La figura muestra la estructura de un computador con una CPU de

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA
INGENIERÍA EN INFORMÁTICA. ESTRUCTURA DE COMPUTADORES
31 de enero de 2003
Ejercicio 1 (4 puntos). La figura adjunta presenta el esquema simplificado de una CPU de 32 bits. La CPU se
encuentra conectada a una memoria, que se direcciona a nivel de byte y que requiere dos ciclos para las
operaciones de lectura y escritura. El banco de registros incluye los registros de propósito general visibles al
usuario. Este banco consta de 16 registros con dos puertas de salida (A y B) y una puerta de entrada (A´). El
primer registro (R0) del banco se encuentra cableado a cero. La unidad aritmético-lógica es capaz de realizar 16
operaciones aritméticas y lógicas (sumar, restar, multiplicar, dividir, incrementar, decrementar, etc.).
PC
FP
CM
L
E
“0100”
A
B
0
Banco de
Registros
1 2
Mux. X
XY
1 2 3
Mux. Y
Estado
Memoria
Principal
D
TP
Bus de Direcciones
FRA1
FRA2
A'
0
3
Operador
OP
DB
DA
XX
RA
TD
TSA
TRD
CR
SP
FSD
FD
FSA
FLM
TBRA
TRA
TSD
TA
I
PO
Estado
Comparador
Unidad
de
Control
RF
Reloj
Oscilador
FI
TRM
Bus de Datos
TI
=0
<0
Desbord.
Acarreo
Interr.
.
Inhib. Int.
Núcl./Usu.
FEST
RM
FEM
Señales de Control
DA DB OP XX XY ........
Control de E/S
Sobre esta arquitectura se quiere analizar el impacto que tienen, en cuanto a rendimiento, diferentes juegos de
instrucciones sobre la siguiente sentencia de un lenguaje de alto nivel:
A = B + C;
Considerando que los valores correspondientes a las variables A, B y C residen en memoria y que las tres
variables corresponden a datos de tipo entero, se quiere analizar tres tipos de modelos de ejecución:
1. Modelo de ejecución Registro-Registro.
2. Modelo de ejecución Memoria-Memoria. Para este modelo considere que la dirección de memoria 0 tiene
almacenado de forma cableada el valor 0.
3. Modelo de ejecución a pila. En este caso considere que los datos que se apilan y desapilan se encuentran
en memoria principal.
Se pide:
a) Microprograme a nivel de operaciones elementales el ciclo de fetch. Indique además, para cada operación
elemental, las señales de control necesarias.
b) Para cada uno de los modelos de ejecución anterior indique las instrucciones en ensamblador que son
necesarias para ejecutar la sentencia de alto nivel A = B + C;
c) Para cada una de las instrucciones en ensamblador obtenidas anteriormente, indique el formato que
debería tener la correspondiente instrucción de máquina. Considere que en todos los modelos se desea
disponer de 130 instrucciones de máquina.
d) Determine cuál de los modelos de ejecución anterior permite ejecutar en un menor número de ciclos la
sentencia A = B + C;
Ejercicio 2 (3 puntos). Escriba en ensamblador del MIPS R2000 una función que realice la factorización de un
número entero. Esta función recibe en $a0 el número entero a factorizar e imprime por pantalla todos los factores
primos del número pasado como argumento. La factorización de un número supone encontrar la descomposición
del mismo como producto de números primos. Por ejemplo:
Factorizar(15) = 5 * 3 * 1
Factorizar(30) = 5 * 3 * 2 * 1
Factorizar(72) = 3 * 3 * 2 * 2 * 2 * 1
Ejercicio 3 (3 puntos). Un computador de 32 bits que se direcciona a nivel de byte posee una memoria caché de
datos de 4 KB y una caché de instrucciones de 2 KB. Ambas cachés utilizan una función de correspondencia
directa y su tamaño de bloque es de 4 palabras. El tiempo de acceso al sistema de memoria en caso de acierto es
de 20 ns. En caso de fallo, el tiempo de acceso (incluyendo la actualización de la caché) es de 100 ns. La memoria
caché utiliza una política de actualización diferida (post-escritura, write-back o copy-back). El tiempo para
escribir un bloque de memoria caché a memoria principal es también de 100 ns.
En el computador descrito se ejecuta el siguiente fragmento de código, que se almacena a partir de la dirección de
memoria 0x00F00000:
bucle:
move $t0, $zero
lw $t1, x($t0)
sw $t1, y($t0)
addi $t0, $t0, 4
bne $t0, 12, bucle
fin:
Donde x se corresponde con la dirección de memoria 0x70000000 e y se corresponde con la dirección de
memoria 0x00000400. Todas las instrucciones usadas en el fragmento de código ocupan una palabra cada una.
Se pide:
a) Determine cuál es le tiempo medio de acceso a memoria para el programa descrito.
b) Si se sustituye la memoria caché de datos, por otra que utilice una función de correspondencia asociativa por
conjuntos de 4 entradas (4 vías) que utiliza una política de sustitución FIFO ¿cuál será el tiempo?