processExtra (1).ipynb

{"metadata":{"orig_nbformat":4,"language_info":{"name":"python","version":"3.7.8","mimetype":"text/x-python","codemirror_mode":{"name":"ipython","version":3},"pygments_lexer":"ipython3","nbconvert_exporter":"python","file_extension":".py"},"kernelspec":{"name":"python3","display_name":"Python 3","language":"python"}},"nbformat_minor":5,"nbformat":4,"cells":[{"cell_type":"code","source":"from math import log2","metadata":{},"execution_count":5,"outputs":[],"id":"92ebb469-5c53-48d6-b54a-a7cfcfce92fd"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>1</h3>Descreva as funções básicas de uma UCP,indicando os seus componentes\n</p>\n<ul><b>Função de processamento:</b>Realizar a execução de operações, ou seja, processar dados e instruções, realizar cálculos aritméticos ou lógicos.\n    <br>\n        <p><b>Componentes</b></p>\n        <li><b>UC:</b>Unidade de controle</li>\n        <li><b>RI:</b>Registrador de instruções</li>\n        <li><b>CI:</b>Contador de Instruções</li>\n        <li><b>Decodificador de Instruções</b></li>\n</ul>\n<br>\n<ul><b>Função de Controle:</b>Maneja a execução das instruções, busca,interpretação e controle dessas, além do controle das memórias de entrada e saída.\n        <p><b>Componentes</b></p>\n        <li><b>REM:</b>Registrador de Endereços da Memória</li>\n        <li><b>RDM:</b>Registrador de Dados da Memória</li>\n</ul>","metadata":{},"id":"be792b58-1767-4a6d-80ab-17a6b897fba3"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>2:</h3>Quais são as funções da unidade aritmética e lógica - UAL?</p>\n<hr>\n<p>Executar operações lógicas:AND, OR, NOT, XOR\n,além de executar somas aritméticas com as entradas numéricas fornecidas\n</p>","metadata":{},"id":"3d9715b7-dd88-49fd-9d48-c4691dbeb788"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>5</h3>: Quais são as funções da unidade de controle de um processaodr?</p>\n<hr>\n<p>Performar todas as atividades necessárias para que um ciclo de instruções seja realizado até o fim, ou seja mandar sinais de controle para que instruções sejam buscadas nos determinados endereços para serem executadas, assim como, mandar sinais de controles para realizar funções aritméticas ou lógicas com dados da MP </p>","metadata":{},"id":"8e2ef70b-1a0c-47b3-8a65-f8c189dd16b4"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>6</h3>:Seria posível realizar o projeto de um processador em que o tamanho do CI fosse diferente do tamanho do REM? Nesse caso, qual dos dois registradores deveria ter maior tamanho?</p>\n<hr>\n<p>Sim, o REM deve ser maior que o CI, o registrador deve ser capaz uma ou mais instruções que o contador submeter.</p>","metadata":{},"id":"3aaaab13-aa75-458b-9e3e-333183f81c19"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>7:</h3>Considere um computador cuja MP é organizada com N células de 1 byte cada uma. As instruções interpretadas pela UCP possuem 3 tamanhos diferentes as do tipo A possuem 16 bits, as do tipo 13 têm bits e as do tipo C possuem 48 bits.Considerando que o código de operação de cada uma tem um tamanho fixo e igual a 8 bits e que os programas executados nesse processador são constituídos de uma mistura dos 3 tipos de instruções, imagine um processo prático para incremento automático do CI após a execução de cada instrução do programa.\n<hr>\n<p>Para o incremento do CI a instrução deve ser mandada do RDM para o RI, então o endereço será decodificado a partir das faixas de tamanhos que são consideradas pela UCP, o razão entre o tamanho das instruções e o código de operação de tamanho fixo será o resultado dos bits que serão incrementados no CI.