Βασικά Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — 2020¶
Μεταγραφή από τα αρχεία της συνεδρίας (χωρίς λύσεις). Όπου το κείμενο δεν διαβάζεται, σημειώνεται [δυσανάγνωστο].
Arxitektonikh-1-Themata-2020.pdf¶
1
Ερώτηση 1 / 3 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) – 0.50 βαθμοί)
Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας επεξεργαστή διαθέτει τον αθροιστή του επόμενου σχήματος. Να απαντήσετε εάν είναι σωστό το ακόλουθο ερώτημα: Για την πράξη B+A εάν οι αριθμοί είναι χωρίς πρόσημο (θετικοί) και Y=1 τότε το αποτέλεσμα της πράξης δεν ισούται με την τιμή στις εξόδους S15, S14, ... S0 του αθροιστή.
[Σχήμα: Κύκλωμα αθροιστή με εισόδους B15, A15, ... B1, A1, B0, A0, πύλες XOR με σήματα ελέγχου E0, E1, στοιχεία ΠΑ15, ... ΠΑ1, ΠΑ0, εισόδους/εξόδους κρατουμένου c15, c14, ... c0, εξόδους S15, ... S1, S0 και πύλη XOR με έξοδο Y]
- [ ] σωστό
- [ ] λάθος
- [ ] δεν έχω αρκετή πληροφορία για να εξάγω συμπέρασμα
Ερώτηση 2 / 3 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) – 0.50 βαθμοί)
Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας επεξεργαστή διαθέτει τον αθροιστή του επόμενου σχήματος. Να απαντήσετε εάν είναι σωστό το ακόλουθο ερώτημα: Για την πράξη B-A εάν οι αριθμοί είναι σε αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2 και Y=0 τότε το αποτέλεσμα της πράξης δεν ισούται με την τιμή στις εξόδους S15, S14, ... S0 του αθροιστή.
[Σχήμα: Όμοιο κύκλωμα αθροιστή 16-bit με πύλες XOR ελέγχου E0, E1, στοιχεία ΠΑ15...ΠΑ0 και έξοδο Y]
- [ ] σωστό
- [ ] λάθος
- [ ] δεν έχω αρκετή πληροφορία για να εξάγω συμπέρασμα
Ερώτηση 3 / 3 (Πολλαπλής Επιλογής (Μοναδική Απάντηση) – 0.50 βαθμοί)
Η κεντρική μονάδα επεξεργασίας επεξεργαστή διαθέτει τον αθροιστή του επόμενου σχήματος. Να απαντήσετε εάν είναι σωστό το ακόλουθο ερώτημα: Για την πράξη A+B εάν οι αριθμοί είναι σε αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2 και C15=1 τότε το αποτέλεσμα της πράξης δεν ισούται με την τιμή στις εξόδους S15, S14, ... S0 του αθροιστή.
[Σχήμα: Όμοιο κύκλωμα αθροιστή 16-bit με πύλες XOR, στοιχεία ΠΑ15...ΠΑ0 και έξοδο Y]
- [ ] σωστό
- [ ] λάθος
- [ ] δεν έχω αρκετή πληροφορία για να εξάγω συμπέρασμα
2
Ερώτηση 1 / 2 (Σωστό / Λάθος – 1 βαθμός)
Το σύνολο εντολών, σε επίπεδο γλώσσας μηχανής, ενός επεξεργαστή απλού συνόλου εντολών υποστηρίζει τόσο μη προσημασμένα (θετικά) όσο και προσημασμένα (σε αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2) ακέραια αριθμητικά δεδομένα μεγέθους μιας ψηφιολέξης (byte), μισής λέξης (δύο ψηφιολέξεις), και λέξης (τέσσερις ψηφιολέξεις). Ο επεξεργαστής αυτός διαθέτει καταχωρητές των 32 δυαδικών ψηφίων και Αριθμητική Λογική Μονάδα των 32 δυαδικών ψηφίων. Η κύρια μνήμη έχει οργάνωση μιας ψηφιολέξης ανά θέση μνήμης. Κατά τη μεταφορά πληροφορίας από τη μνήμη σε κάποιο καταχωρητή γενικού σκοπού η πληροφορία γράφεται στο λιγότερο σημαντικό τμήμα του καταχωρητή. Να απαντήσετε στην ακόλουθη ερώτηση: Το σύνολο εντολών του σε επίπεδο γλώσσας μηχανής πρέπει να διαθέτει διαφορετικές εντολές μεταφοράς πληροφορίας από τους καταχωρητές γενικού σκοπού στη μνήμη για κάθε ένα από τα ακόλουθα είδη δεδομένων: 1. μη προσημασμένα δεδομένα μεγέθους μιας ψηφιολέξης, 2. προσημασμένα δεδομένα μεγέθους μιας ψηφιολέξης.
