσης 7 nsec. Να σχεδιάσετε το μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών (pipelining) που επιτυγχάνει το μέγιστο ρυθμό ολοκλήρωσης διαδικασιών και για αυτό το ρυθμό τον ελάχιστο χρόνο εκτέλεσης μιας διαδικασίας (latency). Από πόσες βαθμίδες αποτελείται ο μηχανισμός μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε; Να υπολογίσετε την περίοδο του σήματος χρονισμού (clock). Να υπολογίσετε σε κάθε πόσα nsec ολοκληρώνεται μία νέα διαδικασία (ρυθμός ολοκλήρωσης διαδικασιών). Αγνοήστε τις αρχικές συνθήκες. Να υπολογίσετε πόσος χρόνος απαιτείται για την εκτέλεση μιας διαδικασίας (latency). Ποια είναι η μέγιστη επιτάχυνση του ρυθμού ολοκλήρωσης διεργασιών στο μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε σε σχέση με ένα μηχανισμό που δεν υλοποιεί την τεχνική των μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών; Σε όλες τις περιπτώσεις η απάντησή σας να είναι ένας τριψήφιος ακέραιος αριθμός, πχ. 002.
Από πόσες βαθμίδες αποτελείται ο μηχανισμός μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε: _____
Ποια είναι η περίοδος του σήματος χρονισμού (clock) σε nsec; _____
Σε κάθε πόσα nsec ολοκληρώνεται και μία νέα διαδικασία; _____
Πόσος χρόνος απαιτείται για την εκτέλεση μιας διαδικασίας (latency); _____
Ποια είναι η μέγιστη επιτάχυνση του ρυθμού ολοκλήρωσης διεργασιών στο μηχανισμό μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών που σχεδιάσατε σε σχέση με ένα μηχανισμό που δεν υλοποιεί την τεχνική των μερικώς επικαλυπτόμενων λειτουργιών; _____
Σημείωση: η φωτογραφία περιέχει χειρόγραφες απαντήσεις φοιτητή.
THEMA4.png¶
Ερώτηση 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 2 βαθμοί)
Θεωρήστε επεξεργαστή στον οποίο το μήκος των λογικών διευθύνσεων είναι 42 δυαδικά ψηφία ενώ το μήκος των φυσικών διευθύνσεων είναι 30 δυαδικά ψηφία και το μέγεθος της σελίδας είναι 1 KBytes. Ο επεξεργαστής διαθέτει υβριδική κρυφή μνήμη επεξεργαστή με οργάνωση 2-τρόπων συνόλου συσχέτισης, με τη μέγιστη δυνατή χωρητικότητα και πλαίσιο των 16 bytes, και υλοποιεί την τακτική της τελικής ενημέρωσης (write back με ένα dirty bit ανά πλαίσιο). Σε κάθε byte του συστήματος μνήμης αντιστοιχεί μία διεύθυνση.
α. Να υπολογίσετε τη χωρητικότητα της κρυφής μνήμης σε KBytes (να δώσετε ένα καθαρό αριθμό χωρίς τελείες): [πεδίο εισαγωγής]
β. Να υπολογίσετε το πλήθος των κυψελίδων που απαιτούνται για την υποστήριξη της κρυφής μνήμης (σε κάθε κυψελίδα αποθηκεύεται ένα δυαδικό ψηφίο). Αγνοήστε τα δυαδικά ψηφία που απαιτούνται για την υποστήριξη του μηχανισμού απελευθέρωσης πλαισίων (replacement policy).
Πλήθος κυψελίδων (δώστε ένα καθαρό αριθμό χωρίς τελείες): [πεδίο εισαγωγής]