Lista de Exercicios

Prévia do material em texto

Lista de Exercícios II
Arquitetura e Organização de Computadores
Prof. Rodrigo Amorim
1. Uma das características das arquiteturas RISC é que a maioria das instruções possuem tamanhos iguais. Quais as consequências e vantagens desta característica? Pág. 519
Sua principal vantagem é o ganho de desempenho e velocidade nos processos, porém consequentemente o aumento da memória cache e respectivamente o aumento de custo.
2. Defina pipeline e sua importância no desempenho dos processadores. Pág. 441
É uma técnica que permite os processadores executarem tarefas diferentes ao mesmo tempo sendo capazes de respeitar a ordem das instruções que chegam ao processador, isto traz um uso mais racional da capacidade computacional com ganho substancial de velocidade.
3. Explique a diferença de processamento entre os três modelos de máquina. Como funciona o processamento de informações dependentes. Pág. 529
MÁQUINA ESCALAR: Usa o mesmo processo de uma máquina base, entretanto executa o dobro de instruções, enquanto est lendo a primeira instrução ele já procura sua finalização e lê a próxima em seguida, tornado um processo mais rápido, porém pesando pois ele armazena tudo em sua memória RAM, ocasionando em maior lentidão conforme RISC. 
MÁQUINA BASE: Busca informações e através disso aplica a busca, codificação, execução e logo em seguida a escrita em processo mais lento igual CISC.
PIPELINE: Há um clock fazendo com que o processo acelere 1,5x, fazendo o processamento do RISC ser mais ágil, lendo a primeira instrução e já executando metade da próxima. 
4. Defina Princípio Estatístico Comprovado.
A memória cache opera em função de um princípio estatístico comprovado: em geral, os programas tendem a referenciar várias vezes pequenos trechos de programas, 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? Pág. 450
A predição de desvio serve para saber, com antecedência, se um desvio será tomado ou não. A predição estatística avalia todo o processamento memória cache e histórico de processamento, já a predição dinâmica analisa toda fila de processamento (memórias cache e RAM), além do histórico de processamento onde a principal diferença entre elas é que, a dinâmica faz uma análise mais profunda, necessitando de um processamento maior diferente da estática que só utiliza a cache e o histórico.
6. Como é classificação de arquiteturas paralelas proposta por Flynn? Explique cada arquitetura. Pág. 651
As arquiteturas paralelas propostas por Flynn são dividias em quatro classificações: 
SISD, ou SINGLE INSTRUCTION SINGLE DATA, que tem somente um fluxo único de instruções sobre um único conjunto de dados, onde um processador único executa uma sequência única de instruções, armazenados em uma única memória.
SIMD ou, SINGLE INSTRUCTION MULTIPLE DATA, essa classificação corresponde ao processamento de vários dados sob o comando de apenas uma instrução. Em uma arquitetura SIMD o programa ainda segue uma organização sequencial. Para possibilitar o acesso a múltiplos dados é preciso uma organização de memória m diversos módulos. A unidade de controle é única e existem diversas unidades funcionais. 
MISD, ou MULTIPLE INSTRUCTION SINGLE DATA, essa classificação, múltiplas unidades de controle executem instruções distintas operam sobre o mesmo dado. Esta classe, na realidade, não representa nenhum paradigma de programação existente e é impraticável tecnologicamente.
MIMD, ou MULTIPLE INSTRUCTION MULTIPLE DATA, nesta arquitetura, há múltiplos fluxos de instruções, múltiplo fluxo de dados, vários processadores, cada um controlado por uma unidade de controle, processadores recebem instruções diferentes e operam sob fluxo de dados diferentes e podem ser síncronos ou assíncronos 
7. Qual a diferença entre as arquiteturas SMP (UMA), NUMA, CC-NUMA e COMA? Pág. 676
Arquitetura SMP Symmetric MultiProcessor (UMA), tem as seguintes características, distribuição de tarefas diferentes para uma só memória sendo as posições dos processadores ocasionava uma lentidão em um dos processos, ou seja, cada processador busca a informação um de cada vez.
