Prova 1_IACOM_2011.2_Tipo A_Respondida

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Universidade Federal do Maranhão – UFMA ˥ 
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia - CCET 
Departamento de Engenharia de Eletricidade 
Av. dos Portugueses, s/no - Campus Universitário do Bacanga 
65080-040 - São Luís - MA - Brasil 
 
1 
 
Nome: _____________________________________ 
Código: _____________________ 
Data: _____/_____/_____ 
 
Introdução a Arquitetura de Computadores 
Prof. Denivaldo Lopes 
 
Prova I 
 
1. Forneça uma definição para (Pontos: 1,25): 
a. Arquitetura, Organização, Estrutura e Função de computadores. 
Resp: 
 Arquitetura de computador refere-se aos atributos de um sistema visíveis a 
um programador ou, em outras palavras, aqueles atributos que possuem um 
impacto direto sobre a execução lógica de um programa. 
 Organização de computador refere-se às unidades operacionais e suas 
interconexões que realizam as especificações arquiteturais. 
 Estrutura é o modo como os componentes são inter-relacionados. 
 Função é a operação individual de cada componente como parte da 
estrutura. 
 
b. Microprocessador e microcontrolador. Diferenciando-os. 
Resp: 
 Microprocessador é um sistema capaz de executar operações lógicas e 
aritméticas e fazer tomadas de decisão baseada em dados. Também pode ser 
visto como todos os componentes de uma CPU em um único chip. Entretanto, 
um microprocessador precisa de memória principal (RAM), dispositivos de 
entrada-saída, sistema de clock e conversores de sinais para que possa funcionar. 
 Microcontrolador computa dados, mas com capacidade reduzida se 
comparada aos microprocessadores. Possui elevada capacidade de fazer entrada-
saída. Deve ser pequeno, barato e auto-condido. Funciona em temperaturas 
extremas. Consome pouca energia se comparado ao microprocessador. Possui 
memória reduzida. 
 
c. Lei de Moore. 
Resp: 
 A Lei de Moore indica que o número de transistores que poderia ser 
colocado em um único chip estava dobrando a cada ano. 
 
 
d. Classificação Geral de Computadores. Explique-os. 
NOTA: 
N = 
Resolução 
 
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2 
 
Resp: 
Os computadores podem ser classificados em: 
 Computadores Analógicos: manipulam sinais elétricos do tipo contínuo. A 
programação geralmente se acha implementada na fiação dos circuitos. São 
utilizados principalmente para controle de processo e instrumentação. 
 Computadores Digitais: manipulam sinais elétricos do tipo discreto. A 
programação é elaborada através do uso de uma linguagem de programação. 
 Computadores Híbridos: reúnem características dos computadores 
analógicos e digitais. 
 
e. Memória quanto à tipologia, à volatilidade e ao acesso. Explique-os. 
Resp: 
Tipologia: 
-Principal: são memórias que o processador pode endereçar diretamente, 
sem as quais o computador não pode funcionar; 
- Secundária: são memórias que não podem ser endereçadas diretamente, a 
informação precisa ser carregada em memória principal antes de ser tratada 
pelo processador. Não são estritamente necessárias para a operação do 
computador. 
 
Volatilidade: 
- Volátil: a informação armazenada nessa memória é apenas temporária, 
quando o computador é desligado, os dados são perdidos. Ex: Memória 
RAM de um computador. 
- Não volátil: A informação armazenada nessa memória perdura mesmo 
após o desligamento do computador. Também é dita persistente. Ex: a 
memória ROM da BIOS de computadores, EPROM e CD-ROM. 
 
Acesso: 
- Seqüencial: caso um dado desejado esteja em uma posição específica, 
então há necessidade de passar pelas informações anteriores a procurada até 
atingir a posição desejada. Ex: fita de backup. 
- Randômico: caso um dado esteja em uma posição específica, o processador 
pode diretamente apontar para a posição sem haver necessidade de percorrer 
as localidades anterirores. Ex: memória DRAM. 
 
 
 
2. Conceitue (Pontos: 1,25): 
a. Arquiteturas CISC e RISC, diferenciando-os; 
Resp: CISC (Complex Instruction Set Computing): suporta instruções 
complexas e que são executadas em vários ciclos do clock. 
Ex: Processadores da Pentium da Intel e Athlon da AMD. 
 
