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Architecture des Ordinateurs Travaux Dirigés : Les Mémoires Exercice 1 : Dans l

Architecture des Ordinateurs Travaux Dirigés : Les Mémoires Exercice 1 : Dans la plus part des ordinateurs, les adresses des emplacements mémoires sont exprimés en hexadécimal. Ces adresses sont des nombres séquentiels qui identifient chacune des cases mémoires. 1. Un certain ordinateur peut stocker des nombres de 8 bits dans chacune de ses cases mémoires. Si l’intervalle des adresses mémoires va de 000016 à FFFF16. a) Calculer le nombre des cases mémoires qui possède cet ordinateur. b) Calculer la taille totale de cette mémoire. 2. Un autre ordinateur possède 4096 emplacements en mémoire. a) Donnez un intervalle de ses adresses exprimées en hexadécimal. b) Déterminer l’adresse en hexadécimal du dernier case mémoire sachant que la première case est d’adresse 10016 Exercice 2 : Un ordinateur personnel possède les places mémoires utilisables qui ont les adresses hexadécimales suivantes : 20016 à 3FF16 et 400016 à 7FD016. Dites quel est le nombre total des places mémoires disponibles. Exercice 3 : On considère une mémoire centrale de 2Mbytes, où chaque byte est adressable séparément. 1. Calculer l’adresse, en octal, du sixième élément d’un tableau dont l’adresse du premier élément est 778, et dont tous les éléments sont composés de 16 bits. 2. Calculer, en décimal, le nombre de Bytes précédent l’adresse 778. 3. Calculer la taille de cette mémoire en l’exprimant en mots de 16 bits et en mots de 32 bits. Exercice 4 : Dans une mémoire la taille du bus d’adresses K=14 et la taille du bus de données n=4. 1. Calculer la capacité de cette mémoire en bits. 2. Calculer la capacité de cette mémoire en mot de 4 bits, mot de 16 bits et mot de 32bits. Exercice 5 : On veut réaliser une mémoire de 1Ko (la taille d’un mot est de 8 bits) en utilisant des boîtiers de taille 256 mot de 4 bits. 1. Déterminer la taille du bus d’adresses du mémoire et du boitier. 2. Déterminer la taille du bus de données du mémoire et du boitier. 3. Déterminer le nombre de boitier. Architecture des Ordinateurs Travaux Dirigés 2 : Les Microprocesseurs Exercice 1 : Deux processeurs A et B utilisent les mêmes instructions, mais sont implémentés de façon différente. Le cycle d'horloge du processeur A est de 1ns et celui du processeur B de 2ns. Le nombre de coups d'horloge moyen par instruction pour exécuter un programme sur le processeur A est de 2. Par contre, pour le même programme ce nombre est de 1.2 pour le processeur B. Sur quelle machine le programme s'exécutera-t-il plus rapidement, est dans quel rapport? Exercice 2 : Les instructions exécutées sur un processeur peuvent être classées en trois catégories selon le nombre de coups d'horloge nécessaires pour leur exécution: Catégorie Coups d'horloge A 1 B 2 C 3 Deux compilateurs différents génèrent, pour un même programme, les mélanges d'instructions suivants (le nombre d'instructions pour chaque catégorie est donné en milliards): Compilateur Catégorie A Catégorie B Catégorie C X 5 1 1 Y 10 1 1 En supposant que la fréquence d'horloge du processeur est de 500MHz, lequel des deux mélanges va s'exécuter le plus rapidement? Quelle est la performance en MIPS dans le deux cas? Exercice 3 : Les instructions exécutées sur un processeur peuvent être classées en trois catégories selon le nombre de coups d'horloge nécessaires pour leur exécution: Catégorie Coups d'horloge Type d'instruction A 1 Instructions simples et cache hits B 4 Instructions complexes C 30 Cache miss La proportion typique de ces types d'instructions lors de l'exécution est la suivante: 70% catégorie A, 10% catégorie B, 20% catégorie C. Trois améliorations sont proposées pour ce processeur: • la fréquence d'horloge