# Ćwiczenia 5, grupa śr. 17-19, 6. kwietnia 2022

###### tags: `SYK21` `ćwiczenia` `pwit`

## Deklaracje

Gotowość rozwiązania zadania należy wyrazić poprzez postawienie X w odpowiedniej kolumnie! Jeśli pożądasz zreferować dane zadanie (co najwyżej jedno!) w trakcie dyskusji oznacz je znakiem ==X== na żółtym tle.

**UWAGA: Tabelkę wolno edytować tylko wtedy, gdy jest na zielonym tle!**

:::danger
| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| ----------------------:| ----- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |--- |--- |--- |
Grzegorz Bielecki | | | | | | | | | | | |
Kamila Brzozowska | X | ==X==| X | X | X | X | X | X | X | | |
Adam Ciężkowski | X | X | X | X | X | X | X | X | | X | |
Natalia Czerep | X | X | x | X | X | X | X | | | | |
Jan Dalecki | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ==X== | X |
Marko Golovko | X | X | X | X | X | X | X | X | | | |
Adam Górkiewicz | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
Piotr Gunia | X | X | X | X | X | X | X | X | | X | |
Krzysztof Jadłowski | X | X | X | X | | | | | | | |
Magdalena Jarecka | X | X | X | X | X | X | | | X | X | |
Mikołaj Jaszcza | X | X | X | X | X | X | X | X | | | |
Monika Jędrzejkowska | | | | | | | | | | | |
Michał Kierul | X | X | X | X | X | | | | | | |
Damian Lukas | | | | | | | | | | | |
Karol Ochman-Milarski | | | | | | | | | | | |
Piotr Piesiak | | | | | | | | | | | |
Damian Ratajski | | | | | | | | | | | |
Aleksandra Rozkrut | X | X | X | X |==X==| X | | X | | | |
Marcin Sarnecki | X | X | X |==X==| X | X | X | X | | | |
Maria Szlasa | X | X | X | X | X | X | | | | | |
Mateusz Burdyna | ==X== | X | X | X | X | X | | X | | X | |
Nikola Wrona | X | X | X | X | X | X | | | | | |
Marcin Wróbel | X | X |==X==| X | X | X | X | X | X | X | |
:::

:::info
**Uwaga:** Po rozwiązaniu zadania należy zmienić kolor nagłówka na zielony.
:::

## Zadanie 1
:::success
Autor: Mateusz Burdyna
:::

## Zadanie 2
:::success
Autor: Kamila Brzozowska
:::
*(x +imm) = y

## Zadanie 3
:::success
Autor: Marcin Wróbel
:::
$x = y\ binop\ z$

- Adres instrukcji `PC` jest przekazywany do Instruction Memory
- Następnie w sumatorze zostaje dodane 4 do PC, wynika to z tego, że instrukcje w pamięci są przechowywane na 4 bajtach.
- Adres zwiększony o `4` zostaje przekazany dalej do multipleksera, który przekaże tą wartość jako adres kolejnej instrukcji
- Obok następuje odczyt instrukcji z Instruction Memory
- Przekazane z Instruction Memory ``"y"`` i ``"z"`` są odczytywane z rejestru procesora w register file i dostajemy na wyjściu `y`, `z`
- Następnie `y`, `z` jest przekazane do ALU
- Za pomocą odczytanego przez control unit binopa
W ALU wykonane zostaje `y binop z`
- Wynik powyższego działania przechodząc przez multiplekser jest przekazywany do WD3 w Register file
- W Register file dostało na WE3 1, więc
na adresie `"x"` rejestru procesora zostanie zapisane `y binop z`

## Zadanie 4
:::success
Autor: Marcin Sarnecki
:::
if x relop y goto L


Adres PC przekazujemy do Instruction memory
Odczytujemy instrukcje o adresie PC z pamięci
Poniżej dodajemy 4 do PC (instrukcje są zapisywane na 4 bajtach)
Control unit dostanie relop'a, register file dostanie adresy "x" oraz "y"
L zostanie przekazany do sign extend
Instrukcje są zapisane na 4 bajtach, więc L jest mnożone razy 4 (przesuwane o 2 bity w lewo)
L jest sumowane z PC, wynik przekazujemy do multipleksera, który decyduje, czy wykonujemy skok
Przekazane "x" i "y" są odczytywane z rejestru procesora w register file i dostajemy na wyjściu x, y
Za pomocą odczytanego przez control unit relop'a w ALU wykonane zostaje x relop y
Wynik tego porównania jest łączony w bramce AND z informacją o tym, że jest to instrukcja skoku warunkowego i przekazywany do multipleksera, który decyduje o nowej wartości licznika rozkazów

## Zadanie 5
:::success
Autor: Aleksandra Rozkrut
:::


`x = y binop imm`


`goto L`

Dwa najmłodsze bity PC to zawsze 0 (wielokrotność 4). Następne 26 bitów zawsze bierzemy z `L` w instrukcji. Cztery pozostałe bity są brane ze starej wartości PC.

