Topicos Avançados em Arquitetura de computadores - Questionário 3

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Nome: Leonardo Correia Pimenta
Matricula: 2015101991
Turma: 822 
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?
R: Princípio da Localidade (Espacial).
2 -O que caracteriza uma “Falta” (Miss)e um “Acerto” (Hit)em operações com a memória Cache/MP?
R O controle de memória Cache intercepta o endereço e verifica se há uma cópia do dado na cache. Se houve, é um acerto (A), se não houve é uma falta (F).
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?
R: Nos casos em que ocorre uma Falta (F) no controle de acesso á cache, a memória cache vai até a memória principal e traz um bloco de dados da MP, que será usado durante todo o processo.
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? 
R Para que haja mais eficiência na busca por dados, o ideal é que haja mais acertos e menos buscas da cache na memória principal. Em uma velocidade de 2ns entre processador e memória cache, e de 6ns entre memória cache e Memória principal.
5 -Explique como a memória principal (MP) é lógica e fisicamente organizada de diferentes formas.
R A memória principal pode ser de 4 - 10 GB e uma velocidade de 20 - 60ns.
Podem ser Voláteis (Estáticas ou Dinâmicas) - (Assíncronas/Síncronas) ou não voláteis (Não reutilizáveis/Reutilizáveis - Leitura/Escrita).
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?
R Rapida (tempo de latência mais baixo possível), Grande (Capacidade), Custo (mais baixo possível) e Disponibilidade (não volátil).
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
R 1. Registradores
2. Memória Cache
3. Memória Principal
4. Memória Secundária
8 - Coloque essas mesma memórias do item acima em ordem crescente de capacidade de armazenamento?
R 1. Memória Secundária
2. Memória Principal
3. Memória Cache
4. Registradores
9 Indique uma aplicação de uso do princípio da localidade na modalidade espacial. E uma aplicação na modalidade temporal. 
R: O Princípio da Localidade Temporal diz que um dado acessado recentemente tem mais chances de ser usado novamente, do que um dado usado há mais tempo. Isso é verdade porque as variáveis de um programa tendem a ser acessadas várias vezes durante a execução de um programa, e as instruções usam bastante comandos de repetição e sub-programas, o que faz instruções serem acessadas repetidamente. Sendo assim, o Sistema de Memória tende a manter os dados e instruções recentemente acessados no topo da Hierarquia de Memória. Já o Princípio da Localidade Espacial diz que há uma probabilidade de acesso maior para dados e instruções em endereços próximos àqueles acessados recentemente. Isso também é verdade porque os programas são sequenciais e usam de repetições. Sendo assim, quando uma instrução é acessada, a instrução com maior probabilidade de ser executada em seguida, é a instrução logo a seguir dela. Para as variáveis o princípio é semelhante. Variáveis de um mesmo programa são armazenadas próximas uma às outras, e vetores e matrizes são armazenados em sequência de acordo com seus índices. Baseado neste princípio, o Sistema de Memória tende a manter dados e instruções próximos aos que estão sendo executados no topo da Hierarquia de Memória.
Q3 - 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: Porque o processador ao usar o endereço de um dado que esteja na memória cache, certamente irá usar o endereço seguinte e para não causar outra falha, a memória cache busca o bloco daquele dado com os enderelis subsequentes.
10 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?
R O princípio da localidade, onde trabalham em conjunto o processador, a memória cache e a memória principal. Sempre que o processador quer buscar um dado, ele coloca seu endereço (da MP) no BE. O controle da memória cache intercepta o endereço e verifica se há uma cópia do dado na cache, se houve é um acerto, senão é uma falha e a cache busca um bloco de dados na memória principal. 
11 Cite duas características dos registradores que tornam esta memória especial nos sistemas de computação. Em que outros dispositivos os registradores estão usualmente conectados?
R: Um registrador é, portanto, o elemento superior da pirâmide de memória, por possuir a maior velocidade de transferência dentro do sistema (menor tempo de acesso), menor capacidade de armazenamento e maior custo.
12 O que diferencia uma memória DRAM de uma memória SRAM? Indique uma aplicação de cada uma delas.
R: DRAM é a sigla em inglês para Dynamic Random Access Memory, ou Memória de Acesso Randômico Dinâmica. Isso significa que ela precisa que a informação seja atualizada o tempo todo para que permaneça armazenada. Com isso, esse tipo de RAM gasta mais energia se comparado com a SRAM. Em memórias cache de processadores e discos rígidos, a preferência é comumente dada à SRAM devido à melhor performance e menor dissipação de calor. Mesmo sendo mais cara, os fabricantes não costumam economizar para evitar problemas mais sérios no armazenamento físico ou flash. Mas memórias do tipo DRAM são naturalmente encontradas em notebooks e desktops de diversas marcas. No final, caso você pretenda adquirir uma memória RAM, a preferência deverá ser sempre por um modelo SRAM, desde que dinheiro não seja o problema.
13 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 
R: memória flash (não volátil)– registradores(volátil) – memória DDR 1 (volatil)- cartão de memória de máquina fotográfica(não volátil) – memória DDR 3(volátil) – memória usada para armazenar os programas BIOS (não volátil)– memória cache L3(volátil)
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?
R:
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)?
R: Isso acontece devido a enorme diferença de tempo de transferência de dados do HD (miliseg) para MP, em relação a esta para cache ,nanoseg. Trazer poucos dados com tempos grandes acarretaria uma enorme perda de desempenho.
16 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? 
R:Somando os tempos da um valor de 80 ns,dividindo por 3 para traçar a média o valor será de 26,66 ns
17 Na década de 1980, com o lançamento de microcomputadores de melhor desempenho, surgiu um problema, que foi adiferença entre a velocidade de cálculo dos processadores e a velocidade das memórias externas. Qual foi a estratégia usada pelos engenheiros para solucionar esse problema?
R: instalação de uma pequena quantidade de memória de alta velocidade chamada de cache
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?
R: elas são usadas para backup,elas não são usadas por conta da demora que tem para a escrita dessas fitas e da grande carga de dados.