Matricola Nome Cognome

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1 Università degli Studi di Udine Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica Architettura dei calcolatori / Fondamenti di Informatica II 9 febbraio Prova scritta Matricola Nome Cognome ISTRUZIONI (da leggere attentamente) 1) Lo studente è tenuto a scrivere, correggere, compilare ed eseguire su computer (a casa o in laboratorio) gli esercizi di programmazione prima della prova orale. Alla prova orale lo studente deve portare una memory pen USB contenente i sorgenti dei programmi corretti e le stampe dei relativi file. 2) Non è consentito l uso di libri, appunti, calcolatrici, telefoni cellulari. 3) Rispondere sinteticamente negli spazi di fianco o seguenti le domande, oppure sul retro del foglio. 1. (4 punti) Una variabile reale con rappresentazione in floating point, singola precisione, eccesso 127, contiene il valore BF Quanto vale il numero reale da essa rappresentato? Illustrare tutti i passaggi effettuati Infatti: B F Il primo bit, di segno, vale 1 e quindi il valore rappresentato è negativo. L esponente vale , cioè 126. Nella rappresentazione in eccesso 127 significa -1, quindi la mantissa va moltiplicata per 2-1. La mantissa è tutta a zero, quindi resta solo il valore 1 sottinteso (per via della normalizzazione). Quindi: - 1 x 2-1 = (2 punti) Indicare le affermazioni vere. Il program counter: [ ] in nessun caso può contenere l indirizzo di un dato [ ] viene salvato nello stack quando viene eseguita una istruzione CALL [ ] viene salvato nello stack quando viene eseguita una istruzione di salto [ ] all inizio della fase di instruction fetch contiene l indirizzo della prossima istruzione da eseguire [ ] viene sempre incrementato dello stesso numero di unità, pari al numero di byte di una word [ ] in nessun caso può contenere l indirizzo di un dato [X] viene salvato nello stack quando viene eseguita una istruzione CALL [ ] viene salvato nello stack quando viene eseguita una istruzione di salto [X] all inizio della fase di instruction fetch contiene l indirizzo della prossima istruzione da eseguire [ ] viene sempre incrementato dello stesso numero di unità, pari al numero di byte di una word 3. (2 punti) X 16 +X 15 +X 2 +1 rappresenta: [ ] uno schema di memorizzazione dei bit ridondanti nella codifica di Hamming [ ] una funzione di compressione senza perdita [ ] una funzione di compressione con perdita [ ] un polinomio generatore per il CRC [ ] uno schema di memorizzazione dei bit ridondanti nella codifica di Hamming [ ] una funzione di compressione senza perdita [ ] una funzione di compressione con perdita [X] un polinomio generatore per il CRC

2 Si consideri la libreria in linguaggio C per manipolare file bitmap vista a lezione, così definita: typedef unsigned char byte; typedef unsigned short int word; typedef unsigned long int dword; #define BMPFILETYPE 0x4D42 typedef struct tagcolortriple byte blue; byte green; byte red; COLORTRIPLE; typedef struct tagfileheader word ImageFileType; dword FileSize; word Reserved1; word Reserved2; dword ImageDataOffset; FILEHEADER; typedef struct tagbmpheader dword HeaderSize; dword ImageWidth; dword ImageHeight; word NumberOfImagePlanes; word BitsPerPixel; dword CompressionMethod; dword SizeOfBitmap; dword HorizonalResolution; dword VerticalResolution; dword NumberOfColorsUsed; dword NumberOfSignificantColors; BMPHEADER; typedef struct tagbitmap dword width; dword height; COLORTRIPLE *pixel; FILEHEADER fileheader; BMPHEADER bmpheader; BITMAP; #define PIXEL(image, row, column) \ image.pixel [(row( * image.width + (column)] BITMAP ReadBitmap (FILE *fp); void WriteBitmap (BITMAP bitmap, FILE *fp); BITMAP CreateEmptyBitmap (dword height, dword width); void ReleaseBitmapData (BITMAP *bitmap); 4. (10 punti) Si vogliono realizzare delle immagini quadrate del tipo di quelle riportate in figura. Si tratta di colorare ciascun pixel di un livello di grigio pari al valore della funzione seno il cui argomento sia proporzionale alla distanza del pixel dal centro dell immagine. Le due immagini in figura sono di dimensioni 200 x 200 pixel e il periodo del seno utilizzato per il disegno è pari a 10 pixel nell immagine di sinistra e 40 pixel in quella di destra (NOTA: la distanza espressa in numero di pixel si intende misurata sugli assi x e y). Si osservi che, in generale, se p è il periodo espresso in numero di pixel, quando la distanza è pari a kp (k intero), l argomento del seno deve valere 2kπ. Si scriva un programma in linguaggio C che riceva sulla riga di comando il nome del file bitmap di uscita, la dimensione N e il periodo p, entrambi espressi in numero di pixel. Il programma deve scrivere nel file bitmap un immagine N x N come sopra descritta. #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <math.h> #include "bmp.h" void disegna_onde (BITMAP bmpout, int p); int main (int argc, char *argv[]) FILE *fpout; BITMAP bmpout; int n; if (argc!= 4) printf ("Errore negli argomenti: onde <file> <dimensione> <periodo (in pixel)>\n"); exit (EXIT_FAILURE); if ((fpout = fopen (argv[1], "wb")) == NULL) printf ("Errore di apertura del file\n"); exit (EXIT_FAILURE); n = atoi (argv[2]); bmpout = CreateEmptyBitmap (n, n); disegna_onde (bmpout, atoi (argv[3]));

