Tema 3' Optimizacin de Cdigo

1
Tema 3. Optimización de Código

• Lecciones 5,6,7,8 y 9

2
Generación de Código y Optimización

• Generación de código
• Se realiza mientras se analiza el programa
• Libre del contexto
• Optimización
• Se realiza después de la generación de código de
  todo el programa o de un elemento ejecutable del
  programa (función, procedimiento, etc).
• Dependiente del contexto

Programa fuente
Analizador lexicográfico, sintáctico y
semántico
Se ejecuta todo junto. Mientras se analiza se
genera código
Generador de Código
Optimizador
Programa objeto
3
Optimización

• Objetivo
• Obtener código que se ejecuta más eficientemente
  según los criterios
• Tiempo de ejecución (optimización temporal)
• Espacio de memoria utilizado (optimización
  espacial)
• Funcionamiento
• Revisa el código generado a varios niveles de
  abstracción y realiza las optimizaciones
  aplicables al nivel de abstracción
• Representaciones de código intermedio de más a
  menos abstractas
• Árbol sintáctico abstracto
• Optimizar subexpresiones redundantes, reducción
  de frecuencia, etc.
• Tuplas o cuadruplas
• Optimizar en uso de los registros o de las
  variables temporales
• Ensamblador/Código máquina
• Convertir saltos a saltos cortos
• Reordenar instrucciones

4
Optimización

• Funcionamiento (continuación)
• Representaciones de código para extraer
  información
• Grafos.
• Condiciones que se han de cumplir
• El código optimizado se ha de comportar igual que
  el código de partida excepto por ser más rápido o
  ocupar menos espacio.
• Hay que buscar transformaciones que no modifiquen
  el comportamiento del código según el
  comportamiento definido para el lenguaje de
  programación. Ejemplo
• Si no se ha definido el orden de evaluación de
  los operandos la siguiente optimización es válida
• B2A(Acd)
• Pasar a
• Acd
• BA3

5
Tipos de Optimización

• Optimización independiente de máquina
• Reducción de frecuencia
• Optimización dependiente de máquina
• Asignación de registros
• Reordenación de las instrucciones
• Optimización local
• Reducción de potencia
• Folding
• Propagación de constantes
• Optimización global
• análisis del grafo del flujo de ejecución
• Optimización de bucles
• Loop unrolling
• Reducción de frecuencia
• Reducción de potencia

6
Optimización Local

• Las optimizaciones locales se realizan sobre el
  bloque básico
• Optimizaciones locales
• Folding
• Propagación de constantes
• Reducción de potencia
• Reducción de subexpresiones comunes
• Bloque Básico
• Un bloque básico es un fragmento de código que
  tiene una única entrada y salida, y cuyas
  instrucciones se ejecutan secuencialmente.
  Implicaciones
• Si se ejecuta una instrucción del bloque se
  ejecutan todas en un orden conocido en tiempo de
  compilación.
• La idea del bloque básico es encontrar partes del
  programa cuyo análisis necesario para la
  optimización sea lo más simple posible.

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Bloque Básico (ejemplos)

• Ejemplos (separación errónea)
• for (i1ilt10i)
• bbai
• cbi
• a3
• b4
• goto l1
• c10
• l1 d3
• e4
• Separación correcta
• for (i1ilt10i)
• bbai
• cbi
• a3
• b4
• goto l1

BB1 i1 BB2 ilt10 BB3 bbai cbi i BB4
a3 b4 goto l1 BB5 c10 BB6 l1 d3 e4
8
Ensamblamiento (Folding)

• El ensamblamiento es remplazar las expresiones
  por su resultado cuando se pueden evaluar en
  tiempo de compilación (resultado constante).
• Ejemplo A23AC -gt A5AC
• Propagación de constantes
• Desde que se asigna a una variable un valor
  constante hasta la siguiente asignación, se
  considera a la variable equivalente a la
  constante.
• Ejemplo Propagación Ensamblamiento
• PI3.14 -gt PI3.14 -gt PI3.14
• G2RPI/180 -gt G2R3.14/180 -gt G2R0.017
• PI y G2R se consideran constantes hasta la
  próxima asignación.
• Estas optimizaciones permiten que el programador
  utilice nombres para las constantes sin
  introducir ineficiencias.

