Gruppe: D1A Dato: Tid: Antall oppgavesider: 3 Antall vedleggsider : 0

Transkript

1 Høgskolen i Østfold Avdeling for Informasjonsteknologi LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMENSOPPGAVE FAG: IAD11004 DATAMASKINER OG FYSIKK LÆRER: ERLING STRAND Gruppe: D1A Dato: Tid: Antall oppgavesider: 3 Antall vedleggsider : 0 Hjelpemidler: ark med egne notater (4 sider) Kalkulator KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG * DENNE EKSAMEN TELLER 75% PÅ DEN ENDELIGE KARAKTEREN FOR FAGET. Oppgave nr. 1 (5%) Analogteknikk a) Gitt følgende krets: R 1 U R 1 U Spenningen U 1 = 5 V, motstandene R 1 =1000 Ω og R =00 Ω. 1) Hvor stor er strømmen som går igjennom motstandene R 1 og R? Bruker Ohm s lov: I = U 1 /R t = U 1 /(R 1 +R ) = 5[V] / ( ) [Ω] = 0,001565[A] = 1,565 [ma] ) Hvor stor er spenningen U? Spenningen U finnes vha Ohm s lov: U = I R = 1,565 [ma], [KΩ] = 3,4375 [V] b) Gitt følgende krets: Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 1

2 Spenningen U 1 = 10 V, motstandene R 1 =1K5 (=1500 Ω), R =5K6, R 3 =K og R 4 =1K5. 1) Hvor stor er U? Regner først ut parallellkoblingen av R og (R 3 +R 4 ), som kan kalles R t : R t = (R (R3+R4)) /(R+R3+R4) = (5600 ( )) / ( ) = R t = / 9300 = 8 [Ω] Regner så ut strømmen igjennom R1: I R1 = U 1 / (R 1 +R t ) = 10 [V] / ( ) [Ω] = 0,0068[A] =,68 [ma] Nå blir: U = I R1 R t = 0,0068 [A] 8 [Ω] = 5,98 [V] ) Hvor stor er strømmen igjennom motstanden R 1? Se utregning under punkt a) : I R1 =,68 [ma] 3) Hvor stor er strømmen igjennom motstanden R? Når vi vet U og R kan vi regne ut I R : I R = U / R = 5,98 [V] / 5600 [Ω] = 0,001067[A] = 1, 067 [ma] 4) Hvor stor er strømmen gjennom motstanden R 3? I R3 = U / (R 3 + R 4 ) = 5,98 [V] / ( ) [Ω] = 0, [A] = 1,6158 [ma] 5) Hvor stor er U 3? U 3 = I R3 R 4 = 1,6158 [ma] 1,5 [KΩ] =,4 [V] c) Gitt følgende krets: R 1 U 1 C U Motstanden R 1 = K. Kondensatoren C = 470 nf. 1) Hva kalles denne krets? Denne krets kalles et lavpassfilter. Den filtrerer bort frekvenser over grensefrekvensen. Jo høyere frekvens jo mer dempning. ) Regn ut grensefrekvensen? Grensefrekvensen finnes vha Ohm s lov: U = (U 1 Z C )/ (R 1 +Z C ) Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side

3 U U 1 = Z C = R ( R1 + ZC ) 1 1+ jωr 1C 1 1 jωc + jωc = 1 Grensefrekvensen er der hvor imaginærdelen = realdelen i uttrykket over. 1 = ω g R 1 C ω = 1 / (R 1 C ) setter inn ω = πf f g = 1 / (πr 1 C ) = 1 / ( 3,14, ) = 10 6 / 6496,8 = 153,9 [Hz] 3) Forklar hva det menes med grensefrekvensen? Hvis vi ser på uttrykket over dempningen: U 1 = U1 1+ jπ f R 1C Ser vi nevneren blir større og større etter hvert som frekvensen (f) øker. Nevneren består av en realdel (som her er 1) og en imaginærdel (j-delen). Når frekvensen øker, vokser j-delen. Når imaginærdelen er like stor som realdelen, vil U /U 1 = 1 /. Dette er grensefrekvensen. Ved frekvenser mye lavere enn grensefrekvensen vil U /U 1 1, og ved frekvenser mye større enn grensefrekvensen vil U /U 1 gå mot null. 4) Hvor stor er forholdet U /U 1 når frekvensen er mye mindre en grensefrekvensen? Ved å se på uttrykket for U /U 1 i punk 3) over, ser vi at U /U 1 1 da f går mot null. Oppgave nr. (5%) Analogteknikk I din besvarelse må du ta med kretstegning og dine beregninger. a) Lag en inverterende forsterker som forsterker 15 ganger. R R 1 _ U 1 + U U /U 1 = 15 = R => R = 15 R 1. Hvis vi velger R 1 = 10 [KΩ], blir R = 150 [KΩ] Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 3