3 WriteBitmap (bmpout, fpout); ReleaseBitmapData (&bmpout); fclose (fpout); return EXIT_SUCCESS; void disegna_onde (BITMAP bmpout, int p) int i, j, xy_centro; double r, lum, freq; freq = 1.0 / p; xy_centro = (int) bmpout.height / 2.0; for (i = 0; i < bmpout.height; i++) for (j = 0; j < bmpout.width; j++) r = sqrt ((i - xy_centro) * (i - xy_centro) + (j - xy_centro) * (j - xy_centro)); lum = 127 * (1 + sin (2 * M_PI * freq * r)); PIXEL(bmpout, i, j).red = PIXEL(bmpout, i, j).green = PIXEL(bmpout, i, j).blue = lum; return; Un elaboratore (il modello didattico SimCPU visto a lezione) dispone di CPU (a 16 bit) con 16 registri di uso generale (R0, R1,..., R15) più il Program Counter, l Instruction Register, lo Stack Pointer e 4 flag Z (zero), N (negative), C (carry) e V (overflow). Si ricorda che il linguaggio assembler di tale elaboratore dispone delle seguenti istruzioni: assembly inst. name machine code action assembly inst. name machine code action LDWI d X load word dddd0000 DATA(16) d <- X LDWA d A load word dddd0000 ADDR(16) d <- mem[a] LDWR d a load word ddddaaaa d <- mem[a] LDBI d X load byte dddd0000 DATA(8) d <- X LDBA d A load byte dddd0000 ADDR(16) d <- mem[a] LDBR d a load byte ddddaaaa d <- mem[a] STWA s A store word ssss0000 ADDR(16) mem[a] <- s STWR s a store word ssssaaaa mem[a] <- s STBA s A store byte ssss0000 ADDR(16) mem[a] <- s STBR s a store byte ssssaaaa mem[a] <- s MV s d move ssssdddd d <- s PUSH s push ssss0000 push (s) POP d pop dddd0000 d <- pop () SPRD d read SP ssss0000 d <- SP SPWR s write SP ssss0000 SP <- s ADD s d add ssssdddd d <- d + s SUB s d subtract ssssdddd d <- d - s NOT r bitwise NOT rrrr0000 r <- ~r AND s d bitwise AND ssssdddd d <- d & s OR s d bitwise OR ssssdddd d <- d s XOR s d bitwise XOR ssssdddd d <- d ^ s INC r increment rrrr0000 r <- r + 1 DEC r decrement rrrr0000 r <- r + 1 LSH r left shift rrrr0000 r <- r << 1 RSH r right shift rrrr0000 r <- r >> 1 INW d A input word dddd0000 IN_ADDR(16) d <- read[a] INB d A input byte dddd0000 IN_ADDR(16) d <- read[a] OUTW s A out word ssss0000 OUT_ADDR(16) out[a] <- s OUTB s A out byte ssss0000 OUT_ADDR(16) out[a] <- s TSTI A test input IN_ADDR(16) if completed then Z <- 1 else Z <- 0 TSTO A test output OUT_ADDR(16) if completed then Z <- 1 else Z <- 0 BR A branch ADDR(16) PC <- A JMP F jump FFFFFFFF PC <- PC + F JMPZ F jump if zero FFFFFFFF if (z == 1) PC <- PC + F JMPNZ F jump if not zero FFFFFFFF if (z == 0) PC <- PC + F JMPN F jump if negative FFFFFFFF if (N == 1) PC <- PC + F JMPNN F jump if not neg FFFFFFFF if (N == 0) PC <- PC + F JMPC F jump if carry FFFFFFFF if (C == 1) PC <- PC + F JMPV F jump if overflow FFFFFFFF if (V == 1) PC <- PC + F CALL A subroutine call ADDR(16) push (PC); PC <- A RET return from sub PC <- pop() HLT halt halt LEGENDA: - lettere minuscole = registri; lettere maiuscole = dati numerici - r = registro letto e modificato - s = registro soltanto letto - d = registro modificato - a = registro il cui contenuto è usato come indirizzo - FFFFFFFF = offset (in complemento a 2) 5. (7 punti) Si completi la funzione INVERTI_E_FILTRA in linguaggio assembler, riportata nel seguito, che riceve in R1 l indirizzo di un vettore di numeri interi scritti su 16 bit e in R2 la dimensione di tale vettore, e che inverte il contenuto del vettore eliminando i valori nulli. In R0 è restituita la nuova dimensione del vettore. Per esempio, se il vettore contiene i valori , viene modificato in e in R0 viene restituito il valore 5. La soluzione scelta fa uso dello stack per memorizzare i valori non nulli del vettore e prelevarli in ordine inverso.

