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ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES SIMONE MARKENSON Rio de Janeiro, maio de 2011 1 AULA 1 Considere as afirmações abaixo: I) Um programa reproduz um algoritmo em uma linguagem de programação II) Um programa só pode ser desenvolvido em linguagem de máquina III) Um programa é desenvolvido em uma linguagem de programação e transformado para linguagem de máquina através da compilação Estão corretas: EXERCICIO – AULA 1 2 AULA 1 Considere as afirmações abaixo: I) Um programa reproduz um algoritmo em uma linguagem de programação II) Um programa só pode ser desenvolvido em linguagem de máquina III) Um programa é desenvolvido em uma linguagem de programação e transformado para linguagem de máquina através da compilação Estão corretas: I e III EXERCICIO – AULA 1 3 AULA 2 EXERCICIO – AULA 2 Lembrando que Bn é a quantidade de valores possíveis para uma base B com n algarismos, quantos valores são possíveis considerando: Base Decimal, 3 algarismos: Base Binária, 10 algarismos: Base Hexadecimal, 2 algarismos: AULA 2 EXERCICIO – AULA 2 Lembrando que Bn é a quantidade de valores possíveis para uma base B com n algarismos, quantos valores são possíveis considerando: Base Decimal, 3 algarismos: 103 = 1000 combinações Base Binária, 10 algarismos: 210 = 1024 combinações Base Hexadecimal, 2 algarismos: 162 = 256 combinações AULA 2 Qual o tamanho em bytes de uma unidade de memória que possui 2K endereços de 4 bytes cada? O número AB na base hexadecimal equivale na base decimal a: EXERCICIO – AULA 2 6 AULA 2 Qual o tamanho em bytes de uma unidade de memória que possui 2K endereços de 4 bytes cada? 21 * 210 * 22 = 213 bytes O número AB na base hexadecimal equivale na base decimal a: A*161 + B*160 = 10*16 + 11*1 = 17110 EXERCICIO – AULA 2 7 Binária Hexadecimal Hexadecimal Binário AULA 3 Qual a representação em hexadecimal do número representado em binário por 1010 1111 0001 0010? EXERCICIO – AULA 3 Binária Hexadecimal Hexadecimal Binário AULA 3 EXERCICIO – AULA 3 Qual a representação em hexadecimal do número representado em binário por 1010 1111 0001 0010? Decimal Binário AULA 3 EXERCICIO – AULA 3 Qual a representação em binário do número representado decimal por 475? Decimal Binário AULA 3 EXERCICIO – AULA 3 Qual a representação em binário do número representado decimal por 475? 475 | 2 1 237 | 2 1 118 | 2 0 59 | 2 1 29 | 2 1 14| 2 0 7 | 2 1 3 | 2 1 1 | 2 1 0 111011011 Considere os valores lógicos A = 1100 e B = 0011. Podemos afirmar que os valores lógicos de X para X = A * B e X = A + B são, respectivamente: O inteiro, em decimal, codificado na representação binária 10110010 (1 byte) em complemento a 2 é: AULA 4 EXERCICIO – AULA 4 12 Considere os valores lógicos A = 1100 e B = 0011. Podemos afirmar que os valores lógicos de X para X = A * B e X = A + B são, respectivamente: A B A*B A+B 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 O inteiro, em decimal, codificado na representação binária 10110010 (1 byte) em complemento a 2 é: AULA 4 EXERCICIO – AULA 4 13 Considere os valores lógicos A = 1100 e B = 0011. Podemos afirmar que os valores lógicos de X para X = A * B e X = A + B são, respectivamente: A B A*B A+B 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 O inteiro, em decimal, codificado na representação binária 10110010 (1 byte) em complemento a 2 é: Somar os pesos dos bits 1 (sem o peso que teria o bit de sinal). Subtrair do resultado da soma o peso do bit de sinal. X = 2 + 16 + 32 – 128 = -78 AULA 4 EXERCICIO – AULA 4 14 AULA 4 Considere a expressão X = A + B* C, onde: A = 1, B = 0, C = 1 e A = 0, B = 0, C = 1 O valor de X em cada caso será, respectivamente: Considere a instrução assembly XOR R1,R2 de um certo computador de 8 bits em que a operação lógica "ou-exclusivo" é realizada entre o operando fonte (no caso R1) e o operando destino (no caso R2) e o resultado carregado no lugar do operando destino (R2). Sendo os conteúdos de R1 e R2, respectivamente, em notação hexadecimal, 55 e AA, ao final