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RISC (Reduced Instruction Set Computing): suporta instruções simples e 
que são executadas em um único ciclo do clock. 
Ex: Processadores Sparc da Sun e PowerPc da IBM. 
 
b. Máquina de Von Neumann e Harvard, diferenciando-os. 
Resp: 
Na máquina de Von Neumann há um só barramento para endereços e, outro 
para dados. Na máquina de Harvard, há barramentos de dados e de 
endereços diferenciados para memória e dispositivos de entrada/saída. 
 
c. SMP e MPP, diferenciando-os. 
Resp: 
SMP (Symmetric MultiProcessing) permite a existência de várias CPUs em 
uma mesma motherboard, que compartilham a mesma memória (regiões da 
memória gerenciada pelo SO). Uma única cópia do Sistema Operacional 
gerencia todas as CPUs. 
 
MMP (Massively Parallel Processing or Massively Parallel Processor ) 
permite a existência de várias CPUs cada uma tendo sua própia memória. 
As CPUS se comunicam através de um sistema de comunicação 
extremamente veloz. Uma cópia do Sistema Operacional para cada CPU. 
 
d. Estrutura de um computador. 
Resp: 
Unidade central de processamento (CPU): controla a operação do 
computador e realiza suas funções de processamento de dados. A CPU é o 
processador. 
Memória principal: armazena dados. 
E/S: move dados entre o computador e seu ambiente externo. 
Interconexão do sistema: algum mecanismo que oferece comunicação entre 
CPU, memória principal e E/S. 
 
 
e. Estrutura de uma CPU (processador). 
Resp: 
Unidade de controle: controla a operação da CPU e, portanto, do 
computador. 
Unidade aritmética e lógica (ALU): realiza as funções de processamento de 
dados do computador. 
Registradores: oferece armazenamento interno à CPU. 
Interconexão da CPU: algum mecanismo que oferece comunicação entre 
unidade de controle, ALU e registradores. 
 
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3. Um programa de benchmark é executado em um processador de P MHz. O 
programa executado consiste de S execuções de instruções, com a mistura de 
instruções e quantidade de ciclos de clock apresentados na Tabela 1. Pontos (2,5) 
 
Tabela 1. Quantidades de instruções e ciclos de clock por instrução 
Tipo de instrução Quantidade de instruções Ciclos de clock por 
instrução 
Aritmética de inteiros 50.000 1 
Transferência de dados 30.000 2 
Ponto flutuante S – 90.000 2 
Transferência de controle 10.000 2 
 
Onde: P = N x 25 
 S = N x 150.000 
 
Determine o CPI efetivo, a taxa de MIPS e o tempo de execução para esse programa. 
 
N P S 
Arit. 
Int. 
Transf. 
Dados 
Ponto 
Flut. 
Transf. 
Cont. CPI MIPS T 
1 25 150.000 50.000 30.000 60.000 10.000 1,67 15,00 1,00E-02 
2 50 300.000 50.000 30.000 210.000 10.000 1,83 27,27 1,10E-02 
3 75 450.000 50.000 30.000 360.000 10.000 1,89 39,71 1,13E-02 
4 100 600.000 50.000 30.000 510.000 10.000 1,9252,17 1,15E-02 
5 125 750.000 50.000 30.000 660.000 10.000 1,93 64,66 1,16E-02 
 
Resp: 
Para N=1 
 
��� = ∑ ����� 	 ��
��
�
�� 
Tipo de instrução Quantidade de 
instruções 
Ciclos de clock por 
instrução 
CPIi 
Aritmética de inteiros 50.000 1 50.000 
Transferência de dados 30.000 2 60.000 
Ponto flutuante 60.000 2 120.000 
Transferência de 
controle 
10.000 2 20.000 
������ 	 ��
�
�
�
 