9
Extensiones

• Variables indexadas
• Se asocian constantes a expresiones de acceso a
  variables indexadas. Ejemplo
• Ai10
• Se asocia 10 a Ai aun no sabiendo el valor de
  i.
• En el caso de hacer una asignación a cualquier
  elemento de A se deshace la asociación.
• Usar las propiedades conmutativa y asociativa.
• Ejemplo aplicando la propiedad conmutativa se
  reduce
• AB2C3
• ABC5

10
Extensiones

• Extender la aplicación fuera del bloques básicos
• Hay que realizar un análisis del flujo de
  ejecución y es complejo. Ejemplo
• i0
• loop
• ii1
• if (ilt10) goto loop
• Se transforma erróneamente en
• i0
• loop
• i1
• if (1lt10) goto loop

11
Implementación del Folding

• Implementación durante el análisis
  sintáctico/semántico o creación del árbol
  sintáctico.
• Se añade el atributo de constante temporal a los
  símbolos no terminales y a las variables de la
  tabla de símbolos.
• Se añade el procesamiento de las constantes a las
  reglas de análisis de expresiones.
• Implementación posterior
• Buscar partes del árbol donde se puede aplicar la
  propiedad conmutativa
• Buscar las constantes y operarlas
• Reconstruir el árbol

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Ejemplo de Folding

• Expresión 3-(56)4-A10
• Árbol
• -
• -
• - -
• - 3
• -
• - 5
• - 6
• - 4
• -
• - A
• - 10
• Términos
• 3
• -5
• -6
• 4
• -(A10)

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Implementación de la Propagación de Constantes

• Implementación posterior
• Separar el árbol en bloques básicos
• Cada bloque básico será una lista de expresiones
  y asignaciones
• Para cada bloque básico
• Inicializar el conjunto de definiciones a
  conjunto vacío.
• Definición (variable,constante)
• Procesar secuencialmente la lista de expresiones
  y asignaciones
• Para expresión y asignación
• Sustituir las apariciones de las variables que se
  encuentran en el conjunto de definiciones por sus
  constantes asociadas.
• Para asignaciones
• Eliminar del conjunto de definiciones la
  definición de la variable asignada
• Añadir la definición de la variable asignada si
  se le asigna una constante

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Ejemplo de Separación en Bloques Básicos

• Fun
• -
• - gt
• - f
• - x
• - y
• - InstrComp
• -
• -
• - i
• - 0
• -
• -
• - b
• - 5
• -
• - while
• - lt
• - i

Fun f(x,y)gt i0 b5
while (iltx) print(ib)
ii1 xb
i0 b5
iltx
print(ib) ii1
15
Eliminación de subexpresiones redundantes.

• Las subexpresiones que aparecen más de una vez se
  calculan una sola vez y se reutiliza el
  resultado.
• Idea Detectar las subexpresiones iguales y que
  las compartan diversas ramas del árbol. Problema
  Hay que trabajar con un grafo acíclico.
• Dos expresiones pueden ser equivalentes y no
  escribirse de la misma forma AB es equivalente a
  BA. Para comparar dos expresiones se utiliza la
  forma normal
• Se ordenan los operandos Primero las constantes,
  después variables ordenadas alfabéticamente, las
  variables indexadas y las subexpresiones. Ejemplo
• XC3A5 -gt X 35AC
• Y2A4C -gt Y24AC
• divisiones y restas se ponen como sumas y
  productos para poder conmutar
• A-B -gt A (-B)
• A/B -gt A (1/B)

16
Implementación

• Primero se aplica el ensamblamiento y la
  propagación de constantes.
• Después se reordena el árbol sintáctico hasta
  obtener la forma normal.
• Se inicia la eliminación de las subexpresiones
  redundantes.
• Hay que considerar las asignaciones que pueden
  convertir una subexpresion redundante en no
  redundante. Ejemplo
• QAB
• AQ22
• C1ABP
• Ejemplo de eliminación de subexpresiones
• J2D3
• DD2
• JJD

