GABARITO-TOP-AV-ARQ-Questionário 3-videos 9-10-11-2019-1

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2019.1 - TÓPICOS AVANÇADOS EM ARQUITETURA DE 
COMPUTADORS 
QUESTIONÁRIO 3 – Tópicos Avançados em Memórias –Localidade-
Hierarquia-vídeos 09 – 10 - 11 
GABARITO 
1 - Como se denomina de forma geral o processo pelo qual encontra-se rapidamente um dado 
na cache (quando há nela uma cópia do dado armazenado na MP), mesmo tendo a MP muito 
maior capacidade do que a cache? 
Resp: Método de mapeamento, podendo ser na modalidade Direto; Associativo e Associativo 
por Conjunto de N vias 
2 -O que caracteriza uma “Falta” (Miss)e um “Acerto” (Hit)em operações com a memória 
Cache/MP? 
Resp: Uma Falta ocorre quando o processador endereça uma célula da MP e NÃO HÁ cópia 
desta célua na memória Cache. Isso requererá um atraso na transferência da célula, já que o 
sistema deverá ter que transferir o bloco que contém esta célula, da MP para a Cache, para em 
seguida, transferir o dado para o processador. 
3 -Qual é o procedimento da lógica de controle de acesso à memória cache, quando o 
processador coloca um endereço de acesso no BE e é gerada uma interrupção por FALTA? 
Resp: O sistema para a operação atual é realiza um algoritmo para localizar e transferir uma 
cópia do bloco que contém o dado desejado, da MP para a Cache. O bloco é identificado pelos 
bits mais à esquerda (no endereço), a partir do último bit do campo byte. Se o método de 
mapeamento usado for direto, então o sistema trará o bloco diretamente para a linha 
identificada inicialmente ( caso algum byte do bloco atual tenha sido modificado, ANTES da 
transferência do bloco desejado, o atual bloco deverá retornar para seu local na MP). Se o 
método for associativo completo ou por conjunto, o sistema deverá usar o algoritmo definido 
na fabricação para identificar qual dos blocos armazenados atualmente na cache é mais 
apropriado para retornar à MP e dar vez ao novo bloco (igual ao citado acima, o bloco somente 
retornará se tiver havido alteração em algum byte). 
 
4 -Considere um sistema de computação com processador, memória cache e memória 
principal. O tempo de acesso entre processador e cache é de 5 ns e entre cache e memória 
principal é de 50 ns. Qual deverá ser a eficiência de transferências do sistema com o 
emprego dessa estrutura, para que o tempo médio de acesso entre os 3 dispositivos seja 
de 8 ns? 
Resp: 
O tempo médio (TM) é calculado pela soma das parcelas de cada transferência baseados na 
eficiência (E). No caso, ter-se-ia E para os 5 ns do processador-cache; 100 – E dos 52 ns da MP -
Cache e TM deve ser 8 ns 
8 = ((E x 5) + (100 – E) * 55)) / 100 
800 = 5E + 5500 – 55E 
50E = 4700 
E = 94% 
 
5 -Explique como a memória principal (MP) é lógica e fisicamente organizada de diferentes 
formas. 
Resp: A MP pode ser organizada de 3 formas diferentes, conforme o elemento que esteja 
utilizando a mesma: 
1. Fisicamente – a MP é projetada e funciona fisicamente com uma organização de N 
células, usualmente com 1 Byte de largura cada uma e um endereço específico de 
célula, uma por uma; isto é, possui N endereços. O processador utiliza esta 
organização para acessar dado por dado, colocando este endereço no BE. 
2. Lógicamente - Para funcionar com a memória Cache, a MP é organizada logicamente 
em blocos de X bytes (ou X células) cada, mesmo tamanho de cada linha da Cache. De 
modo que, se o dado desejado pelo processador não estiver (cópia) na Cache, então o 
bloco em que ele está é trazido integralmente para a Cache (princípio da localidade), 
contendo o dado desejado e aqueles que devrão ser desejados em seguida. 
3. Lógicamente – para funcionar coma memória virtual, ocorre um procedimento 
semelhante ao do item anterior, com a diferença de que o tamanho do bloco na MV 
(chamado de página) é muito maior que o do bloco/linha da cache. 
6 – Quais são os requisitos básicos de uma memória que, se atendidos por um único 
dispositivo de armazenamento, tornariam este dispositivo ideal para uso em sistemas de 
computação, eliminando os diversos tipos atuais? 
Resp: Capacidade – ser muito grande; Velocidade – ser a mais rápida possível (menor tempo 
de acesso); Custo – ser o menor possível; Volatilidade – ser não volátil, de armazenamento 
permanente. 
 
