Prova_1_IACOM_2013_1_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/n
o
 - 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. Escreva um texto narrativo sobre a história e evolução do computador, 
apresentando os principais marcos tecnológicos. (Pontos: 2,0) 
 Resp: diversas respostas. 
 
2. Forneça uma definição para (Pontos: 2,0): 
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. Arquitetura de John Von Neuman. Explique-a. 
Resp: Na máquina de Von Neumann há um só barramento para endereços e, 
outro para dados. 
NOTA: 
N = 
Resolução 
 
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2 
 
 
 
 
d. Arquitetura de Harvard. Explique-a. 
Resp: Na máquina de Harvard, há barramentos de dados e de endereços 
diferenciados para memória e dispositivos de entrada/saída. 
 
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. 
 
 
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 80.000 1 
Transferência de dados 40.000 3 
Ponto flutuante S – 140.000 2 
Transferência de controle 20.000 3 
 
Onde: P = N x 40 
 S = N x 180.000 
 
Determine o CPI efetivo, a taxa de MIPS e o tempo de execução para esse programa. 
 
 
 
 
 
 
Resp: 
Para N=1 
 
 
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3 
 
 
∑ ( ) 
 
 
Tipo de instrução Quantidade de 
instruções 
Ciclos de clock por 
instrução 
CPIi x Ii 
Aritmética de inteiros 80.000 1 80.000 
Transferência de dados 40.000 3 120.000 
Ponto flutuante 40.000 2 80.000 
Transferência de 
controle 
20.000 3 60.000 
∑( )
 
 
 
340.000 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
N P S Arit. Int. 
Transf. 
Dados 
Ponto 
Flut. 
Transf. 
Cont. CPI MIPS T 
1 40 180.000 80.000 40.000 40.000 20.000 1,89 21,18 8,50E-03 
2 80 360.000 80.000 40.000 220.000 20.000 1,94 41,14 8,75E-03 
3 120 540.000 80.000 40.000 400.000 20.000 1,96 61,13 8,83E-03 
4 160 720.000 80.000 40.000 580.000 20.000 1,97 81,13 8,88E-03 
5 200 900.000 80.000 40.000 760.000 20.000 1,98 101,12 8,90E-03 
6 240 1.080.000 80.000 40.000 940.000 20.000 1,98 121,12 8,92E-03 
7 280 1.260.000 80.000 40.000 1.120.000 20.000 1,98 141,12 8,93E-03 
8 320 1.440.000 80.000 40.000 1.300.000 20.000 1,99 161,12 8,94E-03 
9 360 1.620.000 80.000 40.000 1.480.000 20.000 1,99 181,12 8,94E-03 
10 400 1.800.000 80.000 40.000 1.660.000 20.000 1,99 201,12 8,95E-03 
11 440 1.980.000 80.000 40.000 1.840.000 20.000 1,99 221,12 8,95E-03 
12 480 2.160.000 80.000 40.000 2.020.000 20.000 1,99 241,12 8,96E-03 
13 520 2.340.000 80.000 40.000 2.200.000 20.000 1,99 261,12 8,96E-03 
14 560 2.520.000 80.000 40.000 2.380.000 20.000 1,99 281,12 8,96E-03 
 
