Βασικά Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — Ιανουάριος 2022

Μεταγραφή από τα αρχεία της συνεδρίας (χωρίς λύσεις). Όπου το κείμενο δεν διαβάζεται, σημειώνεται [δυσανάγνωστο].

141.png

Ερώτηση 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 1.50 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 3 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 1 δυαδικό ψηφίο ανά 0,125 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 0,004 sec, η εκτέλεση μιας εντολής ανάγνωσης ενός καταχωρητή δεδομένων του ελεγκτή της περιφερειακής συσκευής εισόδου/εξόδου απαιτεί 0,003 sec, η εκτέλεση μιας εντολής εγγραφής στην κύρια μνήμη απαιτεί 0,00004 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 5 περιφερειακές μονάδες κάθε μια με τον ελεγκτή της και ότι στο 30% των ελέγχων απαιτείται εξυπηρέτηση (μεταφορά δεδομένων). Κάθε ελεγκτής ελέγχεται 9 φορές ανά sec. Να υπολογίσετε το ποσοστό του χρόνου που αφιερώνει η ΚΜΕ για τον έλεγχο και την εξυπηρέτηση των περιφερειακών συσκευών. Να γράψετε τα ακέραια ψηφία υποδιαστολή και μόνο δύο ψηφία δεξιά της υποδιαστολής, πχ. 34,36. Για να περιορίσετε σε δύο το πλήθος των ψηφίων δεξιά της υποδιαστολής να εφαρμόσετε την τεχνική της περικοπής. [πεδίο απάντησης]

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 [πεδίο απάντησης]

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 μόνο την τιμή [πεδίο απάντησης]

142.png

[Σχήμα: στιγμιότυπο οθόνης ηλεκτρονικής εξέτασης χαμηλής ανάλυσης, με επικεφαλίδα "Ερώτηση 1 / 1" και πεδίο συμπλήρωσης]

Ερώτηση 1 / 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 2 βαθμοί)

Θεωρήστε ένα μικροεπεξεργαστή με μονάδα ελέγχου που έχει σχεδιαστεί με την τεχνική του μικροπρογραμματισμού δύο επιπέδων (νανοπρογραμματισμός). Το σύνολο των μικροπρογραμμάτων αποτελείται από 12662 μικροεντολές και υπάρχουν 1223 διαφορετικές μικροεντολές. Το μήκος κάθε μικροεντολής είναι 59 δυαδικά ψηφία εκ των οποίων τα 57 είναι σήματα ελέγχου. Να υπολογίσετε την επί τοις εκατό μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου σε σχέση με την περίπτωση που η μονάδα ελέγχου είχε σχεδιαστεί με την τεχνική του μικροπρογραμματισμού ενός επιπέδου.

Να δώσετε μόνο το ακέραιο μέρος της τιμής που υπολογίσατε: [πεδίο απάντησης] %

4467.png

Θεωρήστε υπολογιστή του οποίου ο επεξεργαστής έχει 32 καταχωρητές των 16 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 στο δεκαεξαδικό (χρησιμοποιώντας κεφαλαίους χαρακτήρες), μετά την εκτέλεση της εντολής. Προσοχή στην απάντησή σας να μην παρεμβάλλονται κενά ή άλλα σύμβολα.

διεύθυνση η θέσης μνήμης	περιεχόμενο θέσης μνήμης	διεύθυνση η θέσης μνήμης	περιεχόμενο θέσης μνήμης
100	01	110	53
101	8A	111	F1
102	71	112	2B
103	E6	113	F2
104	4B	114	48
105	90	115	A7
106	54	116	79
107	F3	117	92
108	18	118	79
109	87	119	F3
10A	29	11A	5E
10B	94	11B	93
10C	3D	11C	3C
10D	87	11D	DF
10E	7C	11E	31
10F	8A	11F	EF

Α. Απεικόνιση ανάλογη του μεγέθους (little endian)

LOADHW R1, 113 //Φόρτωσε μισή λέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R1= [________]