peut être doublée (amélioration X), ou • la vitesse du bus système peut être doublée (amélioration Y), ou • la taille du cache de niveau 1 peut être doublée (amélioration Z). Les deux premières améliorations ont un effet sur le nombre de coups d'horloge nécessaires pour l'exécution des instructions: Catégorie Coups d'horloge Coups d'horloge Coups d'horloge (pas d'amélioration) (Amélioration X) (Amélioration Y) A 1 1 1 B 4 4 4 C 30 60 15 La troisième amélioration modifie la proportion typique des instructions lors de l'exécution: Catégorie Pas d'amélioration amélioration Z A 70% 80% B 10% 10% C 20% 10% Pouvez-vous expliquer en quelque phrase les changements apportés par chacune des améliorations sur le rapport coups d'horloge par instruction et sur la proportion typique des instructions? Quel est le temps d'exécution d'un programme qui comporte 10 milliards d'instructions avec la proportion typique pour le processeur original et pour chacune des trois améliorations, si on suppose que la fréquence d'horloge initiale est de 500MHz? Architecture des Ordinateurs Travaux Dirigés 3 : Les Disques durs 1. Capacité d’un disque dur Nous disposons d’un disque dur ayant • 1020 cylindres, • 63 secteurs par piste, • 512 octets par secteur, • 250 têtes, • une vitesse de rotation de 7200 tours/minute, • un temps de déplacement moyen de 8ms • un temps de déplacement minimal de 2ms. Calculer la taille des cylindres, la capacité de chaque plateau et du disque. La capacité du disque = nombre de cylindres * nombre de secteurs/piste * nombre d’octets/secteurs * nombre de têtes La capacité du disque = 2. Temps d’accès Rappel : Le temps d'accès (ou le temps moyen d'accès) est le temps moyen entre la demande de lecture d’un secteur et la mise à disposition du résultat sur l’interface : Temps d’accès (moyen) = Temps de déplacement moyen + Temps (moyen) de latence + Temps de lecture d’un secteur Le temps (moyen) de latence représente la durée moyenne d’attente une fois sur la bonne piste. Pour la série de disques durs IBM GXP 75, calculer le temps d’accès moyen, sachant que • le temps de déplacement vaut : 8,5 ms, • le nombre de cylindres est 16383, • le nombre de secteurs est 63, • chaque secteur contient 512 octets • la vitesse de rotation du disque vaut 7200 tours/min. Temps de latence = demi-durée d’un tour Temps de latence = Temps de lecture du secteur = durée d’un tour/ # secteurs Temps de lecture du secteur = Le temps d’accès moyen = 3. Importance du temps d’accès Prenons 2 disques aux caractéristiques suivantes : Disque 1 : Disque 2 : Vitesse de rotation : 7200tr/mn Nombre de secteurs/piste : 32 Octets /secteur : 512 Temps de déplacement moyen : 9ms Temps de déplacement minimum : 3ms Nombre de plateaux : 128 Vitesse de rotation : 5400tr/mn Nombre de secteurs/piste : 32 Octets /secteur : 512 Temps de déplacement moyen : 4ms Temps de déplacement minimum : 2 ms Nombre de plateaux : 128 • Calculer le débit de chaque disque. Débit = (# tours/mn) / 60s * (#secteurs/piste) * (taille secteur) • Calculer le temps d'accès de chaque disque (pour lire un secteur). Temps d’accès (moyen) = Temps de déplacement moyen + Temps (moyen) de latence + Temps de lecture d’un secteur Faisons lire à chacun de ces disques un fichier de 5 Mo dispersé sur 1000 blocs de l'ensemble du disque dur. Calculer le temps de lecture du fichier pour chaque disque. Qu'en concluez- vous ? Temps de lecture du fichier = [# blocs * (Temps de déplacement moyen + Temps de latence) ] +(taille fichier / débit) Disque 1 : Débit = Temps de latence = Temps de lecture d'un secteur = Temps d'accès = Le temps de lecture du fichier = Disque 2 : Débit = Temps de latence = Temps de lecture d'un secteur = Temps d'accès = Le temps de lecture du fichier = uploads/Litterature/ tds-architecture.pdf