Exercícios da aula de programação

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<p>Universidade Federal de Pelotas</p><p>Centro de Engenharias</p><p>Algorítmos e Programação</p><p>Exercícios Aula 1</p><p>Rodrigo da Costa Cardoso</p><p>Pelotas, março de 2022</p><p>• Pesquise sobre memória CACHE e responda qual a principal função da memória</p><p>CACHE e qual deve ser sua velocidade de trabalho, em função da CPU e</p><p>memória principal?</p><p>Esse tipo de memória possui alta velocidade e tem por função armazenar</p><p>dados e instruções que a CPU poderá precisar em breve. Ela possibilita que o</p><p>processador trabalhe com toda a capacidade e tenha o mínimo de tempo ocioso</p><p>possível.</p><p>Cada fabricante utiliza a memória cache de uma forma diferente. Isso</p><p>também pode variar de acordo com a microarquitetura usada no chip. No</p><p>entanto, o padrão é que, quando a CPU precisa buscar a sua primeira instrução,</p><p>ela terá de ir até a memória RAM, visto que a memória cache estará vazia.</p><p>Apesar disso, em vez de trazer apenas a solicitação feita pela CPU, a</p><p>unidade de busca traz um bloco inteiro de instruções que, por sua vez, é</p><p>armazenado na memória cache. Assim, se o processador for continuar a</p><p>executar o referido programa, as instruções subsequentes estarão já</p><p>armazenadas na memória cache. Então, a unidade de busca não precisará ir até</p><p>a memória RAM para obtê-las.</p><p>Nem sempre a unidade de busca armazena as informações corretas na</p><p>memória cache. No entanto, a taxa de acerto é bem alta, cerca de 80% a 99%</p><p>das vezes. Com isso, é possível afirmar que quase todo o acesso à memória</p><p>RAM é feito através da memória cache.</p><p>A memória cache é dividida em alguns níveis, conhecidos como L1, L2 e</p><p>L3 (L significa Level, em inglês). Eles dizem respeito à proximidade da memória</p><p>cache das unidades de execução do processador.</p><p>Em termos de capacidade de armazenamento, o cache é bem menor que</p><p>a RAM. Consequentemente, nem todo byte da RAM pode ter sua localidade</p><p>única no cache. Sendo assim, é necessário dividir o cache em seções que podem</p><p>ser usadas para armazenar áreas diferentes da memória RAM e também ter um</p><p>mecanismo que permite a cada área do cache armazenar áreas diferentes de</p><p>RAM em horas diferentes. Mesmo com a diferença de tamanho entre cache e</p><p>RAM, dada a natureza sequencial e localizada do acesso ao armazenamento,</p><p>uma pequena quantidade de cache pode, efetivamente, acelerar o acesso a uma</p><p>grande quantidade de memória RAM.</p><p>• Qual a principal função de um dispositivo de entrada? E de um de saída?</p><p>Os dispositivos de entrada são aparelhos que ajudam o computador a obter</p><p>os dados do usuário e inseri-los no sistema de computação. Eles são capazes</p><p>apenas de enviar dados, e não de receber.</p><p>É o hardware que retira os dados através da ação do usuário e processa</p><p>as informações. Por exemplo, quando você digita em um teclado, ele capta a</p><p>informação que você quer passar e a manda para o computador de modo que</p><p>conseguimos ver.</p><p>Esses dispositivos devem ter uma modalidade na entrada. Ou seja, algo</p><p>que os conecte ao computador, como um cabo ou conexão wireless.</p><p>Os dispositivos de saída desempenham um papel significativo na</p><p>informação, transformando os dados que estão no computador em uma</p><p>linguagem identificável para o receptor.</p><p>Por exemplo, sempre que tocamos uma música no computador, ele</p><p>processa o arquivo e faz com que o som saia pelos alto-falantes. Assim,</p><p>podemos ouvir. Outro exemplo é o uso da impressora, que é capaz de</p><p>transformar um arquivo digital em algo físico.</p><p>Alguns dispositivos funcionam tanto de entrada como saída. Estes podem</p><p>tanto receber dados de usuários ou de outro dispositivo como também enviar</p><p>dados para outro dispositivo.</p><p>• Para que serve um sistema operacional?