Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản rất đầy đủ của tài liệu tại đây ( 894.75 KB, 10 trang )Bạn đang đọc : Bài tập Datapath kiến trúc máy tính uit có đáp án
GV biện soạn: Nguyệt TTN – KTMT UIT
Bài tập chương 4 – DatapathHình 1 .
(FILE NÀY GIẢI THEO HÌNH 1 NHÉ,
THI CHO HÌNH 2
CRITICAL PATH (HÌNH 2 – hình đầy đủ)
+ lệnh add, sub, AND, OR, slt
I-mem, Control, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
==> nếu đề cho Control bằng 0 thì bỏ Control ra
+ lệnh lw
I-mem, Control, Mux, Regs, Mux, ALU, D-mem, Mux, Regs
==> nếu đề cho Control bằng 0 thì bỏ Control ra
+ lệnh sw
I-mem, Regs, Mux, ALU, D-mem
+ lệnh beq
a.I-mem, Regs, Mux, ALU, Mux
(xét bằng)
b. I-mem, Sign-Extend,Shift-left-2, Add, Mux (không xét
bằng)
==> Thường a là đường chính; nhưng beq còn đường tính
imm*4+PC+4 nữa
nên chắc chắc, dựa vào dữ kiện của bài tính thử xem đường b
có dài hơn đường a không cho chắc
Hình 2.
1
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
Bài 1. (4.1 – sách tham khảo)
Cho 2 lệnh như sau:
Lệnh
Ý nghĩaa .add rd, rs, rtReg [ rd ] = Reg [ rs ] + Reg [ rt ]b .lw rt, offs ( rs )Reg [ rt ] = Mem [ Reg [ rs ] + offs ]
Với từng lệnh trong bảng này:
1. Giá trị các tính hiệu điều khiển từ khối “Control” sẽ như thế nào?
2. Các khối nào trong datapath hình 1 cần thiết, khối nào không cần thiết?
3. Khối nào trong datapath hình 1 có output đầu ra, nhưng output này không được sử
dụng cho lệnh? Khối nào không có output?
Cho thời gian trễ (thời gian cần để hoàn thành) của từng khối trong hình 1 như sau (khối
nào không có trong bảng xem như thời gian trễ bằng 0):
I-Mem
AddMuxALURegsD-MemControla .400 ps100 ps30 ps120 ps200 ps350 ps100 psb .500 ps150 ps100 ps180 ps2201000 ps65 ps
4. Tính thời gian trễ lớn nhất của lệnh “and” trong kiến trúc MIPS và cho biết “critical
path” của lệnh?
Chú ý: “Critical path” của một lệnh là đường đi có thời gian trễ lớn nhất trong số các
đường có thể khi lệnh thực thi.
5. Tính thời gian trễ lớn nhất của lệnh “lw” trong kiến trúc MIPS và cho biết “critical
path” của lệnh?
6. Tính thời gian trễ lớn nhất của lệnh “beq” trong kiến trúc MIPS và cho biết “critical
path” của lệnh?
—oOo–Đáp án:
1.
2
Xem slide 64, có cái bảng hoặc
Slide 69,70,71,72 để biết đường
đi của các lệnh, từ đó biết tín
hiệu ControlGV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITRegWrite MemRead MemWrite ALUOpALUSrc MemToRegBrancha .100Add0 ( Reg )0 ( ALU )0b .110Add1 ( Imm )1 ( Mem )0
2.
a. Tất cả các khối đều cần thiết, ngoài trừ khối “Data Memory” và bộ cộng dùng cho
lệnh nhảy (nếu chi tiết hơn có thể liệt kê thêm “shift left 2”, “sign-extend” và cổng
logic AND)
b. Tất cả các khối đều được sử dụng, ngoài trừ bộ cộng dùng cho lệnh nhảy (nếu chi
tiết hơn có thể liệt kê thêm “shift left 2” và cổng logic AND)
3.
Các khối có output, nhưng không sử dụng
Các khối không có outputa .bộ cộng dùng cho lệnh nhảyData Memoryb .bộ cộng dùng cho lệnh nhảy
Không (Tất cả các khối đều có
output)
4.
