Arquitetura de Computadores II

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FACULDADES INTEGRADAS DE CARATINGA 
CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
DISCIPLINA: Arquitetura de Computadores II 
PROFESSOR: Maicon Ribeiro 
TURMA: 4º Período SEMESTRE / ANO: 2º / 2015 
DATA DE ENTREGA: 11/08/2015 VALOR: 05 pontos 
 
Exercícios 4 (revisão) 
Nome: Grace Kelly 
 
1. Explique cada uma das quatro principais funções dos processadores. 
 Realizar cálculos de operações aritméticas e comparações lógicas. 
 Manter o funcionamento do hardware e do software, pois ele interpreta e gerencia a execução 
de cada instrução do programa. 
 Administrar na memória principal além do programa submetido, os dados transferidos de um 
elemento ao outro da máquina visando o seu processamento. 
 Receber dados e comandos do usuário administrando-os e processando os mesmos de acordo 
com as instruções armazenadas em sua memória, e quando termina o processamento fornece o 
resultados como saída. 
 
2. Diferencie as memórias DRAM e SRAM. Quais as vantagens e desvantagens de 
cada uma? 
DRAM – Dynamic Random Access Memory (Memória de Acesso Randômico Dinâmica. 
Memória RAM dinâmica que, além de precisar de alimentação constante, necessita de 
atualizações periódicas (refrescamento) para não perder suas informações. O sistema utiliza essa 
memória para temporariamente guardar programas, dados e processar informações que são 
movimentadas do e para o processador (CPU), placa de vídeo, disco rígido e/ou outros 
periféricos. 
Vantagens: 
DRAM – Baixo custo e integração de uma grande quantidade de células num espaço pequeno, 
permite a produção de chips em larga escala pois suas células são mais simples de serem 
construídas, baixo consumo de energia. 
Desvantagens: 
DRAM – O tempo de acesso é relativamente alto, exige refresh onde é necessário atualizar os 
dados armazenados já que o capacitor perde a sua carga num tempo de 2ms. 
SRAM – Static Random Access Memory (Memória Estática de Acesso Aleatório, é um tipo de 
memória de acesso aleatório que mantém os dados armazenados desde que seja mantida sua 
alimentação, não precisando que as células que armazenam os bits sejam refrescadas (atualizadas 
de tempo em tempo). 
 
 
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PROFESSOR: Maicon Ribeiro 
TURMA: 4º Período SEMESTRE / ANO: 2º / 2015 
DATA DE ENTREGA: 11/08/2015 VALOR: 05 pontos 
 
Vantagens: 
SRAM – São mais rápidas que a DRAM. 
Desvantagens: 
SRAM – custo de fabricação alto, ocupa um espaço relativamente grande para cada célula de 
memória. 
3. Um processador de 32 bits realizará um processamento com tempo superior a um 
processador de 64 bits? Explique. 
O termo 32 bits e 64 bits fazem referencia ao tamanho do registro do processador, que é o local 
onde ele armazena os endereços dos dados que o processador precisa acessar mais rapidamente. 
Um processador de 32 bits guarda um total de 2³² de endereços diferentes que apontam para a 
memória RAM, portanto ele só consegue aproveitar 4GB de memória RAM. Já o processador de 
64 bits consegue trabalhar com 264 de endereços diferentes, por isto pode acessar mais memória 
RAM conseguindo assim acessar de maneira mais rápida e eficiente, o que acaba deixando o 
computador mais rápido. 
4. A relação entre processador e sistema operacional é decisiva para a velocidade de 
execução de um processo. Supondo o uso de um processador de 64 bits, explique as 
possibilidades de executar processos de 32 ou 64 bits em sistemas operacionais de 32 e 
64 bits. 
Ao utilizar um sistema operacional de 32 bits, iremos utilizar apenas aplicações de 32 bits. Ao 
usarmos um sistema operacional de 64 bits, poderemos utilizar aplicações de 32 bits, o que fará 
não termos nenhum ganho de tempo de processamento, já paras as aplicações de 64 bits é 
estimado um ganho de 20% no uso dos registradores. Utilizando um sistema operacional de 64 
bits e aplicativos em modo de compatibilidade para as aplicações de 32 bits, teremos lixo de 
memória e dificuldade para encontrar versões nativas apropriadas. 
5. Quais as principais diferenças entre processadores multicore e singlecore? 
Multicore – Processador formado por dois ou mais núcleos independentes que são capazes de 
processar instruções diferentes de forma simultânea. 
Singlecore – Processador formado por um único núcleo processa apenas uma instrução por vez. 
 
