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1 PROVA SCRITTA DEL CORSO DI CALCOLATORI ELETTRONICI CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA BIOMEDICA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA ED INFORMATICA 4 ottobre 27 NOME: COGNOME: MATRICOLA: ESERCIZIO (2 punti) Si consieri una rete sequenziale avente un ingresso X e un uscita Z. L'uscita Z = quano viene riconosciuta la sottosequenza. Negli altri casi l'uscita Z = 0.. (4 punti) Disegnare il iagramma egli stati. 2. (3 punti) Coificare gli stati e scrivere la tabella i flusso. Si scriva poi la tabella elle transizioni qualora si usino flip-flop i tipo D. 3. (5 punti) Calcolare le forme minime per le variabili i eccitazione ei flip flop e per l'uscita, impiegano le mappe i Karnaugh. ESERCIZIO 2 (2 punti) Si consieri una memoria primaria costituita a 32 parole e una memoria cache costituita a 8 parole, con blocchi a 2 parole. Si consierino i tre metoi i inirizzamento iretto, associativo su insiemi a 2 vie e completamente associativo.. (3 punti) Spiegare, precisano il significato e la funzione ei iversi campi, come vengono interpretati gli inirizzi logici per recuperare l informazione contenuta nella cache nei tre casi. 2. (6 punti) Inicare lo stato finale ella cache nel caso il processore accea in sequenza alle parole i inirizzo a 0 a 3 e a 6 a 9 in questo orine, e ripeta la sequenza i accesso per ue volte, nei tre casi i inirizzamento inicati (gli inirizzi sono in ecimale). 3. (3 punti) Nell ipotesi che il tempo i accesso alla memoria primaria sia 0 volte il tempo i accesso alla memoria cache, inicare i quanto si riuce il tempo i accesso alla memoria con l uso ella cache nei tre casi i inirizzamento consierati nelle omane preceenti. ESERCIZIO 3 (6 punti) Inicare in moo chiaro e sintetico qual è la funzione svolta a ognuno ei tre frammenti MIPS seguenti. Si accetta come risposta anche la trauzione in linguaggio C ei frammenti. In ogni caso sia chiaramente inicata la funzione ei registri e elle aree i memoria. Frammento. muli $5, $6, 4 lw $4, 024($5) a $4, $4, $3 subi $5, $5, 4 sw $4, 024($5) Frammento 2. move $6, $0 lui $6, 60 0 ai $6, $6, Frammento 3. Loop: lw $8, save($9) a $9, $9, $20 bne $8, $2, Loop ESERCIZIO 4 (3 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 75% 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: ) LOAD parola alla periferica al registro CPU 2) STORE parola a registro CPU a memoria 3) generazione inirizzo i memoria successivo 4) conteggio ati a trasferire. Calcolare la massima frequenza i trasferimento ati ottenibile (espressa in kb/s) fra una periferica collegata al bus i sistema e la memoria principale meiante I/O a programma, sapeno che una parola è pari a 32 bit.

2 a) ESERCIZIO Soluzione. Grafo egli stati Tabella i flusso Stato Stato finale/uscita iniziale = 0 = S 0 S /0 S 0 /0 S 0 S S 2 S S /0 S 2 /0 S 2 S 3 /0 S 0 /0 S 3 S 4 /0 S 2 /0 / S 4 S /0 S 5 /0 S 5 S 3 /0 S 0 / S 4 S 5 Tabella elle transizioni (FF-D) Y' inica lo stato futuro Y' 2 D 2 Y' D Y' 0 D 0 z !! S 3 Coifica egli stati (3 bit - ) S 0 è 0 S è S 2 è 0 S 3 è S 4 è S 5 è Y0 0 0 D 2 = Y 2 + Y Y D = Y + Y 2 + Y 2 D + 0 = Y + Y0 Y2Y0 z = Y 2 Calcolatori Elettronici 4 ottobre 27

3 ESERCIZIO 2 Soluzione:. 2. Metoo iretto: < TAG 2 bit > < Ine 2 bit > < Offset bit > Metoo set-associativo: < TAG 3 bit > < Ine bit > < