Architektúrák gyakorlat 2007

A gyakorlaton 1 db ZH dolgozatot kell teljesíteni az utolsó előtti héten. A ZH-n maximum 50 pont szerezhető amelyből legalább 20 pontot el kell érni a gyakorlat teljesítéséhez. Ha valaki tehát 20, vagy annál több pontot szerez, akkor mehet vizsgázni.
Ha nem sikerül valakinek elérni a 20 pontot, de elért legalább 16-ot, lehetősége van javításra az utolsó héten, és a ZH-val megegyező feltételekkel írhat egy javítót. Ha a javítón sikerül elérni a 20 pontot, akkor mehet ugyan vizsgázni, de az eredeti ZH pontszámát viszi tovább, és nem a javítón elért pontszámot. Ha itt sem éri el valaki a 20 pontot, akkor nem írom alá a félévét.

5 db teszt várható a félév során, kb. minden második héten, a gyakorlatok első 10 percében. A teszteken összesen 50 pontot lehet elérni. Ebből aki nem teljesíti legalább a felét (25-nél kevesebb pontot szerez), az nem írhat ZH-t. Aki viszont 46, vagy annál több pontot szerez, annak nem kell ZH-t írni, hanem viheti tovább a pontszámát. A többieknek ZH-t kell írni.
A teszteken elért pontszám nem számít bele a ZH pontszámába.

Mindenki jelentkezzen be a moodle rendszerbe, a kabinetes h-s azonosítóval és jelszóval. Bejelentkezés után vedd fel az Erdőhelyi Balázs által tartott "Számítógép architektúra gyakorlat"-ot.

Gyakorlatok látogatása kötelező! Tilos a jelszavak átadása. Tilos a mobiltelefonok használata a kabinetben.

Tanenbaum A Függelék. Számok konvertálása 2-es, 10-es, 16-os számrendszerek között. Pl:

77d = 100 1101b = 4dh
185d = 1011 1001b = 0b9h
bedh = 1011 1110 1101b = 3053d

19,625d = 1 0011,101b
114,25d = 111 0010,01b

Hány különböző szám fejezhető ki 1 bájton?
Hány különböző szám fejezhető ki n darab bináris számjegyen?
Helyik a legnagyobb?
Ha r az alap?

Összeadás, kivonás 2-es, 16-os számrendszerben.
Negatív számok: előjeles abs érték, 1-es, 2-es komplemens, többletes.
Hajtsuk végre a következő számításokat 8 bites kettes komplemensű számokon:

00101101 + 01101111
11111111 + 11111111

Tanenbaum B függelék. IEEE szabvány egyszeres pontosságú, normalizált.

114.25     ==> 0100 0010 1110 0100 1000 0000 0000 0000b
             = 42e4 8000h
39.25      ==> 421d 0000h
1.0625     ==> 3f88 0000h
3fc0 0000h ==> 1,5

Nem kötelező feladat: C program a konvertálásra?

Mi a különbség az értelmezés és a fordítás között?
Mi a Neumann elv?
Valamikor 1 mikron átmérőjű volt a mikroprocesszor egy tranzisztora. Moore szabálya szerint mekkora volt az átmérője három évvel később?

Mekkora a hexadecimális E6 és C7 Hamming távolsága?
Az alábbi memóriák közül melyik lehetséges, melyik ésszerű? Indokolja meg!

10 bites címek    1024 db    8 bites rekesz
10                1024      12
 9                1024      10
11                1024      10
10                  10    1024
1024                10      10

Szegmens:offszet címzés: Lineáris cím = segm * 16 + offs.

  segm:1272h  ===> *16  ===>    12720h
  offs:1a3bh                   + 1a3bh
                               -------
                                1415bh    lineáris cím

Egy lineáris címnek hány logikai (szegmens:offszet) címe van? Mondjunk olyan logikai címeket, melyek az 12345h lineáris címre mutatnak. Mi a helyzet a 0ffffh:0010h címmel?

