Introdução aos Sistemas Computacionais 2008/09

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1 Nome: Introdução aos Sistemas Computacionais 2008/09 Exame 2ª Época 6 Fevereiro 2009 ATENÇÃO: A duração da prova é de 3 horas. Só poderá haver desistências após a primeira hora. Não é permitido o uso de calculadoras. Todas as respostas são dadas directamente neste enunciado. Antes da resposta final, utilize as folhas de rascunho anexas ao enunciado de modo a não sujar o mesmo. É expressamente proibido desagrafar qualquer folha do enunciado. As cotações das perguntas e a forma de correcção (tipo C correcção clássica; tipo A escolha múltipla) encontram-se indicadas entre parêntesis. Exemplo: (1,0)(A). As respostas de escolha múltipla sem justificação (i.e. tipo A) são cotadas da seguinte forma: resposta certa: cotação total. ausência de resposta: zero valores. resposta errada: desconta-se a cotação da pergunta dividida pelo nº de alternativas. Nº: Estatuto Trabalhador-Estudante Melhoria de Nota GRUPO 1 (4 valores) 1.1. (1,0)(A) Relativamente às arquitecturas RISC, indique a única afirmação falsa: a partir do 80486, os processadores Intel apresentam um núcleo RISC (Reduced Instruction Set Computer) onde se executam as instruções mais simples. O processador SPARC é um exemplo de processador RISC. a partir do Pentium Pro, os processadores Intel compatíveis com o são inteiramente RISC. uma das anteriores é falsa (1,0)(A) Relativamente ao Paralelismo ao nível do processador, indique a única afirmação falsa: Em arquitecturas SIMD temos um único fluxo de intruções atuando sobre múltiplos conjuntos de dados simultaneamente. A CPU CELL possui 8 co-processadores SIMD. Em arquitecturas MIMD temos múltiplos fluxos de intruções actuando sobre múltiplos conjuntos de dados simultaneamente. uma das anteriores é falsa (1,0)(A) Relativamente às tecnologias de memória dinâmica (DRAM) utilizadas em sistemas computacionais, indique a única afirmação falsa: Na tecnologia SDRAM, a taxa de transferência de dados entre memória e processador é determinada por um sinal de relógio. Ao contrário da tecnologia SDRAM, a tecnologia DDR não exige o refrescamento das células de memória. Memórias DDR3 fornecem dados ao processador a uma taxa maior do que as memórias DDR2. Uma das anteriores é falsa. 1.4 (1,0)(A) Relativamente aos discos ópticos, indique a única afirmação falsa: Departamento de Informática da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa Um CD-R (CD-Recordable) permite gravar dados múltiplas vezes em uma determinada área do disco. Leitores de Discos Blu-Ray utilizam um laser azul de microns. É possivel armazenar dados em ambas as faces de um DVD. Uma das anteriores é falsa. ISC1-2008/2009 1

2 GRUPO 2 (4 valores) 2.1. (1,5)(C) Suponha que um número v está representado em binário com N bits, todos com valor 1 (exemplo: v=(11111) 2 para N=5 bits). Formule uma função algébrica v=f(n) que determine o valor do número v para as representações binárias especificadas abaixo. Considere que, por exemplo, para a representação binária sem sinal, a resposta correcta seria v=2 N -1. Sugestão: comece por calcular o valor decimal de (1111) 2, (11111) 2, (111111) 2,... nas representações pedidas. a) Representação binária em sinal e magnitude. v = -2 N-1-1 b) Representação binária em complemento para um. v = 0 c) Representação binária em complemento para dois. v = (1,5)(C) Marque com V ou F se as afirmações abaixo forem verdadeiras ou falsas, respectivamente. (V ) A representação em sinal e magnitude tem a vantagem de se assemelhar à representação escrita. (F ) A representação em complemento para um tem a vantagem de ter somente um zero. (V ) A representação em complemento para dois tem a vantagem de ter um bit que representa o sinal. (V ) A representação em excesso-n tem a vantagem de facilitar a comparação de números, pois pode-se tratar todos como positivos. (V ) A principal vantagem da representação em complemento para dois reside na simplicidade com que podem ser efectuadas as operações aritméticas (1,0)(C) Sejam dois números em vírgula flutuante no formato IEEE 754: a=0xc02070f0 e b=0x40a0f080. Verifique se as desigualdades abaixo são verdadeiras ou falsas, justificando a sua resposta. a > b a 2 > b 2 a > b - Falso a 2 > b 2 - Falso ISC1-2008/2009 2

