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Description

Klausur: Rechnerarchitektur, am 01.02.2010

Gruppe:

A

Gerhard Raffius, Günther Fröhlich, Joachim Wietzke, Ralf Mayer, h_da, Fb Informatik

Nachname:

Vorname:

Anzahl Anlagen: Punkte:

( Klausur NICHT werten ฀ (Î Note 5 )

(max = )

Matr.-Nr.: )

Unterschrift:

Note:

Hiermit bestätige ich, dass ich das Praktikum bestanden habe: ____________________________ Zugelassene Hilfsmittel: 1 Blatt DIN A4 handschriftlich, ARM Quickreferenz ausgedruckt

Aufgabe 1 (8 Punkte): Gegeben sei die 8 Bit Binärzahl

B=10001011

a) Welchem Dezimalwert entspricht diese Binärzahl in 2K Darstellung? 01110101 (2K) = -117 b) Welches ist die größte darstellbare Dezimalzahl in 8 Bit 2K Darstellung? 01111111 = > 127 c) Welches ist die kleinste darstellbare Dezimalzahl in 8 Bit 2K Darstellung? 10000000 => -128 d) Welche Flags können Sie nach einer compare -Operation zweier unsigned-Arithmetik Zahlen sinnvoll auswerten? Zero, Carry

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Gruppe:

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A

Vorname:

Nachname:

Aufgabe 2 (34 Punkte): 1. Konstruieren Sie eine Operation move immediate to accu movi #imm, die einen immediate Wert, der als 16 bit Konstante im nächsten Wort hinter dem opcode des Befehls steht, in den Accu überträgt. Beachten sie, dass der ProgramCounter im Mu0-2 immer schon einen Schritt weiter zeigt. 2. Konstruieren sie danach den Befehl str acc, [sp, #imm], der den Wert des Akkumulators an die Adresse sp+immed speichert. Auch hier steht der immediate Wert als 16 Bit Konstante hinter dem Opcode. Sie dürfen den Accu als Zwischenspeicher benutzen. Tragen Sie dazu die symbolische Beschreibung der Schritte ein und skizzieren Sie anschließend die Phasen im Datenpfadmodell. Schließlich füllen Sie bitte die Schaltmatrix aus. Den Fetchzyklus brauchen sie nicht zu berücksichtigen, er wurde jeweils vorher ausgeführt. Symbolische Beschreibung der Schritte (Beispiel A = Din) des Befehls movi #imm Schritt Nummer

Beschreibung

1) Din = [PC] 2) Acc = Din Symbolische Beschreibung der Schritte (Beispiel A = Din) des Befehls str acc, [sp, #imm] Schritt Nummer 1 2

Beschreibung 1) Dout = Acc 2) Acc = IR+SP 3) [Acc] = Dout

3 4

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A

Vorname:

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Informationsfluss im Datenpfadmodell für Befehl movi:

Data Data Out Out

MU0-2 MU0-2 Datenpfad Datenpfad

Adress Adress

Dout

A

0

ALU

MU0-2 MU0-2 Datenpfad Datenpfad

Data Data Out Out

Adress

Dout

1

IR

PC

SP

A

Data Data In In

Din

A

A

1

IR

PC

SP

B

0

Data Data In In

ALU

Din

B

Timing/Control

Timing/Control

Steuermatrix für Befehl movi

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R/nW

MEMrq

ALU Function

DOUToe

DOUTie

Kommentar

DINoe

DINie

SPoe

Spie

IRoe

Irie

PCoe

Pcie

Aoe

Aie

Adress

step

ACC15

ACCz

111101

Outputs

step

mvi

Reset

Instruction

Opcode

Inputs

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Vorname:

Nachname:

Informationsfluss im Datenpfadmodell für Befehl str acc, [sp, #imm]: Data Data Out Out

MU0-2 MU0-2 Datenpfad Datenpfad

Adress Adress

Dout

A

ALU

MU0-2 MU0-2 Datenpfad Datenpfad

Data Data Out Out

Adress Adress

Dout

1

IR

PC

SP

A

0

Data Data In In

Din

A

0

A

1

IR

PC

SP

B

Data Data In In

ALU

Din

B

Timing/Control

Timing/Control

Steuermatrix für Befehl str acc, [sp, #imm]

str Acc, [Sp, #imm]