a. Độ trễ lớn nhất: 400 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 = 980ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
Lưu ý:
Đề bài đang yêu cầu tìm critical path cuả “add” theo hình 1:
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
Nếu đề bài yêu cầu tìm critical path của “add” theo hình 2: thêm một Mux trước Regs
Critical path: I-Mem, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
Độ trễ lớn nhất lúc này bằng: 400 + 30 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 = 1010ps
Đề bài đang yêu cầu tìm critical path cuả “add” theo hình 1:
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
Nếu đề bài yêu cầu tìm critical path của “add” theo hình 2:có hai tranh cãi:
1. Nếu chỉ số thanh ghi cần ghi, tức Write register của khối Registers phải được cung
cấp giá trị trong giai đoạn giải mã:
Thêm Control và Mux trước Regs (Nếu control = 0 thì thêm một Mux trước
Regs)
Critical path: I-Mem, Control, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
3
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
Độ trễ lớn nhất lúc này bằng: 400 + 100+ 30 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 =
1110ps
2. Nếu chỉ số thanh ghi cần ghi, tức Write register của khối Registers chỉ cần sẵn sàng ở
giai đoạn ghi kết quả (thực tế thì tới đây chỉ số thanh ghi ghi kết quả mới cần sử dụng)
thì không cần thêm Mux trước Regs, tức giống như datapath hình 1.
Sinh viên làm theo 1. hoặc 2. đều được tính điểm.
b. Độ trễ lớn nhất: 500 + 220 + 100 + 180 + 100 + 220 = 1320ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
5.
a. Độ trễ lớn nhất: 400 + 200 + 30 + 120 + 350 + 30 + 200 = 1330ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, D-Mem, Mux, Regs
b. Độ trễ lớn nhất: 500 + 220 + 100 + 180 + 1000 + 100 + 220 = 2320ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, D-Mem, Mux, Regs
6.
a. Độ trễ lớn nhất: 400 + 200 + 30 + 120 + 30 = 780ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux
b. Độ trễ lớn nhất: 500 + 220 + 100 + 180 + 100 = 1100ps
Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux
Giải thích:
Lưu ý: câu 4, 5, 6 đang chạy datapath theo hình 1; nếu câu này theo hình 2 thì phải thêm
1 Mux trước khối Registers: instruction memory, Mux, Registers, Mux, ALU, Mux
Ví dụ câu 4: critical path lúc này là “I-Mem, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs”
4GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
Nếu đề bài yêu cầu tìm critical path của lệnh lw (trong câu 5) theo hình 2 thay vì hình 1
thì cũng tương tự như câu 4.
Còn đối với các lệnh còn lại, lệnh mà không thực hiện thao tác ghi vào thanh ghi (như
beq câu 6), thì dù chạy với datapath hình 2 cũng không cần thêm Mux trước Regs.
—oOo–Bài 2. (4.2 – sách tham khảo)
Giả sử tập lệnh có thêm hai lệnh mới như sau:
Lệnh
Ý nghĩaa .add3 rd, rs, rt, rxReg [ rd ] = Reg [ rs ] + Reg [ rt ] + Reg [ rx ]b .sll rd, rt, shift
Reg[rd] = Reg[rt] 1. Khối nào đang có trong hình 1 có thể sử dụng cho các lệnh này?
2. Khối mới nào cần được thêm vào?
3. Tín hiệu mới nào cần được thêm vào từ khối “Control” để hỗ trợ?
—oOo–Đáp án:
1.
a. Lệnh này cần sử dụng các khối: instruction memory, Registers (cả 2 cổng đọc và cổng
ghi), ALU
b. Lệnh này cần sử dụng các khối: instruction memory, Registers (nhưng chỉ 1 cổng đọc
và cổng ghi), đường truyền số tức thời tới ALU
2.
a. Các khối mới cần được thêm vào: Thêm một cổng đọc vào khối Registers và thêm một
ALU để tính tổng Rx với Rs + Rt (hoặc sửa ALU đang có thành ALU với 3 input)
b. Các khối mới cần được thêm vào: Đưa thêm tính năng dịch vào ALU hiện tại
3.
a. Các tín hiệu điều khiển mới cần thêm vào:
– Thêm một tín hiệu điều khiển để điều khiển ALU mới (trong trường hợp ALU câu
2.2.a chọn thêm 1 ALU mới)
5GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
– Thay đổi lại khối “ALU Control” để điều khiển ALU 3 đầu vào (trong trường hợp
ALU câu 2.2.a chọn sửa lại ALU 2 đầu vào thành 3 đầu vào)
b.
Các tín hiệu điều khiển mới cần thêm vào:
– Thay đổi lại khối “ALU Control” để điều khiển ALU có thêm tính năng sll
—oOo—
Bài 3. (4.6 – sách tham khảo)
Giả sử các khối trong datapath (hình 1) có độ trễ như sau:
I-Mem
AddMuxALURegsD-MemSign-ExtendShift-left-2a .400 ps100 ps30 ps120 ps200 ps350 ps
20ps
2 psb .500 ps150 ps100 ps180 ps220 ps1000 ps90 ps20 ps
1. Giả sử việc duy nhất được thực hiện trong processor chỉ là nạp lệnh liên tục (như
hình bên dưới), chu kỳ xung clock cần cho thiết kế là bao nhiêu?
