AXO Architettura dei Calcolatori e Sistemi Operativi

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1 Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione prof.ssa Anna Antola prof. Luca Breveglieri prof. Giuseppe Pelagatti prof.ssa Donatella Sciuto prof.ssa Cristina Silvano AXO Architettura dei Calcolatori e Sistemi Operativi esame di martedì 3 luglio 2012 CON SOLUZIONI Cognome Nome Matricola Firma Istruzioni Scrivere solo sui fogli distribuiti. Non separare questi fogli. È vietato portare all esame libri, eserciziari, appunti, calcolatrici e telefoni cellulari. Chiunque fosse trovato in possesso di documentazione relativa al corso anche se non strettamente attinente alle domande proposte vedrà annullata la propria prova. Non è possibile lasciare l aula conservando il tema della prova in corso. Tempo a disposizione: 1h:30m (una parte) 3h:00m (completo). punteggio approssimativo I parte II parte completo esercizio 1 5 esercizio 2 6 esercizio 3 5 esercizio 4 6 esercizio 5 5 esercizio 6 5 voto finale ATTENZIONE: alcuni esercizi sono suddivisi in parti.

2 esercizio n. 1 thread e parallelismo Si consideri il programma C seguente (gli #include sono omessi): / variabili globali / pthread_mutex_t key = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; sem_t test; int glob; void start (void arg) { / funzione di thread / int loc = (int) arg; / variabile locale / pthread_mutex_lock (&key); / statement A / loc = 0; glob = 1; sem_post (&test); / statement B / glob = 0; pthread_mutex_unlock (&key); return NULL; } / start / void check (void arg) { / funzione di thread / sem_wait (&test); if (glob == 0) { pthread_mutex_lock (&key); sem_wait (&test); / statement C / glob = 2; pthread_mutex_unlock (&key); } else { } / if / return NULL; } / check / sem_wait (&test); / statement D / void main ( ) { / thread principale / pthread_t T1, T2; sem_init (&test, 0, 1); glob = 0; pthread_create (&T1, NULL, start, (void ) 1); pthread_create (&T2, NULL, check, NULL); pthread_join (T2); / statement E / pthread_join (T1); } / main / AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 2 di 25

3 Si completi la tabella qui sotto indicando lo stato di esistenza della variabile locale e del parametro nell istante di tempo specificato da ciascuna condizione, così: se la variabile o il parametro esiste, si scriva ESISTE; se non esiste, si scriva NON ESISTE; e se può essere esistente o inesistente, si scriva PUÒ ESISTERE. Ogni casella della tabella va riempita in uno dei tre modi (non va lasciata vuota). Si badi bene alla colonna condizione: con subito dopo statement X si chiede lo stato che la variabile o il parametro assume tra lo statement X e lo statement immediatamente successivo del thread indicato. condizione variabile locale o parametro loc in T1 arg in T2 subito dopo stat. A ESISTE PUÒ ESISTERE subito dopo stat. C PUÒ ESISTERE ESISTE subito dopo stat. E PUÒ ESISTERE NON ESISTE Si completi la tabella qui sotto, indicando i valori delle variabili globali (sempre esistenti) nell istante di tempo specificato da ciascuna condizione. Il valore della variabile va indicato così: intero, carattere, stringa, quando la variabile ha un valore definito; oppure X quando è indefinita se la variabile può avere due o più valori, li si riporti tutti quanti il semaforo può avere valore positivo o nullo (non valore negativo) Si badi bene alla colonna condizione: con subito dopo statement X si chiede il valore (o i valori) che la variabile ha tra lo statement X e lo statement immediatamente successivo del thread indicato. condizione test variabili globali glob subito dopo stat. A 0 / 1 0 subito dopo stat. B 0 / 1 / 2 1 subito dopo stat. C 0 0 subito dopo stat. D 0 0 / 1 subito dopo stat. E 0 0 / 1 / 2 Il sistema può andare in stallo (deadlock). Qui si indichino gli statement dove si bloccano i due thread, e il/i valore/i di glob e loc: T1 T2 glob loc pthread_mutex_lock statement A sem_wait statement C 0 1 AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 3 di 25