AB no es redundante por la asignación
17
Optimizaciones Dentro de Bucles

• La optimización de bucles es muy importante por
  las mejoras en tiempo de ejecución que se
  obtienen
• Estrategias de optimización dentro de bucles
• Expansión de bucles (loop unrolling)
• Reducción de frecuencia (frequency reduction)
• Reducción de potencia (strength reduction)

18
Expansión de bucles(loop unrolling)

• La expansión de bucles solo se puede aplicar a
  los bucles cuyo número de iteraciones se conoce
  en tiempo de compilación. Ejemplo
• Se puede aplicar a los bucles
• for i1 to 10 do
• No se puede aplicar a los bucles
• for ia to b do
• La expansión de un bucle puede ser muy costosa en
  espacio. Hay que poner un criterio heurístico
  para decidir si se aplica la expansión.
• Se puede aplicar una expansión parcial en la que
  sigue existiendo el bucle, pero cada iteración
  del nuevo bucle corresponde a varias iteraciones
  del bucle original.
• En un bucle expandido se ha de sustituir el
  índice del bucle por el valor constante
  correspondiente

19
Reducción de frecuencia. (frequency reduction)

• La reducción de frecuencia detecta las
  operaciones invariantes de bucle y las calcula
  una única vez delante del bucle. Ejemplo
• for i1 to n do cisin(a)
• sin(a) es una operación invariante del bucle que
  puede pasar de calcularse n veces a una con la
  siguiente transformación
• tmpsin(a)
• for i1 to n do citmp
• Sólo las operaciones que cumplen
• Su único efecto es el cálculo del resultado
• El resultado solo depende de los operandos.
• se pueden considerar como operaciones
  invariantes de bucle.
• Ejemplo
• Invariantes . -, , / , sin, ln
• No invariantes printf, getchar, , random

20
Implementación de la Reducción de Frecuencia

• Pasos
• Detectar todas las variables que se modifican en
  el bucle.
• Marcar todas las operaciones no invariantes
• Aplicar la siguiente regla recursiva para
  detectar las operaciones invariantes
• Una operación es invariante si sus operandos son
  invariantes.
• Asociar a cada expresión invariante una variable
  temporal.
• Sustituir en el bucle las operaciones invariantes
  por las correspondientes variables.
• Añadir delante del bucle la asignación de la
  expresión invariante a su variable temporal.
• Problema del método anterior
• Cuando no se entra en el bucle se calculan sus
  operaciones invariantes. La solución es evaluar
  antes la condición de salida del bucle.

21
Reducción de potencia(strength reduction)

• Se busca sustituir operaciones costosas por otras
  mas simples. Ejemplo
• sustituir productos por sumas.
• a2a
• aaa
• Evitar la operación append ()
• Alength(s1 s2)
• convertirlo en
• Alength(s1)length(s2)
• Sustituir productos entre variables inductivas e
  invariantes de bucle por sumas
• for(i1 ilt10i) ai3i
• convertir en
• for(i1,j3ilt10i,j3) aij
• Problemas ha resolver
• Detectar las invariantes de bucle
• Ya esta solucionado
• Detectar las variables inductivas

22
Variables Inductivas

• Una variable V es inductiva cuando la única forma
  en que se modifica su código es VVK, donde K es
  una invariante de bucle.
• Se considerará la necesidad de generar una
  variable inductiva temporal T a partir de
  encontrar expresiones de la forma VC, donde C es
  una invariante de bucle.
• Se sustituirá VC por T
• Se inicializa T después de la inicialización de V
  como TVC (solo se ejecuta al entrar en el
  bucle)
• Al final de cada iteración se añade TTCK

23
Optimización Global

• Grafo del flujo de ejecución
• Antes de realizar una optimización global es
  necesario crear el grafo de flujo de ejecución.
• El grafo de flujo de ejecución representa todos
  los caminos posibles de ejecución del programa.
• La información contenida en el grafo es útil para
• el programador y
• el optimizador
• La optimización global a partir del análisis del
  grafo del flujo de ejecución permite
• Una propagación de constantes fuera del bloque
  básico.
• Eliminación del código no utilizado
• Una mejor asignación de los registros.
• Problema la optimización global es muy costosa
  en tiempo de compilación