</p>","metadata":{},"id":"4d5e8cde-7c9d-47b5-b7e8-f32f7485949d"},{"cell_type":"code","source":"A = 16\nB = 32\nC = 48\nCO = 8\nprint(\"Incrementos em CI de acordo com a instrução selecionada\")\nprint(\"Instrução A: {}\\nInstrução B: {}\\nInstrução C: {}\".format((A/CO),(B/CO),(C/CO)))\n","metadata":{"trusted":true},"execution_count":2,"outputs":[{"name":"stdout","text":"Incrementos em CI de acordo com a instrução selecionada\nInstrução A: 2.0\nInstrução B: 4.0\nInstrução C: 6.0\n","output_type":"stream"}],"id":"91857f26-4986-40cc-88f2-843c6f363af2"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>8:</h3>Considere um processador cujo ciclode instrução não possua a etapa de incremento automático do valor do CI, imagine um método alternativo que permita a execução do programa.</p>\n<hr>\n<p>O incremento ocorrerá no REM,então o CI apenas guardará a primeira instrução a ser executada no ciclo de instruções, em seguida o REM recebe a primeira instrução.</p>","metadata":{},"id":"08cbba3e-34b1-487e-8d88-a31c91806c80"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>9:</h3>Qual é e onde se localiza o registrador cujo conteúdo controle a sequência de processamento das instruções de um programa. </p>\n<hr>\n<p>O Registrador de instruções, se localiza na área funcional de processamento.</p>","metadata":{},"id":"bca78a18-2a06-4c1d-be3e-45d245cb1ccb"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>10:</h3>Considerando as instruções a seguir, indique a quantidade de ciclos de memória despendidos para realziar seu ciclo de instrução completo(explicitar a quantidade de ciclos de leitura e escrita, quando for o caso) </p>\n<hr>\n<ul>\n        <li><b>ADD.OP</b>1 ciclo de memória/ 2 leituras</li>\n        <li><b>SUB.OP</b>1 ciclo de memória/ 2 leituras</li>\n        <li><b>ADD.OP1.OP2</b>2 ciclos de memoria/ 4 leituras/ 1 escrita</li>\n        <li><b>INCR</b>1 ciclo de memória/ 2 leituras</li>\n        <li><b>LDA.OP</b>0 ciclo de memória/ 1 leitura</li>\n</ul>","metadata":{},"id":"f2089a3c-2c76-4edb-9fd1-a8029634378c"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>11:</h3>Qual é o registrador cujo conteúdo determina a capacidade de memória de um computador?Justifique </p>\n<hr>\n<p>O RDM, pois é o registrador que recebe os bits das palavras(dados e instruções)</p>","metadata":{},"id":"0415f302-bd98-40b6-81ec-a1e9e7984b96"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>12</h3>:Considere um computador com 64K células de memória, instruções de um operando, tendo possibildadede ter um conjunto de 256 instruções de máquina.Considerando que cada instrução tem o tamanho de uma célula, que é o mesmo tamanho da palavra do sistema, qual o tamanho, em bits do Reg, CI e RDM? Qual é o total de bits dessa memmória? </p>\n<hr>\n<p>Como a quantidade de instruções e dados é a mesma, temos que:</p>","metadata":{},"id":"56c1fba2-0fcd-4f19-952b-d83fb113bfec"},{"cell_type":"code","source":"i = 256\nprint(\"Reg = CI = RDM = {} bits\".format(log2(256)))","metadata":{},"execution_count":3,"outputs":[{"name":"stdout","text":"Reg = CI = RDM = 8.0 bits\n","output_type":"stream"}],"id":"7907f850-3578-4297-a9fa-b1d3d2a442b7"},{"cell_type":"code","source":"MP = pow(2,16)\nbits = 8\nprint(\"A memória tem um total de 512K({})bits\".format(MP*bits))","metadata":{},"execution_count":4,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A memória tem um total de 512K(524288)bits\n","output_type":"stream"}],"id":"a6905d66-17a8-4c1f-9bc9-f50806b4b851"},{"cell_type":"markdown","source":"### 13:\n<p>Um computador tem um REM de 16 btis e um barramento de dados de 20 bits. Possui instruções de um operando, todas do tamanho de uma célula de memória e do mesmo tamanho da palavra. Ele foi adquirindo com apenas uma placa de 4K de memória</p>\n<hr>\n<b>a)Qual o tamanho, em bits, do RDM e do CI?