4 esercizio n. 2 processi e sistema operativo Si considerino i seguenti frammenti di programmi: / programma main.c / main ( ) { int pid1, pid2; char msg1 [20] =... ; pid1 = fork ( ); if (pid1 == 0) { / codice eseguito da Q figlio di P / execl ( /home/info2/muta, muta, NULL); write (stdout, msg1, 20); exit (0); } else { / codice eseguito da P / pid1 = wait (&status); pid2 = fork ( ); if (pid2 == 0) { / codice eseguito da R figlio di P / sleep (2); exit (2); } else { / codice eseguito da P / exit (0); } / if / } / if / } / main.c / / programma muta.c / main ( ) { int pid; char msg2 [50] =... ; pid = fork ( ); if (pid == 0) { / codice eseguito da S figlio di Q / write (stdout, msg2, 50); exit (2); } else { / codice eseguito da Q /... exit (1); } / if / } / muta.c / Il processo P esegue il programma main, creando un processo figlio Q che effettua una mutazione di codice assumendo il programma muta, e successivamente P crea un altro figlio R. Se la mutazione di codice va a buon fine, il processo Q crea un processo figlio S. Non ci sono altri processi utente nel sistema. AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 4 di 25

5 Ulteriori specifiche del sistema: 1. i processi utente hanno associata una priorità, il processo idle ha priorità minima e non esistono altri processi nel sistema 2. le priorità relative a tutti i processi attivi nel sistema sono indicate quando necessario nella tabella di commutazione dei processi da completare 3. il buffer del driver di standard output ha dimensione di 50 caratteri 4. per tutte le operazioni su file che implicano trasferimento di blocchi: a. la dimensione di un blocco di dati trasferito da o verso file tramite DMA, è di 512 byte b. l interruzione di fine DMA è associata al trasferimento di un singolo blocco del file (eventi DMA_in e DMA_out per lettura e scrittura di un blocco rispettivamente) 5. le operazioni di lettura e scrittura su file accedono sempre a disco, cioè è sempre necessario eseguire trasferimenti in DMA 6. per l apertura del file: a. è sempre necessario trasferire in DMA: - un blocco per l accesso allo I-node di ogni cartella o file presente nel nome-percorso (pathname), tranne che per la cartella radice, e - un blocco per il contenuto di ogni cartella presente nel nome-percorso (pathname) b. una volta terminata l operazione di apertura, l area di memoria centrale viene resa disponibile e pertanto una successiva apertura del file richiede trasferimento tramite DMA 7. l operazione close di chiusura di un file implica solo l aggiornamento delle tabelle gestite dal S.O. che sono presenti in memoria centrale 8. le chiamate di sistema wait e waitpid invocano la funzione Sleep_on su un evento opportuno 9. per completare la tabella delle commutazioni, si faccia riferimento alla notazione vista a lezione DOMANDA Si completino le parti mancanti della tabella di commutazione dei processi riportata alle due pagine seguenti. AVVERTENZE Nella tabella di commutazione proposta sono previste righe da completare in cui: a) è specificato l evento (con informazioni aggiuntive); in questo caso sono da completare le parti relative allo stato dei processi e se richiesto ai moduli del S.O. e al contesto b) è specificato lo stato dei processi raggiunto dopo il verificarsi dell evento; in questo caso sono da completare i campi relativi all evento (con eventuali informazioni aggiuntive) e se richiesto ai moduli del S.O. e al contesto NOTA BENE: l evento in questione è sempre determinabile univocamente dallo stato raggiunto, dall evoluzione precedente dei processi, dal codice dei programmi e dalle ulteriori specifiche di sistema se l evento è un interrupt è obbligatorio usare la notazione n interrupt indicando esattamente il numero di interruzioni che si sono verificate AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 5 di 25

6 evento (preceduto dal processo nel cui contesto l evento si verifica) informazioni aggiuntive processo/i nel moduli eseguiti cui contesto per gestire l evento è eseguito ogni modulo stato dei processi dopo la gestione dell evento P Q R S P: pd1 = fork P ha esaurito il suo quanto di tempo la fork è stata eseguita P < Q G_SVC_1 fork Preempt_1 Change G_SVC_2/3 P P P P Q Q pronto esec U non esiste non esiste Q: pid = fork Q ha esaurito il suo quanto di tempo la fork è stata eseguita P = Q < S G_SVC_1 fork Preempt_1 Change G_SVC_2/3 Q Q Q Q S S pronto pronto non esiste esec U S: write write ha trasferiti 40 caratteri nel buffer del driver S < P < Q G_SVC_1 write Sleep_on (E1) Change G_SVC_2/3 S S S S Q Q pronto esec U non esiste attesa (E1) Q: 30 interrupt da standard output R_int (Sout) Q pronto esec U non esiste attesa (E1) Q: interrupt da orologio Q ha esaurito il suo quanto di tempo R_Int (CK)_1 Preempt_1 Change G_SVC_2/3 Q Q Q P P esec U pronto non esiste attesa (E1) l ultimo è relativo all ultimo carattere presente nel buffer del driver P: 10 interrupt da standard output (n.b. in questo evento viene anche gestito il trasferimento degli ultimi 10 caratteri nel buffer del driver) pronto esec U non esiste attesa (E1) P ha esaurito il suo quanto di tempo AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 6 di 25

