TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

Like dokumenter
TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

TDT4160 AUGUST, 2008, 09:00 13:00

TDT DESEMBER, 2009, 09:00 13:00

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

TDT4160 OG IT2201 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

TDT DESEMBER, 2008, 09:00 13:00

TDT AUGUST, 2011, 09:00 13:00

TDT AUGUST, 2009, 09:00 13:00

TDT DESEMBER, 2009, 09:00 13:00

ANSWER KEY FOR THE EXAM

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

ANSWER KEY FOR THE EXAM

TDT DESEMBER, 2014, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

TDT DESEMBER, 2012, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

EKSAMEN I TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

TDT DESEMBER, 2011, 09:00 13:00

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

TDT DESEMBER, 2014, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

EKSAMEN I TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS

TDT DESEMBER, 2013, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

TDT AUGUST, 2013, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

AVSLUTTENDE EKSAMEN I. TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs. Torsdag 29. November 2007 Kl

Fortsetelse Microarchitecture level

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

Fortsetelse Microarchitecture level

AVSLUTTENDE EKSAMEN I. TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Løsningsforslag. Torsdag 29. November 2007 Kl

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

INF2270. Datamaskin Arkitektur

Kapittel 4: Microarchitecture level

INF2270. Datamaskin Arkitektur

TDT AUGUST, 2015, 09:00 13:00. Norwegian University of Science and Technology Engineering The Department of Computer and Information Science

Forelesning 5. Diverse komponenter/større system

Kapittel 3: Digital logic level

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Fortsetelse Microarchitecture level

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

EKSAMEN I TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS. D: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemiddel tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

INF1400 Kap4rest Kombinatorisk Logikk

Dagens temaer. Fra kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. Kort om hurtigminne (RAM) Organisering av CPU: von Neuman-modellen

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Datamaskinens oppbygning

Eksamensoppgåve i TDT4160 datamaskiner og digitalteknikk

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR DATATEKNIKK OG INFORMASJONSVITENSKAP

Dagems temaer. kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. av CPU: von Neuman-modellen. Transfer Language (RTL) om hurtigminne (RAM)

hvor mye hurtigminne (RAM) CPU en kan nyttiggjøre seg av. mens bit ene betraktet under ett kalles vanligvis et ord.

Forelesning Forgreningspredikering Kap 4.5 Superskalaritet Kap 4.5 Spekulativ utføring Kap 4.5

MAX MIN RESET. 7 Data Inn Data Ut. Load

1 TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Dagems temaer INF ! Fra kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. ! Kort om hurtigminne (RAM)

Løsningsforslag eksamen TDT4160 høsten 2005

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Maskinvaredelen av INF 103: oversikt og innhold (1)

SIE 4005, 9/10 (4. Forelesn.)

IN1020. Datamaskinarkitektur

! Sentrale begreper er adresserbarhet og adresserom. ! Adresserbarhet: Antall bit som prosessoren kan tak samtidig i én operasjon

Prosessoren. Bakgrunnen Innhold LMC. Assemblerkode Oppsummering instruksjonene [Englander kap 6] Hva inneholder den? Hvordan utføres instruksjonene?

Dagens temaer. temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation. av sekvensielle kretser. and Architecture. Tilstandsdiagram.

Hvorfor lære om maskinvare*?

Dagens temaer. Architecture INF ! Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and

En mengde andre typer som DVD, CD, FPGA, Flash, (E)PROM etc. (Kommer. Hukommelse finnes i mange varianter avhengig av hva de skal brukes til:

ITPE/DATS 2400: Datamaskinarkitektur og Nettverk

Fakultet for informasjonsteknologi, Oppgave 1 Flervalgsspørsmål ( multiple choice ) 15 %

EKSAMEN I FAG TFE4101 KRETS- OG DIGITALTEKNIKK

Digital logic level: Oppsummering

Intel Core i7. Omid Mirmotahari 4

Seksjon 1. INF2270-V16 Forside. Eksamen INF2270. Dato 1. juni 2016 Tid Alle trykte og skrevne hjelpemidler, og en kalkulator, er tillatt.

