Arquitetura FPU: Implementação MIPS32. Guilherme Fernandes Raphanelli Diogo D. Fonseca dos Santos

Transcrição

1 Arquitetura FPU: Implementação MIPS32 Guilherme Fernandes Raphanelli Diogo D. Fonseca dos Santos

2 Introdução O suporte para operações de ponto flutuante nas diferentes arquiteturas é normalmente dado através de componentes diferentes de onde ocorrem as operações com inteiros. Floating-Point Unit (FPU) Co-processador 1, Floating-point accelerator (FPA).

3 Representação Binária A arquitetura MIPS segue o padrão IEEE 754, o IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic. Tipos de dados: Ponto flutuante double 64-bit (tipo D) Ponto flutuante single 32-bit (tipo S) Ponto fixo, word, 32-bit (tipo W)

4 Formatos de Representação formato tipo D formato tipo S formato tipo W

5 Registradores As CPUs MIPS possuem 32 registradores de ponto flutuante, normalmente referidos como $f0-f$31. Registrador $f0,$f2 Nome fv0-fv1 Uso Valor retornado por funções. A convenção de uso é análoga à dos registrados de uso geral $f4,$f6 $f8,$f10 ft0-ft3 Temporários. Floating Point Control registers (FCRs). Existem 5 registradores para controle da FPU, com 32 bits cada. FIR - FP Implementation and Revision register FEXR - FP Exceptions register FENR - FP Enables register FCSR - FP Control/Status register FCCR - FP Condition Codes register $f12,$f14 $f16,$f18 $f20,$f22,$f24 $f26,$f28,$f30 fa0-fa1 ft4-ft5 fs0-fs5 Argumentos de funções. Temporários. Variáveis de registro.

6 Formato de Valores para FPRs FPU não interpreta a codificação binária dos operadores de origem nem produz uma codificação binária para o resultado de cada operação. Um valor guardado em um FPR tem um dos seguintes formatos: uninterpreted (não interpretado) unknown (desconhecido) ou um dos tipos numéricos válidos: single, double ou word. Um valor é definido como uninterpreted após ser carregado em um registrador ponto flutuante como dado binário, o que acontece usando moves a partir de inteiros ou loads. Assim que este registrador for utilizado por uma função de formato específico, o valor será definido como sendo do mesmo formato. O formato unknown é utilizado quando uma operação de um formato utiliza um registrador de origem com um valor de formato diferente. Neste caso, tanto o valor utilizado quanto o resultado são definidos como unknown.

7 Instruções Os co-processadores, assim como a CPU, operam em dados naturalmente alinhados. A FPU possui loads e stores que usam o mesmo tipo de endereçamento registrador+offset usado pela CPU. As intruções podem ser separadas em 6 classes distintas: Instruções para transferência de dados Instruções aritméticas Instruções de conversão Instruções para mover valores de operando formatados Instruções condicionais Instruções variadas.

8 Exemplo de Instruções lwc1 fd, disp(rs) swc1 fd, disp(rs) Instrução Uso fd = *(rs + disp). Load da memória para registrador. Pode-se usar as pseudointruções l.s fd, address (single) ou l.d(double). *(rs+disp) = fd. Store do registrador para memória. Pseudo-instruções: s.s ou s.d. mfc1 rd, fs rd = fs. Move de registrador fp para registrador inteiro. 32bits não interpretados mov.s fs,fd mov.d fs,fd fd = fs. Move entre registradores fp. mul.s fd, fs1, fs2 mul.d fd, fs1, fs2 fd = fs1 x fs2.

9 Exceções na FPU As exceções FPU são implementadas na arquitetura MIPS FPU com os campos Cause, Enable e campos de Flag do registrador Control/Status. 5 Tipos de Exceção: Invalid-Operation Exception (Operação Inválida) Division-By-Zero Exception (Divisão por zero) Underflow Exception Overflow Exception Inexact Exception.

10 Exercício I - Multiplicação Os números de ponto flutuante, segundo o padrão IEEE 754 implementado pelo MIPS32, possuem um indicador próprio de overflow, tornando desnecessária a técnica anterior. Diferenças para receber dados do usuário e para mostrar os números para ele.

11 Exercício I - Multiplicação la $a0, get_v1 li $v0, 4 syscall li $v0, 6 syscall mov.d $f12, $f0 mul.s $f12, $f12, $f0 mfc1 $t0, $f12 srl $t0, $t0, 23 addi $t1, $zero, 255 and $t0, $t0, $t1 bne $t0, $t1, result

12 Exercício II Visualizar Contexto Registradores completamente independentes do fluxo normal dos programas. Falta de acesso direto através do template de assembly para C. Utilizar registrador de uso geral.

13 Exercícios II Visualizar Contexto.data n1:.float 3.5 n2:.float l.s l.s $f4, n1 $f6, n2 mul.s $f12, $f4, $f6 cvt.d.s $f22, $f12 mul.d $f24, $f22, $f22 mul.d $f26, $f24, $f24 mfc1 $16, $f0 addi $4, $0, 16 addi $5, $0, 0 jal print_register

14 Exercício II - Visualizar Contexto

15 Dúvidas?