7 evento (preceduto dal processo nel cui contesto l evento si verifica) informazioni aggiuntive processo/i nel moduli eseguiti cui contesto per gestire l evento è eseguito ogni modulo stato dei processi dopo la gestione dell evento P Q R S Q: exit (1) esec U non esiste non esiste attesa (E1) P: wait esec U non esiste non esiste attesa (E1) P: pid2 = fork esec U non esiste pronto attesa (E1) P: 5 interrupt da standard output P ha esaurito il suo quanto di tempo pronto non esiste esec U attesa (E1) R: sleep esec U non esiste attesa (E2) attesa (E1) P: exit (0) non esiste non esiste attesa (E2) attesa (E1) AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 7 di 25

8 esercizio n. 3 memoria virtuale Un sistema dotato di memoria virtuale con paginazione e segmentazione di tipo UNIX, è caratterizzato dai parametri seguenti: l indirizzo logico è di 16 bit; l indirizzo fisico è di 16 bit; e la dimensione delle pagine è di 4 K byte. (a) Nel sistema vengono attivati i processi P, Q e S. Essi eseguono i programmi X e Y. La dimensione iniziale dei segmenti dei due programmi è la seguente: CX: 12 K DX: 8 K PX: 4 K CY: 16 K DY: 12 K PY: 4 K Inserire in tabella la struttura in pagine della memoria virtuale dei due programmi X e Y (notazione: CX0, CX1, DX0, PX0,, CY0,, PY0). indirizzo di pagina virtuale X Y 0 CX0 CY0 1 CX1 CY1 2 CX2 CY2 3 DX0 CY3 4 DX1 DY0 5 DY1 6 DY A B C D E F PX0 PY0 (b) A un certo istante t 0 sono terminati, nell ordine, gli eventi seguenti: P viene creato (fork di P ed exec di X) alloca CP1, DP0 e PP0 Q viene creato come figlio di P CQ1 = CP1, DQ0 = DP0 e alloca PQ0 P accede in lettura all indirizzo virtuale assoluto 4200 Hex P alloca DP1 Q salta all istruzione di indirizzo virtuale assoluto 2A00 Hex Q alloca CQ2 Q esegue la exit dealloca CQ1, DQ0, PQ0 e CQ2 P esegue una fork e crea S condivide CP1 = CS1, DP0 = DS0, DP1 = DS1 e alloca PS0 Considerando le ipotesi seguenti, compilare le tabelle della situazione al tempo t 0 relative alla memoria fisica e al contenuto della MMU: il lancio in esecuzione di un programma avviene caricando solo la pagina di codice con l istruzione di partenza, la prima pagina dati e una pagina di pila, in quest ordine il caricamento di ulteriori pagine in memoria avviene su richiesta (on demand) il numero di pagine residenti R è pari a quattro l indirizzo esadecimale di partenza di X è 1400 Hex l indirizzo esadecimale di partenza di Y è 0A11 Hex si utilizza l algoritmo LRU per la sostituzione di pagine di memoria, considerando che almeno una pagina di pila debba sempre rimanere in memoria l allocazione delle pagine virtuali nelle pagine fisiche avviene sempre in sequenza all inizio della sequenza di eventi la MMU è vuota AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 8 di 25