Helyesek e az alábbi címzések? Ha igen, mely lineáris címre hivatkoznak? Tegyük fel, hogy a regiszterek tartalma: AX=0021h, BX= 0031h, CX=0001h, DX=0341h, SI=1223h, DI=0402h, DS=1234h SS=0405h, ES=2365h, BP=1200h;

[BX + 0121h]
[CX + 4]
IP:[BX + SI + 0123h]
ES:[SI + 0001]
[123456789ABCh]
ES:[09D3h]
[SI-500d]
SS:[BX+DI+1999d]
[SI+DI]
[IP]
[BP+SI]
DS:[BP+SI]

Tegyük fel hogy a következő példákban az adatszegmensünk így néz ki:
ds:0000 CD 20 FF 9F 00 9A F0 FE

Bájtsorrend!

mov       al, [0]         ;al=CD
mov       ax, [0]         ;ax=20CD

mov       ax, 5h         ;ax=0005h
add       al, 0001h      ;ax=0006h

mov       ax, 5h
add       al, [0001h]    ;ax=0025h

mov       ax, 5h
mov       bx, 6h
add       ax, bx         ;ax=000Bh

mov       ax, 5h
mov       bx, 6h
add       ax, [bx]       ;ax=FEF5h

Hány n változós Boole függvény létezik?

Egyszerűsítsük az alábbi kifejezéseket! Segítség.

A('A + B) + B                = B

(A'C) + (ABC) + AC           = A

AB + A'B + 'AB + 'A'B        = 1

ABC + 'A + 'B + 'C           = 1

Mennyi lesz a kifejezések értéke, A=1, B=0, C=1 esetén?

mov       ax, 0102h
mov       cx, 0003h
mul       cl             ;ax=0006h

mov       ax, 0102h
mov       cx, 0003h
mul       cx             ;dxax=0000 0306h

mov       ax, 0202h
mov       si, 0003h      ;ds:0003= 9fh
mul       byte ptr [si]  ;ax=013eh

mov       ax, 0602h
mov       si, 0003h      ;ds:0003= 9f 00h
mul       word ptr [si]  ;0602h*009fh = 0003 bb3eh

Írjunk egy programrészletet, amely kiszámolja az alábbi kifejezés értékét! Feltesszük, hogy minden regiszter előjeltelen számot tartalmaz és minden művelet eredménye elfér 16 biten. Az eredményt tároljuk ax-ben.

(cx + ax ) * bx

add       ax, cx
mul       bx

bx * dx + ax

mov       cx, ax         ;ax mentése
mov       ax, dx         ;csak ax-ben tudunk szorozni
mul       bx             ;szorzás bx-el
add       ax, cx         eredmény ax-ben

ax * ax + bx * bx

mul       ax             ;ax*ax
mov       cx, ax         ;ax mentése
mov       ax, bx         ;bx-et attesszük ax-be
mul       ax             ;
add       ax, cx         ;eredmény ax-ben

Mit nevezünk kombinációs áramkörnek?
Milyen kombinációs áramköröket ismer?
Hogyan működik a multiplexer?
A háromváltozós multiplexer lapka felhasználásaával készítsünk el a többségi függvényt, ill. a paritás függvényt!
Hogyan működik a demultiplexer?
Hogyan működik a dekódoló?
Hogy működik a fél összeadó ?
Mi indokolja a fél összeadó elnevezést?
Hogy épül fel a teljes összeadó ?
Milyen részei vannak az 1 bites ALU-nak?
Milyen be- és kimenetei vannak az 1 bites ALU-nak?
Milyen műveletek végezhetők el az ALU-val?
Milyen nem kombinációs áramköröket ismer?
Kombinációs áramkör-e az ALU?

Hol helyezkedhet el a gyorsítótár? Tipp: 4. Előadás, 27. fólia.
Mi a lokalitási elv?
Mit nevezünk találati aránynak?
Mi a hiba arány?
Mi a gyorsító sor?
Direkt leképezésű gyorsítótár működése. Mikor hatékony, és mikor nem hatékony?
Egy memória cella hány helyen lehet egy direkt leképezésű gyorsító tárban?
Mekkora egybefüggő terület lehet legfeljebb a gyorsítótárban?
Halmaz kezelésű gyorsítótár működése.
Milyen a halmazkezelésű gyorsító tár felépítése?
Hogy működik a halmazkezelésű gyorsító tár?
Mi a halmazkezelésű gyorsító tár előnye a direkt leképezésűvel szemben?
Mi az LRU algoritmus?
Milyen memóriába írási stratégiákat ismer gyorsító tár esetén?
Mi a különbség az írásáteresztés és a késleltetett írás stratégiája között?
Mi az írásallokálás?