R/nW

MEMrq

ALU Function

DOUToe

DOUTie

DINoe

Kommentar

DINie

SPoe

SPie

IRoe

IRie

PCoe

PCie

ACCoe

ACCie

Adress

step

ACC15

ACCz

Outputs

step

Reset

Instruction

Opcode

Inputs

111110

Abkürzung

Erklärung

Abkürzung

Erklärung

ACCie

Accumulator input enable

ACCoe

Accumulator output enable

IR

Instruction Register

SP

Stackpointer Register

PC

Program Counter Register

Reset

Eingang um Prozessor zu resetten

step

Micro Program Counter, sowohl Eingang als Opcode auch Ausgang

Befehlskodierung

Adress

Einstellung des Adressmultiplexers (0, 1, x)

ACCz

Zero Status des Accumulators

ALU

Funktion der ALU

ACC15

Negativ Bit des Accumulators

Din

Eingangsregister vom Datenbus

Memrq

Zugriff auf Speicher 0=nein, 1= ja

Dout

Ausgangsregister auf den Datenbus

R/nW

Read / not Write: 1 bei Lesen, 0 bei Schreiben, x wenn nicht gebraucht

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Aufgabe 3 (18 Punkte): a) Skizzieren Sie das prinzipielle Blockschaltbild einer MMU mit TLB

b) Beschreiben Sie die prinzipiellen Merkmale und Funktion einer MMU mit TLB. Erläutern Sie dabei auch die Funktion des TLB.

c) welche Situationen können beim Lesen einer gewünschten Speicheradresse auftreten, erläutern Sie ?

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d) Welche Kapazität benötigt die Seitentabelle, wenn der virtuelle Adressraum 4 Gbyte groß sein soll und die Kachelgröße 4 kByte sein soll ?

e) Was versteht man unter einem voll assoziativen Assoziativspeicher?

f) Direkt abbildendem Cache?

g) N -Wege mengenassoziativem Cache?

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Aufgabe 4 (20 Punkte): Ergänzen sie in folgendem Programm den Code, der zu den Kommentaren gehört. Das Programm word2string wandelt eine 32 Bit Zahl in einen String aus ASCII Nullen und Einsen mit abschließendem Stringende. Der Funktion und in übergeben. Als steht . word2string: mov r2, #0x30

@ speichere 0x30 ('0') in r2

mov r3, #0x31

@ speichere 0x31 ('1') in r3

mov ip, #32

@ speichere 32 in ip

mov c r1, r1 lsl #1

@ schiebe r1 um eine Position nach links und speichere das Bit im Carry Flag

loop:

strbhs r3, [r0], #1

@ wenn das Carry Bit gesetzt ist, speichere den Inhalt von r3 als Byte an der Adresse auf die r0 zeigt und erhöhe danach r0 um 1

strblo r3, [r0], #1

@ wenn das Carry Bit nicht gesetzt ist, speichere den Inhalt von r3 als Byte an der Adresse auf die r0 zeigt und erhöhe danach r0 um 1

subs ip, ip, #1

@ ziehe von ip 1 ab speichere das Ergebnis in ip und setze die Statusbits

bne loop

@ wenn das Ergebnis ungleich 0 war, springe zum Label loop @ speichere ein String-Endezeichen auf die Adresse, auf die r0 zeigt. In welchem Register finden sie ein String-Ende?

bx lr

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@ springe zurück ins Hauptprogramm

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Aufgabe 5 (20 Punkte): 1. Zeichnen Sie für die folgenden Befehle die Position der Registerinhalte im Speicher. Vor Beginn des Befehls zeigt das Adressregister rx (Registernummer für x angeben) auf ’Adr’. Markieren Sie ebenfalls die Position im Speicher, auf welches das Adressregister nach Ausführung des Befehls zeigt.

a) STMIA r1, {r2,r4,r6}

b) STMDB r1, {r2,r4,r6}

c) LDMIA r1!, {r2,r4,r6}

d) LDMDB r1!, {r2,r4,r6}

2. Welche der unter a) – d) gezeigten Befehle passen zueinander, um einen voll absteigenden Stack zu realisieren?

h_da/fbi

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3. Was sagt der APCS Standard bezüglich der folgenden Fragen aus? Antworten Sie stichwortartig. 1. Wie erfolgt Parameterübergabe an Unterprogramme? r0-r3

2. Wie erfolgt die Rückgabe eines Wertes aus einem Unterprogramm (return)?

3. Welche Register darf das Unterprogramm verändern?

4. Welche Register darf das Unterprogramm nicht verändern?

5. Auf welche Weise kann das Unterprogramm sicherstellen, dass am Ende seiner Ausführung Register unverändert sind?

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