A ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADASS Ciência da Computação 1ª. Série Introdução à Organização de Computadores A atividade prática supervisionada (ATPS) é um método de ensino- de atividades aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto programadas e supervisionadas e que tem por objetivos: Favorecer a aprendizagem. Estimular a co-responsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e eficaz. Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo. Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado. Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação. Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas relativos à profissão. Direcionar o estudante para a emancipação intelectual. Para atingir estes objetivos as atividades foram organizadas na forma de um desafio, que será solucionado por etapas ao longo do semestre letivo. Participar ativamente deste desafio é essencial para o desenvolvimento das competências e habilidades requeridas na sua atuação no mercado de trabalho. Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA: AESA
Pág. 2 de 6 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES Ao concluir as etapas propostas neste desafio você terá desenvolvido as competências e habilidades descritas a seguir. Competências para identificar, analisar, documentar e solucionar problemas e necessidades passíveis de solução via computação. Capacidade de raciocinar logicamente. Analisar, organizar, abstrair e relacionar dados e informações. Saber conciliar teoria e prática. PRIMEIRO DESAFIO Em 2007 surgiu uma classe de computadores portáteis com características típicas como peso reduzido, dimensão pequena, baixo custo e voltados para aplicações de Internet, são os chamados Netbooks. Estas máquinas são sucesso no mercado apesar de possuir limitações de hardware, recursos e bateria. Dentre os Netbooks mais vendidos encontra-se o Acer Aspire One 8.9. Este sistema possui uma memória principal de 1GB DDR2 SDRAM e HD de 160GB SATA. O processador é o Intel Atom N270 1.6GHz, sendo o barramento de dados de 128 bits e blocos formados por 8 palavras. A memória cache foi projetada com capacidade de 32 Kbytes. O desafio proposto é conhecer os principais pontos da arquitetura e organização deste equipamento. Para isto será necessário formar equipes de até cinco alunos e desenvolver as etapas propostas a seguir. ETAPA 1 Aula tema: Componentes de um sistema de computação. Conversão de bases e aritmética computacional. Esta atividade é importante para que você compreenda os principais conceitos envolvendo sistemas computacionais. Escolha a sua equipe de trabalho e entregue ao seu professor os nomes, RA e e-mail dos alunos. Utilize as notas de aula, livros e a internet para obter informações sobre os componentes do sistema de computação [MONTEIRO, 2007] presentes neste Netbook. Escreva um texto de no máximo duas páginas com as especificações do sistema. Responda as questões a seguir:
Pág. 3 de 6 Passo 4 Qual a capacidade da memória RAM em bits? Quantas linhas possui a memória RAM? Qual o tamanho da cache em bits? Entregue ao professor as respostas obtidas pelo grupo. ETAPA 2 Aula tema: Subsistemas de memória. Esta atividade é importante para que você compreenda os principais conceitos de organização e hierarquia de memórias. Reúna-se com o grupo, discuta e responda as questões a seguir com base na arquitetura e organização apresentada. Responda as seguintes questões: Quantas palavras da memória RAM podem ser armazenadas simultaneamente na memória cache? Calcule quantos blocos possui a memória RAM? Qual o tamanho mínimo, em bits, do barramento de endereço? Qual o tamanho, em bits, do Registrador PC? Qual o tamanho, em bytes, do Registrador ACC? Defina os campos de endereço para mapeamento direto? Responda a questão a seguir considerando a organização do sistema apresentado no desafio e supondo que cada caractere é codificado com 16 bytes, resolveu-se armazenar na memória deste sistema um conjunto de caracteres do seguinte modo: a partir do endereço (hexadecimal) (1A2D-27FA)hexa, foram escritos sucessivamente grupos de 10 caracteres iguais, iniciando pelo grupo de As, seguido do grupo de Bs, e assim por diante [TANENBAUM, 2006]. Qual deverá ser o endereço correspondente ao local onde está armazenado o primeiro J? Passo 4 Escreva a resolução completa dos exercícios presentes nos passos anteriores e entregue ao professor o documento desenvolvido pelo grupo.