</b>\n<ul>\n        <li><p>O barramento de dados suporta a mesma quantidade do RDM portanto, <b>o tamanho do RDM será de 20 bits</b></p></li>\n        <li>O CI suporta a mesma capacidade do REM, portanto, <b>o tamanho do REM será de 16 btis </b>   </li>\n</ul>\n\n<b>b)Seria possível aumentar-se a capacidade de armazenamento dessa memória?Até quanto?Por que?</b>","metadata":{},"id":"c59a796b-5455-4ae5-ad4d-56af351b54b0"},{"cell_type":"code","source":"rem = 16\nMP = pow(2,16)\nprint(\"Sim, ate 64Kbits({}bits), pois é a quantidade de endereços que o Registrador de Endereços de Memória do computador aguenta\".format(MP,rem))\n","metadata":{"trusted":true},"execution_count":2,"outputs":[{"name":"stdout","text":"Sim, ate 64Kbits(65536bits), pois é a quantidade de endereços que o Registrador de Endereços de Memória do computador aguenta\n","output_type":"stream"}],"id":"9503f5f4-481c-4770-b861-6601e940213f"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>c)Qual a quantidade máxima de instruções de máquina que poderia existir nesse computador?</b>","metadata":{},"id":"6baea470-caf8-43b0-a024-2332409b3071"},{"cell_type":"code","source":"rdm = 20\nMrem = 12\nco = rdm-Mrem\ni = pow(2,co)\nprint(\"{}bits, pois é o total de bits do código de operação\".format(i))","metadata":{"trusted":true},"execution_count":3,"outputs":[{"name":"stdout","text":"256bits, pois é o total de bits do código de operação\n","output_type":"stream"}],"id":"f3e27d73-2103-4720-921b-76a513721dac"},{"cell_type":"markdown","source":"### 14\n<p>Um computador possui um conjunto de 128 instruções de um operando; supondo que sua memória tenha capacidade de armazenar 512 palavras e que cada instrução tenha o tamanho de uma palavrae da célula de memória.</p>\n<hr>\n<b>a)Qual o tamanho em bits do REM, RDM, RI, CI?</b>","metadata":{},"id":"d3956cd6-8575-4b11-8ab5-00797bbe8340"},{"cell_type":"code","source":"a = log2(128)\nb = log2(512)\nprint(\"tamanho do REM = tamanho do CI = {}bits\\ntamanho do RDM = tamanho do RI = {}bits\".format(a,b))","metadata":{},"execution_count":9,"outputs":[{"name":"stdout","text":"tamanho do REM = tamanho do CI = 7.0bits\ntamanho do RDM = tamanho do RI = 9.0bits\n","output_type":"stream"}],"id":"83cd3dd6-1755-4d2c-9048-2e013e7bc5a0"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>b)Qual a capacidade da memória, em bytes:</b>","metadata":{},"id":"d4e28185-f05f-4ef9-86bf-a6c3883a9cc9"},{"cell_type":"code","source":"MP = 512\np = 1 #byte\nprint(\"A capacidade da memória é de {}bytes\".format(MP*p))","metadata":{},"execution_count":10,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A capacidade da memória é de 512bytes\n","output_type":"stream"}],"id":"15daab89-03b0-4299-939f-01e1b98a131d"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>c)Se se quisesse alterar o  tamanho das instruções para 17 bits, mantendo inalterado o tamanho do REM, quantas novas instruções poderiam ser criadasw</b>\n","metadata":{},"id":"e0e61d99-5661-489a-9699-9887080ea360"},{"cell_type":"code","source":"remA = 7\nremD= 17\ni = pow(2,remD-remA)\nprint(\"seriam criadas 1k({}) instruções\".format(i))","metadata":{},"execution_count":14,"outputs":[{"name":"stdout","text":"seriam criadas 1k(1024) instruções\n","output_type":"stream"}],"id":"aa068770-b2d5-456c-a209-9bcb4b94e132"},{"cell_type":"markdown","source":"### 15\n<p>Quando se fala que um determinado microcomputador A é um micro de 8 bits e que um outro micro 13 é de 16 bits, a que estamos nos referindo?Ao tamanho da célula de MP ou ao tamanho da palavra?Qual a base desses dois conceitos(palavra e célula)?</p>\n<hr>\n<p> Refere-se ao tamanho da palavra que o barramento de dados do processador aguenta</p>\n<ul>\n    <li><b>Palavra:</b> quantidade de bits, que pode ser tanto uma instrução quanto um dado, que vai pelo barramento de dados até o RDM do processador.