TI-Klausur (DT & RO)

Vorbereitung DT

Themen:

• Zahlensysteme: Horner-Schema, Euklidischer Algorithmus
• Zahlendarstellungen: Wie wandle ich eine Zahl von 10-er-System ins Zahlensystem xy um und umgekehrt?
  • Vorzeichen
  • Betrag-Vorzeichen → Antwort
  • Einer-Komplement → Antwort
  • Zweier-Komplement → Antwort
  • Exzess-q → Antwort
• Komma
  • Festkomma → Beispiele
  • Gleitkomma → Beispiele (\(\pm \text{Mantisse} \cdot b^\text{Exponent}\))

Vorbereitung RO

Themen:

• Y-Diagramm
• Aufbau eines Mikroprozessors
• Umrechnen von Zahlensystemen
• RAM-Typen (DRAM, FPM-DRAM, EDO-RAM, SDRAM, DDRAM, DDR-SDRAM, RDRAM)
• Cache-Speicher

Begriffe

• Was sind Tristate-Treiber? → Antwort
• Was ist der Unterschied zwischen Assembler, Maschinensprache und Mikrobefehlen?
• Wofür stehen RISC und CISC und was sind Beispiele? → Antwort
• Was ist ein User/System Bit, was ein Trace Bit und was ein Decimal bit? → Antwort
• Welche Informationen können im Statusregister des Rechnewerkes stehen? → Antwort
• Welche Informationen können im Akkumulator stehen? → Antwort
• Warum benötigt die ALU Hilfsregister? → Antwort
• Entspricht das logische Rechtsschieben der Division durch zwei? → Antwort
• Was ist ein superskalarer Prozessor? → Antwort
• Was ist ein little Endian und was ist big Endian? → Antwort
• Was versteht man unter dem Nulladressformat? → Antwort
• Was ist eine „effektive Adresse“? → Antwort
• Was bedeutet ZF, CF, SF, OF und wozu sind sie jeweils gut?
• Was ist eine Load/Store-Architektur? → Antwort
• Was sind die fünf Schritte in der DLX-Pipeline-Verarbeitung? → Antwort
• In welcher Pipeline-Phase werden die Operanden aus dem memory geholt? → Antwort
• Durch welche Abhängigkeiten entstehen Verzögerungen in der DLX-Pipeline und wann treten diese auf? → Antwort
• Was ist eine echte Datenabhängigkeit, was eine Gegenabhängigkeit und was eine Ausgabeabhängigkeit? → Antwort
• Was ist eine falsche Abhängigkeit? → Antwort
• Treten bei echten Abhängigkeiten immer Konflikte auf? → Antwort
• Welche Konflikte gibt es und wann können sie auftreten? → Antwort
• Welche Abhängigkeiten können bei der DLX-Pipeline zu Konflikten führen? → Antwort
• Wie kann man Datenkonflikte durch Software lösen? → Antwort
• Wie kann man Datenkonflikte durch Hardware lösen? → Antwort
• Nennen Sie ein Beispiel für einen Konflikt, der nicht durch Forwarding löstbar ist? → Antwort
• Wie kann man Ressourcenkonflikte lösen? → Antwort
• Was bedeutet t_RAC, t_RC, t_CAC und t_PC?
• Wie versteht man unter Bus-Schnüffeln? → Antwort

MIPS

Befehlsformate

Typ-R Befehle sind arithmetisch-logische Befehle wie add, sub, and, or sowie Vergleichsbefehle wie slt.