4 INVERTI_E_FILTRA: MV R1 R11 ; usa R11 come puntatore MV R2 R12 ; usa R12 come contatore all'indietro LDWI R13 0 ; usa R13 come contatore dei valori filtrati (non nulli) LOOP1: ; carica l'elemento del vettore puntato da R11 ; salta l'operazione di push se e` zero PUSH R10 INC R13 ; incrementa il contatore dei valori inseriti nello stack DOPOPUSH: INC R11 ; aggiorna il puntatore (R11 e` incrementato di due MV R1 R11 MV R13 R12 JMPZ FINE ; riporta il puntatore all'inizio del vettore ; usa R12 come contatore all'indietro ; salta alla fine nel caso il vettore ora sia vuoto LOOP2: ; recupera il valore dallo stack ; scrivi il valore in memoria all'indirizzo contenuto in R11 INC R11 ; aggiorna il puntatore (R11 e` incrementato di due FINE: ; scrivi in R0 la nuova lunghezza del vettore RET INVERTI_E_FILTRA: MV R1 R11 ; usa R11 come puntatore MV R2 R12 ; usa R12 come contatore all'indietro LDWI R13 0 ; usa R13 come contatore dei valori filtrati (non nulli) LOOP1: LDWR R10 R11 ; carica l'elemento del vettore puntato da R11 JMPZ DOPOPUSH ; salta l'operazione di push se e` zero PUSH R10 INC R13 ; incrementa il contatore dei valori inseriti nello stack DOPOPUSH: INC R11 ; aggiorna il puntatore (R11 e` incrementato di due JMPNZ LOOP1 MV R1 R11 ; riporta il puntatore all'inizio del vettore MV R13 R12 ; usa R12 come contatore all'indietro JMPZ FINE ; salta alla fine nel caso il vettore ora sia vuoto LOOP2: POP R10 ; recupera il valore dallo stack STWR R10 R11 ; scrivi il valore in memoria all'indirizzo contenuto in R11 INC R11 ; aggiorna il puntatore (R11 e` incrementato di due JMPNZ LOOP2 FINE: MV R13 R0 ; scrivi in R0 la nuova lunghezza del vettore RET 6. (3 punti) Tradurre in linguaggio macchina l istruzione JMPZ FINE del frammento di codice sotto riportato, scrivendo i valori in esadecimale. Illustrare i passaggi effettuati. LOOP: JMPZ FINE DEC R0 FINE: RET JMPNZ LOOP

5 04 LOOP: JMPZ FINE C2 DEC R0 <-- qui punta il PC al momento dell esecuzione dell istruzione JMPZ JMPNZ LOOP FINE: RET <-- questa e` la destinazione del salto: 4 byte in avanti 7. (1 punto) Cosa significa MMU? MEMORY MANAGEMENT UNIT 8. (1 punto) A cosa serve la MMU? [ ] gestire il vettore di interrupt [ ] gestire la memoria virtuale [ ] gestire l interruzione di un processo dovuta all esaurimento della time slice [ ] gestire il vettore di interrupt [X] gestire la memoria virtuale [ ] gestire l interruzione di un processo dovuta all esaurimento della time slice