- [ ] Σωστό
- [ ] Λάθος
Ερώτηση 2 / 2 (Σωστό / Λάθος – 1 βαθμός)
Το σύνολο εντολών, σε επίπεδο γλώσσας μηχανής, ενός επεξεργαστή απλού συνόλου εντολών υποστηρίζει τόσο μη προσημασμένα (θετικά) όσο και προσημασμένα (σε αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2) ακέραια αριθμητικά δεδομένα μεγέθους μιας ψηφιολέξης (byte), μισής λέξης (δύο ψηφιολέξεις), και λέξης (τέσσερις ψηφιολέξεις). Ο επεξεργαστής αυτός διαθέτει καταχωρητές των 32 δυαδικών ψηφίων και Αριθμητική Λογική Μονάδα των 32 δυαδικών ψηφίων. Η κύρια μνήμη έχει οργάνωση μιας ψηφιολέξης ανά θέση μνήμης. Κατά τη μεταφορά πληροφορίας από τη μνήμη σε κάποιο καταχωρητή γενικού σκοπού η πληροφορία γράφεται στο λιγότερο σημαντικό τμήμα του καταχωρητή. Να απαντήσετε στην ακόλουθη ερώτηση: Μπορεί να χρησιμοποιεί την ίδια εντολή, σε επίπεδο γλώσσας μηχανής, για τη μεταφορά πληροφορίας από τη μνήμη σε κάποιο από τους καταχωρητές γενικού σκοπού για κάθε ένα από τα ακόλουθα είδη δεδομένων: 1. μη προσημασμένα δεδομένα μεγέθους μιας ψηφιολέξης, 2. μη προσημασμένα δεδομένα μεγέθους μισής λέξης, 3. μη προσημασμένα δεδομένα μεγέθους μιας λέξης.
- [ ] Σωστό
- [ ] Λάθος
3
Θεωρήστε υπολογιστή του οποίου ο επεξεργαστής έχει 16 καταχωρητές των 32 δυαδικών ψηφίων ο καθένας και κύρια μνήμη με οργάνωση 8 δυαδικών ψηφίων ανά θέση μνήμης. Το τρέχον περιεχόμενο της μνήμης δίνεται στο σχήμα. Οι προσημασμένοι αριθμοί είναι σε αναπαράσταση συμπληρώματος ως προς 2. Μισή λέξη: 16 δυαδικά ψηφία. Για κάθε μια των κάτωθι περιπτώσεων να δώσετε το περιεχόμενο του καταχωρητή μετά την εκτέλεση της εντολής στο δεκαεξαδικό. Προσοχή να μην παρεμβάλλονται κενά ή άλλα σύμβολα.
| κύρια μνήμη διεύθυνση θέσης μνήμης στο δεκαεξαδικό | κύρια μνήμη περιεχόμενο θέσης μνήμης στο δεκαεξαδικό | κύρια μνήμη διεύθυνση θέσης μνήμης στο δεκαεξαδικό | κύρια μνήμη περιεχόμενο θέσης μνήμης στο δεκαεξαδικό |
|---|---|---|---|
| 110 | 87 | 227 | 98 |
| 111 | 13 | 228 | FA |
| 112 | E1 | 229 | 19 |
| 113 | 73 | 22A | FE |
| 114 | 94 | 22B | A2 |
| 115 | 5F | 22C | 41 |
| 116 | A0 | 22D | F3 |
| 117 | 16 | 22E | 64 |
| 118 | C1 | 22F | 85 |
| 119 | 56 | 230 | 1F |
| 11A | 85 | 231 | AE |
| 11B | 32 | 232 | 68 |
| 11C | AE | 233 | 8A |
| 11D | 4C | 234 | 1B |
| 11E | F0 | 235 | 98 |
| 11F | 64 | 236 | 5C |
| 120 | 89 | 237 | A1 |
| 121 | 1A | 238 | 1D |
| 122 | A0 | 239 | C3 |
| 123 | 65 | 23A | 58 |
| 124 | 8F | 23B | 89 |
| 125 | 10 | 23C | 37 |
| 126 | 92 | 23D | 97 |
| 127 | 34 | 23E | 13 |
| 128 | B3 | 23F | E5 |
| 129 | 32 | 240 | 63 |
| 12A | F1 | 241 | 9A |
| 12B | 20 | 242 | 5C |
| 12C | F4 | 243 | AD |
| 12D | F3 | 244 | 46 |