24
Construcción del Grafo del Flujo de Ejecución

• Tipos de grafo
• Orientado a procedimiento/función
• Grafo de llamadas
• Ejemplo
• int fact(int n)
• int r
• r1
• i1
• while (iltn)
• rri
• i
• return r

bloque básico
r1 i1
bloque básico
while (iltn)
bloque básico
rri i
return r
bloque básico
25
Construcción del Grafo del Flujo de Ejecución

• Pasos
• Dividir el programa en bloques básicos
• Se representa el programa en un código intermedio
  donde queden explícitamente representados los
  saltos condicionales e incondicionales.
• Un bloque básico será cualquier trozo de código
  que no contenga saltos ni etiquetas en su
  interior (es posible tener etiquetas al inicio
  del bloque y saltos al final).
• En el grafo, los vértices representan los bloques
  básicos y las aristas representan los saltos de
  un bloque básico a otro.
• Detección de código no utilizado
• El código no utilizado son los bloques básicos
  donde no llega ninguna arista.

26
Análisis del Grafo del Flujo de Ejecución

• Hay que considerar como la información sobre las
  variables y expresiones se propaga a través del
  grafo.
• Problemas resueltos durante el análisis del grafo
• expresiones disponibles (al seguir la ejecución
  sigue siendo válido el resultado obtenido)
• Alcance de las definiciones
• variables vivas
• expresiones muy utilizadas
• Para la resolución de los problemas anteriores se
  utiliza la idea de punto entre instrucciones o
  bloques básicos.

r1 i1
Puntos
while (iltn)
27
Expresiones Disponibles(Available expresions)

• El problema de las expresiones disponibles
  consiste en determinar que expresiones están
  disponibles al inicio de cada bloque
• Algoritmo
• Para cada bloque básico se definen 4 conjuntos
• AE_TOP(BB) la expresión está disponible en el
  punto que precede a BB
• AE_KILL(BB) la expresión ya no será válida
  después de la ejecución de BB por que se ha
  modificado algún operando.
• AE_GEN(BB) Se ha evaluado la expresión en BB sin
  que se modifiquen sus operándos.
• AE_BOT(BB) La expresión está disponible justo
  después de la ejecución de BB
• Ecuación para las expresiones disponibles
• AE_BOT(BB)(AE_TOP(BB)-AE_KILL(BB)) È AE_GEN(BB)
• AE_TOP(BB) Çp precedente de BB AE_BOT(P)

28
Alcance de las Definiciones(reaching definitions)

• El valor de una variable se define cuando se le
  asigna un valor.
• Este valor definido se pierde cuando se realiza
  una nueva asignación.
• El problema del alcance de las definiciones es el
  mismo que el problema de las expresiones
  disponibles, pero en el caso de las variables.
• Ecuaciones
• RD_BOT(BB)(RD_TOP(BB)-RD_KILL(BB)) È
• RD_GEN(BB)
• RD_TOP(BB) Çp precedente de BB RD_BOT(P)

29
Variables Vivas(live variables)

• Una variable esta viva en un punto p cuando su
  valor es requerido para un camino de ejecución
  que pasa por p.
• Un camino requiere el valor de una variable
  cuando hay una asignación de la variable al
  principio y una lectura al final.
• Uso delimitar exactamente en que partes del
  código es necesaria una variable.
• Ecuaciones
• LV_TOP(BB)(LV_BOT(BB)-LV_DEF(BB)) È
• LV_USE(BB)
• LV_BOT(BB) Ès sucesor de BB LV_TOP(S)

30
Expresiones muy Utilizadas(Very Busy Expression)

• Una expresión es muy utiliza en un punto p cuando
  el valor de la expresión se requiere antes que el
  valor de cualquiera de sus términos a lo largo de
  cualquier camino que empieza en p.
• Ecuaciones
• VBE_TOP(BB)(VBE_BOT(BB)-BVE_DEF(BB)) È
  BVE_USE(BB)
• VBE_BOT(BB) Çs sucesor de BB VBE_TOP(S)

31
Algoritmos de Análisis del Flujo de Ejecución

• Tipos
• Algoritmos basados en la estructura de los bucles
• Son rápidos
• Hay que reducir el grafo a bucles sin saltos que
  entren en medio del bucle. Los programas
  estructurados son reducibles.
• Algoritmos iterativos
• Son lentos pero genéricos
• Tipos
• lista de trabajos
• round robin