</li>\n    <li><b>Célula:</b> quantidade de bits que a memória principal pode armazenar de maneira unitária.</li>\n    </ul>","metadata":{},"id":"5b127668-16e7-4f74-a997-3deaf363f56f"},{"cell_type":"markdown","source":"<h3>16</h3>\n<p>Considere um computador que possua uma UCP com CI de 16 bits e RI de 38 bits.Suas instruções tem dois operandos do mesmo tamanho (16 bits), além, é claro, de um código de operação</p>\n<hr>\n<b>a)Qual o tamanho da instruçãow</b>\n<p>O tamanho da instrução é 16 bits, pois é o tamanho do CI</p>","metadata":{},"id":"2c625fbf-fc9b-40c4-9540-edddaa5f3d74"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>b)Qual o tamanho do campo do código de operação?</b>","metadata":{},"id":"b4078e18-6d28-46b7-be22-86df05db3b90"},{"cell_type":"code","source":"op = 16\nri = 38\nco = ri-(2*op)\nprint(\"O código de oepração tem {} bits\".format(co))","metadata":{},"execution_count":2,"outputs":[{"name":"stdout","text":"O código de oepração tem 6 bits\n","output_type":"stream"}],"id":"56c25629-e053-4aa7-8c39-54d0fb1aaf93"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>c)Considerando que a configuração básica dessa máquina é de 16Kbytes de memória, até que tamanho pode a memória ser expandidaw</b>","metadata":{},"id":"63a547b0-49c2-47a1-bd93-16e277ecd494"},{"cell_type":"code","source":"ri = 38\nMPtotal = pow(2,38)\nprint(\"A memória pode ser expandida até 256 ({}) Gbytes\".format(MPtotal))","metadata":{},"execution_count":3,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A memória pode ser expandida até 256 (274877906944) Gbytes\n","output_type":"stream"}],"id":"4bbd8b01-37b2-4919-aedc-aa3d154ce918"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>17:</h3>A figura a seguir ilustra uma memória de 256 células em que cada célula(ou palavra) contém 16 bits.Nessa figura, cada retângulo simboliza uma célula de memória; o número hexadecimal que está dentro do retângulo representa o seu conteúdo, e o número colocado ao lado de cada um indica o endereço da célula(retângulo):</p>\n<hr>\n<b>a)Qual a capaidade total da memória, em bits?</b>","metadata":{},"id":"ab35c209-7688-4d33-bb11-b98e3d10caaf"},{"cell_type":"code","source":"bits = 16\ncp = pow(2,bits)\nprint(\"A capacidade total da memória é de 64K ({}) bytes\".format(cp))","metadata":{},"execution_count":4,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A capacidade total da memória é de 64K (65536) bytes\n","output_type":"stream"}],"id":"a5204170-c35d-4531-8273-daf1118aa2bc"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>b)Supondo que, no início de um ciclo de instrução, o conteúdo do CI (contador de instrução)seja o hexadecimal A5 e que cada instrução ocupe uma única célula (palavra), qual será a instrução que será executada?</b>\n<p> Será executada a instrução correspondente ao endereço ,nesse caso:<b>C1305</b> </p>","metadata":{},"id":"8a055705-50e5-4fe4-b3c4-ea00062639c8"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>c)Supondo que o conteúdo do REM(registrador de endereços de memória) tenha o valor hexadecimal FD e que um sinal de leitura seja enviado da UCP para a memória, qual deverá ser o conteúdo do RDM(registrador de dados da memória) ao final do ciclo de leitura?