9 indirizzo fisico memoria fisica situazione al tempo t 0 MMU pagine allocate proc. NPV NPF 0 CP1 = (CQ1) = CS1 P CP1 / valid bit 1 DP0 = (DQ0) = DS0 P DP0 / PP0 P PP0 / F (PQ0) PS0 (Q) S (CQ1 / 1) CS1 / DP1 = DS1 (Q) S (DQ0 / 3) DS0 / (CQ2) (Q) S (PQ0 / F) DS1 / P DP1 / (Q) S (CQ2 / 2) PS0 / F A B C D E F (c) A un certo istante t 1 > t 0 è terminata la sequenza di eventi seguente: S esegue sbrk e l indirizzo virtuale assoluto max allocato alla nuova area dati è 5002 Hex S deve allocare DS2, ma poiché R = 4 dealloca DS0 P esegue sbrk e l indirizzo virtuale assoluto max allocato alla nuova area dati è 55A2 Hex P deve allocare DP2, ma poiché R = 4 dealloca DP0 S esegue una exec e lancia il programma Y dealloca CS1, DS1, DS2 e PS0, e alloca CS0, DS0 e PS0 S salta all istruzione di indirizzo virtuale assoluto 30A0 Hex usa CS0e alloca CS3 S esegue un assegnamento di una variabile all indirizzo virtuale 6002 Hex S deve allocare DS2, ma poiché R = 4 dealloca DS0 Completare le tabelle con la situazione al tempo t 1. indirizzo fisico memoria fisica situazione al tempo t 1 MMU pagine allocate proc NPV NPF 0 CP1 (= CS1) P CP1 / valid bit 1 (DP0) (= DS0) DP2 P (DP0 / 3) DP2 / PP0 P PP0 / F (PS0) CS0 S (CS1 / 1) CS0 / DP1 (= DS1) S (DS0 / 3) (DS2 / 5) (DS0 / 4) DS2 / (DS2) (DS0) DS2 S (DS1 / 4) PS0 / F PS0 P DP1 / CS3 S (PS0 / F) CS3 / A AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 9 di 25

10 B C D E F AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 10 di 25

11 esercizio n. 4 logica digitale prima parte logica sequenziale Sia dato il circuito sequenziale composto da due bistabili master / slave di tipo D (D1, Q1) e (D2, Q2), con Di ingresso del bistabile e Qi stato / uscita del bistabile, e dotato di un ingresso IN e un uscita U. Le e- quazioni che descrivono il funzionamento del circuito sono le seguenti: D1 = IN xor Q1 D2 = ((not IN) and Q2) or ((not Q1) and Q2) U = not Q2 Si chiede di disegnare lo schema del circuito e di completare il diagramma temporale riportato qui sotto. Si noti che: si devono trascurare completamente i ritardi di propagazione delle porte logiche AND, OR e XOR, e i ritardi di commutazione dei bistabili i bistabili sono di tipo master-slave, con uscita che commuta sul fronte di discesa del clock l ingresso IN può variare in qualunque momento diagramma temporale da completare IN 1 D2 1 D1 1 Q2 1 Q1 0 U 0 CLK AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 11 di 25

12 soluzione IN 1 D2 1 D1 1 Q2 1 Q1 0 U 0 CLK AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 12 di 25

13 seconda parte simulazione cache Si consideri un sistema di memoria (centrale + cache) caratterizzato dalle dimensioni seguenti: memoria di lavoro da 2 K Byte (indirizzata a livello di byte) memoria cache da 512 Byte ogni blocco di cache contiene 128 Byte Considerando la sequenza di richieste alla memoria riportata qui sotto, si chiede di completare la tabella che illustra il comportamento di una cache a indirizzamento diretto (direct mapped) nel rispetto delle indicazioni seguenti: Nella colonna esito, riportare H (hit - successo) se il blocco richiesto si trova in cache, oppure riportare M (miss - fallimento) se il blocco va caricato da memoria. Nelle colonne dati va riportato il numero del blocco di memoria che si trova nel corrispondente blocco di cache. Questi valori sono denotati come numeri decimali (base dieci), mentre le etichette sono in binario. Pertanto l indirizzo individua un byte nel blocco 0000 due = 0 dieci. Nella colonna azione va indicato il blocco cui si accede (in caso di successo H) o il blocco in cui vengono caricati i dati della memoria (in caso di fallimento M). Nella cache ci sono quattro blocchi, indicati nelle colonne della tabella con A, B, C e D, che corrispondono rispettivamente ai blocchi di indice 0, 1, 2 e 3 della cache stessa. Nota: la memoria ha 11 bit di indirizzo; di questi, 7 bit servono per individuare il byte nel blocco; nella cache ci sono quattro blocchi quindi l 8 e il 9 bit (da destra) indicano l indice del blocco in cache e i 2 bit più significativi restanti costituiscono l etichetta. blocco A blocco B blocco C blocco D passo indirizzo richiesto esito valido etichetta dati valido etichetta dati valido etichetta dati valido etichetta dati azione situazione iniziale M carica blocco 13 in B H accedi a blocco C M carica blocco 14 in C M carica blocco 8 in A M carica blocco 7 in D AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 13 di 25