</p><p>É um software ou conjunto de softwares cuja função é administrar e</p><p>gerenciar os recursos de um sistema, desde componentes de hardware e</p><p>sistemas de arquivos a programas de terceiros, estabelecendo a interface entre</p><p>o computador e o usuário.</p><p>Entenda como um “computador” qualquer máquina de processamento</p><p>automático de dados, como um desktop ou notebook, um celular ou tablet, um</p><p>smartwatch, um servidor, um console de videogame, um set-top box, um</p><p>roteador ou outro aparelho.</p><p>O sistema operacional introduz uma “camada de abstração” entre o</p><p>hardware e o usuário, que transforma comandos no mouso ou teclado e</p><p>solicitações do sistema, como gerenciamento de recursos (CPU, memória RAM),</p><p>em linguagem de máquina, enviando instruções ao processador. Este último os</p><p>traduz para código binário, executa os comandos e envia as respostas como</p><p>informações que aparecem na sua tela.</p><p>Um sistema operacional contém componentes divididos entre os para o</p><p>usuário (como bibliotecas, programas e interface) e as instruções que compõem</p><p>o seu núcleo (kernel).</p><p>Já o kernel compõe a parte central do programa e responde por tarefas</p><p>cruciais, como:</p><p>• Estabelecer a camada de abstração de baixo nível (linguagem de máquina)</p><p>com o hardware;</p><p>• Gerenciar recursos como processador, RAM, sistemas de arquivos e</p><p>dispositivos de entrada e saída (monitor, teclado, mouse, impressora, etc.);</p><p>• Gerenciar processos (execução) de programas;</p><p>• Gerenciar o uso de dispositivos, memória do sistema e chamadas dos</p><p>programas, definindo quais têm prioridade.</p><p>• O que são e para que servem os registradores de um processador?</p><p>O registrador (português brasileiro) ou registo (português europeu) de uma</p><p>CPU (unidade central de processamento) é a memória dentro da própria CPU</p><p>que armazena n bits. Os registradores estão no topo da hierarquia de memória,</p><p>sendo assim, é um tipo de memória mais rápida e financeiramente mais custosa.</p><p>Apesar do alto custo por bit armazenado, sua velocidade de acesso é essencial</p><p>para o funcionamento dos computadores modernos e, portanto, são incluídos,</p><p>ainda que em menor capacidade, mesmo em processadores de baixo custo.</p><p>Lembrando que os registradores são circuitos digitais capazes de</p><p>armazenar e deslocar informações binárias, e são tipicamente usados como um</p><p>dispositivo de armazenamento temporário.</p><p>São utilizados na execução de programas de computadores,</p><p>disponibilizando um local para armazenar dados. Na maioria dos computadores</p><p>modernos, quando da execução das instruções de um programa, os dados são</p><p>deslocados da memória principal para todos os registradores. Então, as</p><p>instruções que utilizam estes dados são executadas pelo processador e,</p><p>finalmente, os dados são movidos de volta para a memória principal.</p><p>Nos dias de hoje os computadores necessitam de muito mais espaço para</p><p>armazenar as informações em todos os tipos de memória, a partir desse</p><p>momento, as informações que são armazenadas por conjuntos de dígitos</p><p>binários nos sistemas digitais internos do computador também tem que ser</p><p>maior, ocupando um espaço de 32, 64 ou 128 bits, sendo que em períodos mais</p><p>antigos essa memória dos conjuntos de dígitos binários possuíam no máximo 16</p><p>bits. Os sistemas digitais necessitam de comunicação com a parte de hardware</p><p>do computador, para que seja armazenado nos conjuntos de dígitos binários.</p><p>Dentro dos sistemas digitais temos os circuitos digitais capazes de realizar</p><p>o armazenamento de informações sendo eles os registradores.</p><p>O nome utilizado para armazenar dados em um registrador é carregar,</p><p>embora as palavras escrever e armazenar também sejam usadas. A ação oposta</p><p>a carregar um registrador é conhecida como ler os conteúdos de um registrador.</p><p>A leitura consiste simplesmente em se conectar às saídas do registrador. Assim</p><p>percebe-se que a leitura não está sincronizada com o relógio, além disso não</p><p>remove os bits do registrador nem os modifica de nenhum modo.</p>