4 b) Lag et aktivt lavpassfilter, med grensefrekvens på 0 KHz. Ved lave frekvenser skal forsterkningen være på 10. Vi kan sette opp uttrykket for forsterkningen: U 1 / R 1 = -U /(R Z C /(R +Z C )) U /U 1 = -(R Z C /(R + Z C )) = -(R ) (Z C /(R +Z C )) Setter inn Z C = 1/jω, og finner: U /U 1 = -(R ) ((1/jω )/(R +1/jω )) = -(R ) (1/(1+ jωr )) Grensefrekvensen er der hvor realdelen = imaginærdelen: 1 = ω g R ω g =πf g =1/ R f g =1/(π R )= 0 KHz R =1/(π ) Hvis vi velger = 5 nf, blir: R =1/(π )= 1591 [Ω] = 1K6 Forsterkningen skal være 10 for lave frekvenser. Ved lave frekvenser setter vi ω=0 i uttrykket for forsterkningen: 10 = U /U 1 =-(R ) (1/(1+ jωr )) Det gir: 10 = U /U 1 =-R Da R = 1K6, blir R 1 = 16K Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 4

5 c) Beskriv virkemåten til en NPN transistor. En NPN transistor består av to N-type halvledere som er skilt med en tynt P-type halvleder. N-type halvleder har en stor konsentrasjon av negative bevegelige ladningsbærere (elektroner), og P- type halvleder har en stor konsentrasjon av positive bevegelig ladningsbærere (hull). Akkurat i overgangsonen mellom N og P (og P og N) vil hullene rekombinere med elektronene. Dette medfører at i et lite område rundt PN overgangen er det nesten tømt for frie ladningsbærere. Det blir en potensialbarriere mellom N- og P-type. Hvis man påtrykker en positiv spenning på P-typen (B), i forhold til den ene N-typen (E), som er større enn potensialbarrieren (0,7 Volt) vil det gå en strøm i den PN-overgangen (BE). Dette fordi P-typen (B) hele tiden får påfyll av hull, og N-typen (E) får påfyll av elektroner. Hele tiden vil disse rekombinere i overgangen. Hvis nå den andre N-typen (C) blir tilkoblet en positiv spenning, som er høyere enn den positive spenningen på B, er denne PNovergangen forspent i sperreretning. Denne positive ladningen, som denne N-type har, vil tiltrekke de elektronene som strømmer fra E inn i B, for P-laget er så tynt. Elektronene ser (føler) det positive område i den N-typen (C). Dette medfører at størstedelen av elektronene går inn i denne positiv ladede N-typen. Strømmen av elektroner fra E til C er større enn de elektronene som går til B. Vi får en strømforsterkning. Oppgave nr. 3 (5%) Digitalteknikk a) Tegn sannhetstabellen for en OG-port med innganger. A B Y b) Tegn sannhetstabellen for en X-ELLER port med innganger. A B Y Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 5

6 c) Nevn eksempler på hva en X-ELLER port kan brukes til. I programmering, der hvor man skal invertere deler av en byte, kan man utføre en X-ELLER funksjon med en byte hvor det er 1 ere i de bitene som skal inverteres på den første byten. I applikasjoner der hvor man ønsker et positivt signal (1 er) når inngangene er ulike. d) Gitt følgende logiske uttrykk: Y= A C D + A B C D + A B C D + A C D + A C D 1) Bruk Karnaugh diagram til å finne det forenklede uttrykket. AB CD Det forenklede uttrykket blir Y = D ) Lag en kretstegning av det forenklede uttrykket. Bruk færrest mulig kretselementer. Kretsen blir bare en direkte kobling mellom utgangen Y og inngangen D. e) Lag en digital krets som teller fra 0 til 15. Etter 15 begynner telleren på 0 igjen. Du må lage kretstegning. Bruker en negativ flanketrigget JK-vippe, der J og K begge er på logisk 1. Oppgave nr. 4 (5%) Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 6

