PROVA SCRITTA DEL CORSO DI. NUOVO E VECCHIO ORDINAMENTO DIDATTICO (5-6-7 CFU) 20 Febbraio 2014

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1 PROVA SCRITTA DEL CORSO DI NUOVO E VECCHIO ORDINAMENTO DIDATTICO (5-6-7 CFU) 20 Febbraio 24 NOME: COGNOME: MATRICOLA: CFU: ESERCIZIO (8 punti) Progettare una rete sequenziale che presenti un ingresso X e un uscita Z posta a ogni volta che viene riconosciuta la sequenza. Si richiee:. (5 punti) il iagramma egli stati, la tabella i flusso e la tabella elle transizioni; 2. (3 punti) il calcolo elle forme minime elle variabili i eccitazione ei flip flop con le mappe i Karnaugh. Si usino flip flop JK. Calcolare anche la rete combinatoria per l uscita Z. ESERCIZIO 2 (8 punti 7 CFU: 6 punti). (4 punti 7 CFU: 3 punti) Sia ato un isco con le seguenti caratteristiche: velocità i rotazione pari a 60 giri al minuto, tempo necessario alla testina per spostarsi a una traccia alla successiva uguale a 0.5 ms, settori a KB, 2 settori per traccia. Calcolare il tempo meio i lettura i un file a 0 KB sapeno che la testina si trova inizialmente in un punto qualunque el isco e che la istanza meia tra ue settori successivi el file è pari a 2 tracce. 2. (4 punti 7 CFU: 6 punti) Utilizzano il tempo meio i accesso al isco calcolato al punto preceente, si calcoli l hit ratio i cache minimo (Hc), relativo a una gerarchia a 3 livelli (cache, memoria primaria, isco), affinché il tempo meio i accesso alla gerarchia sia 30 ms. Siano ati i seguenti altri ati: Hp = 0.8; Tp = 20 ms; Tc = 0 ms, ove Hp è l hit ratio ella memoria primaria, Tp il tempo meio i accesso alla memoria primaria e Tc il tempo meio i accesso alla memoria cache. ESERCIZIO 3 (8 punti) Si scriva il coice Assembly MIPS i una funzione che, ati tre vettori i N interi u, v, w, scriva nella posizione w(i) il valore u(i), se u(i)<v(i), e il valore v(i), altrimenti. Si consieri che gli inirizzi iniziali ei vettori u, v, w siano memorizzati in $4, $5, $6, rispettivamente, e che N sia memorizzato in $7. In altri termini il coice MIPS può implementare la funzione C: voi elabora(int *u, int *v, int *w, int N) { int i; for(i=0; i<n; i++) if(u(i)<v(i)) w(i)=u(i); else w(i)=v(i); } ESERCIZIO 4 (9 punti 7 CFU: 8 punti) Si consieri un calcolatore in cui la CPU esegue 0 5 istruzioni/s. L esecuzione i una istruzione richiee 5 cicli i clock, 3 ei quali tengono occupato il bus i sistema. Si ipotizzi che il 85% ell Instruction Rate sia usato alla CPU per eseguire programmi che non contengono trasferimenti i I/O. L'ampiezza ella linea ati el bus è pari a 32 bit. Si consieri il caso in cui il trasferimento ei ati avvenga meiante IO a programma, con le seguenti 4 istruzioni: a. LOAD parola alla periferica al registro CPU b. STORE parola a registro CPU a memoria c. generazione inirizzo i memoria successivo. conteggio ati a trasferire.. (3 punti) Calcolare la massima frequenza i trasferimento ati ottenibile (espressa in kb/s) fra una periferica collegata al bus i sistema e la memoria principale. 2. (3 punti) Calcolare la massima frequenza i trasferimento ati ottenibile (espressa in kb/s) nel caso in cui si usi la moalità transparent DMA. Si ipotizzi che una operazione i lettura/scrittura ella memoria richiea un ciclo i clock. 3. (3 punti 7 CFU: 2 punti) Spiegare quali 'passi' sostituiscono le istruzioni nel caso DMA. ESERCIZIO 5 (solo 7 CFU: 3 punti) Spiegare in moo chiaro e sintetico qual è la funzione el gestore ei processi in un moerno sistema operativo.