da execução da instrução o conteúdo de R2, também em notação hexadecimal, será: EXERCICIO – AULA 4 15 AULA 4 Considere a expressão X = A + B* C, onde: A = 1, B = 0, C = 1 e A = 0, B = 0, C = 1 O valor de X em cada caso será, respectivamente: X = 1 + 0 * 1 = 1 + 0 = 1 VERDADEIRO X = 0 + 0 * 1 = 0 + 0 = 0 FALSO Considere a instrução assembly XOR R1,R2 de um certo computador de 8 bits em que a operação lógica "ou-exclusivo" é realizada entre o operando fonte (no caso R1) e o operando destino (no caso R2) e o resultado carregado no lugar do operando destino (R2). Sendo os conteúdos de R1 e R2, respectivamente, em notação hexadecimal, 55 e AA, ao final da execução da instrução o conteúdo de R2, também em notação hexadecimal, será: EXERCICIO – AULA 4 16 AULA 4 Considere a expressão X = A + B* C, onde: A = 1, B = 0, C = 1 e A = 0, B = 0, C = 1 O valor de X em cada caso será, respectivamente: X = 1 + 0 * 1 = 1 + 0 = 1 VERDADEIRO X = 0 + 0 * 1 = 0 + 0 = 0 FALSO Considere a instrução assembly XOR R1,R2 de um certo computador de 8 bits em que a operação lógica "ou-exclusivo" é realizada entre o operando fonte (no caso R1) e o operando destino (no caso R2) e o resultado carregado no lugar do operando destino (R2). Sendo os conteúdos de R1 e R2, respectivamente, em notação hexadecimal, 55 e AA, ao final da execução da instrução o conteúdo de R2, também em notação hexadecimal, será: 55h = 01010101 AAh= 10101010 XOR 11111111 FFh EXERCICIO – AULA 4 17 AULA 5 Um cliente é atendido no balcão de uma lanchonete e faz o seguinte pedido: “Por favor quero um cheeseburguer (A) com um Guaraná (C) ou uma Fanta Uva (C)”. Qual expressão lógica sintetiza este pedido? Um vendedor oferece ao seu cliente: “Hoje estamos em oferta, se você levar a televisão de LCD (A) mais o aparelho de DVD (B) você também levará gratuitamente um IPod (C) ou um aparelho celular (D)”. Qual expressão lógica sintetiza esta venda? EXERCICIO – AULA 5 18 AULA 5 Um cliente é atendido no balcão de uma lanchonete e faz o seguinte pedido: “Por favor quero um cheeseburguer (A) com um Guaraná (C) ou uma Fanta Uva (C)”. Qual expressão lógica sintetiza este pedido? A * ( C + B ) Um vendedor oferece ao seu cliente: “Hoje estamos em oferta, se você levar a televisão de LCD (A) mais o aparelho de DVD (B) você também levará gratuitamente um IPod (C) ou um aparelho celular (D)”. Qual expressão lógica sintetiza esta venda? EXERCICIO – AULA 5 19 AULA 5 Um cliente é atendido no balcão de uma lanchonete e faz o seguinte pedido: “Por favor quero um cheeseburguer (A) com um Guaraná (C) ou uma Fanta Uva (C)”. Qual expressão lógica sintetiza este pedido? A * ( C + B ) Um vendedor oferece ao seu cliente: “Hoje estamos em oferta, se você levar a televisão de LCD (A) mais o aparelho de DVD (B) você também levará gratuitamente um IPod (C) ou um aparelho celular (D)”. Qual expressão lógica sintetiza esta venda? ( A * B ) * (D + C) EXERCICIO – AULA 5 20 MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS Dados e instruções armazenados em uma única memória utilizada tanto para leitura quanto para escrita Os dados armazenados na memória podem ser acessados através de endereços A execução de um programa ocorre sequencialmente, por ordem de endereços, exceto se for feita algum desvio explicito no programa AULA 6 MEMÓRIA PROCESSADOR ENTRADA e SAÍDA REM / MAR RDM / MBR CONTROLE DADOS Registrador de Dados da Memória AULA 6 MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS 22 MEMÓRIA PROCESSADOR ENTRADA e SAÍDA REM / MAR RDM / MBR CONTROLE ENDEREÇO Registrador de Endereços da Memória AULA 6 MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS 23 MEMÓRIA PROCESSADOR ENTRADA e SAÍDA REM / MAR RDM / MBR CONTROLE OPERAÇÃO (READ/WRITE) Unidade de Controle AULA 6 MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS 24 MEMÓRIA Unidade de Controle Unidade Aritmética e Lógica ENTRADA e SAÍDA REGISTRADORESAULA 6 Unidade Central de Processamento Gerenciamento do fluxo interno dos dados Execução de operações lógicas e aritméticas Células de memória