Arquitectura de computadores I Trabajo Práctico N° 3 2014 Página

Arquitectura de computadores I
Trabajo Práctico N° 3
1) Considerar una memoria principal que consiste de varios módulos de memoria acoplados al bus del
sistema, de ancho de una palabra. Cuando se hace un pedido de escritura, el bus es ocupado por los datos,
dirección y señales de control por 100 ns y en los siguientes 500 ns, el módulo de memoria direccionado
ejecuta el ciclo aceptando y almacenando el dato. Operaciones sobre diferentes módulos de memoria
pueden superponerse en el tiempo, pero solo un pedido puede hacerse sobre el bus en un determinado
momento. ¿Cuál es el máximo número de almacenamientos que pueden iniciarse en 1 segundo?
1
+
=
=
100
1
+ 500
= 1,6
2) La memoria de un ordenador consta de diez módulos independientes conectados a un bus de memoria
común. En una operación de escritura cada uno de estos módulos ocupa el bus del sistema únicamente al
comienzo de la operación y durante un 20% del tiempo total del ciclo de escritura. El 80% del tiempo de ciclo
de escritura restante el módulo lo emplea para almacenar el dato internamente. Si las operaciones de
escritura de dichos módulos de memoria pueden solaparse, ¿en cuánto se ve incrementada la velocidad
máxima de almacenamiento de la memoria del ordenador en relación a la velocidad de un único modulo?
' (
= (1 + 0,2 × 9) × (
+
= (10) × (
)
78%
) = 2,8 × (
+
)
+
)
3) Suponiendo que un protocolo de bus necesita 10 ns por dispositivo para hacer un pedido, 15 ns para
arbitraje y 25 ns para completar cada operación. ¿Cuántas operaciones pueden ser completadas por
segundo?
=
, -.
/.
+
1
0
+
.-
.1
=
10
1
+ 15
+ 25
= 20
4) Un procesador tiene 8 líneas de interrupción (con nros 0 a 7) y en la que las interrupciones de números
más bajos tienen prioridad sobre las de números más altos. El procesador empieza sin pedidos pendientes y
se da la siguiente secuencia de pedidos: 4,7,1,3,0,5,6,4,2,1. Suponiendo que la atención de cada interrupción
toma el suficiente tiempo para que 2 pedidos más lleguen mientras se atiende la primera y de la misma
manera con todas, pero cada pedido no puede interrumpir a otro. ¿En qué orden se atienden las
interrupciones?
Interrupción Atendida Interrupción Pendiente Interrupción Nueva
4
7-1
1
7
3-0
0
7-3
5-6
3
7-5-6
4-2
2
7-5-6-4
1
1
7-5-6-4
4
7-5-6
5
7-6
6
7
7
5) Dado que la latencia de un banco de memoria principal es el tiempo que tarda en completar una
operación individual (lectura o escritura). Suponiendo un sistema con 4 bancos, cada uno de los cuales tiene
una latencia de 100 ns y tiene un sistema de pipeline que permite solapar 8 ejecuciones de operación. Si
cada banco retorna 4 bytes de datos en respuesta a un pedido a memoria. ¿Cuál es el pico de rendimiento
(throughput) en operaciones por segundo y el pico de tasa de datos en bytes por segundo del sistema?
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Trabajo Práctico N° 3
8 ( 2
→ 800
1 ( 2
→ 4)5 × 4)
= 16)5
)5 8 ( 2
= 16)5 × 8 = 128)5
128)5
=
= 1537)/
800
32
= 40
./
=
800
6) Un disco magnético con 5 platos (platters) tiene 2048 tracks/platter, 1024 sectores/track (número fijo de
sectores por track) y 512 bytes por sector. ¿Cuál es la capacidad total?
:
=
)5
×
;
×
;
×
= 512 × 1024 × 2048 × 5 = 5<)5
7) Supongamos un disco con velocidad rotacional de 15000 rpm, 512 bytes por sector, 400 sectores por track
y 1000 tracks sobre el disco, tiempo de búsqueda medio de 4 ms. Si queremos transmitir un archivo de 1
Mbyte, que se almacenan en forma seguida en el disco.
a) ¿Cuál es la tasa de transferencia para este archivo?
=
>
=
? .
)5
× )5
= @ABBB
DBC 1
b) ¿Cuál es el tiempo de acceso medio para este archivo?
=
.C , .
= F=
= I4
G
,
+
+
2×? .
2×
1
1
60
c) ¿Cuál es el tiempo total para leer un sector?
=
.C , .
==
=4
G
+
,
+
2×
H×
2×? .
1
15000
60
1
=
.C , .
==
=4
G
,
+
+
2×
2×? .