| 12E | 78 | 245 | 95 |
Α. Απεικόνιση αντιστρόφως ανάλογη του μεγέθους (big endian) LOADSHW R1, 11F //Φόρτωσε προσημασμένη μισή λέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode) R1=[_______]
Β. Απεικόνιση ανάλογη του μεγέθους (little endian) LOADSHW R2, 23A //Φόρτωσε προσημασμένη μισή λέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode) R2=[_______]
4
Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) – 2 βαθμοί)
Έχετε στη διάθεση σας ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης ΟΚ0 με χωρητικότητα 512Kbits και οργάνωση οκτώ δυαδικών ψηφίων ανά θέση μνήμης καθώς και ολοκληρωμένα κυκλώματα ΟΚ2 με χωρητικότητα 16Kbytes και οργάνωση δύο δυαδικών ψηφίων ανά θέση. Πόσα ολοκληρωμένα κυκλώματα τύπου ΟΚ0 και πόσα τύπου ΟΚ2 χρειάζεστε για να σχεδιάσετε ένα σύστημα μνήμης με χωρητικότητα 224Kbytes και 14 bits ανά θέση; Να δώσετε το αποτέλεσμα ως δύο διψήφιους αριθμούς που χωρίζονται με το σύμβολο + πχ. 01+12 το οποίο σημαίνει 4 τύπου ΟΚ0 και 12 τύπου ΟΚ2. [_______]
5
Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) – 2.50 βαθμοί)
Υπολογιστικό σύστημα ειδικού σκοπού με καταχωρητές των 8 δυαδικών ψηφίων και αρτηρία δεδομένων των 8 δυαδικών ψηφίων χρησιμοποιεί την τεχνική του χρονοπρογραμματισμένου ελέγχου (polling) για να ελέγξει εάν θέλει εξυπηρέτηση κάποια από τις περιφερειακές συσκευές εισόδου και την τεχνική της προγραμματισμένης διαδικασίας εισόδου (programmed input/output) για τη μεταφορά του περιεχομένου των καταχωρητών δεδομένων του ελεγκτή της περιφερειακής συσκευής εισόδου στην κύρια μνήμη. Ο ελεγκτής της περιφερειακής συσκευής έχει 2 καταχωρητές. Κάθε περιφερειακή συσκευή μεταφέρει σειριακά δεδομένα στους καταχωρητές του ελεγκτή της, με ρυθμό μεταφοράς ο οποίος δεν είναι σταθερός και η μέγιστη τιμή του είναι 20 δυαδικά ψηφία ανά sec. Θεωρήστε ότι όταν γεμίσουν οι καταχωρητές του ελεγκτή, θα πρέπει να αδειάσουν τελείως για να μπορέσει η περιφερειακή συσκευή να γράψει σ' αυτούς δεδομένα. Η μεταφορά της πληροφορίας από τους καταχωρητές του ελεγκτή της περιφερειακής συσκευής προς το υπολογιστικό σύστημα γίνεται μέσω αρτηρίας των 8 δυαδικών ψηφίων. Κάθε έλεγχος της κατάστασης του ελεγκτή της περιφερειακής συσκευής από την κεντρική μονάδα επεξεργασίας απαιτεί 0,005 sec, η εκτέλεση μιας εντολής ανάγνωσης ενός καταχωρητή δεδομένων του ελεγκτή της περιφερειακής συσκευής εισόδου/εξόδου απαιτεί 0,001 sec, η εκτέλεση μια εντολής εγγραφής στην κύρια μνήμη απαιτεί 0,00008 sec. Τα ανωτέρω δεδομένα ισχύουν για όλες τις ερωτήσεις, ενώ τα στοιχεία που αναφέρονται σε κάθε ερώτηση ισχύουν μόνο σε αυτή την ερώτηση.