Institiutt for informatikk og e-læring, NTNU Kontrollenheten Geir Ove Rosvold 4. januar 2016 Opphavsrett: Forfatter og Stiftelsen TISIP

Forelesning Optimalisering av μark Kap 4.4

Forelesning 9. Registre, tellere og minne

Dagens temaer. Mer om adresseringsmodi. Indeksert adressering med offset og auto-inkrement eller dekrement. Register-indirekte adressering

Oppsummering av digitalteknikkdelen

SIE 4005, 8/10 (3. Forelesn.)

Forelesning Instruksjonstyper Kap 5.5

Dagens temaer. Dagens emner er hentet fra Englander kapittel 10 (side ) Mer om adresseringsmodi. RISC og CISC-prosessorer.

Eksamensoppgave i TDT4258 Energieffektive Datamaskinsystemer

Bussar. Tilgong til buss (Three state buffer) Synkron / Asynkron Serielle bussar Parallelle bussar Arbitrering: Kven kontrollerar bussen

Innhold. 2 Kompilatorer. 3 Datamaskiner og tallsystemer. 4 Oppsummering. 1 Skjerm (monitor) 2 Hovedkort (motherboard) 3 Prosessor (CPU)

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Kontaktperson under eksamen: Steffen Viken Valvåg Telefon:

Dagens temaer. tema er hentet fra kapittel 4.3 og 4.4 om pipelining. til neste ukes forelesning (hvis tid) INF ! Mikrokode. !

Dagens temaer. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and Architecture. Sekvensiell logikk. Flip-flop er

Overordnet maskinarkitektur. Maskinarkitektur zoomet inn. I CPU: Kontrollenheten (CU) IT1101 Informatikk basisfag, dobbeltime 11/9

MID-TERM EXAM TDT4258 MICROCONTROLLER SYSTEM DESIGN. Wednesday 3 th Mars Time:

SIE 4005, 2/10 (2. Forelesn.)

ITPE2400/DATS2400: Datamaskinarkitektur

Minnehåndtering i operativsystemer

befinner seg. Deretter leses instruksjonen fra i registerfilen ved ny stigende klokkepuls.

Løsningsforslag til øving 5 TFE4105 Digitalteknikk og Datamaskiner Høsten 2006

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamensoppgave i TDT4258 Energieffektive Datamaskinsystemer

Internminnet. Håkon Tolsby Håkon Tolsby

ITPE/DATS 2400: Datamaskinarkitektur og Nettverk

Dagens tema. Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i læreboken. Repetisjon, design av digitale kretser. Kort om 2-komplements form

Øving 1: Busser, adressemodi, multiplekser og styreord

Transkript:

Norwegian University of Science and Technology Faculty of Information Technology, Mathematics and Electrical Engineering The Department of Computer and Information Science TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN 8. AUGUST, 2007, 09:00 13:00 Kontakt under eksamen: Marius Grannæs 73590670 Tillatte hjelpemidler: D. Ingen trykte eller handskrivne hjelpemiddel er tillat. Enkel godkjent kalkulator er tillete. Målform: Nynorsk Viss ikkje anna er gitt tel deloppgåver likt. Page 1 of 16

OPPGÅVE 1: DATAMASKINER GENERELT (20%) I Figur 1 er ei maskin med så kalla "Von Neumann architecture frå rundt 1945 skissert. a. Forklar kort kva som var revolusjonerande med denne løysinga. Figur 1: Von Neumann architecture. b. Forklar kort kva oppgåve dei ulike delene i blokkskjemet har. c. Kva skil verkemåten og prinsippa som von Neumann skisserte frå moderne prosessorar? OPPGÅVE 2: MIKROARKITEKTUR OG MIKROINSTRUK- SJONAR (20% (5% PÅAOGB; 10% PÅ C)) Bruk vedlagte diagram og tabellar for IJVM til å løyse oppgåvene. a. Forklar funksjonen til Felta Addr og J (JAM) i MIR (MicroInstruction Register). b. IJVM sin styreeining nyttar "microprogram. Ta utgangspunkt i skissa i Figur 4 og forklar kva som er karakteristisk ved denne løysinga. Kva alternativ løysing eksisterar og kva karakteriserar eit mogleg alternativ? Page 2 of 16