1
15000
60
+
DBC 1
1
? .
× 512
+ @ABBB -C
? .
)5
204800)5
× 512
)5
E
.
× 400
? .
512)5
+
DBC 1
× 512
= 56,5
+ @ABBB -C
d) ¿Cuál es el tiempo total para leer un track?
1024;)5
+
J × 6 + 20,5
15000
-C
)5
× )5
× 400
)5
× )5
× 400
-
= 20,5
.
)5
× )5
= 6,7
= 10
8) Analizar la eficiencia de almacenamiento y tolerancia a fallos para arreglos RAID 0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6
utilizando 3, 7 y 13 discos de las mismas características.
RAID Discos
1
2
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3
7
13
3
7
Discos
Eficiencia
Almacenamiento Redundantes
1
1
33,33%
3
3
42,86%
6
6
46,14%
1
2
33,33%
4
3
57,13%
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7
13
3
7
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7
13
3
4
5
6
9
2
6
12
2
6
12
2
6
12
1
5
11
4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
69,22%
66,66%
85,70%
92,30%
66,66%
85,70%
92,30%
66,66%
85,71%
92,31%
33,33%
71,43%
84,61%
9) Suponiendo que el procesador está asignado a un proceso en ejecución, por tanto, está en estado activo,
qué sucede cuando un dispositivo indica al procesador mediante una interrupción que dispone de datos a
ser tratados. Marque la opción pertinente.
o Se retira el proceso activo, que pasará a estado preparado, y se ejecutará el código del gestor de
dispositivos.
10) Tenemos un computador cuyo procesador trabaja con un reloj de 1 GHz y queremos calcular la
sobrecarga que sufre el procesador al realizar una operación de Entrada/Salida por interrupción con un disco
duro. El disco duro transfiere los datos en bloques de 8 palabras (con palabras de 64 bits) y su velocidad de
funcionamiento es de 8 MB/s. El procesador necesita 1000 ciclos de reloj para detectar la interrupción, saltar
a la rutina de atención al dispositivo y ejecutarla. Para facilitar los cálculos, supongamos que el sistema
funciona de forma estable durante un intervalo de tiempo, y que el disco duro trabaja de forma continua y
que interrumpe cada vez que tiene preparado un bloque de datos a transferir.
La sobrecarga que sufre el procesador en una operación de E/S es el porcentaje de tiempo que le dedica a la
operación de E/S frente al tiempo total que tiene.
)5 >
= 8
)
× 64) = 512)5
512)5
>
=
= 61μ
8388608)5 /
1000
2
=
= 1μ
1<LM
= (62 + 1)μ
= 62μ
11) Un determinado procesador requiere 1000 ciclos para empezar una atención a interrupción
(almacenamiento del contexto) y el mismo número de ciclos para reconstruir el contexto, después de
atendida o 500 ciclos para “encuestar” un dispositivo I/O. Considerar que:
- Un dispositivo I/O conectado al procesador, genera 150 pedidos de atención por segundo (interrupción),
cada uno de los cuales toma 10000 ciclos para ejecutar una vez que ha empezado la atención.
- El procesador realiza una encuesta cada 0,5 ms si no se utilizan interrupciones.
a) ¿Cuántos ciclos en cada segundo emplea el procesador atendiendo al dispositivo de I/O si se utilizan
interrupciones?
= N:
1
+:
O/P
+:
. 1. Q
×
= (1000 + 10000 + 1000) × 150 = 1,8
b) ¿Cuántos ciclos en cada segundo emplea si se usa encuesta en lugar de usar interrupciones?
1000
= N:
+:
= (500 + 10000) ×
= 21
1
O/P Q ×
0,5
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Trabajo Práctico N° 3
c) ¿Cuántas encuestas por segundo debe efectuar el procesador para que emplee el mismo número de ciclos
que al usar interrupciones?
2
= (500 + 10000) ×
2
1,8
1000
= 5,8
Se debe realizar una encuesta cada 5,8 mSeg para obtener el mismo número de ciclos que con
interrupciones.
12) Un computador tiene conectado un ratón que debe consultarse al menos 30 veces por segundo para
poder actualizar su posición en la pantalla. La rutina que consulta su posición y vuelve a dibujar el puntero
en la pantalla requiere 2000 ciclos para su ejecución. Si el computador tiene una frecuencia de 2.7 GHz, ¿qué
sobrecarga supone la mencionada rutina de tratamiento de interrupciones, es decir, qué porcentaje de
tiempo dedica el computador a ejecutar esta rutina.
1
→ 30?