6. Quais as principais diferenças dos processadores monociclo e multiciclo? 
 
 
 
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Processadores Monociclo são baseados em um único ciclo de clock, que tem o mesmo 
tamanho para todas as instruções implementadas, ou seja, é grande o suficiente para acomodar 
todas as instruções a serem consideradas. Este ciclo é definido pela instrução de maior duração 
(lw – load word). Cada unidade funcional só pode ser usada 1 vez por ciclo. Toda a instrução 
começa sua execução em uma transição ativa do clock e completa a execução na próxima 
transição ativa do sinal do clock. Assim todas as instruções gastam o mesmo tempo para 
serem executadas, tempo este que vai corresponder ao tempo gasto na execução da 
instrução mais demorada, e que deve ser obrigatoriamente igual ao ciclo de clock. Com isso, 
algumas unidades funcionais são duplicadas, aumentando consideravelmente o custo do 
hardware. 
 Processadores Multiciclos – A execução de cada instrução é quebrada em passos, o que 
permite que uma unidade funcional seja utilizada mais de uma vez por instrução, uma vez 
que ela está sendo usada em ciclos diferentes de clock. Cada passo gasta 1 ciclo de clock. Esta 
possibilidade de compartilhamento pode ajudar a reduzir a quantidade de hardware 
necessário. Uma unidade funcional pode ser utilizada + de 1 vez por instrução, desde que em 
diferentes ciclos. Com isto é possível de realizar a execução de instruções em quantidade 
diferentes de períodos do clock, e a capacidade de compartilhar unidades funcionais dentro 
do espaço de tempo necessário à execução de uma única instrução. 
 
 
7. Explique a relação existente entre a hierarquia de memória e o desempenho de um 
computador comum. 
Para que possa ocorrer a execução correta de instruções de um programa de dados de e para a 
memória de um computador, o mesmo precisa de diferentes tipos de memória. Devido a essa 
grande variedade de tipos de memória, não é possível implementar um sistema com uma única 
memória, com a existência de muitas memórias estas mesmas se interligam de maneira eficaz e 
estruturada, constituindo um sistema sem si, o qual podemos denominar como subsistema de 
memória. E este subsistema está organizado hierarquicamente. Figura abaixo: 
 
 
 
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Quanto mais baixo na hierarquia mais barata e velocidade baixa, e quanto mais no topo mais cara e 
mais rápida. As memórias do topo ficam próximas ao processador, com isto a sua velocidade é 
melhor, porem elas trabalham com poucos bits por vez. 
8. Qual a utilidade de organizar as memórias para ter uma cache diretamente mapeada? 
Qual a diferença desse tipo de cache para as caches sem esse tipo de mapeamento? 
A memória Cache é um dispositivo de acesso rápido, interno a um sistema, que serve de 
intermediário entre um operador de um processo e o dispositivo de armazenamentoao qual 
esse operador acede. A vantagem principal na utilização de um cache consiste em evitar o 
acesso ao dispositivo de armazenamento - que pode ser demorado -, armazenando os dados 
em meios de acesso mais rápidos. 
Mapeamento direto: Uma estrutura de cache em que cada local da memória é mapeado 
exatamente para um local na cache. Na Cache diretamente mapeada cada bloco da memória 
principal é mapeado para uma linha do cache. Um cachê com acesso diretamente mapeado é 
mais rápido e consome menos energia do que um cachê associativo, devido à 
simplicidade de sua implementação em termos de hardware. Em contrapartida o cachê 
diretamente mapeado possui uma taxa de falha maior que o cachê associativo, dependendo do 
padrão de acesso à memória da aplicação que está sendo executada. 
Utilidades: Acesso simultâneo ao tag e aos dados; Não é necessária memória associativa; 
Algoritmo de substituição é trivial; Taxa de acerto é baixa se dois (ou mais) blocos mapeados 
no mesmo slot são utilizados alternadamente. A diferença desse tipo de cache para as caches 
sem esse tipo de mapeamento é que esse tipo de cache possui uma implementação e um 
funcionamento mais simples que as demais. 
9. Como se dá o processo de virtualização da memória cache? 
A virtualização da memória cachê consiste na subdivisão da memória em pequenas partições 
(frames), para permitir uma utilização mais eficiente da mesma, as frames da memória física 
 