Arquitetura NUMA, Acesso Não Uniforme à memória, nessa todos os processadores têm acesso a todas as partes da memória principal, fazendo com que o tempo seja diferente dependendo de qual região da memória está sendo acessada, podendo ser mais lentas ou mais rápidas. 
Arquitetura CC-NUMA, NUMA com coerência de cache, um sistema NUMA que garante finalização de um processador na sua memória através da sua memória cache ou seja o registro dela com isso consegue trazer a informação de quem vai processar ou de quem já fez o escalonamento ocasionando o acesso não uniforme à memória com coerência do cache. 
Arquitetura COMA, Cache-Only Memory Access, Assemelham-se a uma arquitetura NUMA, onde cada nó de processamento possui uma parte da memória global, seu particionamento dos dados entre as memórias de cada nó não é estática, as memórias funcionam como caches de nível 3. O problema de partição de dados e balanceamento dinâmico de carga é realizado automaticamente. Conforme o algoritmo de coerência utilizado, os dados migram automaticamente para as caches locais dos processadores onde é mais necessária.
8. Como é feita a comunicação entre processos em clusters com memória distribuída? E com memória compartilhada? Pág. 673
Memória distribuída, a máquina principal envia as tarefas e as máquinas restantes as devolve e utiliza bastante processamento que se nomeia como o HPC High performance Computing tendo um sistema operacional para controlar.
Memória compartilhada, a Máquina principal ela faz um escalonamento para às máquinas com isso ela se torna diferente da distribuída pois permite que as outras máquinas possam devolver a informação e armazenar com isso a máquina que executou o escalonamento queimar ás outras podem ser consideradas como principais e para os outras programas desenvolvidos para multiprocessadores com memória compartilhada podem ser facilmente portados para multiprocessadores sem memória compartilhada, clusters e compartilhada, clusters e grids.
9. Faça uma comparação entre as arquiteturas SMP e Cluster. Pág. 675
O multiprocessamento simétrico ou SMP (Symmetric Multi-Processing) ocorre em um sistema computacional com vários processadores com memória compartilhada sob controle de um único sistema operacional. Em contraste o multiprocessamento assimétrico emprega sistemas diferentes. O multiprocessamento simétrico oferece um aumento linear na capacidade de processamento a cada processador adicionado. Não há necessariamente um hardware que controle este recurso, cabe ao próprio sistema operacional suportá-lo. Já a arquitetura Cluster, são uma alternativa para multiprocessamento simétrico como uma abordagem para fornecer alto desempenho e disponibilidade e são bastante atraentes para aplicações de servidores. Podemos definir um cluster como um grupo de computadores completos interconectados trabalhando juntos, como um recurso computacional unificado que pode criar a ilusão de ser uma única máquina. O termo computador completo significa um sistema que pode funcionar por si só, à parte do cluster; na literatura, cada computador em um cluster normalmente é chamado de um nó. Suas principais vantagens são a escalabilidade absoluta e incremental, custo-benefício, disponibilidade e flexibilidade, em contrapartida, há como desvantagens seu espaço físico, consumo de energia, manutenção e operação, compatibilidade de sistemas e sua configuração. 
 10. Calcule os períodos de clock (a-c) e as frequências (d-f) de operação dos seguintes processadores: 
a) 700 MHz – T= 1/0,7.10^9= 1,42.10^-9S = 1,42ns
b) 1.6 GHz – T= 1/1,6.10^9= 0,625.10^-9S = 0,625ns
c) 2.8 GHz – T = 1/2,8.10^9 = 0,357.10^-9S = 0,357nsd) 1.6 ns – F = 1/1,6. 10^-9 = 0,625.10^9 = 0,625GHz
e) 0.8 ns – F = 1/0,8.10^-9 = 1,25.10^9 = 1,25GHz
f) 0.2 ns – F = 1/0,2. 10^-9 = 5.10^9 = 5GHz