Evaluacion Final - Escenario 8 - Arquitectura Del Computador

9/5/2020

Evaluacion final - Escenario 8: PRIMER BLOQUE-TEORICO - PRACTICO/ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR-[GRUPO1]

Evaluacion final - Escenario 8

Fecha de entrega 12 de mayo en 23:55

Puntos 100

Disponible 9 de mayo en 0:00 - 12 de mayo en 23:55 4 días

Preguntas 10 Límite de tiempo 90 minutos

Intentos permitidos 2

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 Las respuestas correctas estarán disponibles del 13 de mayo en 23:55 al 14 de mayo en 23:55. Puntaje para este intento: 100 de 100 Entregado el 9 de mayo en 14:55 Este intento tuvo una duración de 19 minutos. Pregunta 1

10 / 10 pts

Una característica importante del lenguaje ensamblador es que sus instrucciones se escriben en un formato establecido, según su tipo y la definición del conjunto de instrucciones. Este formato está ligado a una conexión directa entre el software que se programa y el hardware que lo ejecuta, por tanto, durante el diseño del conjunto de instrucciones de un procesador, el formato que utilizarán las instrucciones a implementar es un factor clave. ¿Cuáles propiedades son indispensables durante la definición del formato de las instrucciones a implementar?

Un código de operación (CodOp) que identifique cada instrucción y los operandos que va a utilizar (si los requiere) teniendo en cuenta el modo de direccionamiento para acceder a ellos.

Un formato de instrucciones define la descripción en bits de una instrucción, en términos de las distintas partes o campos que la componen. Un formato de instrucciones debe incluir un código de operación (CodOp), e implícita o explícitamente, los operandos. Cada operando se referencia según uno de los modos de direccionamiento vistos previamente en el curso. El formato debe, implícita o explícitamente, indicar el modo de direccionamiento de cada operando. Las demás opciones de respuesta no tienen que ver con la estructuración del formato de las instrucciones de un procesador.

Tamaño de los resultados de las operaciones que se ejecutan en la ALU y tamaño de la memoria en donde se van a almacenar dichos resultados.

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Tamaño de los registros que operarán y la cantidad de veces que cada instrucción será invocada por el programa.

Cantidad y tamaño de los registros en los que se pueden escribir y leer los datos.

Pregunta 2

10 / 10 pts

La microarquitectura es un nivel fundamental en el proceso de transformación de un problema para su solución a través de un sistema computacional. En esencia, corresponde a componentes de hardware que ensamblan funcionalidades como la de almacenar un programa. Hacen parte de la microarquitectura de un computador los siguientes componentes:

Memoria RAM, Memoria de Programa, Instrucciones Memoria RAM, Memoria de Programa, Registros

La microarquitectura corresponde a los elementos de hardware que interconectados a través de buses de datos y control, son capaces de ejecutar el conjunto de instrucciones definidos en el ISA del computador. Los elementos de hardware principales son: Memoria de Programa, Memoria de Datos, Registros, Unidad de Control, Unidad Lógico-Aritmética, Buses de control, Buses de datos y Unidad de entrada/salida. Los modos de direccionamiento e instrucciones corresponden a la definición del Conjunto de Instrucciones (ISA).

Memoria de Programa, Instrucciones, Modos de direccionamiento Memoria RAM, Instrucciones, Modos de direccionamiento

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Pregunta 3

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La microarquitectura corresponde a los elementos de hardware que, interconectados a través de buses de datos y control, son capaces de ejecutar el conjunto de instrucciones definidos en el ISA del computador. En este escenario surgen dos corrientes principales: la arquitectura Harvard y la arquitectura Von Neumann. La principal diferencia estructural entre la arquitectura de Harvard y la arquitectura de Von Neumann es que

La arquitectura Harvard es más rápida, pues plantea un solo módulo para el almacenamiento y el procesamiento de instrucciones.

La arquitectura Harvard contempla dos bloques de memoria separados, uno para los datos y otro para el programa, mientras que Von Neumann plantea uno solo para ambos aspectos.

La arquitectura Von Neumann es más rápida, pues requiere más conexiones físicas para poder implementar sus componentes principales.

La Unidad Central de Procesamiento propuesta por Von Neumann se reemplaza por bloques discretos especializados en cálculos y procesos específicos en la arquitectura de Harvard.

Pregunta 4

10 / 10 pts

Una unidad lógica aritmética (ALU) es una función multioperación digital de lógica combinacional que puede realizar un conjunto de operaciones aritméticas y lógicas básicas. Si la ALU tiene 4 líneas de control, para seleccionar la operación que se https://poli.instructure.com/courses/13156/quizzes/46804

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va a realizar, ¿Cuántas operaciones diferentes, máximo, puede ejecutar esa ALU?