 
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correspondem a páginas de memória virtual.A alocação de memória é requisitada por 
páginas,cada página é mapeada numa frame de memória através de um processo chamado 
paginação.A paginação é implementada normalmente por unidades dedicadas de hardware 
integradas nos processadores.A paginação é obtida através de consulta a tabelas que relacionam 
os endereços lineares das paginas com os endereços físicos das frames de memória 
respectivas.Cada processo no computador tem sua própria tabela de paginas, em que cada 
endereço virtual corresponde o endereço físico em que a informação está efetivamente 
armazenada. Visto que a informação está dividida em pequenas unidades, o seu armazenamento 
não tem de ser necessariamente sequencial, o que elimina a fragmentação externa da memória. 
10. Explique de maneira sucinta os passos de execução de um processo no 
seguinte caminho de dados: 
 
Nesta construção são mostrados os respectivos sinais de controle associados aos componentes. 
Baseamos estas construções nos seguintes passos de execução de uma instrução: busca, execução e 
resultado. O passo de decodificação de uma instrução pertence à seção de controle de processador. 
 Busca 
Para realizar a busca são necessários três componentes; sendo dois elementos de estado e um somador. 
Um dos elementos de estado armazena instruções (memória de instruções) e o outro armazena o 
endereço da próxima instrução a ser executada (programa coutter – PC). O terceiro elemento calcula o 
endereço da próxima instrução a ser executada (somador). O PC é um registrador de 32 bits que é 
atualizado ao final de cada ciclo de chave. Por esse motivo não precisando de um sinal específico para 
a sua atualização. A tarefa do somador é incrementar o valor do PC. 
 Execução de instruções Lógicas e Aritméticas 
 
 
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DATA DE ENTREGA: 11/08/2015 VALOR: 05 pontos 
 
Todas as instruções lógicas e aritméticas do processador MIPS precisam ler dois registradores, realizar 
a operação sobre o resultado num terceiro registrador. Essas classes de instruções incluem operações 
como add, sub, and , or entre outras. 
O conjunto dos registradores de 32 bits do processador MIPS forma um estrutura que é conhecida 
como banco de registradores. Podendo esses registradores serem lidos ou escritos. Além dele é 
necessário uma ULA para operar sobre os valores lidos dos registradores. 
 Execução de Instruções de Load e Store 
Considere as instruções de load word e sotre word do processador MIPS, que tem a forma LW $t1, 
deslocamento ($t2) ou SW$t1, deslocamento ($t2). Elas calculam um endereço de memória somando 
um conteúdo de um registrador – base ($t2) do número de 16 bits sem sinal armazenado no campo de 
deslocamento da instrução. O registrador $t1 armazena o dado que vai ser lido ou escrito na memória. 
Dessa forma precisamos do banco de registradores e da ULA. Precisamos além dessa de uma memória 
de dados e uma unidade de extensão de sinal para atender o campo de 16 bits do deslocamento para 
um valor de 32 bits com sinal.