A Organização de Computadores

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AD1 -  Organização de Computadores 2018.1 Data de entrega 13/03/2018

1. (2,5) Considere uma máquina com arquitetura semelhante àquela apresentada em aula. Pode-se endereçar no máximo 256 M células de memória onde 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 236 códigos, e dois operandos, que indicam dois endereços de memória.  

1. Qual o tamanho mínimo do REM ? (0,3)

REM = Barramento de endereços, este terá a capacidade de endereçar 256Mcélulas = N

N = 256Mcélulas  =>  N = 228  => e = 28 bits

REM = barramento de endereços = 28 bits

1. Qual o tamanho mínimo do CI ? (0,3)

CI terá o tamanho mínimo necessário para endereçar toda a memória = REM = 28 bits

1. Qual o tamanho do barramento de endereços ? (0,3)

REM = barramento de endereços = 28 bits

1. Qual o tamanho mínimo do RI ? (0,5)

O tamanho mínimo para RI deverá ser o tamanho de uma instrução

Cada instrução tem o tamanho de uma palavra = tamanho de célula

CodOper deverá permitir 236 códigos diferentes (instruções).

        CodOper  = 8 bits (256 códigos diferentes)

1º.operando corresponde a 1 endereço de memória = 28 bits

2º.operando corresponde a 1 endereço de memória = 28 bits

Instrução = CodOper + Operando1 + Operando2 => Instrução = 8 + 28 +28 = 64 bits

O tamanho mínimo para RI deverá ser 64 bits

1. Qual a capacidade máxima da memória em bits ? (0,5)

  T = M x N => T = tamanho da célula x quantidade de células da memória principal =>

  tamanho da célula (M) = 64 bits

  total de endereços da memória (N) = 256M células

 T = 64 bits/célula  x  228  células =>  T = 16 G bits (ou 2Gbytes)

1. Se a largura do barramento de dados desta máquina for igual à metade do tamanho de uma instrução, como funcionará o ciclo de busca ? (0.6)

Seriam necessários 2 ciclos de busca para transferir uma instrução completa

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1. (1,0) Considere uma máquina cujo relógio possui uma frequência de 1500 MHZ. Calcule o tempo de UCP utilizado para executar 100 instruções nesta máquina, para cada caso abaixo:

1.500MHz = 1.500.000.000 Hz

Tempo de um ciclo de relógio = 1/1.500.000.000 =  0,000 000 000 6667 seg   ou  0,6667ns (nanosegundos)

1. Execução em uma máquina que realiza a execução das instruções de forma sequencial, sendo que cada instrução é executada em um ciclo de relógio.

Tempo de execução de 1 instrução = 1  ciclo de relógio = 0,6667ns

100 instruções executadas sequencialmente = 100 × 0,6667ns  =  66,67ns   (para executar 100 instruções)

1. Execução em uma máquina que utiliza um pipeline de 4 estágios, considerando que o tempo de execução de um estágio é 25% do ciclo de relógio da máquina e não há atrasos na execução do pipeline, devido a desvios condicionais.

Tempo para execução de 1 estágio = 25% do ciclo de relógio = 25% de 0,6667ns = 0,1667ns

Tempo para execução de uma instrução = 4 estágios  ×  t  = 4 x 0,1667 = 0,6667ns

Tempo para execução das demais em pipeline = 99  ×  t  =  99 x 0,1667 =  16,50ns

Tempo para execução das 100 instruções =  0,6667 (primeira instrução) + 16,50 (para as demais) =  17,17ns

1. Execução em uma máquina que utiliza um pipeline de 5 estágios, considerando que o tempo de execução de um estágio é 20% do ciclo de relógio da máquina e não há atrasos na execução do pipeline, devido a desvios condicionais  

Tempo para execução de 1 estágio = 20% do ciclo de relógio = 20% de 0,6667ns = 0,1333ns

Tempo para execução de uma instrução = 5 estágios  ×  t  = 5 x 0,1333ns = 0,6667ns

Tempo para execução das demais em pipeline = 99  ×  t  =  99 x 0,1333ns =  13,2ns

Tempo para execução das 100 instruções =  0,6667 (primeira instrução) + 13,2 (para as demais) =  13,87ns

1. (1,0) Um computador possui uma capacidade máxima de memória principal com  4G células, cada uma capaz de armazenar uma palavra de 8 bits.

1. Qual é o maior endereço em decimal desta memória ?

N = quantidade de células = 4G células = 4 x 230 = 4.294.967.296 células

Maior endereço em decimal = N – 1 = 4.294.967.296 – 1 = 4.294.967.295

1. Qual é o tamanho do barramento de endereços deste sistema ?

Para atender a especificação do computador hipotético, a de ter uma memória

máxima de 4G células, deveremos ter um barramento de endereços de no mínimo 32 bits.

 

1. Quantos bits podem ser armazenados no RDM e no REM ?

Barramento de endereços = REM = 32 bits

RDM = barramento de dados, como o barramento de dados = tamanho da palavra que será transferida durante um processo de leitura/escrita => RDM = 8 bits

1. Qual é o número máximo de bits que pode existir na memória ?

Como M = quantidade de bits em uma célula, neste computador, cada célula = palavra

então M = 8bits e N = 232 

Total de bits da memória = T = N x M

T = N x M = 232 x 8 = 32 G bits

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1. (1,5) Considere uma máquina que possa endereçar 2 Gbytes de memória física, utilizando endereço referenciando byte, e que tenha a sua memória organizada em blocos de 4 Kbytes. Ela possui uma memória cache que pode armazenar 2M blocos, sendo um bloco por linha. Mostre o formato da memória cache, indicando os campos necessários (válido, 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:

OBS: Informado na plataforma e por email que os 2Mblocos da cache deveriam ser corrigidos para 2Kblocos

1. Mapeamento direto.

Memória Principal

• Tamanho da memória (em bytes) = 2Gbytes, como cada célula contém 1 byte, temos, então,  N = 2G células
• A MP está organizada em blocos de 4K bytes, como cada célula = 1 byte  ( K = 4K células/bloco )

        N = 2G células  e    K = 4K células/bloco,    o  total de blocos da MP  (  B )  será:

        Total de blocos:   B  = N / K    =>  B  =   2G células /  4K células/bloco =>   B =   512K blocos

Memória Cache

        OBS: O   K  (quantidade de células/bloco) tem de ser igual a MP.

• Tamanho da memória cache (em blocos ou linhas)  =>   Q = 2K blocos
• Tamanho da memória cache em células  =  Q  x  K  =  2K blocos  x  4K células/bloco = 8 M células  (8 Mbytes)

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