32
Aplicaciones a la Optimización de Programas

• expresiones disponibles (al seguir la ejecución
  sigue siendo válido el resultado obtenido)
• Eliminar expresiones redundantes
• Alcance de las definiciones
• Reutilizar las copias en registro de los valores
  de las variables.
• Propagación de constantes
• Reducción de frecuencia
• variables vivas
• Reutilizar el espacio de variables.
• Eliminar variables innecesarias
• expresiones muy utilizadas
• optimizar la asignación de registros

33
Ejemplo Optimización Global

• IF A(1)lt0 Jgt0 THEN L1 ELSE L2
• J2
• FOR K1 STEP 2 UNTIL J DO
• BEGIN
• A(K1)A(K)A(K1)
• IJ
• LKI
• END

A(1)lt0
Jgt0
L2
L1
J2 K1
KltJ
A(K1)A(K)A(K1) IJ LKI KK2
34
Ejemplo de Optimización GlobalVariables Vivas
A(1),J
A(1)lt0
J
Æ
Jgt0
Æ
L2
L1
Æ
Æ
J2 K1
J,K
KltJ
J,K
A(K1)A(K)A(K1) IJ LKI KK2
J,K
35
Ejemplo de Optimización GlobalEliminación de
Variables Innecesarias
A(1),J
A(1)lt0
J
Æ
Jgt0
Æ
L2
L1
Æ
J2 K1
J,K
KltJ
J,K
A(K1)A(K)A(K1) IJ LKI KK2
J,K
Se puede eliminar L e I Las A(K),A(K1) no se
eliminan pues no se han podido considerar en el
cálculo de variables vivas
36
Ejemplo de Optimización GlobalPropagación de
Constantes
A(1),J
A(1)lt0
Eliminar Jgt0 por no utilizarse y saltar al
mismo bloque básico Eliminar A(1)lt0 después de
eliminar Jgt0
Jgt0
J2 K1
J2
Klt2
A(K1)A(K)A(K1) KK2
Se puede expandir el bucle
37
Ejemplo de Optimización GlobalExpandir el Bucle
J2 K1
A(11)A(1)A(11) A(21)A(2)A(21)
Eliminar J y k por que no se utilizan y realizar
los cálculos entre constantes
A(2)A(1)A(2) A(3)A(2)A(3)
38
Optimización Dependiente de Máquina

• La optimización dependiente de máquina pretende
  aprovechar las características específicas de la
  máquina para acelerar la ejecución del programa
• Considerar los ciclos de reloj que gasta cada
  instrucción de código máquina.
• Utilizar desplazamientos de bits para multiplicar
  y dividir.
• Para poner un registro a cero utilizar la
  instrucción XOR reg,reg que accede menos a
  memoria
• Utilizar saltos relativos de 8 o 16 bits para
  acceder menos a memoria.
• Alinear instrucciones/Datos para que se acceda en
  un único ciclo de memoria.
• Combinar operaciones en una misma instrucción.
• Utilizar el direccionamiento con pre- y
  post-incremento.

39
Optimizaciones Dependientes de Máquina

• Sacar provecho de todas las formas de
  direccionamiento del procesador.
• Utilizar acceso indexado para los arrays.
• Reordenar las instrucciones para paralelizar su
  ejecución.
• Un Pentium es capaz de ejecutar en paralelo un
  cálculo con enteros con otro de flotantes.
• Evitar que la siguiente instrucción dependa del
  resultado de la anterior para que no se produzca
  un fallo en la pipe-line. Incluso puede ser
  interesante añadir NOPs para evitar los fallos de
  pipe-line.
• Optimizar el uso de los registros del procesador.
• Es especialmente importante en los procesadores
  RISC.
• Considerar el tamaño de la cache del procesador.

40
Asignación de Registros

• Máquinas con un solo registro (acumulador)
• Código máquina típico. Todas las operaciones
  trabajan sobre el acumulador
• Cargar X
• Guardar X
• Operar X
• Ejemplo TXY
• Cargar X
• Sumar Y
• Guardar T
• La optimización será reducir el número de
  operaciones del carga y descarga del acumulador.