c. Register H inneheld hex(aa00). Register TOS innheld hex(5500). Register OPC innheld hex(a00a). Register SP innheld hex(7fff). Kva ligg i register H, TOS, OPC og SP etter at dei to følgjande mikroinstruksjonane er utført? Mikroinstruksjon 1: ALU: 010100, C: 100000000, Mem: 0, B: 0111 Mikroinstruksjon 2: ALU: 111100, C: 001000000, Mem: 0, B: 1000 Sjå vekk frå felta Addr og J i mikroinstruksjonsformatet. OPPGÅVE 3: AUKE YTING (20%) a. Kva tyder det at ein prosessor er superskalar? b. Kva meinast med omgrepa instruksjonsnivåparallelitet og prosessornivåparallelitet? c. Anta at ein prosessor har eit samleband med tre trinn som vist i Figur 2(a). Kvart trinn i samlebandet har ein gitt forsinking. I Figur 2(b) er eit fem-trinns samleband vist med gitte trinn forsinkelsar. Kva er maksimal klokkefrekvens for dei to samlebanda? t = 20ns t = 25 ns t = 5ns t = 5ns t = 10ns t = 5ns t = 2.5ns t = 5ns t = 7.5ns t = 5ns Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 Stage 5 (a) Samleband steg. med tre (b) Samleband med fem steg. Figur 2: Samleband med gitt forsinking. Page 3 of 16

OPPGÅVE 4: SUPERSKALARE PROSESSORAR OG CHIP MULTI- PROSESSORER (CMP) (10%) a. Eit program som utfører fire operasjonar: 1 R3=R3*R5 2 R4=R3+1 3 R3=R5+1 4 R7=R3*R4 R(nummer) viser til registernummer. Identifiser og forklar dataavhengnadar i programmet skissert over. b. Ein CMP kan ha heterogene eller homogene kjernar. Kva meinast med dette? Page 4 of 16

OPPGÅVE 5: DIVERSE (30% (10% PÅ A; 4%PÅ B F)) I oppgåve b f skal du ta stilling til om påstandane er korrekte eller ikkje. Korrekte svar gir 4% utteljing, feil svar gir 2% straff. Veit ikkje (ikkje svar) gir inga utteljing (eller straff). a. I Figur 3 er EPROM, RAM og PIO kobla til ein felles buss. Alle einingane har aktivt lågt (logisk 0 ) CS (Chip Select) signal. A0 A15 CS 2K EPROM CS 2K RAM CS PIO Figur 3: Adressedekoding. Adresseområde for EPROM, RAM og PIO skal vere: EPROM: hex(0000) - hex(07ff) RAM: hex(8000) - hex (87FF) PIO: hex(c000) - hex(ffff) MEN det virkar ikkje som tenkt: Kva er feil i Figur 3 og kva kan gjerast for at verkemåten skal verte korrekt? Page 5 of 16

b. IJVM har ein multiplikasjonseining. c. RISC-prosessorar nyttar ofte "hardwired styreeining. d. I eit scoreboard kan ein lese ut antal gonger eit register er brukt som kilde av instruksjonane som er "aktive (under utføring). e. IJVM har meir til felles med CISC enn RISC maskiner. f. Ein versjon av prosessoren 8051 har multipleksa 8 bit databuss og 16 bit adressebuss. Denne versjonen av 8051 kan adressere 64KB minne. Page 6 of 16

