Aufgabenbereich Mikroprogrammierung - Projekt 65

Auswertung und Test

strtolower_1: Benötigte Takte für Aufruf mit: leere Zeichenkette: 17 Zeichenkette mit 1 Buchstaben:  max. 78 Zeichenkette mit 2 Buchstaben:  max. 139 Zeichenkette mit 3 Buchstaben:  max. 200 d.h. jeder weitere Buchstabe: max +61  strtolower_2: Benötigte Takte für Aufruf mit: leere Zeichenkette: 10 Zeichenkette mit 1 Buchstaben:  max. 22 Zeichenkette mit 2 Buchstaben:  max. 34 Zeichenkette mit 3 Buchstaben:  max. 46 d.h. jeder weitere Buchstabe: max. +12

Effizienzvergleich von strtolower_1 und strtolower_2 als Diagramm:

Anhand dieser Tabellen und des Diagramms kann man nun die unterschiedliche Effizienz der Funktionalitäten deutlich erkennen:
So benötigt strtolower_1 im worstcase 17 + n*61 Takte, und zwar genau dann wenn alle n Buchstaben der Zeichenkette Großbuchstaben sind und umgewandelt werden müssen. Bei leerer Zeichenkette (also im besten Fall) werden auch schon 17 Takte benötigt.
Bei strtolower_2 hingegen werden im worstcase nur 10 + n*12 Takte benötigt. Bei leerer Zeichenkette folglich nur 10 Takte. Man sieht also ganz deutlich, wie viel schneller der einzelne Maschinenbefehl strtolower_2 im Gegensatz zu einem vollständigen Maschinenprogramm ist.
Diese gesteigerte Effizienz liegt ganz einfach daran, daß bei strtolower_2 vieles gekürzt werden konnte aufgrund der Tatsache, daß alle Operationen innerhalb eines einzigen Mikroprogramms ablaufen müssen. So springt das Mikroprogramm bei bedingten und unbedingten Sprüngen nur noch innerhalb des Mikroprogrammspeichers, also innerhalb des selbigen Programms anstatt im Hauptspeicher an verschiedene Stellen springen zu müssen, wie das bei strtolower_1 der Fall war. Auch das IFETCH erfolgt nur noch ein einziges mal, um den Maschinenbefehl strtolower überhaupt zu laden. Zusammenfassend lässt sich sagen, daß die Effizienz vor allem wegen der Reduzierung der Hauptspeicherzugriffe erfolgen konnte, denn IFetch und die Sprung-Befehle bei strtolower_1 sind ja (im wesentlichen) nichts anderes als Hauptspeicherzugriffe. So wurden jedesmal pro Hauptspeicherzugriff 2 zusätzliche Takte benötigt, die nun wegfallen können.

 Effizienz bei Berücksichtigung von Umlauten

Die Effizienz beider Programme würde natürlich verringert, da noch 3 Vergleiche nötig wären, um genau bestimmen zu können, ob der Buchstabenwert nun umgewandelt werden soll oder nicht. Diese Vergleiche müssten als Sprung-Befehle (jmp_equal) in die bestehenden Funktionalitäten eingebaut werden und würden so die Taktanzahl bei beiden strtolower-Implementierungen wesentlich erhöhen.

 Test des Maschinenprogramms strtolower_1 und des Maschinenbefehls strtolower

Die Null, die am Ende jeder Zeichenkette stehen soll wird in der folgenden Tabelle aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Im Hauptspeicher steht jedoch am Ende jeder Zeichenkette nachwievor eine Null.

strtolower_1 und strtolower_2

Zeichenkette im Hauptspeicher (vorher)	Codierung der Zeichen (vorher)	Codierung der Zeichen (nach Umwandlung mit strtolower_1 und 2)	Zeichenkette im Hauptspeicher (nach Umwandlung)
"h A L L O"	"h" = 0x0068 "A" = 0x0041 "L" = 0x004C "L" = 0x004C "O" = 0x004F	0x0068 0x0061 0x006C 0x006C 0x006F	"h a l l o" (beide Programme arbeiten richtig)
"2 a 4 B"	"2" = 0x0032 "a" = 0x0061 "4" = 0x0034 "B" = 0x0042	0x0032 0x0061 0x0034 0x0062	"2 a 4 b" (beide Programme arbeiten richtig)
"Ä ü"	"Ä" = 0x00C4 "ü" = 0x00FC	0x00C4 0x00FC	"Ä ü" (beide Programme arbeiten richtig)
"9 , 0 0 D M !"	"9" = 0x0039 "," = 0x002C "0" = 0x0030 "0" = 0x0030 "D" = 0x0044 "M" = 0x004D "!" = 0x0021	0x0039 0x002C 0x0030 0x0030 0x0064 0x006D 0x0021	"9 , 0 0 d m !" (beide Programme arbeiten richtig)

 Eigenbewertung unseres Projektes

Abschließend kann man sagen, daß sich die Umsetzung unserer Aufgabenstellung als sehr interessant und und mitunter auch als äußerst knifflig erwiesen hat. Was uns am meisten überrascht hat, war der große Unterschied in der Effizienz der beiden Funktionalitäten.
Dieses Projekt war jedenfalls sehr gut dazu geeignet, den Vorlesungstoff und das in den Übungen gelernte umzusetzen.

 Bewertung der Zielarchitektur

Insgesamt lassen sich mit dem Simulationsprogramm MIC derartige Maschinenprogramme wie strtolower gut implementieren. Zur Zielarchitektur ist jedoch zu sagen, daß es für die Quelloperandensteuerung der ALU (im Baustein Am2901) mehr mögliche Kombinationen für Quelloperanden geben müsste. Die Kombinationen BQ und DB sind beispielsweise nicht möglich, was sich negativ auf die Taktanzahl eines Befehls auswirken kann.
Vorteilhaft sind die Hauptspeicherzugriffe realisiert, da sie bei Schreib- bzw. Lesezugriffen jeweils nur zwei Takte benötigen.
Stark beschleunigen könnte man den Rechner mit einer zweiten ALU, sodass sich beispielsweise in einem einzigen Takt zwei Register addieren lassen, während der Befehlszähler in einem weiteren Register ablegt wird.