## Zadanie 6
:::success
Autor: Piotr Gunia
:::



---


:::spoiler rozwiązanie z ćwiczeń
a) x = *(y+imm)
50 + 250 + max(**150**, 50 + 25) + 200 + 250 + 25 + 150 = 1075ps

b) *(x+imm) = y
50 + 250 + 150 + 200 + 250 = 900ps

c) x = y binop z
50 + 250 + 150 + 25 + 200 + 25 + 150 = 850

d) if x relop y goto z
50 + 250 + max(**150 + 25 + 200**, 50 + 150) + 25 = 700

e) x = y binop imm
50 + 250 + 150 + 200 + 25 + 150 = 825

f) goto L
50 + 250 + 50 + 25 = 375

Cykl procesora musi trwać co najmniej 1075ps
:::

a) x = *(y+imm)
50 + 250 + max(**150**, 50 + 25) + 200 + 250 + 25 + 150 = 1075ps

b) *(x+imm) = y
50 + 250 + 150 + 200 + 250 = 900ps

c) x = y binop z
50 + 250 + 150 + 25 + 200 + 25 + 150 = 850

d) if x relop y goto z

50 + 250 + max(**150 + 25 + 200**, 50 + 150 + 25 + 25) + 25 + 25 =

e) x = y binop imm

50 + 250 + 150 + 200 + 25 + 150 = 825

f) goto L

50 + 250 + 50 + 25 = 525

Cykl procesora musi trwać co najmniej 1075ps

## Zadanie 7
:::success
Autor: Mikołaj Jaszcza
:::


Czas dla $[ x = *(y+ imm) ] = 1075ps$
Czas dla $[ *(x +imm) = y ] = 900ps$
Czas dla $[ if\ x\ relop\ y\ goto\ L ] = 700ps$
Czas dla $[ x = y\ binop\ z ] = 850ps$

Maksymalny czas -> 1075ps (taki musiałby być dla każdej operacji jeżeli musiałby być stały).

Jeśli jednak czas mógłby być zmienny - wystarczy obliczyć średnią ważoną (w zależności od użycia) aby poznać średni czas wykonania pojedynczej operacji.

25% * 1075 + 11% * 900 + 12% * 700 + 52% * 850 = 893.75ps = 83.13% * 1075ps

Osiągnęlibyśmy więc około 17% przyspieszenia.

## Zadanie 8
:::success
Autor: Adam Ciężkowski
:::



## Zadanie 9
:::success
Autor: Magdalena Jarecka
:::

Niestety nie możemy konwencjonalnie wykonać operacji swap. Register File pozwala nam tylko na jedno Write Register więc nasz "zmyślony" układ obsługujący operację swap wyglądał by tak:


## Zadanie 10
:::success
Autor: Jan Dalecki
:::

$*x = y+imm$
Pod adres zapisany w rejestrze $x$ zapisujemy sumę $y+imm$, gdzie $y$ to wartość w rejestrze, a $imm$ to stała zapisana w kodzie instrukcji.

#### Zmodyfikowany układ
Dodaliśmy moduł swap IO który na podstawie sygnału z control unit zamienia wyjścia obydwu wejść. Umieszczamy go przed pamięcią, aby móc ustalić czy adres będzie przychodził z RD1 czy z RD2.

Przepływ dla nowej instrukcji:

Implementacja modułu swap IO:


## Zadanie 11
:::success
Autor: Adam Górkiewicz
:::

Każdą operację (a) oraz (b) zamieniamy na dwie inne.
Długość cyklu starego procesora: $C_{prev} = 1075$ (dla operacji $\texttt{x = *(y + imm)}$)
Długość cyklu nowego procesora: $C_{new} = 850$ (dla operacji $\texttt{x = y binop z}$)
Oznaczmy przez $p$, jaką część operacji obejmują operacje (a) i (b). Wówczas
Średni czas wykonania operacji starego procesora: $C_{prev}$
Średni czas wykonania operacji nowego procesora: $(1 - p) \cdot C_{new} + p \cdot C_{new} \cdot 2 = C_{new}(1 + p)$
Modyfikacja jest więc opłacalna wtedy i tylko wtedy gdy $\frac{C_{new}}{C_{prev}} < \frac{1}{1 + p}$