</b>\n<p>O valor final do RDM será <b>4040</b></p>","metadata":{},"id":"519d2aa3-0ee5-4086-909e-b694250664f4"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>18:</h3>Explique a diferença entre um processamento sequencial e um outro pipeline</p>\n<hr>\n<p>O processamento sequencial executa cada tarefa por vez a partir de uma ordem pré-determinada, já o processamento pipeline, executa várias tarefas de maneira simultanea, o que aumenta a quantidade de instruções realizadas, mas não diminui a duração de cada uma</p>","metadata":{},"id":"2a9f22d2-e06e-4151-83a1-9d830d2cca79"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>19:</h3>Considere um processador que possua um CI com largura de 32 bits e tenha um conjunto de 61 instruções todas de tamanho fixo igual a 32 bits; o processador é, ainda constituido de 60 registradores de dados para armazenamento de valores em ponto flutuante</p>\n<hr>\n<b>a)Qual é o total de bitsda largura de cada campo operando das instruções matemáticas?</b>\n<p>Terá 64 bits para armazenar 2 valores inteiros, e 128 bits para armazenar 2 valores flutuantes</p>\n<b>b)Qual é o valor do espaço de endereçamento da memória desse sistema?</b>\n<p>64 bits, para comportar desde instruções até valores flutuantes.</p>\n<b>c)Considerando as instruções que manipulam com dados armazenados em registradores, indique qual deverá ser a largura mínima do endereçamento dos registradores inteiros?</b>\n<p>Ao menos 32 bits já que é o tamanho de cada valor inteiro</p>","metadata":{},"id":"ba548cea-2fdd-4a2d-8999-05ad279418ec"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>20:</h3>Considere um processador que possua um conjunto de 197 instruções, algumas das quais têm formato de 2 operandos, com 32 bits de largura e outras possuem formato de 1 operando, com 24 bits de largura. Explique como deve ser a organização de entrada e saída do decodificador de instruções desse processador.</p>\n<hr>\n        <p>Como tem-se um total de no máximo 32 bits de saida para cada operando o decodificador deverá ter 5 entradas de bits 32 saidas</p>","metadata":{},"id":"28114e7d-e2e6-473b-8623-c9b3f021206b"},{"cell_type":"markdown","source":"<p><h3>22:</h3>Considere um processador que possua um conjunto de instruções sobre o qual foi feito um extrato das mais importantes na tabela a seguir.Neste processador todos os endereços possuem 16 bits e as instruções possuem um formato único, mostrado a seguir, e ele possui um conjunto de 16 registradores de dados. Suponha que em um determinado instante, correspondente ao término da execução de uma instrução qualquer, o CI tenha armazenado o seguinte valor, representado em hexadecimal CI = 2B78, e que o registrador RI tenha armazenado o seguinte valor em hexadecimal: = 2C4F08D9.</p>\n<hr>\n<b>a)Qual deverá ser a larura, em bits, do campo C.Op das instruções?</b>","metadata":{},"id":"a08df4c9-736e-4f21-8118-a38a83f75d9c"},{"cell_type":"code","source":"rex = 4\nci = 4*rex\nprint(\"A largura do CI é {}bits\".format(ci)) ","metadata":{},"execution_count":1,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A largura do CI é> 16bits\n","output_type":"stream"}],"id":"46e32a51-82e5-4b23-9937-738d65915852"},{"cell_type":"markdown","source":"<b>b)Qual deverá ser a largura do campo Reg das instruções?</b>\n","metadata":{},"id":"d021aa78-a0b8-4de7-849d-490be834759e"},{"cell_type":"code","source":"Ri = 8*4\nprint(\"A largura do RI é {}bits\".format(Ri)) ","metadata":{},"execution_count":2,"outputs":[{"name":"stdout","text":"A largura do RI é 32bits\n","output_type":"stream"}],"id":"8b555fd7-e348-426f-9344-84f2ee520a09"},{"cell_type":"markdown","source":"\n<b>c)Quantos acessos à memória devem ser realizados para executar o ciclo compleot da instrução de C.Op, igual a 11? E para a a instrução de C.Op, igual a 21?</b>\n<ul>\n        <li><b>Operando 11:</b> Serão necessários 4 acessos, sendo o último acesso correspondente à instrução do JP</li>        <li><b>Operando 21:</b>Serão necessários 4 acessos, sendo o último acesso corresponde à execução da adição</li> </ul>","metadata":{},"id":"c7b4a2f1-d482-4381-ba4e-f3d98d4ad577"},{"cell_type":"code","source":"","metadata":{},"execution_count":null,"outputs":[],"id":"d2a8e801-ee13-44cd-a721-da1ccfc4c259"}]}