41
Generar Código para Maquina con un Acumulador a
partir de Notación Polaca

• Ideas
• Utilizar una pila de variables temporales donde
  se guardan los operandos.
• Mirar de eliminar las operaciones de
  carga/descarga innecesarias.
• Ejemplo XA(BCD)
• Notación polaca inversa
• X A B C D
• Código generado sin optimizar
• Cargar B
• Mult C
• Guardar T1 BC
• Cargar T1
• Sumar D
• Guardar T2 BCD
• Cargar A
• Sumar T2
• Guardar T3 A(BCD)
• Cargar T3
• Guardar X

42
Optimización

• Ideas
• Retrasar en todo lo posible las instrucción
  Guardar
• Reutilizar el contenido del acumulador
• Sacar provecho de la conmutatividad de las
  operaciones
• Ejemplo

Cargar B Mult C BC Sumar D BCD Guardar T2
BCD Cargar A Sumar T2 A(BCD) Guardar X
Eliminar por reutilización del acumulador
Cargar B Mult C Guardar T1 BC Cargar T1 Sumar
D Guardar T2 BCD Cargar A Sumar T2 Guardar T3
A(BCD) Cargar T3 Guardar X
Aplicar la propiedad conmutativa de la suma
Cargar B Mult C BC Sumar D BCD Sumar A
BCDA Guardar X
Eliminar por reutilización del acumulador
43
Asignación de Registro en Máquinas Multi Registro

• La asignación de registros tiene dos pasos
• Register Allocation
• Es cuando se decide que una variable se ha de
  guardar en un registro
• Register Assignment
• Es cuando se selecciona el registro para guardar
  una variable
• Como optimizar la asignación de registros
• Minimizar el número de variables temporales
  necesarias para evaluar una expresión
• Asignar las variables temporales a registros
• Si hay suficientes registros ya se ha acabado
• Si no hay que decidir que variables se han de
  transferir a memoria y como minimizar el número
  de transferencias

44
Minimizar el Número de Variables Temporales

• Idea
• Minimizar el número de registros necesarios para
  los operandos de una operación y luego considerar
  en que orden se han de calcular los operandos
  para minimizar el número de registros del cálculo
  completo

Operación binaria
Operando 2 m registros
Operando 1 n registros
Maxn,m1 registros RCalcular Op1 Calcular
Op2 Operación R,Op2
Maxn1,m registros RCalcular Op2 Calcular
Op1 Operación Op1,R
45
Carga/Descarga de Registros

• Minimizar el número de operaciones de carga y
  descarga
• Que registro se ha de descargar a memoria?
• No guardar en memoria los operandos izquierdos de
  operaciones no conmutativas (ej. / -) siempre que
  haya otra posibilidad. Sólo tiene sentido si el
  procesador no permite divisiones o restas con los
  operandos invertidos ( -AB, A\B).
• Guardar en memoria el valor que más se tardará en
  utilizar en el programa
• Seleccionar el registro para una variable V
• Si hay algún registro libre asignarlo a V
• sino si hay un registro cuyo valor no se
  necesitara
• asignarlo a V
• sino seleccionar el registro que más tardará en
• utilizarse
• guardar el valor del registro si ha
  sido modificado
• asignarlo a V

46
Cuando se utilizará una Variable

• Para saber cuando se utilizará una variable se ha
  de aplicar el cálculo de las variables vivas.
• Ejemplo
• ccb
• aab
• ddc
• bd
• ec

Uso de los registros R0 R1 R2 b c - b
c a d c a d c b e
c b
a b c d e
47
Optimizar Cargas y Descargas

• Descargar una variable modificada es más costoso
  que una no modificada. Para considerar esta
  diferencia de coste se utiliza el siguiente grafo
• Los vértices representan los estados de
  utilización de los registros y
• Las aristas representan las cargas y descargar
  necesarias para pasar de un estado a otro.
• Se busca el camino de menor coste que vaya del
  estado de los registros al inicio del bloque
  básico hasta el estado de estos al final del
  bloque básico