250.000 
 
 
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5 
 
��� = 250.000150.000 = 1,67 
 
� = �� 	 ��� 	 � 
 
� = 150.000 	 1,67 	 125 	 10� = 10�� 
 
 
��	� ��� = ��� 	 10� =
150.000
10 	 10!"	10� = 15 ��� 
 
4. A estrutura do computador IAS e seu conjunto de instruções são fornecidos na 
Figura 1 e na Tabela 2, respectivamente. Considere que A=A(1), A(2), ..., A(50) e 
B=B(1), B(2), ...,B(50), C= C(1), C(2), ..., C(50) sejam três vetores (arrays 
unidimensionais) compostos de 50 números em cada um, que são utilizados para 
formar um array D tal que D(i)= A(i) - B(i) + C(i) para i=1,2,3,...,50. Usando o 
conjunto de instruções do IAS, escreva um programa para resolver esse problema. 
(Pontos: 2,5) 
 
 
Localização Instrução Comentários 
0 49 Contador N 
1 1 Constante 
2 50 Constante 
3L LOAD M(100) Carrega A(I) no acumulador 
3R SUB M(150) Faz Acumulador = A(I) – B(I) 
4L ADD M(200) Faz Acumulador = Acumulador + C(I) 
4R STOR M(250) D(I) = Acumulador 
5L LOAD M(0) Carrega contador N 
5R SUB M(1) Faz N – 1 (decrementa) 
6L JUMP+ M(7, 0:19) Salta para 7L se N é não negativo 
6R JUMP M(6, 20:39) Fica em um loop em 6R 
7L STOR M(0) Atualiza N com valor de Acumulador 
7R ADD M(1) Incrementa o acumulador 
8L ADD M(2) Faz Acumulador + M(2) 
8R STOR M(3, 8:19) Modifica endereço de 3L 
9L ADD M(2) Faz acumulador + M(2) 
9R STOR M(3, 28:39) Modifica endereço de 3R 
10L ADD M(2) Faz acumulador + M(2) 
10R STOR M(4, 8:19) Modifica endereço de 4L 
11L ADD M(2) Faz acumulador + M(2) 
 
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6 
 
11R STOR M(4, 28:39) Modifica endereço de 4R 
12L JUMP M(3, 0:19) Salta para 3L 
 
 
 
5. O processador da Figura 2 possui um conjunto básico de código em linguagem 
assembly, linguagem de máquina e micro-código dado na Tabela 3. Escreva um 
programa em assembly, depois forneça o código de máquina, que execute as 
seguintes operações de alto nível : (Pontos: 2,5) 
 P = 5; 
 Q = P + 2; 
 S = 4; 
 T = S + 3; 
 U = Q – T; 
Boa sorte! 
Resp: 
Localização Instrução Código de Máquina Comentário 
0 LOAD ACC, 5 50 ACC ← 5 
1 ADD ACC, 2 21 ACC ← ACC + 2 
2 MOVE 0, ACC 03 <0> ← ACC 
3 LOAD ACC, 4 40 ACC ← 4 
4 ADD ACC, 3 31 ACC ← ACC + 3 
5 MOVE 1,ACC 13 <1> ← ACC 
6 LOAD ACC, 0 00 ACC ← 0 
7 ADDM ACC, <0> 06 ACC ← ACC + <0> 
8 SUBM ACC, <1> 17 ACC ← ACC - <1> 
9 HLT 04 Parada 
A 
B 
C 
D 
E 
F 
 
 
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Figura 1. Organização do IAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 2. Conjunto de instruções do IAS 
 
 
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8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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9 
 
CP 
(Contador de 
Programa)
MP 
(Memória de 
Programa)
MC 
(Memória de 
Controle)
AC
(Acumulador)
MUX
ULA
(Unidade Lógica e 
Aritmética)
RAM
4 4
4
4
4
4
4
4
4
Clock
4
STACK
M
U
X
4
4
 
Figura 2. Processador simples 
 
Tabela 3. Conjunto de instruções para o processador simples da Figura 2. 
Código Assembly Código de 
Máquina 
Micro-código 
 
Comentário 
LOAD ACC, <const> <const> 0 EE 91 ACC ← <const> 
ADD ACC, <const> <const> 1 EE 41 ACC ← ACC + <const> 
SUB ACC, <const> <const> 2 ED A1 ACC ← ACC - <const> 
MOVE <address>, ACC <address> 3 44 01 <address> ← ACC 
HLT 04 5E 35 Parada 
ADDM ACC, <address> <address> 6 2E 49 ACC ← ACC + <address> 
SUBM ACC, <address> <address> 7 E4 00 ACC ← ACC - <address>