Számoljuk ki a következő kifejezés értékét! Feltételes eléágazó utasítások: 3. Előadás, 52. fólia. Az eredményt helyezzük AX-be!
min( a*c , a+b ) ahol, a és c 8, b 16 bites előjeltelen számok.

  mov al, a
  mul c         ;ax=a*c

  mov bx, b     ;bx=b
  mov cl, a     ;cl=a
  xor ch, ch    ;cx=a tizenhat biten
  add bx, cx    ;bx=a+b

  cmp ax, bx    ;flagek bx-ax szerint
  jb  vege      ;ha ax kisebb, ugrik
  mov ax, bx
vege:

Az adatszegmens

  a     db 4
  c     db 3
  b     dw 9

A teljes forráskód letölthető innen.

Számoljuk meg, hogy milyen hosszú egy sztring! Tegyük fel, hogy a sztringet a 0 karakter zárja.

  mov cx, 0     ;szamlalo
  mov bx, offset hahostr
 betolt:
  mov al, [bx]
  cmp al, 0
  je  vege
  inc bx
  inc cx
  jmp betolt
vege:

Az adatszegmens

  hahostr   db "Haho !", 0

A teljes forráskód letölthető innen.

Írjon programrészletet amely megszámolja az 50 elemű, szavakból álló A tömb 100-nál nagyobb elemeit!

Mit nevezünk sínnek?
Mi a sínprotokoll?
Mi a mester, és mi a szolga?
Mit nevezünk sín vezérlőnek/vevőnek/adó-vevőnek?
Mi a sávszélesség?
Mi a sín aszimmetria?
Hogy működik a szinkron sín? Tipp: 4. Előadás, 49. fólia.
Hogy működik az aszinkron sín? Tipp: 4. Előadás, 52. fólia.
Mire szolgál a mester/szolga szinkronizáció?
Mi a teljes kézfogás?
Milyen sín ütemezőket ismer?
Hogy működik az centralizált egyszintű sínütemező? És a kétszintű?
Hogy működik a decentralizált sín ütemező?
Milyen sín műveleteket ismer?
Miért előnyös a blokkos átvitel?
Milyen síneket ismer?

Keressük meg egy bájtokból álló számsorozat legnagyobb elemét! A számsorozat hosszát a len változó tartalmazza. Az eredményt taroljuk a max változóban.

    mov   cx, len   ;cx= hossz
    mov   bx, offset sor ;bx-be kerul sor offsetje
    xor   dx, dx    ;dx=0
betolt:
    mov   al, [bx]  ;szam betöltése al-be
    cmp   al, dl    ;ha kisebb= mint az eddigi legnagyobb
    jbe   kov       ;ugorja át a következő utasítást
    mov   dl, al    ;ez lesz az aktuális legnagyobb
kov:
    inc   bx        ;index növelése
    loop  betolt
    mov   max, dl   ;max valtozóba tároljuk el dl-t

Az adatszegmens pl a következő is lehet:

    len   dw 5
    max   db 0
    sor   db 4,5,2,7,3

A teljes forráskód letölthető innen.