3 Número: Nome: GRUPO 3 (3 valores) 3.1. Considere a seguinte função em assembly x86. Observação: para responder às perguntas deste grupo pode utilizar a informação sobre o número das linhas. Exemplos: na linha 3 colocaria jg f12 ou entre as linhas 2 e 3 acrescentaria mov $4, %edx 1. f1: xorl %eax, %eax 2. f11: cmpl $0,(%ebx) 3. je f12 4. jmp f13 5. f12: incl %eax 6. f13: addl $4, %ebx 7. loop f11 8. ret a) (0,5)(C) Escreva um excerto de um programa que invoque a função f1, utilizando o vector myvector como argumento de entrada, e que coloque o resultado da função na variável result. myvector:.long 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1 result:.long 0 leal myvector, %ebx movl $7, %ecx call f1 movl %eax, result b) (0,25)(C) No exemplo da alínea anterior, qual o valor final da variável result? 3 c) (0,25)(C) Considerando a definição seguinte do vector myvector2, indique as alterações que teria de efectuar à função f1 de modo a poder utilizar o vector myvector2 como seu argumento. myvector2.word 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1 linha 2 substituir por linha 6 substituir por f11: cmpw $0,(%ebx) f13: addl $2, %ebx 3.2. Observação: Leia atentamente todas as alíneas desta pergunta antes de responder a qualquer uma delas. a) (0,5)(C) Indique quais as alterações que teria de efectuar à função f1 de modo que os parâmetros de entrada da função f1 sejam passados através da pilha. Entre as linhas 1 e 2 acrescentaria as seguintes instruções: movl %esp, %ebp movl 4(%ebp), %ecx movl 8(%ebp), %ebx b) (0,25)(C) Altere a solução da alínea anterior de modo que a função f1 não destrua valores de registos, excepto eventuais registos que estejam a ser utilizados como parâmetros de saída. ISC1-2008/2009 3

4 Na definição original da função substituo a linha 1 pelas seguintes instruções: f1: pushl %ebp movl %esp, %ebp pushl %ebx pushl %ecx xorl %eax, %eax movl 8(%ebp), %ecx movl 12(%ebp), %ebx e acrescento as seguintes instruções entre as linhas 7 e 8 popl %ecx popl %ebx popl %ebp c) (0,25)(C) Altere a solução da alínea anterior de modo que a função f1 deixe a pilha no mesmo estado em que esta se encontrava antes dos seus argumentos terem sido colocados na pilha. Substituo a linha 8 por: ret $ (1,0)(C) Considerando a função f1 original, do exercício 3.1, indique quais as alterações que teriam de ser efectuadas à função de modo a permitir que todos os elementos do vector fossem passados através da pilha. Solução completa: f1: xorl %eax, %eax xorl %ebx, %ebx f11: cmpl $0,4(%esp,%ebx,4) je f12 jmp f13 f12: incl %eax f13: addl $1, %ebx loop f11 ret ISC1-2008/2009 4

5 Número: Nome: GRUPO 4 (5 valores) 4.1. (1,0)(C) Indique quais os elementos fundamentais que constituem uma unidade central de processamento. ALU, Unidade de controlo, registos (2,0)(C) Considerando a arquitectura IA-32, explique de forma sucinta mas clara quais as diferenças entre interrupções de software e excepções. Interrupções de software são geradas pela instrução INT(x). Excepções são eventos síncronos em relação ao programa em execução e acontecem devido a erros ou requisição do usuário (2,0) (C) Considere a utilização de segmentação de memória no processador Pentium 4. Descreva de forma sucinta, mas rigorosa, os passos realizados pela unidade de gestão de memória para gerar o endereço linear em modo protegido. - Um endereço é dado sob a forma de selector de segmento e offset. - O selector de segmento aponta para um descritor na LDT ou GDT - O descritor contém o endereço base e o limite do segmento. - O offset é somado ao endereço base. Se o resultado for menor que o limite do segmento um endereço linear válido é gerado. ISC1-2008/2009 5

6 GRUPO 5 (4 valores) 5.1. Considere a execução de um programa na arquitectura IA-32 com gestão de memória usando segmentação com paginação (páginas de 4 KiB). Considere que o segmento de código do programa usa a seguinte zona de endereços lineares: 0x x04455FFF a) (1,0)(C) Indique o número total de páginas ocupadas pelo segmento de código. Justifique a sua resposta, apresentando os respectivos cálculos. 10 páginas 16 páginas 20 páginas 30 páginas 32 páginas 48 páginas b) (1,0)(C) Se além do segmento de código, o programa tiver um segmento de dados e um segmento de pilha com 256 KiB e 128 KiB respectivamente, indique o espaço total de endereçamento linear utilizado pelo programa em KiB e em número de páginas. 448 KiB, 112 páginas 5.2. Considere a execução de um programa na arquitectura IA-32 com gestão de memória paginada (páginas de 4 KiB). Para o endereço linear 0x018220FF responda às perguntas seguintes: a) (0,5)(C) Qual a posição do directório de páginas referenciada por este endereço? Justifique. Posição 6 (10 bits mais significativos do endereço linear) b) (0,5)(C) Qual é a posição na tabela de páginas correspondente que é acedida por este endereço? Justifique. Posição 34 (10 bits intermédios do endereço linear) ISC1-2008/2009 6

7 Número: Nome: c) (1,0)(C) Supondo que o conteúdo da posição da tabela de páginas acedida pelo endereço linear 0x018220FF aponta para o endereço físico 0x , qual é o endereço físico correspondente ao endereço linear indicado? Justifique. 0x000440FF. Soma-se os 12 bits menos significativos do endereço linear a 0x ISC1-2008/2009 7