7 C-programmering+PC a) Lag et C-program som leser to (hel)tall fra tastatur og som skriver ut summen på skjerm. #include <stdio.h> int main(void) int a; int b; printf("\nskriv inn tall1: "); scanf("%d", &a); printf("\nskriv inn tall: "); scanf("%d", &b); printf("summen av %d og %d er %d\n", a, b, a+b); return (0); b) Lag et C-program som leser inn en (hel)tall og skriver gangetabellen for det tallet, fra 1 til 0. Legg vekt på å få pen utskrift, og lag en linjeskift for hver 5 utregning. Tallet som skrives inn skal være mellom 1 og 49. #include <stdio.h> int main(void) unsigned tall1; int i; /******** Les inn et tall mellom 1 og 49 *******/ do printf("\nskriv et tall mellom 1 og 49: "); scanf("%d",&tall1); while((tall1<1) (tall1>49)); /******* Skriv overskrift **********************/ printf("\ngangetabellen for %d blir:\n", tall1); /******* Skriv ut gangetabellen fra 1 til 0 ****/ for (i=1; i<1; i++) printf("%d * %d = %3d, ", i, tall1, i*tall1); if (!(i%5)) printf("\n"); /**Linjeskift for hver 5. linje **/ printf("\nferdig\n"); return 0; Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 7

8 c) Funksjonen byttverdi i eksemplet nedenfor skal bytte innhold i to variable, men den fungerer ikke som den skal. Hvorfor? Fortell også hva som skrives ut. #include <stdio.h> void byttverdi(int x, int y); int main(void) int a = 0, b=1; printf("a=%d, b=%d\n",a,b); byttverdi(a,b); printf("a=%d, b=%d\n",a,b); return 0; void byttverdi(int x, int y) int tmp = x; x=y; y=tmp; Den skriver ut: a=0, b=1 a=0, b=1 Den bytter ikke verdi på a og b fordi variablene x og y i funksjonen byttverdi er lokale. De returnerer ingen verdi tilbake. Byttingen foregår kun i funksjonen. d) Gjør de nødvendige forandringer i programmet over slik at funksjonen byttverdi faktisk bytter verdi. Bruk pekere for å løse oppgaven. #include <stdio.h> void byttverdi(int *x, int *y); int main(void) int a = 0, b=1; printf("a=%d", b=%d\n",a,b); byttverdi(&a,&b); printf("a=%d, b=%d\n",a,b); return 0; void byttverdi(int *x_p, int *y_p) int tmp = *x_p; *x_p = *y_p; *y_p = tmp; Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 8

9 e) Gi en beskrivelse av hva et cluster er. Clusters (=allocation units).. den minste enhet på en disk som et operativsystem kan håndtere. Et cluster består av en eller flere 51-byte sektorer, i power av.(,4,8,16 etc) Jo større cluster, jo større blir den ubrukte delen av den siste cluster for en fil. Slack: en del av et cluster som ikke blir fyllt opp. F.eks et drev på 1GiB gir en clusterstørrelse på: /65536= byte 16384/51= 3 * 51 byte F.eks et drev på GiB gir en clusterstørrelse på: * /65536= 3768byte 3768/51= 64 * 51 byte f) Gi en beskrivelse av FAT16 og FAT3. FAT er et filsystem. FAT står for File Allocation Table og den holder styr på data som er lagret i cluster på en disk. Tallet etter ordet FAT betyr antall bit som brukes for adressering av cluster. FAT16 bruker 16 bit til adressering. Da kan man adressere 16 = clusters. 11 av disse er reservert, som gir = 6555 clusters som kan adresseres på disk. Microsoft trekker ifra 1 til for å unngå grenseproblemer, noe som gir 6554 clusters. FAT16 har en grense på GiB på drev. Da brukes 64 sektorer per cluster. 6554*64*51byte= byte= GiB FAT3 bruker 8 bit for å adressere et cluster: 8 = clusters. 11 av disse er reservert, som gir clusters. Med 64 sektorer per cluster gir det en teoretisk maks grense på drev til * 64 * 51byte byte = 8,8 Tbyte. Pga av partisjonstabell formatet er mask størrelse begrenset til, Tbyte. Det er nemlig 3 bit sektor nummerering i boot sector, som begrenser antall sektorer til 3-1= *51 byte=,tib FAT3 bruker mindre clusterstørrelse enn FAT16 for same størrelse på drev. Det gir en mer effektiv bruk av disken. FAT3 kom i Win 95B (Originale Win95 brukte FAT16). FAT3 kan brukes i Win95B, 98, Me, 000 og XP. FAT16 brukes i MSDOS 6. (og tidligere) og Win 95A. Fil størrelsen i FAT3 er begrenset til 3-1= 4GiB FAT virker i Linux, men får da begrensede parametre ( i forhold til ext3) Løsningsforslag til eksamen i IAD11004, 14. Juni 005 Side 9