Α. Θεωρήστε ότι υπάρχουν 4 περιφερειακές μονάδες κάθε μια με τον ελεγκτή της και ότι στο 50% των ελέγχων απαιτείται εξυπηρέτηση (μεταφορά δεδομένων). Κάθε ελεγκτής ελέγχεται 21 φορές ανά sec. Να υπολογίσετε το ποσοστό του χρόνου που αφιερώνει η ΚΜΕ για τον έλεγχο και την εξυπηρέτηση των περιφερειακών συσκευών. Να γράψετε μόνο την τιμή με δυο ακέραια ψηφία, υποδιαστολή και δύο ψηφία δεξιά της υποδιαστολής πχ. 04.30. Για να περιορίσετε σε δύο το πλήθος των ψηφίων δεξιά της υποδιαστολής να εφαρμόσετε την τεχνική της περικοπής. [_______]
Β. Να υπολογίσετε πόσες φορές ανά sec πρέπει να ελέγχεται η κατάσταση του ελεγκτή κάθε περιφερειακής συσκευής ώστε να μην χάνεται πληροφορία. Να γράψετε μόνο την τιμή με δύο ψηφία πχ. 04 ή 67. [_______]
Γ. Να υπολογίσετε το μέγιστο πλήθος περιφερειακών συσκευών (κάθε μία με τον ελεγκτή της) με τα ίδια ακριβώς χαρακτηριστικά λειτουργίας και χρήσης, που μπορούν να συνδεθούν στο υπολογιστικό σύστημα χωρίς να χάνεται πληροφορία. Να γράψετε διψήφιο αριθμό πχ. 02. [_______]
Λύσεις (🟡 community)
Κατάσταση: 🟡 community Πηγή: φωτογραφία λύσης του θέματος ΟΚ0/ΟΚ2 (sept11.PNG, προέλευση μη επιβεβαιωμένη)
Προσοχή
Η φωτογραφία αντιστοιχεί στο ερώτημα με 512 Kbits ΟΚ0 της εξέτασης 2020 (ίδια διατύπωση στη μεταγραφή της συνεδρίας)· η προέλευση της λύσης δεν είναι γνωστή, γι' αυτό community. Οι πράξεις είναι συνεπείς: 512 Kbits / 8 bits = 2^16 θέσεις, και 16 KB × 8 bits / 2 bits = 2^16 θέσεις· άρα τα δύο ΟΚ έχουν ίσο πλήθος θέσεων, όπως γράφει η λύση.
Λύσεις — Βασικά Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — 2020¶
sept11.PNG¶
Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) – 2 βαθμοί)
Έχετε στη διάθεση σας ολοκληρωμένα κυκλώματα μνήμης ΟΚ0 με χωρητικότητα 512Kbits και οργάνωση οκτώ δυαδικών ψηφίων ανά θέση μνήμης καθώς και ολοκληρωμένα κυκλώματα ΟΚ2 με χωρητικότητα 16Kbytes και οργάνωση δύο δυαδικών ψηφίων ανά θέση. Πόσα ολοκληρωμένα κυκλώματα τύπου ΟΚ0 και πόσα τύπου ΟΚ2 χρειάζεστε για να σχεδιάσετε ένα σύστημα μνήμης με χωρητικότητα 224Kbytes και 14 bits ανά θέση; Να δώσετε το αποτέλεσμα ως δύο διψήφιους αριθμούς που χωρίζονται με το σύμβολο + πχ. 01+12 το οποίο σημαίνει 4 τύπου ΟΚ0 και 12 τύπου ΟΚ2.
Λύση¶
ΟΚ0 1 θ.μ. 8 bits x; 512kbits \(x = 2^9 \times 2^{10} / 2^3 = 2^{16}\) θ.μ.
ΟΚ2 1 θ.μ. 2 bits x 16KB \(x = 2^4 \times 2^{10} \times 2^3 / 2^1 = 2^{17} / 2^1 = 2^{16}\) θ.μ.
Τώρα που τα δύο είδη των ΟΚΜ που διαθέτουμε, έχουν το ίδιο πλήθος θ.μ. μπορούν να συνδεθούν παράλληλα.
Κύρια μνήμη 1 θ.μ. 14 bits x 224KB \(x = 224 \times 2^{10} \times 2^3 / 14 = 16 \times 2^{13}\ \text{θ.μ.} = 2^4 \times 2^{13}\ \text{θ.μ.} = 2^{17}\ \text{θ.μ.}\)
Οριζόντια επανάληψη: 4 (8 bits + 2 bits + 2 bits + 2 bits)
Κατακόρυφη επανάληψη: \(\frac{\text{θ.μ. που θέλουμε να έχουμε}}{\text{θ.μ. που διαθέτουμε από τα } OKM} = \frac{2^{17}\ \text{θ.μ.}}{2^{16}\ \text{θ.μ.}} = 2\ \text{επαναλήψεις}\)
[Σχήμα: Διάταξη κυκλωμάτων μνήμης σε πλέγμα 2 γραμμών x 4 στηλών, με μπλε πλακίδια OK1 στην 1η στήλη και πορτοκαλί πλακίδια OK2 στις υπόλοιπες 3 στήλες:] [OK1] [OK2] [OK2] [OK2] [OK1] [OK2] [OK2] [OK2]