LOADSB R2, 113 //Φόρτωσε προσημασμένη ψηφιολέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R2= [________]

LOADUB R3, 113 //Φόρτωσε μη προσημασμένη ψηφιολέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R3= [________]

Β. Απεικόνιση αντιστρόφως ανάλογη του μεγέθους (big endian)

LOADHW R4, 113 //Φόρτωσε μισή λέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R4= [________]

LOADSB R5, 114 //Φόρτωσε προσημασμένη ψηφιολέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R5= [________]

LOADUB R6, 114 //Φόρτωσε μη προσημασμένη ψηφιολέξη, χρησιμοποιείται ο κατ' ευθείαν τρόπος διευθυνσιοδότησης (direct addressing mode)

R6= [________]

Screenshot_76.png

Ερώτηση 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 1.50 βαθμοί)

Θεωρήστε μια αρτηρία που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πληροφορίας 7 ψηφιολέξεων κάθε φορά από μια μονάδα εισόδου (υπηρέτης-slave) στον κύριο (master). Θεωρήστε ότι έχουμε τέσσερις διαφορετικές μονάδες εισόδου Α, Β, Γ και Δ συνδεδεμένες στην αρτηρία. Εάν στην αρτηρία ήταν συνδεδεμένη μόνο μία μονάδα εισόδου, η μονάδα Α ή Β ή Γ ή Δ τότε η μεταφορά πληροφορίας από τη μονάδα εισόδου στον κύριο θα απαιτούσε 37, 18, 27 και 21 nsec αντίστοιχα. Ο κύριος ζητάει δεδομένα στο 20% των περιπτώσεων από τη μονάδα εισόδου Α, στο 36% των περιπτώσεων από την μονάδα Β, στο 27% των περιπτώσεων από την μονάδα Γ, και στο 17% των περιπτώσεων από την μονάδα Δ. Θεωρήστε επίσης ότι η διαιτησία βάζει καθυστέρηση 10 nsec. Να υπολογίσετε το ρυθμό μεταφοράς πληροφορίας σε Mbytes ανά δευτερόλεπτο από τη μονάδα Β στον κύριο εάν η αρτηρία είναι σύγχρονη, δεν έχει τη δυνατότητα εισαγωγής κύκλων ρολογιού καθυστέρησης (wait states) και η περίοδος του σήματος χρονισμού (ρολογιού) είναι 10 nsec. Προσοχή, να δώσετε μόνο το ακέραιο μέρος του αποτελέσματος. πχ εάν το αποτέλεσμα ήταν 158,99 Mbytes ανά δευτερόλεπτο να απαντήσετε δίνοντας τον καθαρό αριθμό 158.

[πεδίο απάντησης] Mbytes ανά δευτερόλεπτο

Screenshot_20220120-213512_Word.jpg

Θεωρήστε επεξεργαστή με ένα επίπεδο κρυφής μνήμης εντολών με λόγο επιτυχίας h=0,8 (δεν διαθέτει κρυφή μνήμη δεδομένων). Ο χρόνος προσπέλασης της κρυφής μνήμης εντολών είναι 2 κύκλοι ρολογιού ενώ ο χρόνος προσπέλασης της κύριας μνήμης είναι 14 κύκλοι ρολογιού. Ο συνολικός χρόνος προσπέλασης και μεταφοράς ενός μπλοκ πληροφορίας από την κύρια μνήμη στην κρυφή μνήμη εντολών ισούται με 24 κύκλους ρολογιού. Θεωρήστε ότι όλες οι εντολές έχουν το ίδιο μήκος και όλα τα δεδομένα έχουν το ίδιο μήκος και ότι η προσπέλαση εντολών και δεδομένων αντιστοιχα γίνεται ανά εντολή και ανά δεδομένο (μία εντολή ανά προσπέλαση ή δεδομένο ανά προσπέλαση). Επίσης θεωρήστε ότι η ΚΜΕ προσπελάζει πληροφορία μόνο από το κοντινότερο επίπεδο της ιεραρχικής μνήμης.