14 esercizio n. 5 linguaggio macchina prima parte traduzione da C a codice macchina Si vuole tradurre in linguaggio macchina simbolico (linguaggio assemblatore) il frammento di programma (funzioni call e f_ric) riportato qui sotto. Nel tradurre non si tenti di accorpare od ottimizzare insieme istruzioni C indipendenti. La memoria ha indirizzo da 32 bit ed è indirizzabile per byte. Le variabili intere sono da 32 bit. Si noti che: la funzione call non restituisce nulla (di fatto è una procedura), non ha parametri e ha due variabili locali intere; essa chiama la funzione f_ric (che è una funzione a tutti gli effetti), trattandola come una procedura ossia disinteressandosi del valore in uscita di f_ric la funzione ricorsiva f_ric restituisce un valore intero, ha due parametri e non ha variabili locali Le funzioni salvano sempre i registri utilizzati e le convenzioni per il passaggio dei parametri e del valore di ritorno sono le seguenti: i parametri vengono passati sulla pila e caricati in ordine inverso di elencazione (cioè il primo parametro elencato nella testata della funzione è l ultimo da caricare sulla pila) il valore di uscita, se esiste, viene sovrascritto al primo parametro caricato sulla pila Si chiede di scrivere: in tabella 1.a e in tabella 2.a il codice in linguaggio macchina delle funzioni call e f_ric, rispettivamente, tradotte secondo le convenzioni del corso in tabella 1.b e in tabella 2.b il contenuto simbolico (espresso usando i nomi delle variabili, parametri, registri, ecc) e i valori dell indirizzo dell area di attivazione di call e di quella relativa alla prima invocazione di f_ric, così come risultano subito dopo l esecuzione dell istruzione LINK e il salvataggio di eventuali registri frammento di programma in linguaggio C / funzione call / void call ( ) { int i; int j = 3; i = 0; f_ric (&i, j); return; } / call / / funzione f_ric / int f_ric (int p, int q) { if (q == 0) { return 0; } else { p = p + 1; return f_ric (p, q 1); } / if / } / f_ric / AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 14 di 25

15 tabella 1.a codice della funzione call CALL: LINK FP, #-8 // collega I: EQU -4 // spiazzamento varloc i J: EQU -8 // spiazzamento varloc j MOVEM.L A0, -(SP) // salva registro A0 MOVE.L #3, J(FP) // inizializza varloc j a 3 MOVE.L #0, I(FP) // inizializza varloc i a 0 MOVE.L MOVEA.L FP, A0 J(FP), -(SP) // impila param j di f_ric // calcola ind di varloc i (a) ADDA.L #I, A0 // calcola ind di varloc i (b) MOVEA.L A0, -(SP) // impila param &i di f_ric BSR F_RIC // chiama funzione f_ric ADDA.L #8, SP // abbandona param p e q di f_ric MOVEM.L (SP)+, A0 UNLK FP // scollega RTS // ripristina registro A0 // ritorna Nota: qui i e j sono inizializzate senza caricarle in un reg. D Nota: la coppia di istruzioni macchina (a) e (b) si ottimizza così: LEA I(FP), A0 // calcola ind &i e salva in A0 Nota: qui MOVEM salva un solo registro ed equivale a MOVE Nota: call abbandona il valore in uscita di f_ric, senza usarlo tabella 1.b area di attivazione di call indirizzo contenuto simbolico (eventuali reg. salvati qui A0) varloc j varloc i FP precedente indirizzo di ritorno cella già occupata Nota: poiché la funzione call non restituisce nulla (è di tipo void e in C corrisponde a una procedura), nell area di attivazione di call non occorre lasciare alcuno spazio dove sovrascrivere il valore in uscita; non sarebbe peraltro errato lasciare spazio, che però non verrebbe usato e dunque sarebbe sprecato. AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 15 di 25

