• Tiempo: 45 minutos
• Tipo de examen: Presencial. Realizado a través de Aula Virtual. Acceso a la wiki (Internet)
• Temario: S1-S4

• Enunciado
  • Test (5 ptos)
  • Problema (5 ptos)
• Solución al problema
• Criterio de evaluación
• Autores
• Licencia
• Enlaces

El examen se ha realizado a través de Aula virtual. Tiene dos partes: Test y un problema

• Realizado a través de Aula virtual
• 10 preguntas tipo test
• Las respuesats incorrectas restan un 25% del valor de la pregunta
• Solución disponible en Aula virtual

Una empresa de robótica ha desarrollado el robot móvil JANEL-I que usa un computador con un procesador
de frecuencia 4Ghz. Para evaluar su rendimiento se utiliza un programa de prueba que tiene 1 Millón de instrucciones. El CPI del procesador es de 2.0, con este programa

Esta empresa quiere mejorar el rendimiento del robot para sacar el nuevo modelo JANEL-II. Para esta nueva versión se plantea una mejora del rendimiento por hardware

El Ingeniero hardware de la empresa ha elegido una nueva CPU para JANEL-II, que tienes las siguientes características:

• El CPI del procesador de JANEL-II es un 20% menor que el de JANEL-I
• La frecuencia del reloj del procesador de JANEL-II es un 20% mayor que el de JANEL-I

Se pide:

a) (1 pto) Calcula los ciclos totales que tarda el procesador del robot JANEL-I en ejecutar el programa de prueba

b) (1 pto) Calcula el tiempo de cpu del procesador del robot JANEL-I

c) (1 pto) Calcula los ciclos totales que tarda el procesador del robot JANEL-II en ejecutar el programa de prueba

d) (1 pto) Calcula el tiempo de cpu del procesador del robot JANEL-II

e) ¿Qué robot ofrece un mejor rendimiento, JANEL-I ó JANEL-II? Calcula la mejora del rendimiento

NOTA: Justifica todas las respuestas, indicando las ecuaciones y razonamientos usados

a) (1 pto) Denotamos por I el número de instrucciones del programa de prueba y $CPI_1$ es el CPI de JANEL-I. Entonces el número de ciclos totales lo calculamos con la ecuación:

$$ Ciclos_1 = I.CPI_1 = 10^6.2 = 2 \times 10^6 $$

El procesador del robot JANEL-I tarda 2 millones de ciclos en ejecutar el programa de pruebas

b) (1 pto) Denotamos por $Fclk_1$ la Frecuencia del reloj del procesador de JANEL-I y por $TCPU_1$ su tiempo de cpu. Aplicamos directamente la fórmula del rendimiento:

$$ TCPU_1 = \frac{Ciclos_1}{Fclk_1} = \frac{2 \times 10^6}{4 Ghz} = \frac{2 \times 10^6}{4 \times 10^{9}} = 0.5 \times 10^{-3} = 0.5 ms = 500 µs $$

El procesador del robot JANEL-I tarda 500 µs en ejecutar el programa de prueba

c) (1 pto) El número de instrucciones del programa de prueba es I, que es el mismo que usamos para probar JANEL-I. Denotamos por $CPI_2$ al CPI de la CPU del robot JANEL-II, que es un 20% menor que el de JANEL-I:

$$ CPI_2 = CPI_1 - 0.2 \times CPI_1 = 0.8 \times CPI_1 $$

Ahora calculamos los ciclos de manera similar al apartado a:

$$ Ciclos_2 = I \times CPI_2 = I \times 0.8 \times CPI_1 = 0.8 \times I \times CPI_1 = 0.8 \times Ciclos_1 = 1.6 \times 10^6 $$

El procesador del robot JANEL-II tarda 1.6 millones de ciclos en ejecutar el programa de pruebas

d) (1 pto) La frecuencia del reloj de JANEL-II es un 20% mayor que la de JANEL-I:

$$ Fclk_2 = Fclk_1 + 0.2 \times Fclk_1 = 1.2 \times Fclk_1 = 1.2 \times 4Ghz = 4.8 Ghz $$

Aplicando la fórmula del rendimiento clásico obtenemos el tiempo de Tcpu de JANEL-II ( $Tcpu_2$ )

$$ Tcpu_2 = \frac{Ciclos_2}{Fclk_2} = \frac{I \times CPI_2}{Fclk_2} = \frac{I \times 0.8 \times CPI_1}{1.2 \times Fclk_1} = \frac{0.8}{1.2} \frac{I \times CPI_1}{Fclk_1} = \frac{0.8}{1.2} \frac{Ciclos_1}{Fclk_1} = \frac{0.8}{1.2} TCPU_1 \approx 333 µs $$

El procesador del robot JANEL-II tarda 333 µs en ejecutar el programa de prueba

e) (1 pto) Para comparar utilizamos el rendimiento relativo:

$$ n = \frac{R_2}{R_1} = \frac{TCPU_1}{TCPU_2} = \frac{TCPU_1}{\frac{0.8}{1.2} TCPU_1} = \frac{1.2}{0.8} = 1.5 $$

El rendimiento del computador de JANEL-II es mejor que el de JANEL-II. Es 1.5 veces más rápido que JANEL-I

• Cada apartado vale 1 pto, que se divide en estos conceptos:
  • Justificación: 0.5. La justificación debe ser clara y concisa. Qué ecuación se ha usado y qué nombre se ha usado para cada concepto
  • Resultado: 0.5. Que el resultado sea numéricamente correcto, y los cálculos planteados estén bien realizados y bien expresados en sus unidades correspondientes

• Juan González-Gómez (Obijuan)

• Documentación de la ABI del RISCV
• Simulador RARS, en github
• Universidad Rey Juan Carlos de Madrid
• Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicaciones (URJC)