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Una unidad lógica aritmética (ALU) es una función multioperación digital de lógica combinacional que puede realizar un conjunto de operaciones aritméticas y lógicas básicas. La ALU tiene un número de líneas de control para seleccionar una operación en particular de la unidad. Las líneas de control se decodifican dentro de la ALU de manera que las k variables de selección pueden especificar hasta 2k operaciones diferentes (Hennessy Patterson 2000). Al ser 4 líneas de control, se tienen 24 16 operaciones distintas, máximo.

8 32 4

Pregunta 5

10 / 10 pts

MIPS corresponde a la sigla de Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages (Microprocesador sin etapas de pipeline bloqueadas). Su nombre se debe a que el procesamiento de una instrucción se realiza por etapas, a que todas las instrucciones siguen las mismas etapas y a que cada etapa utiliza sus propios recursos de hardware sin bloquear las etapas siguientes. Adicionalmente, incluye el hecho de que todas las etapas duran lo mismo. Por lo anterior, se puede asegurar que la arquitectura MIPS

Ejecuta más rápido cada instrucción.

Permite el procesamiento de varias instrucciones a la vez, siempre y cuando estén en etapas diferentes.

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El pipeline (procesamiento de instrucciones por etapas) permite el procesamiento en paralelo a nivel de instrucción. El procesamiento de cada instrucción sigue siendo igual de veloz, pues cada instrucción tarda exactamente lo mismo en ser ejecutada. Sin embargo, gracias a que no hay bloqueo, pueden ejecutarse hasta 4 instrucciones a la vez, aunque cada una en una etapa distinta. En el tiempo en que se ejecutaba una instrucción, ahora se procesaría una completa, ¾ de otra instrucción, ½ de otra y ¼ de otra más.

Permite el procesamiento de múltiples instrucciones a la vez, siempre y cuando estén en la misma etapa.

Ejecuta 4 instrucciones en el tiempo en que haría una sola.

Pregunta 6

10 / 10 pts

Cloud Computing es un nuevo modelo de prestación de servicios de tecnologías de la información, cuyo uso se expande rápidamente entre usuarios, tanto empresariales como personas en general. Es importante aclarar que no es una nueva tecnología per se; este nuevo modelo está claramente orientado a la escalabilidad, usando computadores de alto desempeño y rendimiento, a cuyos servicios se puede acceder en la red.brLa computación en la nube tiene ciertas características singulares que traen consigo una serie de ventajas para las dinámicas de la sociedad y la economía actuales. La más representativa es:

El muy bajo consumo de energía que se logra, de manera que los procesos de las empresas tienen un impacto ecológico mucho menor.

La alta orientación a la escalabilidad, logrando que la infraestructura, las plataformas y el software que brinda se adapten a las necesidades dinámicas que presentan los negocios en la actualidad.

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Cloud Computing requiere una fuerte capa de virtualización de infraestructura (servidores, almacenamiento, comunicaciones, etc.), así como una capacidad muy avanzada en cuanto a aprovisionamiento de recursos IT, orquestación de esos recursos y una orientación a servicios (SOA). Es precisamente SOA la característica de Cloud Computing que le da la cualidad de ser escalable y elástica. Es muy importante destacar la necesidad de una estandarización de los servicios; cuanto más estandarizada sea la infraestructura, más sencillo resultará el proceso y mayor será su escalabilidad. La cantidad de memoria o de núcleos que se pueden utilizar en un sistema de cómputo basado en la nube es un parámetro más, pero no es la característica definitiva de esta tendencia tecnológica. Si bien el Cloud Computing permite adaptar mejor los recursos de cómputo a las necesidades de cada momento, produciendo como efecto colateral un aprovechamiento más eficiente de la energía consumida, no es la característica sobre la que se construyó este modelo.

La gran cantidad de memoria que esta arquitectura puede manejar, logrando así flujos de entrada y salida de datos más rápidos.

La gran cantidad de núcleos que esta arquitectura puede manejar, logrando así un gran poder de procesamiento.

Pregunta 7

10 / 10 pts

Hay diversos registros del procesador que se emplean para controlar su funcionamiento. Algunos de ellos no son visibles para el usuario de la arquitectura; por ser para control o almacenamiento de estado. Según la arquitectura, los procesadores tienen distintas organizaciones de registros y usan convenciones diferentes. Sin embargo, existen algunos esenciales que pueden ser encontrados en cualquier procesador. En las siguientes opciones escoja aquella que integre tres registros no modificables por el usuario (conocidos también como registros de control y estado), esenciales para el funcionamiento de cualquier procesador. https://poli.instructure.com/courses/13156/quizzes/46804

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El contador de programa, indispensable para saber la dirección de memoria de la línea del programa que se ejecuta en el momento. El registro de instrucción, pues contiene la última instrucción ejecutada y el registro de estado, ya que muestra indicadores del estado actual del procesador.