16 tabella 2.a codice della funzione f_ric F_RIC: LINK FP, #0 // collega P: EQU +8 // spiazzamento param p Q: EQU +12 // spiazzamento param q MOVEM.L A0/D0, -(SP) // salva registri D0 e A0 CMPI.L #0, Q(FP) // valuta condizione IF BNE ELSE // se!= 0 va a ramo ELSE THEN: MOVE.L #0, D0 // carica costante 0 MOVE.L D0, Q(FP) // sovrascrivi param q di f_ric BRA END_IF // va a fine IF ELSE: MOVEA.L P(FP), A0 // dereferenziazione di param p MOVE.L (A0), D0 // dereferenziazione di param p ADDI.L #1, D0 // incrementa oggetto puntato *p MOVE.L D0, (A0) // aggiorna oggetto puntato *p MOVE.L Q(FP), D0 // carica param q SUBI.L #1, D0 // calcola espessione q 1 MOVE.L D0, -(SP) // impila param q 1 di f_ric MOVE.L P(FP), D0 // carica param p MOVE.L D0, -(SP) // impila param p di f_ric BSR F_RIC // chiama funz ricorsiva f_ric ADDA.L #4, SP // abbandona param p di f_ric MOVE.L (SP)+, D0 // spila valusc di f_ric MOVE.L D0, Q(FP) // sovrascrivi param q di f_ric END_IF: MOVEM.L (SP)+, A0/D0 // ripristina registri A0 e D0 UNLK FP // scollega RTS // rientra Nota: qui si usa un solo reg dati D0, e si può ancora ottimizzare Nota: qui q viene confrontato senza caricarlo in un reg. D tabella 2.b area di attivazione di f_ric indirizzo contenuto simbolico (eventuali reg. salvati qui D0 e A0) FP precedente indirizzo di ritorno param p param q e valusc cella già occupata AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 16 di 25

17 tabella 2.a codice della funzione f_ric ottimizzata F_RIC: LINK FP, #0 // collega P: EQU +8 // spiazzamento param p Q: EQU +12 // spiazzamento param q MOVEM.L A0/D0, -(SP) // salva registri D0 e A0 CMPI.L #0, Q(FP) // valuta condizione IF BNE ELSE // se!= 0 va a ramo ELSE THEN: MOVE.L #0, Q(FP) // sovrascrivi param q di f_ric BRA END_IF // va a fine IF ELSE: MOVEA.L P(FP), A0 // dereferenziazione di param p ADDI.L #1, (A0) // incrementa oggetto puntato *p MOVE.L Q(FP), D0 // carica param q SUBI.L #1, D0 // calcola espessione q 1 MOVE.L D0, -(SP) // impila param q 1 di f_ric MOVE.L P(FP), -(SP) // impila param p di f_ric BSR F_RIC // chiama funz ricorsiva f_ric ADDA.L #4, SP // abbandona param p di f_ric MOVE.L (SP)+, Q(FP) // sovrascrivi param q di f_ric END_IF: MOVEM.L (SP)+, A0/D0 // ripristina registri A0 e D0 UNLK FP // scollega RTS // rientra Nota: qui si ottimizza sfruttando l ortogonalità AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 17 di 25

18 seconda parte simulazione delle chiamate ai sottoprogrammi In modo coerente con quanto risposto nella domanda precedente, si chiede ora di riportare nella tabella 3 i valori effettivi di parametri e variabili (ove disponibili) presenti nelle aree di attivazione di call e di f_ric subito dopo il salvataggio dei registri relativo alla terza invocazione di f_ric. tabella 3 contenuto effettivo delle aree di attivazione indirizzo contenuto simbolico D0 e A FP precedente indirizzo di ritorno P = area f_ric Q = D0 e A FP precedente indirizzo di ritorno P = area f_ric Q = D0 e A FP precedente indirizzo di ritorno P = area f_ric Q = A J = I = 0, 1, FP precedente area call indirizzo di ritorno cella già occupata AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 18 di 25