2. Giả sử processor chỉ thực hiện duy nhất mỗi lệnh nhảy (như beq nhưng không cần
điều kiện bằng), chu kỳ xung clock cần cho thiết kế là bao nhiêu?
3. Như câu 2, nhưng lệnh nhảy trong trường hợp này có xét đến điều kiện bằng (như
beq), chu kỳ xung clock cần cho thiết kế là bao nhiêu?
Cho khối chức năng sau:
a.
Add 4 ( bộ cộng dùng để cộng PC với 4 )b .Data Memory
4. Dạng lệnh nào cần các khối chức năng trên
5. Dạng lệnh nào mà các khối chức năng trên nằm trong critical path?
—oOo–Đáp án:
6
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
1.
a. 400ps
b. 500ps
2.
Critical path cho lệnh này: instruction memory, sign-extend, shift-left-2, bộ cộng (để tính
địa chỉ mới) và Mux.
a. 400 + 20 + 2 + 100 + 30 = 552ps
b. 500 + 90 + 20 + 150 + 100 = 860ps
3.
Ngoài đường dẫn tính địa chỉ mới cho lệnh nhảy (instruction memory, sign-extend, shiftleft-2, bộ cộng, và Mux), còn một đường dẫn khác qua: instruction memory, Registers,
Mux, ALU, Mux để tính điều kiện bằng.
Độ trễ của đường dẫn tính điều kiện bằng:
a. 400 + 200 + 30 + 120 + 30 = 780ps
b. 500 + 220 + 100 + 180 + 100 = 1100ps
Vì đường này có độ trễ dài hơn đường tính địa chỉ mới, nên chu kỳ xung clock cần cho
thiết kế:
a. 780ps
b. 1100ps
Lưu ý: hình đang giải là hình 1; nếu câu này theo hình 2 thì đường dẫn tính điều kiện
bằng của beq phải thêm 1 Mux trước khối Registers: instruction memory, Mux,
Registers, Mux, ALU, Mux
Lưu ý: hình đang giải là hình 1; nếu câu này theo hình 2 thì cũng tương tự (xem giải thích
trong bài số 1)
4.
a. Tất cả các lệnh, ngoài trừ các lệnh nhảy thuộc nhóm “not PC-relative” (jal, jalr, j,
jr)
b. Các lệnh liên quan đến ‘load’ và ‘store’
5.
7
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITa .
Không lệnh nào (Vì khối “Instruction memory” luôn có độ trễ cao hơn “Add 4” và
tất cả các lệnh (bao gồm cả NOP) đều cần phải qua Instruction memory cho việc
đọc lệnh).
b. ‘load’ và ‘store’
—oOo–Bài 4. (4.7 – Sách tham khảo)
Cho độ trễ của các khối trong datapath như sau:
I-Mem
AddMuxALURegsD-MemSign-extendShift-left-2a .400 ps100 ps30 ps120 ps200 ps350 ps20 ps0 psb .500 ps150 ps100 ps180 ps220 ps1000 ps90 ps20 ps
1. Chu kỳ xung clock là bao nhiêu nếu datapath chỉ hỗ trợ các lệnh thuộc nhóm logic và
số học (như add, and, …)?
2. Chu kỳ xung clock là bao nhiêu nếu datapath chỉ hỗ trợ lệnh lw?
3. Chu kỳ xung clock là bao nhiêu nếu datapath hỗ trợ các lệnh: add, beq, lw, sw?
Giả sử tỉ lệ các lệnh được thực hiện trong một đoạn lệnh như sau (Processor không
pipeline):
add
addinotbeqlwswa .30 %15 %5 %20 %20 %10 %b .25 %5 %5 %15 %35 %15 %
4. Bao nhiêu phần trăm chu kỳ xung clock có sử dụng khối “Data memory”?
5. Bao nhiêu phần chu kỳ xung clock có sử dụng khối “Sign-extend”?
—oOo–Đáp án:
1. Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs
a. 400ps + 200ps + 30ps + 120ps + 30ps + 200ps = 980ps
Chu kỳ xung clock trong thiết kế này là 980ps
b. 500ps + 220ps + 100ps + 180ps + 100ps + 220ps = 1320ps
Chu kỳ xung clock trong thiết kế này là 1320ps
2. Critical path: I-Mem, Regs, Mux, ALU, D-Mem, Mux, Regs
8
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UIT
a. 400 + 200 + 30 + 120 + 350 + 30 + 200 = 1330ps
(Chu kỳ xung clock = 1330ps)
b. 500 + 220 + 100 + 180 + 1000 + 30 + 220 = 2320ps
(Chu kỳ xung clock = 2320ps)
3. Đáp án như câu 2, vì lw có critical path dài nhất trong số các lệnh trên.