IJVM vedlegg Page 7 of 16

Figur 4: Blokkdiagram (IJVM). Page 8 of 16

Figur 5: Mikroinstruksjonsformat (IJVM). Page 9 of 16

ANSWER KEY FOR THE EXAM Page 1 of 16

OPPGÅVE 1: DATAMASKINER GENERELT (20%) I Figur 1 er ei maskin med så kalla "Von Neumann architecture frå rundt 1945 skissert. a. Forklar kort kva som var revolusjonerande med denne løysinga. Answer: Viktigast: Programm er lagra i minne på lik linje med data, stored program machine",også utførande og kontroll eining osv. b. Forklar kort kva oppgåve dei ulike delene i blokkskjemet har. Answer: ALU gir seg sjølv Accumulator Input Output brukar/omgivelsar Control Unit FSM programm og data styrt Memory Data og Programm er lagra her c. Kva skil verkemåten og prinsippa som von Neumann skisserte frå moderne prosessorar? Answer: Svært lite. Kan eventuelt vere data/programm organisering (Hardward arkitektur) OPPGÅVE 2: MIKROARKITEKTUR OG MIKROINSTRUK- SJONAR (20% (5% PÅAOGB; 10% PÅ C)) Bruk vedlagte diagram og tabellar for IJVM til å løyse oppgåvene. a. Forklar funksjonen til Felta Addr og J (JAM) i MIR (MicroInstruction Register). Answer: Addr: Addressa til mulig neste mikroinstruksjon. J: Bestemer korleis neste instruksjon vert velt (betinga hopp). b. IJVM sin styreeining nyttar "microprogram. Ta utgangspunkt i skissa i Figur 4 og forklar kva som er karakteristisk ved denne løysinga. Kva alternativ løysing eksisterar og kva karakteriserar eit mogleg alternativ? Answer: Microprogram: i prinsippe programmerbar, ein instruksjon bygd opp av microinstruksjonar lagra i eit minne. Instruksjonar innheld kontroll signal og adressa til neste mikroinstruksjon. Ein instruksjon angir adressa til fyrste mikroinstruksjon. OSV. enklare å lage kompliserte lange instruksjonar, ikkje så rask. CISC. Page 2 of 16

Hardwired: Maskinvare FSM og/eller kombinatorikk, rask, logikk i maskinvare, best for enkle instruksjonar, fast implementasjon. RISC. Page 3 of 16

c. Register H inneheld hex(aa00). Register TOS innheld hex(5500). Register OPC innheld hex(a00a). Register SP innheld hex(7fff). Kva ligg i register H, TOS, OPC og SP etter at dei to følgjande mikroinstruksjonane er utført? Mikroinstruksjon 1: ALU: 010100, C: 100000000, Mem: 0, B: 0111 Mikroinstruksjon 2: ALU: 111100, C: 001000000, Mem: 0, B: 1000 Sjå vekk frå felta Addr og J i mikroinstruksjonsformatet. Answer: 1: Laste TOS inn i H ALU: 010100, C: 100000000, Mem: 0, B: 0111 2 addere H + OPC skriv til TOS ALU: 111100 (A+B) C: 001000000 (TOS) Mem: 000 (ingen mem opprasjon) B: 1000 (8 OPC) H: hex(5500) TOS: hex(f50a) OPC: hex(a00a) SP: hex(7fff) OPPGÅVE 3: AUKE YTING (20%) (i) Kva tyder det at ein prosessor er superskalar? Answer: Duplisering av CPU komponentar (ii) Kva meinast med omgrepa instruksjonsnivåparallelitet og prosessornivåparallelitet? Answer: Instruksjonsnivåparalelitet: ein prosessor utfører fleire instruksjonar samstundes. Prosessornivåparalitet: fleire prosessorar utfører instruksjonar samstundes. (iii) Anta at ein prosessor har eit samleband med tre trinn som vist i Figur 2(a). Kvart trinn i samlebandet har ein gitt forsinking. I Figur 2(b) er eit fem-trinns samleband vist med gitte trinn forsinkelsar. Kva er maksimal klokkefrekvens for dei to samlebanda? Answer: 3 trinn: 1/10ns, 5 trinn: 1/7.5ns. Page 4 of 16

OPPGÅVE 4: SUPERSKALARE PROSESSORAR OG CHIP MULTIPROSESSORER (CMP) (10%) (i) Eit program som utfører fire operasjonar: 1 R3=R3*R5 2 R4=R3+1 3 R3=R5+1 4 R7=R3*R4 R(nummer) viser til registernummer. Identifiser og forklar dataavhengnadar i programmet skissert over. Answer: Avhengighet: WAR: (Antiavhengighet) Skriv-etter-les, I2 må lese R3 før verdien blir overskrevet av I3 Problem hvis ein instruksjon skriv resultat før ein tidligare får lest operandar Ein CMP kan ha heterogene eller homogene kjernar. Kva meinast med dette? (ii) Answer: Ulike eller like kjerner på ein chip. Page 5 of 16