Pág. 4 de 6 SEGUNDO DESAFIO Atualmente 75% de todas as unidades centrais de processamentos (CPU) embarcadas são da família ARM (Advanced RISC Machines) o que a torna uma das mais bem sucedidas arquiteturas 32-bits do mundo. Esta arquitetura pode ser encontrada tanto em dispositivos portáteis (tal como celulares, PDAs, mídia players e consoles de vídeo game) quanto em dispositivos periféricos (como discos rígidos e roteadores). As instruções nesta arquitetura são de 32 bits, mas um recurso, chamado Thumb, possibilita a redução do tamanho das instruções. Assuma, para simplificar a resolução do exercício, que as instruções deste dispositivo possuam tamanho de 8 bits e divide-se em duas partes: Código de operação ou Opcode (3 primeiros bits). Operando (5 últimos bits) - indica o endereço do dado sobre o qual a operação será realizada. Considere também um registrador chamado de Acumulador de 8 bits dentro do processador (CPU) [PATTERSON, 2005]. A Tabela 1 define o conjunto de instruções desta UCP. Tabela 1: Conjunto de Instruções Opcode Significado 001 Carregar: copie no acumulador o conteúdo da palavra endereçada. 010 Armazenar: copie na palavra endereçada o valor do acumulador. 011 Somar: substituir o valor atual do acumulador pela soma de seu conteúdo com o conteúdo da palavra endereçada. 100 Subtrair: substituir o valor atual do acumulador pela resultado da subtração do conteúdo atual do acumulador com o conteúdo da palavra endereçada. 101 Desviar: salte para a instrução indicada pela palavra endereçada. 110 Desviar se diferente de zero: salte para a instrução na palavra endereçada se o valor contido for diferente de zero. 111 Parar: encerrar a execução do programa. Suponha que o programa mostrado na Tabela 2 tenha sido carregado nas 10 primeiras posições da memória. Tabela 2 Programa na Memória Endereço de Memória Palavra de Memória Opcode Operando 00000 001 01010 00001 010 01100 00010 001 01110 00011 011 01011 00100 010 01110 00101 001 01100 00110 100 01101 00111 010 01100 01000 110 00010 01001 111 00000 01010 00000011 01011 00000100 01100 00000000 01101 00000001 01110 00000000 01111 00000000... 11111 01110111
Pág. 5 de 6 Qual a descrição da organização deste dispositivo e como ocorre a execução de um programa considerando as instruções apresentadas? ETAPA 1 Aula tema: Unidade central de processamento. Representação de dados. Representação de instruções. Esta atividade é importante para que você compreenda a relação da organização de computadores através da manipulação de dados e instruções. Reúna-se com o grupo, discuta a organização do sistema apresentado. Responda as questões a seguir com base sistema apresentadas: Qual a quantidade máxima de palavras possíveis desta memória? Qual a capacidade máxima, em bits, que ela armazena? E em bytes? Qual o tamanho mínimo do barramento de endereço? Qual o tamanho mínimo do barramento de dados? Qual o tamanho, em bits, dos registradores: acumulador, PC, REM e RDM? Qual o número máximo de instruções de máquina que esta arquitetura implementa? Qual o número máximo de palavras de memória que podem ser endereçadas por este processador? Se alterarmos o tamanho das instruções para 9 bits, mantendo inalterado o tamanho do REM, quantas novas instruções de máquina poderiam ser criadas? Entregue ao professor as respostas obtidas pelo grupo. ETAPA 2 Aula tema: Execução de programas. Esta atividade é importante para que você compreenda a relação e as restrições de programação impostas pelas decisões de organização da arquitetura computacional.
Pág. 6 de 6 Execute o programa decodificando cada uma das instruções utilizando o programa apresentado na Tabela 2 e os códigos de instrução apresentados na Tabela 1. Crie um documento especificando o valor assumido pelas diferentes posições de memórias, além dos valores dos registradores PC e ACC a cada passo da execução. Entregue ao professor o documento final elaborado pelo grupo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS MONTEIRO, M. A. Introdução à Organização de Computadores. 5ª ed. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2007, v.1. TANENBAUM, A. S. Organização Estruturada de Computadores. 5ª ed. São Paulo: Prentice-Hall, 2006. PATTERSON, D. A.; HENNESSY, J. L.. Organização e projeto de computadores: a Interface Hardware/software. 3ª ed. Rio de Janeiro: CAMPUS, 2005.