4. “Data memory” bị truy xuất chỉ với lw và sw
a. 20% + 10% = 30%
b. 35% + 15% = 50%
5. Thật sự khối “Sign-extend” đều có tính toán ra một kết quả nào đó trong mỗi chu kỳ,
nhưng output của nó chỉ được cần cho các lệnh addi, beq, lw và sw; và bỏ qua với các
lệnh còn lại. Vì vậy:
a. 15% + 20% + 20% + 10% = 65%
b. 5% + 15% + 35% + 15% = 70%
—oOo–Bài 5. (4.9 – Sách tham khảo)
Lệnh
a.
lw USD 1, 40 ( $ 6 )b .label : beq USD 1, USD 2, label
1. Mã máy của hai lệnh trên là gì
2. Chỉ số cung cấp cho input “Read register 1”, “Read register 2” của khối “Registers” là
gì? Các thanh ghi này có thật sự được đọc và được sử dụng không? (Xem datapath
hình 2)
3. Chỉ số cung cấp cho input “Write register” của khối “Registers” là gì? Thanh ghi này
có thật sự được ghi vào không? (Xem datapath hình 2)
—oOo–Đáp án:
1.
Binary
Hexadecimal
9
GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITa .100011001100000100000000001010008CC10028b .Xem thêm : Những Thông Tin Thú Vị Về Giống Chó Becgie Đức GSD000100000010001011111111111111111022FFFF
2.
Read register 1
a.
b.
6 (00110(2))
1(00001(2))
Thật sự được đọc và Read register 2Thật sự được đọc vàđược sử dụng ?được sử dụng ?Được đọc, được sử 1 ( 00001 ( 2 ) )Đượcdụngkhông được sử dụngĐược đọc, được sử 2 ( 00010 ( 2 ) )Được đọc, được sửdụngdụngđọc ,nhưng
3.
Write register 1
Thanh ghi thật sự được ghi
không?
a .1 ( 00001 ( 2 ) )Được
b.
Hoặc là 2 (00010(2)) hoặc là 31 (11111(2)) (không Không
biết vì tín hiệu RegDst là ‘x’ trong trường hợp này
—oOo—
10GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITBài 1. ( 4.1 – sách khám phá thêm ) Cho 2 lệnh như sau : LệnhÝ nghĩaa. add rd, rs, rtReg [ rd ] = Reg [ rs ] + Reg [ rt ] b.lw rt, offs ( rs ) Reg [ rt ] = Mem [ Reg [ rs ] + offs ] Với từng lệnh trong bảng này : 1. Giá trị những tính hiệu tinh chỉnh và điều khiển và tinh chỉnh và điều khiển từ khối “ Control ” sẽ như thế nào ? 2. Các khối nào trong datapath hình 1 thiết yếu, khối nào không thiết yếu ? 3. Khối nào trong datapath hình 1 có output đầu ra, nhưng output này không được sửdụng cho lệnh ? Khối nào không có output ? Cho thời hạn trễ ( thời hạn cần để hoàn thành xong xong ) của từng khối trong hình 1 như sau ( khốinào không có trong bảng xem như thời hạn trễ bằng 0 ) : I-MemAddMuxALURegsD-MemControla. 400 ps100ps30ps120ps200ps350ps100psb. 500 ps150ps100ps180ps2201000ps65ps4. Tính thời hạn trễ lớn nhất của lệnh “ and ” trong kiến trúc MIPS và cho biết “ criticalpath ” của lệnh ? Chú ý : “ Critical path ” của một lệnh là đường đi có thời hạn trễ lớn nhất trong số cácđường trọn vẹn hoàn toàn có thể khi lệnh thực thi. 5. Tính thời hạn trễ lớn nhất của lệnh “ lw ” trong kiến trúc MIPS và cho biết “ criticalpath ” của lệnh ? 6. Tính thời hạn trễ lớn nhất của lệnh “ beq ” trong kiến trúc MIPS và cho biết “ criticalpath ” của lệnh ? — oOo – Đáp án : 1. Xem slide 64, có cái bảng hoặcSlide 69,70,71,72 để biết đườngđi của những lệnh, từ đó biết tínhiệu ControlGV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITRegWrite MemRead MemWrite ALUOpALUSrc MemToRegBrancha. Add0 ( Reg ) 0 ( ALU ) b. Add1 ( Imm ) 1 ( Mem ) 2. a. Tất cả những khối đều thiết yếu, ngoài trừ khối “ Data Memory ” và bộ cộng dùng cholệnh nhảy ( nếu đơn cử hơn trọn vẹn hoàn toàn có thể liệt kê thêm “ shift left 2 ”, “ sign-extend ” và cổnglogic AND ) b. Tất