A Organização de Computadores

1. (1,0) Considere uma máquina hipotética com arquitetura semelhante àquela apresentada em aula. Pode-se endereçar no máximo 16 M células de memória. Cada célula armazena uma palavra e cada instrução tem o tamanho de uma palavra. Todas as instruções desta máquina possuem o mesmo formato: um código de operação, que permite a existência de um valor máximo de 256 códigos, e um operando, que indica um endereço de memória.

a) Qual o tamanho mínimo do CI ?

b) Qual a capacidade máxima da memória em bits ?

c) Qual o tamanho mínimo do REM ?

d) Qual o tamanho mínimo do RI ?

e) Qual o tamanho do barramento de endereços ?

f) Na máquina em questão, são necessários quatro ciclos de busca para obter uma instrução. Com base nessa informação, qual é a largura do barramento de dados da máquina?

2. (1,0) Explique os conceitos de localidade espacial e localidade temporal, indicando como a memória cache tira vantagem desses princípios.

3. (1,5) Considere uma máquina hipotética que possa endereçar 4 Gbytes de memória física, onde cada endereço armazena 2 bytes, e que tenha a sua memória organizada em blocos de 1 Kbyte. Ela possui uma memória cache que pode armazenar 2 K blocos, sendo um bloco por linha. Mostre o formato da memória cache, indicando os campos necessários (tag, bloco) e o número de bits para cada campo, e o formato de um endereço da memória principal, indicando os bits que referenciam os campos da cache, para os seguintes mapeamentos:

a) Mapeamento direto.

b) Mapeamento totalmente associativo.

c) Mapeamento associativo por conjunto, onde cada conjunto possui quatro linhas, cada uma de um bloco.

4. (1,0) Considere a máquina apresentada na aula 4. Descreva detalhadamente (do mesmo modo que é apresentado na aula 4) como é realizada a execução das seguintes instruções:

a) JMP 15

b) STR 19

c) DIV 20 (para esta instrução, consulte a tabela do item 6)

5. (2,0) Explique em detalhes a organização hierárquica do subsistema de memória nos computadores atuais, mencionando também a utilidade da memória cache. Além disso, faça uma pesquisa e indique valores típicos de tempos de acesso e capacidades nos diferentes níveis mostrados no slide 14 da aula 1. Use dispositivos recentes para a pesquisa, como processadores da família i7, i9, discos SSD (Solid State Drive - Unidade de Estado Sólido) e memórias DDR4.

6. (1,5) Escreva um programa que utilize as instruções de linguagem de montagem apresentadas na aula 4 para executar o seguinte procedimento. O conteúdo da memória cujo endereço é 10 é multiplicado pelo conteúdo da memória cujo endereço é 15. Se o resultado for igual a 32, o conteúdo de memória cujo endereço é 20 é somado ao conteúdo de memória cujo endereço é 30, logo depois o conteúdo recém armazenado no endereço 30 é multiplicado por 4 e o resultado é guardado no endereço 40. Caso contrário, o programa finaliza. Além de apresentar seu programa escrito em linguagem de montagem, apresente também o programa traduzido para linguagem de máquina. Considere que os endereços 55 e 56 armazenam os valores 32 e 4, respectivamente. Esses endereços poderão ser utilizados na execução do programa. OBS: Além das instruções de linguagem de montagem apresentadas na aula 4 (slide 5), considere também a instruções apresentadas na tabela abaixo

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