instrucciones de coma flotante ()

PRÁCTICA 0.b
Introducción al lenguaje ensamblador DLX: instrucciones de coma flotante.
OBJETIVO
El objetivo de esta práctica es la familiarización con las instrucciones de cálculo
en coma flotante, analizando la ejecución de programas en un simulador del repertorio
DLX.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA.
Para esta práctica se suponen conocidas las características generales de la
arquitectura DLX, que fueron presentadas en la práctica 0.a. A continuación se hace un
breve repaso a las características de esta arquitectura con respecto a la coma flotante.
Para ampliar información se debe recurrir al libro "Arquitectura de Computadores, un
Enfoque Cuantitativo" de J. L. Hennessy y D. A.Patterson.
Además de los registros de enteros, la arquitectura DLX incorpora un conjunto
de registros de coma flotante (FPR) que pueden ser considerados como registros de
simple precisión (32 bits) o, según la instrucción, agrupados en pares como registros de
doble precisión (64 bits). Estos últimos se denominan F0, F2, ..., F28, F30. Las parejas
son fijas, es decir, F0 siempre se empareja con F1, F2 con F3, etc. Es decir, las
instrucciones de coma flotante en precisión simple se pueden referir a cada uno de los
32 registros de coma flotante: f0, f1, f2, f3, ... etc. Sin embargo, las instrucciones que
trabajan con datos en coma flotante de doble precisión necesitan una pareja de registros
para contener cada operando, y se refieren a cada pareja por medio del registro de índice
par que incluye, es decir, f0, f2, f4, etc. Es un error que una instrucción de coma flotante
en doble precisión tenga como operando un registro de índice par, como f1, f3, ...etc.
Las instrucciones en coma flotante se agrupan en dos subconjuntos: las de
simple precisión (por ejemplo, lf, sf, addf, ... etc) y las de doble precisión (ld, sd, addd,
... etc). De esta manera, nunca hay ambigüedad cuando un registro operando es par: si la
instrucción es de precisión simple, se accede únicamente a ese registro, mientras que si
es de doble precisión, accede a una pareja de registros.
El siguiente es un ejemplo de programa que utiliza instrucciones de cálculo para datos
en coma flotante:
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.data
0
a: .double 3.14159265358979
x: .double 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16
.double 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27
xtop: .double 28
.align 4
.text 0x100
start: ld
add
loop: ld
multd
sd
sub
bnez
nop
trap
f2,a
r1,r0,xtop
f0,0(r1)
f4,f0,f2
0(r1),f4
r1,r1,#8
r1,loop
#6
Consideraciones:
.- La definición de datos en coma flotante sigue la sintaxis general del DLX para
definición de datos. En especial se usan las palabras reservadas .float y
.double para definir datos en coma flotante de precisiones simple y doble
respectivamente.
.- Obsérvense los valores de carga de los dos segmentos, de código y datos. En
concreto, en el segmento de datos se definen 29 datos de precisión doble, lo que
supone un total de 29*8 = 232 bytes. Si este valor superara 256 (0x100), el código
no podría almacenarse en la posición en la que va en el ejemplo, puesto que caería
encima de la zona de datos.
.- En los valores iniciales de las variables en coma flotante la parte entera se separa de
la fraccionaria con un punto, como en la definición del dato a:
.- Se debe tener en cuenta que, como se explicó en la práctica 0.a, el único modo de
direccionamiento es el relativo a registro. Esto implica que, en el ejemplo, en la
instrucción
start:
ld
f2,a
se hace referencia a la posición de memoria a:, no a su dirección. Es decir, el valor
que se carga en el registro f2 es 3.14159265358979, no 0 (dirección de a:). Para
cargar una constante en un registro, se debe hacer como en la instrucción
add
r1,r0,xtop
Esta instrucción carga el valor de la dirección de xtop (224) en r1 (ya que r0
contiene un 0 siempre).
.- Observese que, evidentemente, aunque los datos que procesan las instrucciones
estén en coma flotante, sus direcciones son números naturales. En otras palabras,
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cuando se accede a variables de memoria, aunque estén en coma flotante, para
contener las direcciones se utilizan registros de enteros, como en la instrucción
loop:
ld
f0,0(r1)
DESARROLLO DE LA PRACTICA
Escribir los siguientes programas, y comprobar su correcto funcionamiento. Estos
programas serán utilizados en prácticas posteriores. Escribir las versiones para
precisiones simple y doble.
1.- Escribir un programa que sume dos vectores de datos en coma flotante.
2.- Escribir un programa que calcule el producto escalar de dos vectores.
3.- Escribir un programa que calcule la suma de dos matrices.
4.- Escribir un programa que calcule la transpuesta de una matriz dada.
5.- Escribir un programa que comprima y otro que descomprima un vector.
La compresión y descompresión son operaciones que se realizan sobre vectores la mayoría de
cuyas componentes son ceros. La compresión consiste en generar dos vectores a partir del vector
inicial, uno con las componentes distintas de cero, y otro con los índices de esas componentes en el
vector inicial. La descompresión es la operación inversa.
6.- Escribir un programa que multiplique una matriz por un vector.
7.- Escribir un programa que multiplique dos matrices.
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