Mi a mikroarchitektúra szint feladata? Tipp: 5. Előadás, 24. fólia.
Mi az adatút?
Milyen sínjei vannak a Mic-1 -nek? (4.6. ábra.)
Mely regiszterek csatlakoznak az A sínhez?
Mely regiszterek csatlakoznak a B sínhez?
Mely regiszterek csatlakoznak a C sínhez?
Milyen jelek szükségesek az adatút vezérléséhez?
Mire szolgál az SP regiszter két vezérlő bemenete?
Mire szolgál az MBR regiszter két vezérlő bemenete?
Hány jel szolgál az A sín vezérlésére?
Hány jel szolgál a B sín vezérlésére?
Hány jel szolgál az ALU és a léptető vezérlésére?
Hány jel szolgál a C sín vezérlésére?
Hogy történik a memóriából olvasás?
Hogy történik a memóriába írás?
Mire szolgál a MAR/MDR regiszter?
Ha egy mikroutasítás módosítja MAR tartalmát, és olvas a memóriából, akkor mely címről fog olvasni?
Memóriából olvasás után mikor használható MDR új értéke az adatúton illetve MPC meghatározásához?
Mire szolgál a PC és az MBR regiszter?
Hogy valósítható meg Mic-1-en az IADD utasítás?
Hogy valósítható meg Mic-1-en a SWAP utasítás?

Mit nevezünk pollozásos technikának?
Mire használható a DMA? Tipp: 6. Előadás, 42. fólia.
Hogy működik a DMA?
Milyen regiszterei vannak a DMA-nak?
Mit nevezünk program megszakításnak?
Mi a megszakítás kezelő?
Hogyan történhet a nyomtatás szervezése megszakítás segítségével?
Megszakítható-e a megszakítás kezelő?
Mi a csapda?
Mi a különbség a csapda és a megszakítás között?
Mit jelent az átlátszóság megszakítás esetén?

Mit jelent a RISC rövidítés? Tipp: 7. Előadás, 1. fólia.
Mit jelent a CISC rövidítés?
Mi segítette elő a CISC gépek kialakulását?
Miért előnyös a RISC architektúra?
Miért nem tért át az Intel RISC processzorok gyártására?
Hogyan alkalmazza az Intel a RISC elveket?
Melyek a modern számítógép tervezés legfontosabb elvei?
Miért van szükség sok regiszterre a RISC gépeken?

Milyen párhuzamosítási lehetőségeket ismer?
Mi az utasítás szintű párhuzamosítás?
Szemléltesse az utasítás szintű párhuzamosságot!
Mit jelent a csővezeték (pipelining)?
Mi a késleltetés (latency)?
Mi az áteresztő képesség?
A késleltetés vagy az áteresztő képesség a fontosabb a gép teljesítménye szempontjából?
Mi az előnye/ hátránya a több szállítószalagos CPU-nak?
Mi a szuperskaláris architektúra lényege?

Mi az úthossz?
Milyen lehetőségek vannak a Mic-1 gyorsítására?
Mi az előnye a három sínes architektúrának a Mic-1-gyel szemben?
Sorolja fel a Mic-1 és Mic-2 közötti különbségeket! Miért eredményeznek ezek gyorsítást?
Mi az utasítás betöltő egység (IFU) feladata?
Milyen részei vannak az IFU-nak?
Mi az IMAR szerepe az IFU-ban?
Írja le az IMAR és a PC regiszter kapcsolatát?
Hogy működik az IFU?
Hogy ábrázolható véges állapotú géppel (FSM) az IFU működése?
Mi a különbség Mic-2 és Mic-3 között? Miért eredményez ez gyorsítást?

Milyen szakaszai vannak a Mic-4 csővezetékének? Tipp: 7. Előadás, 31. fólia.
Mi a feladata a dekódolónak?
Mi a feladata a sorba állító egységnek?
Mire szolgál a Final bit?
Mire szolgál a Goto bit?
Hogy történik az Mic-4-en adatút vezérlése?
Miért gyorsabb a Mic-4, mint a Mic-3?
Milyen speciális feladatokat kell megoldani Mic-4 esetén a feltételes elágazásnál?

Mi az eltolási rés (delay slot)? Tipp: 7. Előadás, 40. fólia.
Mit nevezünk elágazás jövendölésnek?
Milyen dinamikus elágazás jövendöléseket ismer?
Milyen statikus elágazás jövendöléseket ismer?
Mit nevezünk függőségnek?
Milyen függőségeket ismer? Tipp: 7. Előadás, 50. fólia.
Mely függőségek oldhatók fel, és hogyan?

