A Arquitetura e Organização de Computadores

Lista de Exercícios II

Arquitetura e Organização de Computadores

Prof. Rodrigo Amorim

1. Uma das características das arquiteturas RISC é que a maioria das instruções possuem tamanhos iguais.

Quais as consequências e vantagens desta característica? Pg 519

Uma das vantagens é que se pode facilmente encontrar o local da próxima instrução sem precisar de muito processamento, já que basta incrementar o ponteiro para as instruções em um valor fixo. Assim, a busca pelas instruções é facilitada, podendo-se buscar várias instruções por ciclo mais facilmente. Porém, uma de suas consequências é que memória é perdida, já que instruções de tamanho pequeno precisam ter seu tamanho ajustado para se encaixar no padrão.

2. Defina pipeline e sua importância no desempenho dos processadores.  Pg 441

O pipeline é um recurso que permite um processador executar mais de uma instrução por ciclo. O hardware da CPU é organizado de tal maneira que permite isso. O recurso permite o aumento do desempenho do processado. É um recurso fundamental, já que não se pode melhorar o hardware ad infinitum por conta de custos; então necessita-se de algo como o pipeline, que entrega uma performance melhor com o mesmo hardware.

3. Explique a diferença de processamento entre os três modelos de máquina. Como funciona o processamento de informações dependentes.  Pg 529

A arquitetura CISC processa uma instrução por ciclo, enquanto a RISC processa duas por ciclo. Já um processador pipeline processa duas instruções e meia por ciclo.

Quando há instruções dependentes do resultado de outra, tem-se que procurar na fila de instruções, isto é, fazer um desvio para encontrar uma que não seja dependente para fazê-la enquanto a outra é terminada. Caso contrário, o processador ficará ocioso enquanto a instrução não terminar, desperdiçando tempo e energia.

4. Defina Princípio Estatístico Comprovado.

Ao se executar uma instrução repetidas vezes, o processador guarda o resultado dela na memória cache, por praticidade. Assim, uma instrução que é utilizada muitas vezes não precisa ser executada novamente. O processador se utiliza de um princípio estatístico para verificar qual a probabilidade daquela função ser chamada novamente, contando também com um histórico de processamento.

5. O que é predição de desvio? Qual a diferença entre as técnicas de predição estáticas e as dinâmicas?  Pg 450

A predição de desvio é um mecanismo em que o computador tenta prever uma dependência de dados verdadeira na fila de instruções, para que possa ser feito um desvio (pular as instruções até a próxima que não tem dependência).  A predição de desvio dinâmica usa informações coletadas em tempo real, utilizando ainda a memória RAM nessa análise, já a estática usa principalmente o histórico de processamento, ou seja, informações passadas e estáticas.

6. Como é classificação de arquiteturas paralelas proposta por Flynn? Explique cada arquitetura.  Pg 651

Por Flynn, a classificação é dividida em SISD, SIMD, MISD e MIMD. Na arquitetura SISD, há somente um fluxo de dados controlado por um único fluxo de instruções. Ocorre em computadores mononucleados.

Na arquitetura SIMD, há o processamento de vários dados da memória sob o comando de uma única unidade de controle. A unidade de controle é única, mas a unidade funcional não, assim aumenta-se a quantidade de vezes que uma instrução é executada ao mesmo tempo.

Na arquitetura MISD, vários processadores executariam sequências de instruções diferentes sobre a mesma sequência de dados. Essa nunca foi implementada.

Na arquitetura MIMD, várias instruções são executadas ao mesmo tempo sobre dados diferentes. O computador é multinucleado, por ter várias unidades de controle, cada uma com sua unidade funcional.

7. Qual a diferença entre as arquiteturas SMP (UMA), NUMA, CC-NUMA e COMA?  Pg 676

Em um sistema UMA, o tempo de acesso à memória para cada processador é diferente. Isso significa que processadores que estão mais próximos dela terão um melhor desempenho, e os que estão mais longe terão um pior. Já em um sistema NUMA, cada processador tem acesso a sua memória principal privada, aumentando o desempenho deles, uma vez que cada processador acessa a memória mais rapidamente. Por outro lado, é necessária uma coordenação para que as informações processadas por um processador não sejam processadas novamente por outro. O sistema CC-NUMA se encarrega de manter a coerência entre a cache dos processadores, para que não contenham informações repetidas. Na arquitetura COMA, a memória de um processador é usada como se fosse a memória cache de outros processadores.

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