OPPGÅVE 5: DIVERSE (30% (10% PÅ A; 4%PÅ B F)) I oppgåve b f skal du ta stilling til om påstandane er korrekte eller ikkje. Korrekte svar gir 4% utteljing, feil svar gir 2% straff. Veit ikkje (ikkje svar) gir inga utteljing (eller straff). (i) I Figur 3 er EPROM, RAM og PIO kobla til ein felles buss. Alle einingane har aktivt lågt (logisk 0 ) CS (Chip Select) signal. Adresseområde for EPROM, RAM og PIO skal vere: EPROM: hex(0000) - hex(07ff) RAM: hex(8000) - hex (87FF) PIO: hex(c000) - hex(ffff) MEN det virkar ikkje som tenkt: Kva er feil i Figur 3 og kva kan gjerast for at verkemåten skal verte korrekt? Answer: RAM og ROM har overlappande adresseområde. Fjern 2-inngangs OR krets i RAM adr-dekoding og bruk kun invertert A15. Figur?? viser korleis rett adressedekoding kan sjå ut. Page 6 of 16

(ii) IJVM har ein multiplikasjonseining. Answer: Nei, dette kan dei finne ut ved å sjå på ALU-tabellen i Figur 6 (iii) RISC-prosessorar nyttar ofte "hardwired styreeining. Answer: Ja, i den forenkla verden her er dette svaret. RISC har like lange enkle instruksjonar som gjer det mogleg å nytte hardwired styreeining. (iv) I eit scoreboard kan ein lese ut antal gonger eit register er brukt som kilde av instruksjonane som er "aktive (under utføring). Answer: Ja, ein del av felta i scoreboard skjema som er brukt som eksempel i buka og forelest. (v) IJVM har meir til felles med CISC enn RISC maskiner. Answer: Ja, forskjelig lengde moglegheit, instruksjonar, med forskjelig antal klokke tiks, ikkje typisk RISC adresering. (vi) Ein versjon av prosessoren 8051 har multipleksa 8 bit databuss og 16 bit adressebuss. Denne versjonen av 8051 kan adressere 64KB minne. Answer: Ja, 16 bit adr.buss gir 64kB minne (1 byte i kvar adr). Page 7 of 16

IJVM vedlegg Page 8 of 16

SLR1 SLL8 Function 0 0 No shift 0 1 Shift 8 bit left 1 0 Shift 1 bit right Figur 6: Funksjonstabell for ALU (IJVM). Page 9 of 16

Figur 7: Timingdiagram (IJVM). Figur 8: Von Neumann architecture. Page 10 of 16

t = 20ns t = 25 ns t = 5ns t = 5ns t = 10ns t = 5ns t = 2.5ns t = 5ns t = 7.5ns t = 5ns Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 1 Stage 2 Stage 3 Stage 4 Stage 5 (a) Samleband steg. med tre (b) Samleband med fem steg. Figur 9: Samleband med gitt forsinking. A0 A15 CS 2K EPROM CS 2K RAM CS PIO Figur 10: Adressedekoding. Page 11 of 16

A0 A15 CS 2K EPROM CS 2K RAM CS PIO Figur 11: Adressedekoding slik som det skal vere utan overlapping. No er adressedekodingen i samsvar med ønsket område for dei forskjelige einingane. Page 12 of 16

Figur 12: Blokkdiagram (IJVM). Page 13 of 16

Figur 13: Mikroinstruksjonsformat (IJVM). Page 14 of 16

SLR1 SLL8 Function 0 0 No shift 0 1 Shift 8 bit left 1 0 Shift 1 bit right Figur 14: Funksjonstabell for ALU (IJVM). Page 15 of 16

Figur 15: Timingdiagram (IJVM). Page 16 of 16