7 - Coloque em ordem crescente de tempo de acesso os seguintes tipos de memória: 
 HD (disco rígido) – memória Flash – memória principal (RAM) – registradores – 
memória cache 
Resp: mais rápida são os registradores; em seguida, memória cache; depois a memória 
principal (RAM); depois, memória flash e os HDs. 
 
8 - Coloque essas mesma memórias do item acima em ordem crescente de capacidade de 
armazenamento? 
Resp: a menor de todas (armazena apenas UM dado) é o registrador; depois as cache, depois a 
RAM, em seguida a Flash (pendrive e SSD) e depois HD. 
 
9 - Indique uma aplicação de uso do princípio da localidade na modalidade espacial. E uma 
aplicação na modalidade temporal. 
Resp: Uma aplicação da localidade Espacial é o empergo das memórias Cache ou o 
armazenamento de produtos iguais em um supermercado. E Exemplo de localidade temporal é 
a escolha do algoritmo de substituição de linhas de cache (a ser visto no tema %) ou ao acesso 
dos navegores a páginas da Web 
 
10. Por que o sistema busca um bloco da MP para a cache quando ocorre uma FALTA em vez 
de buscar apenas o dado desejado? 
Resp: para reduzir o tempo médio de acesso em um conjunto de acessos. Devido ao princípio 
da localidade espacial, espera-se que o processador deva acessar um conjunto de dados 
armazenados contiguamente em uma memória lenta (RAM). Se fosse buscar um por um, teria 
um tempo de acesso longo e desempenho ruim do sistema. Se o processador for buscar um 
dado e trouxer muitos, o que ele quer naquele momento e os seguintes que ele deverá querer 
em seguida, não precisará de acessos lentos por um bom tempo. 
 
11. Não sendo possível até o momento ser inventada uma memória única que atenda a todos 
os requisitos de uma memória ideal dos sistemas de computação existentes, qual é a solução 
que vem sendo adotada pelos arquitetos desses sistemas? Em que conceito esta estratégia é 
baseada? 
Resp: usa-se um conjunto de memórias, com características diferentes cada uma (de 
capacidade, velocidade e custo), formando uma hierarquia de memórias. Essa estratégia se 
baseia no princípio da localidade espacial. 
 
12 – Cite duas características dos registradores que tornam esta memória especial nos 
sistemas de computação. Em que outros dispositivos os registradores estão usualmente 
conectados? 
Resp: 1. Armazena apenas um dado (pois a uniadde de cálculo busca dado por addo para 
executar uma operação aritmética, por exemplo. 
2. é a memória mais rápida entre todas de um sistema de computação, por estar ao lado da 
unidade de cálculo e ser fabricada com mesma tecnologia de transistores que a referida 
unidade. 
3. sua quantidade é um dos fatores de desempenho de processadores 
 
13 - O que diferencia uma memória DRAM de uma memória SRAM? Indique uma aplicação de 
cada uma delas. 
Resp: 
- Custo (DRAM é mais barata) 
– Espaço físico ocupado por um bit (cada bit na DRAM é constituído de apenas UM capacitor e 
UM transistor, enquanto as SRAM usam 6 a 7 transistores por bit 
- Aplicação: DRAM em MP (RAM) e SRAM nas cache e cartões de memória 
- Ciclo de Memória – nas DRAM = tempo de acesso mais tempo de recarregamento, enquanto 
nas SRAM é somente igual ao tempo de acesso (mais rápidas 
 