Typ-I Befehle sind Lade- und Speicherbefehle sowie Verzweigungsbefehle: lw \(rt, imm(\)rs) sw \(rt, imm(\)rs) beq $rs, $rt, immediate: Hier wird immediate als 16-Bit vorzeichenbehaftete Zahl interpretiert und als Offset benutzt. Die Basisadresse ist dabei im PC. Also lautet die Zieladresse: (PC zum Zeitpunkt des Befehls + 4) + immediate

Grundlegende Befehle

MiMa

Fetch-Phase

In der Fetch-Phase muss das die neue Instruktion ins IR geladen werden und der PC um eins erhöht werden:

1. Takt: IAR → SAR; IAR → X; R = 1
2. Takt: Eins → Y; ALU auf addieren; R = 1
3. Takt: ALU auf addieren; R = 1
4. Takt: Z → IAR
5. Takt: SDR → IR

Das zugehörige Mikroprogramm ist:

0010 0001 0000 1000 1000 0000 0001
0001 0100 0000 0000 1000 0000 0010
0000 0000 0000 0001 1000 0000 0011
0000 1010 0000 0000 0000 0000 0100
0000 0000 1001 0000 0000 0000 0101

Fragen

Zeichnen Sie ein Y-Diagramm.

Wie ist ein Von-Neumann-Rechner aufgebaut?

Das Steuerwerk wird auch „Leitwerk“ genannt, das Rechenwerk auch „Arithmetic Logic Unit“. Der BUS beinhaltet Adress-, Daten- und Steuerleitungen. Im Gegensatz zur Harvard-Architektur wird beim Speicher in der Von-Neumann-Architektur nicht zwischen Daten und Programmen unterschieden.

Wie ist ein Mikroprozessor aufgebaut?

Pipeline-Konflikte: Welche Forwarding-Techniken gibt es und wie werden sie umgesetzt?

Welche Halbleiterspeichertypen gibt es?

Skizzieren Sie eine SRAM-Zelle.

Wie sieht das Schaltsymbol eines Halbaddierers aus?

Wie kann man die Datenabhängigkeiten einer Pipeline spezifizieren und erkennen?

Erkennen kann man sie sehr schnell, indem man eine Tabelle mit den Spalten Befehl, Ziel-Register und Operanden-Register macht. Dabei muss man insbesondere bei der Multiplikation, sw und lw aufpassen. Folgendes (sehr gekrizeltes) Beispiel für die Klausur vom 26. Juli 2012:

Material

• TI-Website
  • alte Klausuren
  • Flash-Animation zur Adressierung
• Meine Karteikarten (Siehe Anki auf Wikipedia und UbuntuUsers für mehr Informationen)
• titut.de, tutorium.chrismandery.de

StackOverflow:

• Strange jump in MIPS assembly

Aufbau der Klausur

Die Klausuren sind alle sehr ähnlich aufgebaut. Eine typische Klausur hat 10 Aufgaben zu diesen Themen:

1. Schaltfunktionen
2. Spezielle Bausteine
3. Laufzeiteffekte
4. Schaltwerke
5. Rechnerarithmetik und Codes
6. Allgemeines: Ankreuzaufgaben
7. MIPS-Assembler: C-Code in MIPS umwandeln und umgekehrt
8. Pipelining: Datenkonflikte erkennen und mit NOPs beheben, eventuell gibts noch Forwarding
9. Cache-Speicher
10. Speicher

Termine und Klausurablauf

Datum: Mittwoch, den 3. April 2013 von 14:00 bis 16:00 Uhr
Ort: Gaede (bei mir; siehe Hörsaaleinteilung, die seit dem 2. April 2013 draußen ist)
Dauer: 1 h DT, 1 h RO
Punkte: (vermutlich) 90
Bestehensgrenze: (vermutlich) 40
Übungsschein: Wird nicht ins Studienportal eingetragen
Bonuspunkte:

• Übungsschein RO: 1 Bonuspunkt
• Übungsschein DT: 1 Bonuspunkt
• Für die Probeklausuren jeweils:
  • Note „Sehr gut“: 2 Bonuspunkte
  • Note „Gut“: 1,5 Bonuspunkte
  • Note „Befriedigend“: 1 Bonuspunkt
  • Note „Ausreichend“: 0,5 Bonuspunkte

Nicht vergessen

• Studentenausweis
• Kugelschreiber

Ergebnisse

Die Klausureinsicht ist am Montag, den 29. April 2013. Für die Einsicht muss man sich hier anmelden.