dentro do processador MODELO DE VON NEUMANN CARACTERÍSTICAS 25 REGISTRADORES Tamanho da célula Determina RDM Célula de 32 bits RDM com 32 bits Tamanho da memória em células Determina REM Memória com 256 células REM com 8 bits AULA 6 AULA 6 Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com REM de 32 bits. Podemos afirmar que: Este computador utiliza uma célula de 32 bits Este computador possui 32 instruções Este computador utiliza uma célula de 4GB Este computador pode endereçar 4G células Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com RDM de 64 bits. Podemos afirmar que: Este computador pode endereçar 64M células Este computador possui 64 instruções Este computador pode ter no máximo 8GB de memória Este computador utiliza uma célula de 64 bits EXERCICIO – AULA 6 27 AULA 6 Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com REM de 32 bits. Podemos afirmar que: Este computador utiliza uma célula de 32 bits Este computador possui 32 instruções Este computador utiliza uma célula de 4GB Este computador pode endereçar 4G células Considere um computador baseado no modelo de Von Neumann com RDM de 64 bits. Podemos afirmar que: Este computador pode endereçar 64M células Este computador possui 64 instruções Este computador pode ter no máximo 8GB de memória Este computador utiliza uma célula de 64 bits EXERCICIO – AULA 4 28 INSTRUÇÕES AULA 7 São as ordens que o computador entende Cada família de processadores tem o seu próprio conjunto de instruções instruction set Quem usa essas instruções? Programador Assembly Compiladores Instruções podem possuir formatos diferentes, dependendo do número de operandos Instruções Aritméticas e Lógicas Instruções de Movimentação de Dados Instruções de Transferências de Controle Transferem dados entre registradores ou entre registrador e memória principal (MOV) Realizam operações aritméticas (ADD, SUB ...) e lógicas (AND, OR) Executam o desvio do fluxo sequencial do código (JMP) TIPOS DE INSTRUÇÕES AULA 7 ADD op1,op2,op3 MOV op1,op2 ADD OP1 OP2 OP3 MOV OP1 OP2 EXEMPLOS DE INSTRUÇÕES AULA 7 CÓDIGO DA OPERAÇÃO opcode OPERANDOS Três, nesse caso IMEDIATO DIRETO INDIRETO Utiliza um valor como operando e não um endereço na memória: ADD #A,R1 Indica o endereço de memória onde está o operando: ADD (A), R1 Indica um ponteiro para o operando: ADD (R1),R2 MODOS DE ENDEREÇAMENTO AULA 7 O endereço se refere a um registrador: ADD R,OP1 Obtido pela soma do operando com o conteúdo de um registrador base: ADD (A)R1, R2 REGISTRADOR DESLOCAMENTO Um processador possui um conjunto de instruções que emprega vários modos de endereçamento. Considere que a memória principal possui endereços de 16 bits e o mapa de memória abaixo. Para cada item diga qual o valor obtido. ENDEREÇO CONTEÚDO 15B9 7C 15BA 82 15BB 15 15BC BE 15BD 15 15BE B9 AULA 7 A instrução possui o modo direto e o operando possui o valor 15BD: 15 b) A instrução usa o modo imediato e o operando possui o valor 15BD: 15BD A instrução usa o modo indireto e o operando possui o valor 15BD: 7C EXERCíCIO – AULA 7 AULA 7 O tamanho da instrução (de máquina) de certo computador é de 12 bits; os 4 bits mais significativos especificam o código da operação (opcode) e os 8 bits restantes o operando. O número máximo de instruções (operações) diferentes que esse computador pode ter é: Quais as etapas da execução de uma instrução: Inicio, Codificação, Busca Operandos, Fim Busca, Codificação, Envio Operandos, Fim Busca, Decodificação, Busca Operandos, Fim Inicio, Decodificação, Envio Operandos, Fim EXERCICIO – AULA 7 34 AULA 7 O tamanho da instrução (de máquina) de certo computador é de 12 bits; os 4 bits mais significativos especificam o código da operação (opcode) e os 8 bits restantes o operando. O número máximo de instruções (operações) diferentes que esse computador pode ter é: 24 = 16 Quais as etapas da execução de uma instrução: Inicio, Codificação, Busca Operandos, Fim Busca, Codificação, Envio Operandos, Fim Busca, Decodificação, Busca Operandos, Fim Inicio, Decodificação, Envio Operandos, Fim