14. Indique, para cada um dos dispositivos de armazenamento a seguir, quais são Voláteis e 
quais Não são Voláteis: 
- memória flash – registradores – memória DDR 1 - cartão de memória de máquina fotográfica 
– memória DDR 3 – memória usada para armazenar os programas BIOS – memória cache L3 
Resp: 
Flash – NV; Registradores – V; DDR1 -V; cartão de memória – NV; DDR 3 – V; memória para 
BIOS – NV; cacheL3 - V 
 
14. – Qual é o parâmetro fundamental de qualquer dispositivo de armazenamento? Qual é o 
componente de um sistema de computação cujo projeto possui a definição do valor daquele 
parâmetro? 
Resp: Endereço...sua largura determina a máxima capacidade de armazenamento do dispositivo 
(espaço de endereçamento). 
É o projeto do processador que define esta largura, pois ele é que deseja acessar um dado ou 
uma instrução em um processamento. 
15 - Por que o bloco de transferência de dados de um disco para a memória principal (RAM), 
usado pelo sistema operacional é de tamanho muito maior (usualmente 4KB a 64KB) do que um 
bloco de transferência da memória principal para a memória cache (usualmente 16 a 128B)? 
Resp: Devido a enorme diferença de tempo de acesso de um HD (ordem de milisegs) e MP 
(ordem de poucos nanosegs). A diferença é da ordem de 1 milhão de vezes entre os dois 
dispositivos. Assim, para não se perder tempo, o acesso ao HD traz para a RAM uma grande 
quantidade de dados, para não se ter frequentes acessos lentos. E como o processador não usa 
os dados do HD diretamente (e sim da MP) os dados podem estar em garnde volume juntos. 
6 - Um computador tem uma cache de dois níveis. Suponha que 60% das referências à memória 
obtêm presença na cache nível 1, 35% na cache nível 2 e os 5% restantes não estão em cache 
(estão, consequentemente, em MP). Se os tempos de acesso são de 5 ns, 15 ns e 60 ns, 
respectivamente, qual é o tempo médio de acesso? 
Resp: 
O tempo médio será a media ponderada de acesso às 3 memórias. TM = ((5 x 60) + (20 x 35) + 
80 x 5) )/100 
(300 + 700 + 400) /100 = 1400 /100 = 14 ns 
A transferência de um dado da cache L2 para o processador(por ele não estar na Cache L1) 
gasta 20 ns, sendo 15ns do bloco da L2 para L1 mais 5 ns do dado da L1 para Processador. E da 
MP para processador, é de 80 ns por motivos semelhantes (60 do bloco da MP para L2, mais 
15ns do bloco da L2 para L1 e 5 ns da L1 para processador). 
 
17 - Na década de 1980, com o lançamento de microcomputadores de melhor desempenho, 
surgiu um problema, que foi a diferença entre a velocidade de cálculo dos processadores e a 
velocidade das memórias externas. 
Qual foi a estratégia usada pelos engenheiros para solucionar esse problema? 
Resp: Adotar uma memória adicional, de maior velocidade e menor capacidade (para se ter 
custo aceitável), chamada de memória Cache. O funcionamento do conjunto MP-Cache é eficaz 
devido ao princípio da localidade. 
18 – Qual é uma aplicação usual de fitas magnéticas em computadores de grande porte? Por 
que esses dispositivos nunca foram utilizados para processamento on-line? 
Resp: Em armazenamento de segurança (“backup”). Devido a sua pouca flexibilidade de acesso 
(é necessário um operador para localizar no depósito a fita desejada e montar a fita no 
dispositivo de uso (driver). Além disso, é um dispositivo muito lento, por ser eletromecânico