1ª Lista de Arquitetura de Computadores

Transcrição

1 1ª Lista de Arquitetura de Computadores 1. Conceitue a Lei de Moore e descreva cinco conseqüências práticas dela advindas. 2. Considere as informações abaixo, sobre a Arquitetura de Von Neumann: I. Dados e instruções são colocadas em memórias de leitura e escrita diferentes; II. III. A execução de instruções ocorre, via de regra, de modo seqüencial; O conteúdo da memória é acessado sempre pela sua posição, independentemente do tipo de dado nela encontrado. Estão corretas as informações: a. I, II e III; b. I e II; c. II e III; d. I e III. 3. Analise as informações abaixo acerca das memórias: I. Um exemplo típico de dispositivo de memória que opera segundo o método de acesso direto é a fita magnética; II. III. O método de acesso aleatório possui esse nome ao permitir um tempo de acesso aleatório; Considerando-se uma mesma capacidade de armazenamento, o disco rígido possui um custo por bit superior ao de um dispositivo de memória semicondutor. Estão corretas as informações: a. I e II; b. II; c. II e III; d. Nenhuma das informações está correta. 4. Ainda sobre memórias, é correto afirmar que: I. O estado de uma memória SRAM é mantido diretamente com o auxílio de capacitores; II. III. O conteúdo de memórias EEPROM é apagado por exposição à radiação ultravioleta; Volatilidade é uma característica associada à permanência ou não dos dados na ausência de alimentação do dispositivo de memória; 1

2 IV. Memórias DRAM são tipicamente mais rápidas do que memórias SRAM. 5. Deseja-se construir um dispositivo de memória baseado em tecnologia de semicondutores. Os requisitos são: tamanho da palavra igual a 1 B e capacidade de armazenamento igual a 16 B. Esboce dois projetos de construção para este dispositivo, considerando que: a. Em um projeto, o arranjo físico das células de memória é igual ao arranjo lógico das palavras, tal qual é percebido pelo processador; e. No outro projeto, as células são dispostas fisicamente em matrizes quadradas. Considere também a utilização de um circuito de multiplexação externo à memória. Supondo que cada um dos projetos fosse implementado em um chip, que observações poderíamos fazer com relação à quantidade de pinos de endereçamento necessários em cada caso? 6. Explique graficamente a vantagem, em termos de aumento na capacidade de armazenamento, do arranjo de células de memória segundo matrizes quadradas quando se insere um pino de endereço adicional. Sugestão: considere inicialmente o projeto de um dispositivo de memória baseado em tecnologia de semicondutores cujos requisitos sejam: tamanho da palavra igual a x bits e capacidade de armazenamento igual a 4 palavras. Realize projetos considerando as alternativas descritas na questão anterior. Em seguida, insira um pino de endereço adicional em cada caso e verifique o acréscimo na capacidade de armazenamento. 7. Considere uma DRAM cujos dados devem ser regenerados 64 vezes por milissegundo. Cada operação de regeneração requer 150 ns; um ciclo de memória requer 250 ns. Qual é a porcentagem do tempo total de operação da memória que é consumida na regeneração dos dados? 8. Qual a característica principal das memórias FPM (use as memórias regulares como parâmetro de comparação)? Em que aspecto as memórias EDO representam uma evolução frente às FPM? 9. Analise as informações abaixo, as julgando como verdadeiras (V) ou falsas (F). Quando apontadas como falsas, justifique tal escolha. a. São exemplos de memórias assíncronas as memórias regulares, as FPM, as EDO e as DDR/DDR2; b. A temporização x-y-y-y (digamos, ) de uma memória EDO independe da freqüência do clock na placa-mãe; c. O nome completo das memórias DDR é DDR-SDRAM; d. SRAM e SDRAM são tecnologias tipicamente usadas no projeto da memória principal; e. As memórias DDR2 transferem o dobro da quantidade de dados transmitida pelas DDR em cada pulso de clock. 2

3 10. Você é o secretário de um departamento de uma fictícia universidade. No momento, você está engajado na tarefa de cotação de preços para a compra de quatro módulos de memória DDR2 533 MHz. Seguindo orientações burocráticas, você encontra, ao pesquisar no sítio a seguinte especificação para o módulo em questão: pente de memória, capacidade memória 1, tipo dimm, velocidade barramento 533, padrão ddr2, compatibilidade pc De posse dessas informações, você contata a primeira loja de suprimentos para cotação do preço unitário do módulo. Ao passar as informações obtidas no sítio ao vendedor, este lhe diz que ou você está interessado em memória DIMM ou em memória DDR2. Em outras palavras, o vendedor lhe diz que esses termos são incompatíveis. Baseado no enunciado acima, qual a resposta, à luz das informações fornecidas em nossas aulas, que você daria ao vendedor? Aproveitando o ensejo, o que significa a expressão PC2-4300? 11. Suponha que uma palavra de dados de 8 bits armazenada na memória tenha conteúdo Usando o algoritmo de Hamming, determine os bits de verificação que seriam armazenados na memória com essa palavra de dados. 12. Os bits de verificação armazenados com a palavra de 8 bits são Suponha que, quando a palavra é lida na memória, os bits de verificação são calculados como Qual é a palavra de dados que foi lida na memória? 13. Quantos bits de verificação são necessários se o código de correção de erros de Hamming for usado para detectar erro em um único bit de palavras de bits? 14. Desenvolva um código SEC para uma palavra de dados de 16 bits. Gere o código para a palavra de dados Mostre que o código identifica erros corretamente no quarto bit de dados. 15. Uma memória cache associativa por conjuntos contém 64 linhas agrupadas em conjuntos de quatro linhas. A memória principal contém 4K blocos de 128 palavras cada um. Mostre o formato dos endereços da memória principal. 16. Para os endereços hexadecimais da memória principal , e BBBBBB, mostre as seguintes informações, em formato hexadecimal: a. Os valores dos campos de rótulo, linha e palavra, para uma memória cache com mapeamento direto, usando o formato definido no exemplo mostrado nos slides "Sistemas de Memória"; b. Os valores dos campos de rótulo e palavra, para uma memória cache associativa, usando o formato definido no exemplo mostrado nos slides "Sistemas de Memória"; 3