cả những khối đều được sử dụng, ngoài trừ bộ cộng dùng cho lệnh nhảy ( nếu chitiết hơn trọn vẹn hoàn toàn có thể liệt kê thêm “ shift left 2 ” và cổng logic AND ) 3. Các khối có output, nhưng không sử dụngCác khối không có outputa. bộ cộng dùng cho lệnh nhảyData Memoryb. bộ cộng dùng cho lệnh nhảyKhông ( Tất cả những khối đều cóoutput ) 4. a. Độ trễ lớn nhất : 400 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 = 980 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, RegsLưu ý : Đề bài đang nhu yếu tìm critical path cuả “ add ” theo hình 1 : Critical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, RegsNếu đề bài nhu yếu tìm critical path của “ add ” theo hình 2 : thêm một Mux trước RegsCritical path : I-Mem, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, RegsĐộ trễ lớn nhất lúc này bằng : 400 + 30 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 = 1010 psĐề bài đang nhu yếu tìm critical path cuả “ add ” theo hình 1 : Critical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, RegsNếu đề bài nhu yếu tìm critical path của “ add ” theo hình 2 : có hai tranh cãi : 1. Nếu chỉ số thanh ghi cần ghi, tức Write register của khối Registers phải được cungcấp giá trị trong quy trình giải thuật : Thêm Control và Mux trước Regs ( Nếu control = 0 thì thêm một Mux trướcRegs ) Critical path : I-Mem, Control, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, RegsGV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITĐộ trễ lớn nhất lúc này bằng : 400 + 100 + 30 + 200 + 30 + 120 + 30 + 200 = 1110 ps2. Nếu chỉ số thanh ghi cần ghi, tức Write register của khối Registers chỉ cần chuẩn bị sẵn sàng sẵn sàng chuẩn bị ởgiai đoạn ghi tính năng ( thực tiễn thì tới đây chỉ số thanh ghi ghi hiệu suất cao mới cần sử dụng ) thì không cần thêm Mux trước Regs, tức giống như datapath hình 1. Sinh viên làm theo 1. hoặc 2. đều được tính điểm. b. Độ trễ lớn nhất : 500 + 220 + 100 + 180 + 100 + 220 = 1320 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs5. a. Độ trễ lớn nhất : 400 + 200 + 30 + 120 + 350 + 30 + 200 = 1330 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, D-Mem, Mux, Regsb. Độ trễ lớn nhất : 500 + 220 + 100 + 180 + 1000 + 100 + 220 = 2320 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, D-Mem, Mux, Regs6. a. Độ trễ lớn nhất : 400 + 200 + 30 + 120 + 30 = 780 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, Muxb. Độ trễ lớn nhất : 500 + 220 + 100 + 180 + 100 = 1100 psCritical path : I-Mem, Regs, Mux, ALU, MuxGiải thích : Lưu ý : câu 4, 5, 6 đang chạy datapath theo hình 1 ; nếu câu này theo hình 2 thì phải thêm1 Mux trước khối Registers : instruction memory, Mux, Registers, Mux, ALU, MuxVí dụ câu 4 : critical path lúc này là “ I-Mem, Mux, Regs, Mux, ALU, Mux, Regs ” GV biện soạn : Nguyệt TTN – KTMT UITNếu đề bài nhu yếu tìm critical path của lệnh lw ( trong câu 5 ) theo hình 2 thay vì hình 1 thì cũng tựa như như câu 4. Còn so với những lệnh còn lại, lệnh mà không thực thi thao tác ghi vào thanh ghi ( nhưbeq câu 6 ), thì dù chạy với datapath hình 2 cũng không cần thêm Mux trước Regs. — oOo – Bài 2. ( 4.2 – sách tìm hiểu và khám phá thêm ) Giả sử tập lệnh có thêm hai lệnh mới như sau : LệnhÝ nghĩaa. add3 rd, rs, rt, rxReg [ rd ] = Reg [ rs ] + Reg [ rt ] + Reg [ rx ] b.sll rd, rt, shiftReg [ rd ] = Reg [ rt ]