EXERCICIO – AULA 7 35 Buscar os operandos Decodificar operação Buscar uma instrução na memória 1 2 3 Reiniciar o ciclo Guardar o resultado (se for o caso) Executar a operação 4 5 6 Parada Início Busca da próxima instrução Executa instrução Ciclo de busca Ciclo de execução PROCESSADOR E AS INSTRUÇÕES AULA 8 INTERRUPÇÕES AULA 8 PIPELINE AULA 8 AULA 8 Considerando a operação lógica X = A + B, são funções da unidade de controle e da unidade lógica e aritmética, respectivamente: Efetuar a operação OR entre A e B; Localizar os operandos A e B Trazer os valores de A e B para registradores; Identificar a localização de X Localizar os operandos A e B; efetuar a operação lógica OR entre A e B Localizar os operandos A e B; efetuar a operação lógica AND entre A e B Considere um processador com pipeline ideal de 4 estágios. Se cada estágio ocupa um ciclo de processador, a execução de um programa com 10 instruções que utilizam os 4 estágios levará quantos ciclos? EXERCICIO – AULA 8 39 AULA 8 Considerando a operação lógica X = A + B, são funções da unidade de controle e da unidade lógica e aritmética, respectivamente: Efetuar a operação OR entre A e B; Localizar os operandos A e B Trazer os valores de A e B para registradores; Identificar a localização de X Localizar os operandos A e B; efetuar a operação lógica OR entre A e B Localizar os operandos A e B; efetuar a operação lógica AND entre A e B Considere um processador com pipeline ideal de 4 estágios. Se cada estágio ocupa um ciclo de processador, a execução de um programa com 10 instruções que utilizam os 4 estágios levará quantos ciclos? 1ª instrução: 4 ciclos Demais 9 instruções: 1 ciclo adicional para cada Total = 13 ciclos EXERCICIO – AULA 8 40 LFU inicio 6 3 2 5 8 4 1 3 L1 6 L2 5 L3 4 L4 3 L5 2 L6 1 EXERCICIO – AULA 9 AULA 9 LFU inicio 6 3 2 5 8 4 1 3 L1 6 6 6 6 6 6 6 1 1 L2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 L3 4 4 4 4 4 8 8 8 8 L4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 L5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 L6 1 1 1 1 1 1 4 4 4 CM CM CM EXERCICIO – AULA 9 AULA 9 Transferência de um arquivo em disco Tempo de seek - tempo gasto para posicionar o cabeçote em uma trilha Atraso rotacional - tempo gasto para posicionar um setor (latência) Transferência - tempo gasto para a transferência de dados (bytes) Tseek = n . m +S n = nº. de trilhas m = constante (depende do disco) S = Startup time Tatraso = 1/2r r =velocidade de rotação Ttrasnf= b/rN N = qtd de bytes na trilha O tempo T de transferência de um conjunto de dados é dado por: T = Tseek + Tatraso +Ttransf AULA 10 Considere um disco magnético com as seguintes características: Rotação=3600 rpm seek time=20ms 1 setor=512 bytes 1 trilha=32 setores Calcule o tempo de transferência de um arquivo de 128 KB armazenado de forma randômica EXERCICIO – AULA 10 AULA 10 Se o arquivo é randômico é necessário posicioná-lo a cada setor Rotação=3600 rpm seek time=20ms 1 setor=512 bytes 1 trilha=32 setores T = Tseek + Tatraso +Ttransf 128 Kb => 217 / 29 = 28 = 256 setores Calcular o tempos para ler um setor : Ttransf = 60/3600 = 16,7 ms (leitura de 32 setores, ou seja 1 trilha) T1 = 16,7/32 = 0,5 ms 2) Adicionar Tseek e Tatraso para cada setor: Tatraso = 1/2r = 60/(2x3600)s = 8,3 ms T2 = 20+8,3+0,5 ms = 28,8 ms 3) Multiplicar pela quantidade de setores T = 256 x T2 = 256 x 28,8 = 7372,8 ms AULA 10 EXERCICIO – AULA 10 Se o arquivo é randômico é necessário posicioná-lo a cada setor Rotação=3600 rpm seek time=20ms 1 setor=512 bytes 1 trilha=32 setores T = Tseek + Tatraso +Ttransf 128 Kb => 217 / 29 = 28 = 256 setores Calcular o tempos para ler um setor : Ttransf = 60/3600 = 16,7 ms (leitura de 32 setores, ou seja 1 trilha) T1 = 16,7/32 = 0,5 ms 2) Adicionar Tseek e Tatraso para cada setor: Tatraso = 1/2r = 60/(2x3600)s = 8,3 ms T2 = 20+8,3+0,5 ms = 28,8 ms3) Multiplicar pela quantidade de setores T = 256 x T2 = 256 x 28,8 = 7372,8 ms AULA 10 EXERCICIO – AULA 10 COMPARANDO: SEQUENCIAL = 220 MS
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