Optimización de Ciclos de CPU en Operaciones con Registros: Técnicas de Planificación y Desenrrollamiento

Ejercicio 1

Apartado 1

Se requieren 26 ciclos, contando las detenciones identificadas.

Bucle:

• l.d $f0, 0($r1)
• l.d $f2, 0($r2)
• l.d $f4, 0($r3)
• <stall> x 2
• mul.d $f0, $f0, $f2
• <stall> x 8
• add.d $f0, $f0, $f4
• <stall> x 5
• s.d $f0, 0($r4)
• addi $r1, $r1, 8
• addi $r2, $r2, 8
• addi $r3, $r3, 8
• addi $r4, $r4, 8
• bne $r1, $r0, bucle

Apartado 2

Planificando, se puede reducir a 22 ciclos por iteración.

Bucle:

• l.d $f0, 0($r1)
• l.d $f2, 0($r2)
• l.d $f4, 0($r3)
• addi $r1, $r1, 8
• addi $r2, $r2, 8
• mul.d $f0, $f0, $f2
• addi $r3, $r3, 8
• addi $r4, $r4, 8
• <stall> x 6
• add.d $f0, $f0, $f4
• <stall> x 5
• s.d $f0, -8($r4)
• bne $r1, $r0, bucle

Apartado 3

Bucle:

• l.d $f0, 0($r1)
• l.d $f2, 0($r2)
• l.d $f4, 0($r3)
• l.d. $f6, 8($r0)
• l.d $f8, 8($r0)
• l.d $f10, 8($r0)
• mul.d $f0, $f0, $f2
• addi $r1, $r1, 8
• mul.d $f6, $f6, $f8
• addi $r2, $r2, 16
• addi $r3, $r3, 16
• addi $r4, $r4, 16
• <stall> x 3
• add.d $f0, $f0, $f4
• <stall>
• add.d $f6, $f6, $f10
• <stall> x 3
• s.d $f0, -16($r4)
• <stall>
• s.d $f6, -8($r4)
• bne $r1, $r0, bucle

En total, se requieren 25 ciclos para ejecutar dos iteraciones. Esto da lugar a 12,5 ciclos por iteración.

Para un factor de 4 se tiene:

Bucle:

• l.d $f0, 0($r1)
• l.d $f2, 0($r2)
• l.d $f4, 0($r3)
• l.d. $f6, 8($r1)
• l.d $f8, 8($r2)
• l.d $f10, 8($r3)
• l.d $f12, 16($r1)
• l.d $f14, 16($r2)
• l.d $f16, 16($r3)
• l.d. $18, 24($r1)
• l.d $f20, 24($r2)
• l.d $f22, 24($r3)
• mul.d $f0, $f0, $f2
• mul.d $f6, $f6, $f8
• mul.d $f12, $f12, $f14
• mul.d $f18, $f18, $f20
• addi $r1, $r1, 32
• addi $r2, $r2, 32
• addi $r3, $r3, 32
• addi $r4, $r4, 32
• <stall>
• add.d $f0, $f0, $f4
• add.d $f6, $f6, $f10
• add.d $f12, $f12, $f16
• add.d $f18, $f18, $f22
• <stall> x 2
• s.d $f0, -32($r4)
• s.d $f6, -24($r4)
• s.d $f12, -16($r4)
• s.d $f18, -8($r4)
• bne $r1, $r0, bucle

En total, 32 ciclos para cuatro iteraciones. Se tienen 8 ciclos por iteración.

Para un factor de 8, se requeriría un número excesivo de registros y no sería factible. Aun así, si se dispone de suficiente tamaño, saldrían en total 53 ciclos. Se tienen 6.625 ciclos por iteración.

Apartado 4

Puede observarse que, al aumentar el factor de desenrrollamiento, se reduce el número de ciclos por iteración. Esto se debe a que se consigue ocultar mejor las detenciones con trabajo productivo, realizándose un uso más eficaz del procesador. No obstante, debe tenerse en cuenta la creciente presión sobre el banco de registros, por lo que un factor de desenrrollamiento alto puede resultar excesivo.