A continuación, se presenta una lista de posibles registros de control para la ejecución de una instrucción, con una breve descripción: ● Contador de programa (PC): Contiene la dirección de la instrucción a captar y posteriormente a ejecutar. ● Registro de instrucción (IR): Contiene la última instrucción captada. ● Registro de dirección de memoria (MAR): Contiene la dirección de una posición de la memoria principal. ● Registro intermedio de memoria (MBR): Contiene la palabra de datos a escribir en la memoria principal o la palabra leída más reciente. ● Registro de estado (SR): Contiene un conjunto de “banderas”, representadas cada una por un bit (1 o 0) que indican el estado actual del procesador. Los registros de uso general y de pila si pueden ser directamente modificados por el usuario.

Los registros de uso general, única manera de almacenar variables de programa. El registro de instrucción, pues contiene la última instrucción ejecutada y el registro de dirección de memoria, que contiene la dirección de una posición de la memoria principal.

El registro de instrucción, pues contiene la última instrucción ejecutada. El registro de pila, pues es el que permite acceder a la pila del procesador y el registro de datos que contiene la última palabra de datos escrita o leída en la memoria del programa por el procesador.

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El registro de estado ya que muestra indicadores del estado actual del procesador. El contador de programa, indispensable para saber la dirección de memoria de la línea del programa que se ejecuta en el momento y el registro de pila, pues es el que permite acceder a la pila del procesador.

Pregunta 8

10 / 10 pts

Los registros tienen conexión directa con la ALU. Son un espacio de memoria en el que se almacenan los datos a ser operados, así como los resultados de la operación.brComo la ALU recibe dos operandos, se pueden leer hasta dos registros a la vez. Si se modelan los registros como una caja negra con entradas y salidas, se puede decir que:

Existe una entrada para direcciones y dos salidas de datos. Existe una entrada para direcciones y una salida de datos. Existen dos entradas para direcciones y una salida de datos. Existen dos entradas para direcciones y dos salidas de datos.

Como la ALU recibe dos operandos, se pueden leer hasta dos registros a la vez. Esto tiene dos implicaciones: i) se reciben dos direcciones, ii) se tienen dos salidas de datos. Cuando se recibe la orden de leer los registros, se leen las dos direcciones y se pone en cada salida el valor que está almacenado en el registro con la dirección respectiva (por esto son dos salidas).

Pregunta 9

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Patt (2001), en el artículo “Requirements, Bottlenecks, and Good Fortune: Agents for Microprocessor Evolution” establece que un problema se puede solucionar con un sistema computacional, que se divide en varias etapas que van desde la definición del problema, hasta su ejecución a nivel del movimiento de electrones. Según el autor, la arquitectura del computador es una ciencia y un arte que estudia los siguientes niveles en ese proceso:

Microarquitectura y lógica. Microarquitectura y circuitos. ISA y microarquitectura.

La ingeniería de sistemas se desarrolla en torno a la formulación del problema, del algoritmo, los lenguajes de programación, la compilación, el ISA y la microarquitectura. La ingeniería electrónica se encuentra en los niveles: ISA, microarquitectura, lógica, circuitos y electrones. La arquitectura del computador estudia justo los dos niveles que comparten ambas ingenierías: ISA y Microarquitectura.

Circuitos e ISA

Pregunta 10

10 / 10 pts

La ejecución de un programa consiste en la ejecución secuencial de instrucciones. Cada instrucción se ejecuta durante un ciclo de instrucción compuesto por sub-ciclos más cortos, llamados etapas. La ejecución de cada etapa incluye una o más operaciones breves, es decir, una o más micro operaciones muy sencillas y específicas.brLas órdenes a cada componente del hardware, en cada etapa, según corresponda, son dadas por un componente de la micro-arquitectura:

Memoria RAM

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Unidad de control

La unidad de control es el componente de la microarquitectura encargado de administrar los recursos de hardware. Este componente controla cada uno de los otros componentes de la microarquitectura, según las instrucciones que esté ejecutando y la etapa en la que vaya cada una. La memoria RAM es el componente en el que se almacenan datos del programa, la ALU es el componente en el que se ejecutan las operaciones lógicas y aritméticas y los registros son espacios de memoria que almacenan datos que pueden ser generales, de control o estáticos.

ALU Registros

Puntaje del examen: 100 de 100

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