× 2000
= 60000
60000
× 100%
( 2 =
= 0,002%
2,7<LM
13) Un dispositivo de I/O transfiere 10 MB de datos a memoria de un procesador sobre el bus de I/O, que
tiene una capacidad de transferencia de datos de 100MB/s. Los 10 MB de datos son transferidos como 2500
páginas independientes de 4 KB cada una. Si el procesador opera a 200 MHz, le toma 1000 ciclos iniciar una
transacción con DMA y 1500 ciclos para responder al dispositivo de I/O cuando el DMA termina la
transferencia, ¿Qué fracción de tiempo el procesador emplea manejando los datos, con y sin DMA?
Con DMA:
=
= (= 1 .RST + =RST + = )×
. = (5U + 100
+ 7,6U ) × 2500 ≅ 250
Sin DMA:
. = 39U × 2500 = 98
=
= =- W ×
14) Realice una tabla comparativa entre los discos SATA y los Discos SSD indicando:
a) Velocidad de funcionamiento y eficiencia
b) Coste por Byte
c) Amortización a lo largo del tiempo
Disco Velocidad Eficiencia Coste por GByte Amortización
SATA 600 MB/s
$2
Excelente
SSD 700 MB/s
$ 12
Buena
15) Si se tiene una placa base con dos canales Sata, Cuantos discos SATA se pueden conectar?, y si tengo dos
canales ATA cuantos podré tener conectados?
En una placa base con dos canales sata se pueden conectar dos discos, mientras que en dos canales ATA se
pueden conectar cuatro discos.
16) a) Cuanto tiempo requiere la transferencia de 4200 MB un disco sata 6?, en el caso de un disco SATA
externo, Cuánto tiempo consume dicha transferencia?
=
42007X
SY
600
42007X
= 7
2
2
SY = 36,5
115
b) Suponga que los datos se envían desde un USB 3.0 a un SATA/300 en la PC. En donde está el cuello de
botella?, cuanto demora la transmisión?
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Z
=
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El cuello de botella se encontrara en la interfaz SATA/300 ya que su velocidad es de 300 MB/s y el USB es de
600 MB/s.
42007X
[ X =
2
SY = 7
600
42007X
\=\/300 =
2
SY = 14
300
17) ¿Qué medios de comunicación quedaron obsoletos a partir de la incorporación del USB?
El puerto USB desplazó los puertos serie, paralelo, puerto de juegos, Apple Desktop Bus y PS/2.
Un puerto serie es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por
computadoras y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez, en
contraste con el puerto paralelo que envía varios bits simultáneamente.
Un puerto paralelo es una interfaz entre una computadora y un periférico, cuya principal característica es
que los bits de datos viajan juntos, enviando un paquete de byte a la vez. Es decir, se implementa un cable o
una vía física para cada bit de datos formando un bus.
El puerto de juegoses la conexión tradicional para los dispositivos de control de videojuegos en las
arquitecturas x86. El puerto de juegos se integra, de manera frecuente, en una entrada/salida del ordenador
o de la tarjeta de sonido o como un puerto integrado más de algunas placas base.
El Apple Desktop Bus es un bus serie usado para conectar dispositivos de baja velocidad a las computadoras.
Usado primordialmente en la plataforma Apple Macintosh, los equipos ADB siguen estando disponibles pero
no soportados por la mayoría del hardware fabricado por Apple desde 1998.
El puerto PS/2 toma su nombre de la serie de ordenadores IBM Personal System/2 que es creada
por IBM en 1987, y empleada para conectar teclados y ratones. Muchos de los adelantos presentados fueron
inmediatamente adoptados por el mercado del PC, siendo este conector uno de los primeros.
18) Un disco externo conectado por USB, con tecnología 3.0 se utiliza para transferir un volumen de archivos
de 100MB, a una Pc que posee un puerto USB 2.0. Considerando únicamente el tiempo de transferencia del
archivo calcular el rendimiento de esta operación.
1007X
[ X3.0 =
2
SY = 0,17
600
1007X
[ X2.0 =
2
SY = 1,88
53
0,17
]
=
× 100% = 9,04%
1,88
19) Se tiene un interfaz usb a 1,5Mbps con un microcontrolador mediante las librerías cdc y bulk.Determine
en cada caso de cuantos bytes se conforma cada paquete en la transmisión de 1 byte de datos.
a) La transmisión se realiza en modo bulk usando un solo endpoint, logrando una velocidad de 6 kbps.
)5
1,57)
=
= 196608)5 /
8
6;)
→
= 768)5 /
8
196608
)5 ^2
=
= 256)5
768
b) En modo cdc con velocidad de conexión de 921600bps y con conexión Hyperterminal se transmite 1 byte
cada 3,4us usando la función usb_cdc_putc(), pero el envío no es constante, hay tiempos "muertos" de
500us aprox. entre envíos.
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