Arquitetura de Computadores

1- Descreva os passos que transformam um programa escrito em linguagem de alto nível. tal como C e uma representação que seja diretamente executável pelo processador de um computador.

São quatro etapas:

Compilador: O compilador transforma o programa C em um programa em assembly, uma forma simbólica daquilo que a maquina entende.

Montador: A tarefa principal de um montador é a montagem para o código de maquina. O montador transforma o código em assembly em um arquivo objeto, que é uma combinação de instruções de linguagem de maquina, dados e informações necessárias para colocar instruções corretamente na memória.

Linker: Também chamado link-editor, é um programa de sistema que combina programas em linguagem de maquina montados de maneira independente e traduz todos os rótulos indefinidos para um arquivo executável.

Loader: Um programa de sistema que coloca o programa objeto na memoria principal, para que esteja pronto para ser executado.

2- Considere três diferentes processadores P1, P2, P3 executando o mesmo conjunto de instruções P1 tem clock de 3GHz e CPI e 1,5. P2 tem clock de 2.5GBz e CPI de 1,0 e P3 tem clock cloc de 4GBz e CPI de 2,2. A partir dessas informações responda

a) Qual processador tem desempenho mais alto em termos de instruções por segundo?

Tempo de CPU = Inst*CPI/Freq de Clock, como ele quer saber em termos de instruções por segundo, temos que encontrar a relação “Inst/Tempo de CPU”.

Inst/Tempo de CPU = Freq de Clock/CPI

P1: 3,0x10^9/1,5 = 2x10^9 instruções por segundo

P2: 2,5x10^9/1 = 2,5x10^9 instruções por segundo

P3: 4,0x10^9/2,2 = 1,82x10^9 instruções por segundo

P2 tem maior desempenho em termos de instruções por segundo.

b) Se cada processador executa um programa em 10 segundos, encontre o número de ciclos e o número de instruções que serão executadas em cada um deles.

Na alternativa anterior, achamos o número de instruções executadas em 1s, logo, em 10s:

P1:10*2x10^9 instruções

P2:10*2,5x10^9 instruções

P3:10*1,82x10^9 instruções

O tempo de um ciclo de clock é dado pelo inverso da frequência de clock, 1/Freq, para saber quantos ciclos em 10s fazemos 10/Tempo de um ciclo = 10xFreq de clock.

P1:10*3,0x10^9 ciclos

P2:10*2,5x10^9 ciclos

P3:10*4,0x10^9 ciclos

c) calcule quanto teria que ser o clock de cada processador, se quiséssemos aumentar seu desempenho em 30%, sabendo que isso implica em um acréscimo de 20% no seu CPI

Aumentar o desempenho em 30% quer dizer diminuir o tempo de CPU em 30%. O CPI aumenta em 20%. Devemos usar a fórmula original, substituindo o Tempo de CPU por 0,7*Tempo de CPU, e o CPI por 1,2*CPI.

Freq Clock Anterior = Inst*CPI / Tempo de CPU

Freq Clock Nova = Inst*1,2*CPI / 0,7*Tempo de CPU = 1,71*(Inst*CPI / Tempo de CPU) = 1,71*Freq Clock Anterior

P1: 1,71*3,0 GHz

P2: 1,71*2,5 GHz

P3: 1,71*4,0 GHz

3- Explique os modos de endereçamento do processador MIPS

Os modos de endureço do MIPS são os seguintes:

1 Endereçamento em registrador, onde o operando é o registrador.

2 Endereçamento de base ou deslocamento, onde o operando está no local de memória cuja o endereço é a soma de um registrador e uma constante na instrução.

3 Endereçamento imediato, onde o operando é uma constante dentro da própria instrução.

4 Endereçamento relativo ao pc, onde o endereçamento é a soma do PC e uma constante na instrução.

5 Endereçamento pseudo direto, onde o endereçamento de jump são os 26 bits da instrução concatenados com os bits mais altos do PC.

4- Quais tipos de instruções do processador MIPS não seguem o paradigma RISC?

As instruções de Divisão e Multiplicação. O paradigma RISC tem como base instruções reduzidas, e que essas instruções juntas possam realizar trabalhos maiores. Mas as instruções de Divisão e multiplicação, são instruções grandes, pois efetuam diversas operações o que vai contra o paradigma RISC.

5- Dois processadores executam um mesmo programa. O processador P1 executa 5,0x10⁶ instruções com clock de 4 GHz e CPI de 0,9. O processador P2 executa 1,0x10⁶ instruções com clock de 3GHz e CPI de 0,75. Com base, diga qual processador tem maior desempenho.

CPU Time = Intrucction x CPI / clock rate OU CPU Time = Intrucction x CPI x clock time

1. cputime = 5x10^6 x 0.9 / 4 x10^9 = 1.125 x10^-3

2. cputime = 1x10^6 x 0,75 / 3 x10 ^9 = 0,25 x10^-3

Ele quer saber quem tem maior desempenho, que é o que tem menor Tempo de CPU. Nesse caso é P2.

6- Na arquitetura do processador MIPS, explique como funciona o processo de chamada a procedimentos (esclareça também sobre as principais instruções usadas para executar a chamada ao procedimento)

Um procedimento ou uma função é uma ferramenta que os programadores usam para estruturar programas, tanto para torná-los mais fáceis de entender, tanto quanto para permitir que o código seja reutilizado. Os procedimentos realizam uma tarefa com base nos parâmetros com quais ela é provida.

Na execução de um procedimento, o programa precisa seguir seis etapas:

1 Colocar os parâmetros em um lugar onde o procedimento pode acessá-lo.

2 Transferir o controle para o procedimento.

3 Adquirir recursos de armazenamento necessários para execução do procedimento.

4 Realizar a tarefa desejada.

5 Colocar o valor de retorno em um local onde o programa que o chamou possa acessá-lo.

6 Retornar o controle para o ponto de origem, pois um procedimento pode ser chamado de vários pontos em um programa.

Para executar os procedimentos, o MIPS usa a instrução jal (jump and link), que salta para um endereço e simultaneamente salva o endereço da instrução seguinte em um registrador. E também a jr (jump register), que significa um desvio incondicional para um endereço de um registrador, que neste caso, é o mesmo que a jal salvou o endereço da próxima instrução.

7-Comente

a) As diferenças entre barramento síncronos e assíncronos

barramento síncrono -> Um barramento que inclui um clock nas linhas de controle e um protocolo fixo para comunicação, que é relativo ao clock

barramento assíncrono -> Um barramento que utiliza um protocolo de handshaking (é uma serie de etapas usadas para coordenar as transferências em barramentos assíncronos em que o emissor e o receptor só prosseguem para a próxima etapa quando as duas partes concordarem que a etapa atual foi concluída) para coordenar o uso, em vez de um clock; pode acomodar uma grande variedade de dispositivos, de diferentes velocidades

b) A função do TLB

A TLB é uma tabela com as traduções de endereço virtual para físico em um sistema de memória virtual. A tabela, armazenada na memória, normalmente indexada pelo número de página virtual; cada entrada na tabela contém o número da página física para essa página virtual se a página estiver atualmente na memória.

8- Entre o DMA e o Polling, qual método de transferência de dados de E/S apresenta melhor desempenho e por que?

DMA. O DMA é um co-processador responsável por analise da interrupção……….

O polling é um paradigma o qual encarrega o processador de ir verificar em cada dispositivo o seu status, para saber se os mesmos precisam de atenção do processador.O que gera uma perda de desempenho do processador.

Logo o DMA tem maior desempenho.