AC 03 - ACSO

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Arquitetura de Computadores e Sistemas Operacionais
AC - 03
1. Uma das características das arquiteturas RISC é que a maioria das instruções
possuem tamanhos iguais. Quais as consequências e vantagens desta característica? Pg
519
R:Com o ganho de desempenho as conseqüências são o aumento da
memória cache e respectivamente o aumento de custo
2. Defina pipeline e sua importância no desempenho dos processadores. Pg 441
R:Pipeline é uma técnica de hardware que permite que a CPU realize a busca
de uma ou mais instruções além da próxima a ser executada. Estas
instruções são colocadas em uma fila de memória dentro do processador
(CPU) onde aguardam o momento de serem executadas. A importância do
pipeline é que novas entradas são aceitas em uma extremidade antes que
entradas aceitas previamente apareçam como saídas,aumentando o fluxo de
informação.
3. Explique a diferença de processamento entre os três modelos de máquina. Como
funciona o processamento de informações dependentes. Pg 529
R:Na máquina base o processamento de
busca-decodificação-execução-escrita é realizado, e um novo ciclo se inicia
durante a fase de decodificação do processamento anterior. Já na máquina
com superpipeline o ciclo se inicia pela segunda vez já na metade da fase de
busca do processamento anterior, levando apenas meio período para o início
de cada processo.E na máquina Superescalar os ciclos de processamento
são iguais aos da máquina Base, com a diferença de que ocorre o dobro de
processamento no mesmo periodo.Um mesmo ciclo realiza duas buscas,
duas decodificações, duas execuções e duasescritas.No processamento de
informações dependentes uma segunda instrução pode ser buscada e
decodificada antecipadamente, mas não pode ser executada até que seja
completada a execução da primeira instrução.
4. Defina Princípio Estatístico Comprovado.
R:São os programas que tendem a referenciar várias vezes pequenos
trechos de códigos, como loops, sub-rotinas, funções e só tem sentido
porque programas executados linearmente, sequencialmente, são raros.
Desta forma, algoritmos (chamados algoritmos de cache) podem controlar
qual parte do código ficará copiado na cache, a cada momento.
5. O que é predição de desvio? Qual a diferença entre as técnicas de predição estáticas
e as dinâmicas? Pg 450
R:É saber com antecedência se um desvio será tomado ou não. Para isso
existem várias técnicas, podendo ser estáticas ou dinâmicas.
As estáticas não dependem do histórico de execução de instruções até o
momento em que ocorre a instrução de desvio condicional. Já as dinâmicas
dependem do histórico de execução.
6. Como é a classificação de arquiteturas paralelas proposta por Flynn? Explique cada
arquitetura. Pg 651
R:A Taxonomia de Flynn é um modelo de classificação de arquitetura de
computadores baseado no fluxo de instruções e dados. Esta classificação é
dividida em quatro categorias: SISD, SIMD, MISD e MIMD.
A classificação SISD (Single Instruction, Single Data) equivale a um
programa puramente seqüencial, sendo também conhecida como arquitetura
Von Neumann. Um fluxo único de instruções é aplicado sobre um conjunto
único de dados. O modelo das arquiteturas vetoriais múltiplas operandos
simultaneamente, é denominada SIMD (Single Instruction, Multiple Data).
Na classificação MISD (Multiple Instruction, Single Data), múltiplas unidades
de processamento realizam operações diferentes sobre um mesmo conjunto
de dados.numa máquina de fluxo de dados, uma unidade de processamento
realiza uma operação sobre o dado e o passa à unidade de processamento
seguinte que executa uma operação diferente sobre o mesmo dado.
A arquitetura MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) empregada em
multiprocessadores. Nesta arquitetura, diferentes instruções são executadas
sobre diferentes conjuntos de dados simultaneamente, usando unidades de
processamento diferentes controladas por unidades de controle
independentes.
7. Qual a diferença entre as arquiteturas SMP (UMA), NUMA, CC-NUMA e COMA? Pg
676
R:UMA (Uniform Memory Access) Neste tipo de máquina, o tempo para o
acesso aos dados na memória é o mesmo para todos os processadores a
para todas as posições da memória. Essas arquiteturas também são
chamadas de SMP (Symmetric MultiProcessor). A forma de interconexão
mais comum neste tipo de máquina é o barramento e a memória geralmente
é implementada com um único módulo. O principal problema com este tipo
de arranjo é que o barramento e a memória tornam-se gargalos para o
sistema, que fica limitado a uma única transferência por vez.
NUMA (Non-Uniform Memory Access) Neste tipo de multiprocessadores, a
memória geralmente é distribuída e portanto implementada com múltiplos
módulos. Cada processador está associado a um módulo, mas o acesso aos
módulos ligados a outro processador é possível. O espaço de
endereçamento é comum a todos os processadores e a latência para ler ou
escrever na memória pertencente a um outro processador é maior que a
latência para o acesso à memória local.As máquinas NUMA também estão
sujeitas aos problemas de coerência de cache, e conforme a solução
implementada existem variações deste tipo de arquitetura.
CC-NUMA (Cache Coherent NUMA) Nesse tipo de máquina, a coerência de
cache é garantida pelo hardware.
COMA (Cache Only Memory Architecture) São multiprocessadores baseados
em memórias cache de alta capacidade, em que a coerência é conseguida em
hardware com a atualização simultânea em múltiplos nós dos dados
alterados. Esse tipo de arquitetura é bastante complexo e faz com que estas
máquinas tenham um custo elevado.
8. Como é feita a comunicação entre processos em clusters com memória distribuída?
E com memória compartilhada? Pg 673
R:Processos em máquinas paralelas com a memória distribuída: necessita
de um software de gerenciamento ou escalonagem para atribuir aos
servidores as requisições recebidas do cliente.
Memória compartilhada: requer uso de alguma facilidade de bloqueio de
acesso, para assegurar que os dados sejam usados apenas por um
computador de cada vez .
9. Faça uma comparação entre as arquiteturas SMP e Cluster. Pg 675
R:A vantagem da abordagem SMP é a fácil configuração e para a migração
de um sistema convencional e a alocação de espaço físico para alocação do
equipamento Já a longo prazo o cluster se mostra mais vantajoso pois
supera o SMP em termos de escalabilidade absoluta e incremental e em
disposição pois seus componentes de sistema podem tornar-se altamente
redundante .
10. Calcule os períodos de clock (a-c) e as frequências (d-f) de operação dos seguintes
processadores:
a) 700 MHz
R: F = 1/T → T = 1/0,7x10^9 → T = 1,42x10^-9 → T = 1,42 ns
b) 1.6 GHz
R: F = 1/T → T = 1/1,6x10^9 → T = 0,625x10^-9 → T = 0,625 ns
c) 2.8 GHz
R: F = 1/T → T = 1/2,8x10^9 → T = 0,358x10^-9 → T = 0,358 ns
d) 1.6 ns
R: F = 1/T → F = 1/1,6x10^-9 → F = 0,625x10^9 → F = 0,625 GHz
e) 0.8 ns
R: F = 1/T → F = 1/0,8x10^-9 → F = 1,25x10^9 → F = 1,25 GHz
f) 0.2 ns
R: F = 1/T → F = 1/0,2x10^-9 → F = 5x10^9 → F = 5 GHz