19 esercizio 6 microarchitettura Lo schema logico a destra illustra la micro-architettura di processore con un solo bus interno. Si consideri la seguente istruzione macchina del processore 68000: SCAMBIA #indx Essa esegue lo scambio dei contenuti tra la cella di memoria X (il cui indirizzo è specificato dalla costante indx contenuta nella parola aggiuntiva dell istruzione) e la cella di memoria Y che si trova in cima alla pila (il cui indirizzo sta nel registro SP); tale scambio avviene solamente se il contenuto di X è maggiore o uguale al contenuto di Y. Il registro SP non viene modificato. Attenzione a quanto segue: il contenuto dei registri di uso generale (R 0,, R n-1 ) non può essere modificato, pertanto è necessario utilizzare con accortezza i registri disponibili (V, Z e TEMP) l operazione sub della ALU calcola la differenza A B, la emette sull uscita R, e aggiorna immediatamente i codici di condizione aritmetici Z, N, C e V, scrivendoli nei corrispondenti bit del registro PSR (accessibili anche singolarmente) l operazione passa della ALU emette l ingresso A sull uscita R; il bus interno del processore non viene impegnato da questa operazione linee di comando della ALU linee di indirizzo bus di memoria select linee di dato add sub and costante 4 MUX A 32 bit PC MAR MDR V ALU R Z bus interno del processore B riporto in ingresso 32 bit ordini decodificatore di istruzioni e circuito di controllo IR R 0 R n 1 SP TEMP 32 bit si cerchi di minimizzare il numero di passi l unità di controllo è cablata Si scriva la sequenza di passi di controllo per l istruzione, compilando la tabella a pagina seguente. AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 19 di 25

20 sequenza di controllo (il numero di righe non è significativo) ottimale passo ordini descrizione 1 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola di codice operativo 2 Z out PC in V in WMFC preleva la parola di codice operativo 3 MDR out IR in preleva la parola di codice operativo 4 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola aggiuntiva dell istr. (indx) 5 Z out PC in WMFC completa il secondo prelievo 6 MDR out MAR in TEMP in read WMFC leggi X da memoria e in parallelo salva il suo indirizzo indx in TEMP 7 MDR out V in e copia X in V 8 SP out MAR in read WMFC leggi Y da pila 9 10 select V MDR out sub if (N = 1) then end TEMP out MAR in write WFMC select V pass A Z in calcola la differenza X Y e se differenza negativa, finisci scrivi Y all indirizzo di X (indx è in TEMP) e in parallelo prepara la scrittura di X (Z contiene X) 11 Z out MDR in prepara la scrittura di X (MDR contiene X) 12 SP out MAR in write WMFC end e scrivi X all indirizzo di Y (contenuto in SP) AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 20 di 25

21 sequenza di controllo (il numero di righe non è significativo) subottimale passo ordini descrizione 1 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola di codice operativo 2 Z out PC in V in WMFC preleva la parola di codice operativo 3 MDR out IR in preleva la parola di codice operativo 4 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola aggiuntiva dell istr. (indx) 5 Z out PC in WMFC completa il secondo prelievo 6 MDR out MAR in TEMP in read WMFC leggi X da memoria e in parallelo salva il suo indirizzo indx in TEMP 7 MDR out V in e copia X in V (V contiene X) 8 SP out MAR in read WMFC leggi Y da pila 9 select V MDR out sub calcola la differenza X Y 10 if (N = 1) then end e se differenza negativa, finisci 11 TEMP out MAR in write WFMC select V pass A Z in scrivi Y all indirizzo di X (indx è in TEMP) e in parallelo prepara la scrittura di X (Z contiene X) 12 Z out MDR in prepara la scrittura di X (MDR contiene X) 13 SP out MAR in write WMFC end e scrivi X all indirizzo di Y (contenuto in SP) AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 21 di 25

22 sequenza di controllo (il numero di righe non è significativo) variante passo ordini descrizione 1 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola di codice operativo 2 Z out PC in V in WMFC preleva la parola di codice operativo 3 MDR out IR in preleva la parola di codice operativo 4 SP out MAR in read WMFC leggi Y da pila 5 MDR out TEMP in e copia Y in TEMP (TEMP contiene Y) 6 PC out MAR in read select 4 add Z in preleva la parola aggiuntiva dell istr. (indx) 7 Z out PC in WMFC completa il secondo prelievo 8 MDR out MAR in read WMFC leggi X da memoria 9 MDR out V in e trasferisci X in V (V contiene X) 10 select V TEMP out sub calcola la differenza X Y 11 if (N = 1) then end // unificabile con 10 e se differenza negativa, finisci 12 TEMP out MDR in write WFMC select V pass A Z in scrivi Y all indirizzo di X (indx è in MAR) e in parallelo copia V in Z (Z contiene X) 13 Z out MDR in prepara la scrittura di X 14 SP out MAR in write WMFC end e scrivi all indirizzo di Y (contenuto in SP) AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 22 di 25

23 spazio libero per brutta o continuazione AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 23 di 25

24 spazio libero per brutta o continuazione AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 24 di 25

25 spazio libero per brutta o continuazione AXO esame di martedì 3 luglio CON SOLUZIONI pagina 25 di 25