Α. Θεωρήστε ότι η προσπέλαση της κύριας μνήμης γίνεται παράλληλα με την προσπέλαση της κρυφής μνήμης.

1. Να υπολογισετε το μέσο πλήθος κύκλων ρολογιού που απαιτούνται για την προσπέλαση μιας εντολής.

Δώστε την τιμή που υπολογίσατε χωρίζοντας το ακέραιο από το δεκαδικό μέρος (εάν υπάρχει) με κόμμα [πεδίο απάντησης: κενό]

1. Να υπολογισετε το μέσο πλήθος κύκλων ρολογιού που απαιτούνται για την προσπέλαση ενός δεδομένου.

Δώστε την τιμή που υπολογίσατε χωρίζοντας το ακέραιο από το δεκαδικό μέρος (εάν υπάρχει) με κόμμα [πεδίο απάντησης: κενό]

Β. Θεωρήστε ότι η προσπέλαση της κύριας μνήμης γίνεται μόνο σε περίπτωση αποτυχίας εύρεσης του ζητούμενου στην κρυφή μνήμη.

1. Να υπολογισετε το μέσο πλήθος κύκλων ρολογιού που απαιτούνται για την προσπέλαση μιας εντολής.

Δώστε την τιμή που υπολογίσατε χωρίζοντας το ακέραιο από το δεκαδικό μέρος (εάν υπάρχει) με κόμμα [πεδίο απάντησης: κενό]

1. Να υπολογισετε το μέσο πλήθος κύκλων ρολογιού που απαιτούνται για την προσπέλαση ενός δεδομένου.

Δώστε την τιμή που υπολογίσατε χωρίζοντας το ακέραιο από το δεκαδικό μέρος (εάν υπάρχει) με κόμμα [πεδίο απάντησης: κενό]

Screenshot_2022-01-08_111629.png

Ερώτηση 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 3.50 βαθμοί)

Δίνονται οι αριθμοί A= 11000010101010000000000000000000 και B= 11000010011000000000000000000000 σε αναπαράσταση κινητής υποδιαστολής σύμφωνα με το πρότυπο IEEE 754.

Να υπολογίσετε και να δώσετε το άθροισμά τους σε αναπαράσταση κινητής υποδιαστολής απλής ακρίβειας σύμφωνα με το ίδιο πρότυπο

[κενό πεδίο συμπλήρωσης]

Screenshot_2022-01-08_114157.png

Ερώτηση 1 (Συμπλήρωση Κενών (Χαλαρή Ταυτοποίηση) — 3.50 βαθμοί)

Θεωρήστε ένα μικροεπεξεργαστή με μονάδα ελέγχου που έχει σχεδιαστεί με την τεχνική του μικροπρογραμματισμού δύο επιπέδων (νανοπρογραμματισμός). Το σύνολο των μικροπρογραμμάτων αποτελείται από 17359 μικροεντολές και υπάρχουν 1971 διαφορετικές μικροεντολές. Το μήκος κάθε μικροεντολής είναι 68 δυαδικά ψηφία εκ των οποίων τα 66 είναι σήματα ελέγχου. Να υπολογίσετε την επί τοις εκατό μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου σε σχέση με την περίπτωση που η μονάδα ελέγχου είχε σχεδιαστεί με την τεχνική του μικροπρογραμματισμού ενός επιπέδου.

Να δώσετε το αποτέλεσμα με τη μορφή ακέραιο μέρος τελεία και ένα κλασματικό ψηφίο εφαρμόζοντας την τεχνική της αποκοπής (truncation). Εάν για παράδειγμα υπολογίσατε την τιμή 45.489 θα δώσετε την τιμή 45.4 [κενό πεδίο απάντησης] %