2 ESERCIZIO Soluzione Il iagramma egli stati è il seguente: /0 S0 S /0 S2 / /0 /0 S4 S3 Calcolatori Elettronici 2

3 La tabella i flusso è ata a: Stato successivo/uscita Stato presente X=0 X= S0 S/0 S S S/0 S2/0 S2 S/0 S3/0 S3 S4/0 S S4 S/0 S2/ Per coificare 5 stati occorrono tre flip flop. La coifica è la seguente: S ; ; S Nel seguito inicheremo ciascun bit ella coifica con le lettere A, B, C. L apice inicherà il bit nell istante successivo a quello consierato. A partire alla tabella i eccitazione el flip flop JK: Q Q J K D 0 D 0 D D 0 A B C X A Ja Ka B Jb Kb C Jc Kc Z D 0 0 D D D 0 0 D 0 0 D D 0 0 D D D D 0 D D 0 D D D D 0 D D 0 D 0 D D 0 D 0 D D 0 0 D D D D 0 0 D 0 0 D D D D D D D D D D 0 D D D D D D D D D D 0 0 D D D D D D D D D D 0 D D D D D D D D D D 0 D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D Ora possiamo isegnare le mappe i Karnaugh Calcolatori Elettronici 3

4 0 0 J A BC X K A 0 0 J B AX J C X B 0 0 K B X C K C B X Calcolatori Elettronici 4

5 Infine, per quanto riguara l uscita Z: 0 Z AX Calcolatori Elettronici 5

6 ESERCIZIO 2 Soluzione. TROT = 60 / 60 = 0 ms TLAT = TROT / 2 = 5 ms (tempo i latenza) Tlett = TROT / 2 = 50 s (tempo i lettura i un settore) Tpos = 0.5 x 2 = ms Numero i settori richiesti per leggere 0 KB: 0KB/KB = 0 Tempo i lettura el file a 0 KB: = 0* (TLAT + TPOS + Tlett) = 0 * (5 ms + ms + 50 s) 60 msec 2. Per calcolare Hc basta esplicitarlo alla formula: T H C T C (H P H C )(T P T C ) ( H P )(T D T P T C ) H C (T C T P T D H P T D T ) / T P 0.6 Calcolatori Elettronici 6

7 ESERCIZIO 3 Soluzione $8 i; $9 u(i)<v(i) $0 u(i); $ v(i) elabora: ai $29, $29, -6 sw $8, 0($29) sw $9, 4($29) sw $0, 8($29) sw $, 2($29) move $8, $0 for: beq $8, $7, exit lw $0, 0($4) lw $, 0($5) slt $9, $0, $ bne $9, $0, if sw $, 0($6) continue: ai $8, $8, ai $4, $4, 4 ai $5, $5, 4 ai $6, $6, 4 j for exit: lw $8, 0($29) lw $9, 4($29) lw $0, 8($29) lw $, 2($29) ai $29, $29, jr $3 if: sw $0, 0($6) j continue Calcolatori Elettronici 7

8 ESERCIZIO 4 Soluzione.. Nel caso i trasferimento meiante I/O a programma, per trasferire una parola occorrono 4 istruzioni. La CPU è impegnata per l'85% el tempo a eseguire istruzioni che non coinvolgono l'i/o, unque può usare solo il 5% el tempo per eseguire istruzioni i trasferimento ati con periferiche. In termini i istr./sec questo tempo è pari a istr./s = istr./s. Dal momento che per trasferire una parola servono ue istruzioni, la velocità i trasferimento è pari a: istr./s / (4 istr./parola) = 3750 parole/s. La imensione i una parola è pari a 32 bit (4 byte), a cui si ricava la velocità i trasferimento i 4.65 kb/s, 2. Nel caso i 'trasparent DMA' posso trasferire i ati tutte le volte che il bus i sistema è libero. Nel caso in esame questo tempo è pari alla somma el 5% el tempo lasciato libero all'esecuzione i istruzioni che non coinvolgono I/O, più i ue cicli/istruzione in cui il bus è libero. Pertanto urante l'85% el tempo posso trasferire ue parole/istr.: parole/istr 0 5 istr./s = parole/s Nel restante 5% el tempo posso trasferire 5 parole/istr.: parole/istr. 0 5 istr./s = parole/s In totale, nel caso i trasferimento con DMA la velocità totale i trasferimento è pari a: ( ) 0 5 parole/s = parole/s = 239 kb/s. 3. Il 'controller' DMA esegue le operazioni i generazione inirizzi e conteggio ati trasferiti usano registri interni al controller oltre, ovviamente, a trasferire i ati alla periferica alla memoria. Calcolatori Elettronici 8