4 c. Os valores dos campos de rótulo, conjunto e palavra, para uma memória cache associativa por conjuntos de duas linhas, usando o formato definido no exemplo mostrado nos slides "Sistemas de Memória". 17. Considere um microprocessador de 32 bits, com uma memória cache interna à pastilha de 16 KB, organizada com mapeamento associativo por conjuntos de quatro linhas. Suponha que o tamanho da linha da memória cache seja de quatro palavras de 32 bits. Desenhe um diagrama de blocos dessa memória cache, mostrando sua organização e como os diferentes campos do endereço são usados para determinar um acerto ou falha na memória cache. Onde a palavra de memória ABCDE8F8 é mapeada na memória cache? 18. Suponha as seguintes especificações para uma memória cache interna: mapeamento associativo por conjuntos de quatro linhas; tamanho da linha igual a duas palavras de 16 bits; capaz de acomodar um total de 4K palavras de 32 bits da memória principal; utilizada com um processador de 16 bits que gera endereços de 24 bits. Projete a estrutura da memória cache com todas as informações pertinentes e mostre como ela interpreta os endereços enviados pelo processador. 19. Considere uma máquina com memória endereçada Byte a Byte, com tamanho de 2 16 B e tamanho de bloco igual a 8 B. Suponha que seja utilizada uma memória cache com mapeamento direto, composta de 32 linhas. a. Como o endereço de memória de 16 bits é dividido em rótulo, número de linha e número de Byte? b. Em que linhas seriam armazenados os Bytes com os seguintes endereços: c. Suponha que o Byte de endereço esteja armazenado na memória cache. Quais os endereços dos Bytes na mesma linha? d. Qual o total de Bytes (com e sem os rótulos) que podem ser armazenados na memória cache? e. Por que o rótulo também é armazenado na memória cache? 20. Por que não faz sentido se falar em algoritmos de substituição em memórias cache onde haja mapeamento direto? 21. Descreva as principais políticas de atualização da memória principal com relação à memória cache. 22. Descreva dois motivos pelos quais o aumento indiscriminado no tamanho da linha em memórias cache não leva necessariamente a um aumento do desempenho. 4

5 23. As caches atuais são unificadas ou separadas? Justifique a resposta. 24. Qual é a taxa de transferência (em caracteres/segundo) para uma unidade de fita magnética de nove trilhas cuja velocidade da fita é de 120 polegadas/segundo e cuja densidade é de bits lineares por polegada? 25. Considere um carretel de fita de pés e um espaço entre registros (gap interrecord) de 0,6 polegadas, no qual a fita pára no meio do caminho. Considere também que a taxa de aumento/diminuição da velocidade da fita durante o espaço entre registros é linear, e que as outras características da fita são as mesmas descritas no problema anterior. Os dados na fita são organizados em registros físicos, onde cada registro físico contém uma quantidade fixa de unidades definidas pelo usuário, denominadas registros lógicos. a. Quanto tempo levará para ler uma fita completa composta por registros físicos contendo 10 registros lógicos de 120 Bytes? b. Quanto tempo levará para ler uma fita completa composta por registros físicos contendo 30 registros lógicos de 120 Bytes? c. Quantos registros lógicos conterá a fita para cada um dos fatores de empacotamento precedentes? d. Qual é a capacidade de armazenamento do carretel (em B) para cada um dos fatores de empacotamento precedentes? e. Qual é a taxa de transferência efetiva (em B/s) para cada um dos fatores de empacotamento precedentes? 26. Calcule quanto espaço em disco (em setores, trilhas e superfícies) será necessário para armazenar os registros lógicos mencionados no item "b do problema anterior, se o disco possui 512 B/setor, 96 setores/trilha, 110 trilhas/superfície e 8 superfícies utilizáveis. Ignore quaisquer registros de cabeçalho de arquivo e índice de trilha, assumindo que registros não podem ocupar mais que um setor. 27. O disco ilustrado pela próxima figura gira a rpm no sentido anti-horário, possui um tempo de busca médio de 10 ms e é composto por setores de 512 B. Suponha que se queira ler um arquivo de 8 KB e que este arquivo esteja disposto inicialmente de forma seqüencial no disco (a); suponha a seguir que o arquivo se encontra disposto aleatoriamente (b). Calcule o tempo total para a leitura em cada caso. 5

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