Mi az előnye a sorrendtől eltérő végrehajtásnak?
Mire szolgál a regiszter átnevezés?
Mi a feltételezett végrehajtás?
Mit nevezünk emelésnek?
Mikor előnyös az emelés?
Milyen mellékhatásai lehetnek a feltételezett végrehajtásnak?

Milyen gyorsítótárakat használ a Pentium 4? Tipp: 8. Előadás, 11. fólia.
Jellemezze a Pentium 4 L2 gyorsítótárát!
Mire szolgál az előre betöltő?
Mit jelent a szimatolás?
Hogy működik a Pentium 4 memória sín csővezetéke?
Milyen sorrendben dekódolja a Pentium 4 az utasításokat?
Mire szolgál a mikroROM?

Mire szolgál a nyomkövető gyorsítótár?
Milyen elágazás jövendölést használ a Pentium 4?
Mire szolgál az L1 BTB?
Mire szolgál a nyomkövető BTB?
Milyen sorrendben kezdődik az utasítások végrehajtása a Pentium 4-en?
Mire szolgál a lefoglaló/átnevező egység?
Mire szolgálnak a regiszter gyűjtők?
Milyen sorrendben fejeződik be az utasítások végrehajtása a Pentium 4-en?
Mi a különbség a Pentium 4 két egész aritmetikájú ALU-ja között?
Miért nem tárolható azonnal az eredmény L2-be?

Hogy működik az UltraSPARC III másodlagos gyorsítótára? Tipp: 8. Előadás, 28. fólia.
Mire szolgál az UPA (Ultra Port Architecture)?
Mire szolgál az UDB II (UltraSPARC Data Buffer II)?
Milyen szervezésű az UltraSPARC III L1 I gyorsítótára?
Mire szolgál a munka regisztergyűjtő?
Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő?
Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár?
Mire szolgál a tárolási sor?
Mire szolgál a tárolási gyorsítótár?

Mire szolgál az UltraSPARC III ugrótáblája?
Milyen elágazás jövendölést használ az UltraSPARC III?
Mit nevezünk eltolás résnek?
Hogy kezeli az UltraSPARC III az eltolás rést?
Mire szolgál az utasítás csoportosító egység?
Mire szolgál a munka regisztergyűjtő?
Mire szolgál az architektúrális regisztergyűjtő?
Hány ALU van az UltraSPARC III-ban?
Mire szolgál az előre betöltő gyorsítótár?
Mire szolgál a tárolási sor?
Mire szolgál a tárolási gyorsítótár?
Hogy kezeli az UltraSPARC III a függőségeket?

Mi az I-8051 fő alkalmazási területe?
Nagyságrendileg milyen árú egy I-8051?
Jellemezze az I-8051-et!
Mi a RAM?
Mi a ROM?
Hány bites a RAM ADDR regiszter?
Hány bites a ROM ADDR regiszter?
Mekkora az I-8051 RAM-ja?
Mekkora az I-8051 ROM-ja?
Hol helyezkednek el az I-8051 regiszterei?
Mire szolgál az IR, SP, B, ACC, TMP1-2 regiszter?
Mi a PSW?
Hogy történik PC növelése?

Milyen és hány be/kimenete van az I-8051-nak?
Mire használhatók az I-8051 be/kimenetei?
Hány időzítője van az I-8051-nak?
Mire használhatók az I-8051 időzítői?
Mik az I-8051 ALU-jának bemenetei?
Milyen állapotai vannak az óraciklusának?
Jellemezze a CISC gépeket!
Jellemezze a RISC gépeket!
CISC vagy RISC gép a Pentium 4?
CISC vagy RISC gép az UltraSPARC III?
CISC vagy RISC gép az I-8051?
Hasonlítsa össze a Pentium 4-et, az UltraSPARC III-at és az I-8051-ez!

Fordítsunk meg egy stringet! Írjunk eljárást, amely egy string tartalmát megfordítja. Az eljárás SI regiszterben várja a string elejét.

Megoldás verem használatával!