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4 
 
15 600 2.700.000 80.000 40.000 2.560.000 20.000 1,99 301,12 8,97E-03 
16 640 2.880.000 80.000 40.000 2.740.000 20.000 1,99 321,11 8,97E-03 
17 680 3.060.000 80.000 40.000 2.920.000 20.000 1,99 341,11 8,97E-03 
18 720 3.240.000 80.000 40.000 3.100.000 20.000 1,99 361,11 8,97E-03 
19 760 3.420.000 80.000 40.000 3.280.000 20.000 1,99 381,11 8,97E-03 
20 800 3.600.000 80.000 40.000 3.460.000 20.000 1,99 401,11 8,98E-03 
21 840 3.780.000 80.000 40.000 3.640.000 20.000 1,99 421,11 8,98E-03 
22 880 3.960.000 80.000 40.000 3.820.000 20.000 1,99 441,11 8,98E-03 
23 920 4.140.000 80.000 40.000 4.000.000 20.000 2,00 461,11 8,98E-03 
24 960 4.320.000 80.000 40.000 4.180.000 20.000 2,00 481,11 8,98E-03 
25 1.000 4.500.000 80.000 40.000 4.360.000 20.000 2,00 501,11 8,98E-03 
26 1.040 4.680.000 80.000 40.000 4.540.000 20.000 2,00 521,11 8,98E-03 
27 1.080 4.860.000 80.000 40.000 4.720.000 20.000 2,00 541,11 8,98E-03 
28 1.120 5.040.000 80.000 40.000 4.900.000 20.000 2,00 561,11 8,98E-03 
29 1.160 5.220.000 80.000 40.000 5.080.000 20.000 2,00 581,11 8,98E-03 
30 1.200 5.400.000 80.000 40.000 5.260.000 20.000 2,00 601,11 8,98E-03 
31 1.240 5.580.000 80.000 40.000 5.440.000 20.000 2,00 621,11 8,98E-03 
32 1.280 5.760.000 80.000 40.000 5.620.000 20.000 2,00 641,11 8,98E-03 
33 1.320 5.940.000 80.000 40.000 5.800.000 20.000 2,00 661,11 8,98E-03 
34 1.360 6.120.000 80.000 40.000 5.980.000 20.000 2,00 681,11 8,99E-03 
35 1.400 6.300.000 80.000 40.000 6.160.000 20.000 2,00 701,11 8,99E-03 
36 1.440 6.480.000 80.000 40.000 6.340.000 20.000 2,00 721,11 8,99E-03 
37 1.480 6.660.000 80.000 40.000 6.520.000 20.000 2,00 741,11 8,99E-03 
38 1.520 6.840.000 80.00040.000 6.700.000 20.000 2,00 761,11 8,99E-03 
39 1.560 7.020.000 80.000 40.000 6.880.000 20.000 2,00 781,11 8,99E-03 
40 1.600 7.200.000 80.000 40.000 7.060.000 20.000 2,00 801,11 8,99E-03 
41 1.640 7.380.000 80.000 40.000 7.240.000 20.000 2,00 821,11 8,99E-03 
42 1.680 7.560.000 80.000 40.000 7.420.000 20.000 2,00 841,11 8,99E-03 
43 1.720 7.740.000 80.000 40.000 7.600.000 20.000 2,00 861,11 8,99E-03 
44 1.760 7.920.000 80.000 40.000 7.780.000 20.000 2,00 881,11 8,99E-03 
45 1.800 8.100.000 80.000 40.000 7.960.000 20.000 2,00 901,11 8,99E-03 
46 1.840 8.280.000 80.000 40.000 8.140.000 20.000 2,00 921,11 8,99E-03 
47 1.880 8.460.000 80.000 40.000 8.320.000 20.000 2,00 941,11 8,99E-03 
48 1.920 8.640.000 80.000 40.000 8.500.000 20.000 2,00 961,11 8,99E-03 
49 1.960 8.820.000 80.000 40.000 8.680.000 20.000 2,00 981,11 8,99E-03 
50 2.000 9.000.000 80.000 40.000 8.860.000 20.000 2,00 1.001,11 8,99E-03 
 
 
 
 
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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) 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 STOR M(200) D(I) = Acumulador 
4R LOAD M(0) Carrega contador N 
5L SUB M(1) Faz N – 1 (decrementa) 
5R JUMP+ M(6, 20:39) Salta para 6R se N é não negativo 
6L JUMP M(6,8:19) Fica em um loop em 6L 
6R STOR M(0) Atualiza N com valor de Acumulador 
7L ADD M(1) Incrementa o acumulador 
7R ADD M(2) Faz Acumulador + M(2) 
8L STOR M(3, 8:19) Modifica endereço de 3L 
8R ADD M(2) Faz acumulador + M(2) 
9L STOR M(3, 28:39) Modifica endereço de 3R 
9R ADD M(2) Faz acumulador + M(2) 
10L STOR M(4, 8:19) Modifica endereço de 4L 
10R 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) 
 X = 4; 
 Y = X + 2; 
 W = 3; 
 T = Y + 4; 
 U = W + T; 
 
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6 
 
Sorte! 
Resp: 
Localização Instrução Código de Máquina Comentário 
0 LOAD ACC, 4 40 ACC ← 4 
1 MOVE 0,ACC 03 <0> ← ACC 
2 ADD ACC,2 21 ACC ← ACC +2 
3 MOVE 1,ACC 13 <1> ← ACC 
4 LOAD ACC,3 30 ACC ← 3 
5 MOVE 2,ACC 23 <2> ← ACC 
6 LOAD ACC,0 00 ACC ← 0 
7 ADDM ACC,1 16 ACC ← ACC+<1> 
8 ADD ACC,4 41 ACC ← ACC + 4 
9 MOVE 3,ACC 33 <3> ← ACC 
A ADDM ACC,2 26 ACC ← ACC + <2> 
B MOVE 4,ACC 43 <4> ← ACC 
C HLT 04 PARADA 
D 
E 
 
 
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7 
 
 
Figura 1. Organização do IAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8 
 
 
Tabela 2. Conjunto de instruções do IAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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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>