48
Arquitectura Máquina y Generación de Código Real.

• Generar código por tabla
• A cada instrucción de código intermedio le
  corresponde una o más instrucciones de código
  máquina que se han guardado en una tabla.
• Los registros no siempre son genéricos
• 68K registros de datos y direcciones separados
• Pentium registros separados para enteros y
  flotantes
• Una instrucción de código máquina puede ser
  varias instrucciones de código intermedio
• En la misma instrucción se realiza el cálculo de
  la dirección de memoria del elemento de un array

push
MOV (SP),R1
pop
MOV R1,-(SP)
49
Ejemplo de Optimización dependiente de Máquina
Pentium y Pentium II (I)

• Ayudar al compilador para que pueda optimizar el
  código
• Tener en cuenta los algoritmos de predicción de
  saltos
• Evitar paradas por uso parcial de registros
  (Avoid partial register stalls).
• Alinear los datos
• Ordenar el código para evitar fallos de la cache
  de prelectura de instrucciones
• Reordenar las instrucciones para maximizar la
  ejecución paralela de instrucciones.

50
Ejemplo de Optimización dependiente de Máquina
Pentium y Pentium II (II)

• Evitar los prefijos de instrucción
• Evitar leer y escribir sobre la misma memoria con
  diferentes tipos de datos.
• Emparejar CALL y RET
• Evitar código automodificable
• No poner datos en el segmento de código
• Calcular las direcciones de destino cuanto antes

51
Como Escribir los Programas C

• Ayudar al compilador para que pueda optimizar el
  código
• Minimizar el uso de variables globales
• Minimizar el uso de punteros
• Minimizar el uso de estructuras de control
  complejas
• No usar register
• Usar const
• No contradecir al sistema de tipos
• Tener en cuenta los algoritmos de predicción de
  saltos. Suposiciones del predictor
• No saltar en caso de un salto condicional hacia
  delante
• Saltar en caso de salto condicional hacia atrás

52
Reducir el Número de Saltos

• Reduce la posibilidad de predicciones erróneas
• Reduce el número de entradas en la BTB (Branch
  Target Buffer)
• Ejemplo ebx (AltB) ? C1 C2
• cmp A, B condition
• jge L30 conditional branch
• mov ebx, CONST1
• jmp L31 unconditional branch
• L30
• mov ebx, CONST2
• L31
• Pentium
• xor ebx, ebx clear ebx
• cmp A, B
• setge bl When ebx 0 or 1
• OR the complement condition dec ebx
  ebx00...00 or 11...11
• and ebx, (CONST2-CONST1) ebx0
• or (CONST2-CONST1)
• add ebx, min(CONST1,CONST2)
• Pentium II

53
Evitar paradas por uso parcial de registros
(Avoid partial register stalls).

• Register Stall al acceder a EAX
• MOV AX, 8
• ADD ECX, EAX
• En el caso de Pentium II se puede producir para
  instrucciones no contiguas
• MOV AL, 8
• MOV EDX, 0x40
• MOV EDI, new_value
• ADD EDX, EAX Partial stall

54
Alinear

• Alinear datos
• Align 8-bit data on any boundary.
• Align 16-bit data to be contained within an
  aligned 4-byte word.
• Align 32-bit data on any boundary which is a
  multiple of four.
• Align 64-bit data on any boundary which is a
  multiple of eight.
• Align 80-bit data on a 128-bit boundary (that is,
  any boundary which is a multiple of 16 bytes).
• Alinear código
• Loop entry labels should be 16-byte aligned when
  less than eight bytes away from a 16-byte
  boundary.
• Labels that follow a conditional branch should
  not be aligned.
• Labels that follow an unconditional branch or
  function call should be 16-byte aligned when less
  than eight bytes away from a 16-byte boundary.

55
Reordenar las instrucciones para maximizar la
ejecución paralela

• Pairing cannot be performed when the following
  conditions occur
• The next two instructions are not pairable
  instructions (see Appendix A for pairing
  characteristics of individual instructions). In
  general, most simple ALU instructions are
  pairable.
• The next two instructions have some type of
  register contention (implicit or explicit). There
  are some special exceptions to this rule where
  register contention can occur with pairing. These
  are described later.
• The instructions are not both in the instruction
  cache. An exception to this which permits pairing
  is if the first instruction is a one-byte
  instruction.