Untitled2.png

Στον υπολογιστή \(Y_2\) οι εντολές είναι ευθυγραμμισμένες, όμως τα δεδομένα δεν είναι κατ' ανάγκη ευθυγραμμισμένα. Πρέπει να σημειώσουμε ότι για την προσπέλαση ενός δεδομένου μιας ψηφιολέξης απαιτείται να προσπελάσουμε τη μνήμη μόνο μία φορά, είτε το δεδομένο είναι ευθυγραμμισμένο είτε όχι. Αντίθετα, όταν το δεδομένο είναι 2 ή 4 ψηφιολέξεις, τότε εάν είναι ευθυγραμμισμένο για την προσπέλασή του απαιτείται μόνο μία προσπέλαση της μνήμης, ενώ εάν δεν είναι ευθυγραμμισμένο απαιτούνται δύο προσπελάσεις της μνήμης. Οι κύκλοι ρολογιού \(T_2\) που δαπανώνται για την προσπέλαση της μνήμης κατά την εκτέλεση του προγράμματος στον υπολογιστή \(Y_2\) είναι:

[Λείπει από τη φωτογραφία: οι επιλογές απαντήσεων μετά την πρόταση «είναι:»]

Λύσεις (🟡 community)

Κατάσταση: 🟡 community Πηγή: φωτογραφία λύσης με πρόγραμμα (2.jpg, προέλευση μη επιβεβαιωμένη)

Προσοχή

Η λύση αφορά την έκφραση F = (B−C)×A − D/(E−G) με πρόγραμμα φόρτωσης/αποθήκευσης· η συγκεκριμένη άσκηση δεν βρέθηκε αυτολεξεί στη μεταγραφή της συνεδρίας, οπότε πρέπει να επιβεβαιωθεί ότι ανήκει σε αυτή τη συνεδρία.

Λύσεις — Βασικά Θέματα Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών — Ιανουάριος 2022

2.jpg

\(F= (B-C)\times A-D/(E-G)\)

β. \(F = A\times(B-C)-D/(E-G)\)

πρόγραμμα	σχόλια
LOAD E	\(\Sigma \leftarrow E\)
SUB G	\(\Sigma \leftarrow \Sigma-G = E-G\)
STORE F	\(F \leftarrow \Sigma = E-G\)
LOAD D	\(\Sigma \leftarrow D\)
DIV F	\(\Sigma \leftarrow \Sigma / F = D/(E-G)\)
STORE F	\(F \leftarrow \Sigma = D/(E-G)\)
LOAD B	\(\Sigma \leftarrow B\)
SUB C	\(\Sigma \leftarrow \Sigma-C = B-C\)
MULT A	\(\Sigma \leftarrow \Sigma\times A = (B-C)\times A\)
SUB F	\(\Sigma \leftarrow \Sigma-F = (B-C)\times A - D/(E-G)\)
STORE F	\(F = (B-C)\times A - D/(E-G)\)

β. \(F = A\times(B-C)-D/(E-G)\)

πρόγραμμα	σχόλια
LOAD R1, B	\(R1\leftarrow B\)
LOAD R2, C	\(R2\leftarrow C\)
SUB R1, R2	\(R1\leftarrow R1-R2=B-C\)
LOAD R2, A	\(R2\leftarrow A\)
MULT R1, R2	\(R1\leftarrow R1\times R2= (B-C)\times A\)
LOAD R3, E	\(R3\leftarrow E\)
LOAD R4, G	\(R4\leftarrow G\)
SUB R3, R4	\(R3\leftarrow R3-R4=E-G\)
LOAD R4, D	\(R4\leftarrow D\)
DIV R4, R3	\(R4\leftarrow R4/R3=D/(E-G)\)
SUB R1, R4	\(R1\leftarrow R1-R4=(B-C)\times A- D/(E-G)\)
STORE F, R1	\(F = (B-C)\times A- D/(E-G)\)

Σημείωση μεταγραφής: στη φωτογραφία η ετικέτα «β.» εμφανίζεται πάνω από καθέναν από τους δύο πίνακες· η αρχική γραμμή \(F= (B-C)\times A-D/(E-G)\) δεν έχει ετικέτα.

✔ Επιβεβαίωσε · ✖ Βρήκα λάθος

---

✖ Βρήκα λάθος στη μεταγραφή