    
;eljárás ami megfordít egy stringet verem használatával.
;a string elejét SI mutatja
strvfordit proc
        push    si, di    ;regiszterek mentése

        mov     cx, 0     ;számláló számolja a str. hosszát
        mov     di, si    ;si mentése di 
berak:
        mov     al, [si]  ;betöltjük a betűt
        cmp     al, 0     ;0 jelzi a str végét
        je      berakvege
        push    ax        ;betű be a verembe
        inc     cx        ;számláló növelése
        inc     si        ;si mutasson a köv betűre
        jmp     berak     ;ugrás vissza a ciklus elejére
berakvege:
        cmp     cx, 0     ;számláló akkor 0, ha str üres volt
        je      strvforditvege
kivesz:
        pop     ax
        mov     [di], al
        inc     di
        loop    kivesz
strvforditvege:
        pop     di, si
        ret
strvfordit endp

A teljes forráskód letölthető innen.

Verem használata nélkül!

;eljárás ami megfordít egy stringet.
;a string elejét SI mutatja
strfordit proc
    push si di     ;regiszterek mentése

    mov  di, si    ;di fog mutatni a string végére
keres:
    mov  al, [di]  ;de, először meg kell keresnünk a végét
    cmp  al, 0     ;vége?
    je   keresvege ;ha igen ugrik
    inc  di        ;di mutasson a következő betűre
    jmp  keres     ;ugrás a keresés elejére
keresvege:

    mov  ax, di
    sub  ax, si    ;ax = di - si
    cmp  ax, 2     ;ha 0 v. 1 a hossz, akkor vege is
    jb   vege
    dec  di
    
csere:
    mov  al, [di]   
    xchg al, [si]  ;kicseréli
    mov  [di], al  ;[si]-t és [di]-t
    inc  si
    dec  di
    cmp  si, di    ;vége?
    jb   csere
vege:
    pop  di si    ;regiszterek visszatöltése
    ret
strfordit endp

A teljes forráskód letölthető innen.

Konvertáljuk az alábbi infix formulákat postfix alakúra!

A+B*C       ==  ABC*+
A*B+C       ==  AB*C+
A*B+C*D     ==  AB*CD*+
(A+B)/(C-D) ==  AB+CD-/
A*B/C       ==  AB*C/
((A+B)*C+D)/(E+F+G) ==  AB+C*D+EF+G+/
    

Konvertáljuk az alábbi postfix formulákat infix alakúra!

AB–C/       ==  (A-B)/C 
AB*C+       ==  A*B+C
AB*CD/E+–   ==  A*B-(C/D+E)
    

Értékeljük ki az alábbi formulákat!

(8+2*5)/(1+3*2-4) == 825*+132*+4-/ == 6
    

Műveleti kód kiterjesztése.

Mi az overlay technika lényege?
Mi a virtuális címtartomány?
Mi a fizikai címtartomány?
Mi a lap és mi a lapkeret?
Mi a lapozás?
Mi a memória térkép (laptábla)?
Mi az MMU?
Mi a laphiány?
Mi a kérésre lapozás?
Mi a munka halmaz (working set)?
Mikor alakul ki vergődés?
Milyen lapkezelési eljárásokat ismer?
Mi a belső elaprózódás?
Mi az előnye, és mi a hátránya a kis lapméretnek?
Mit nevezünk szegmentálásnak?
Hogy valósítható meg a szegmentálás?
Mik a szegmentálás előnyei?
Mi a külső elaprózódás?
Mi az összepréselés (compaction)?

Mágneslemezek
Mi a RAID?
Milyen RAID szabványokat ismer?
Mi a csíkozás (striping)?
Milyen előnyei vannak a RAID-nek?
Hogy készül az optikus lemez (CD)?
Mit nevezünk üregnek?
Milyen mély az üreg, és miért?
Hogy történik a CD olvasása?
Miért nem állandó a CD-k fordulatszáma?
Hogy ábrázolják a 0-t és 1-et a CD-ken?
Hogy működik a mátrixnyomtató?
Hogy működik a tintasugaras nyomtató?
Hogy működik a lézernyomtató?
Mi a szürkésítés (half-toning)?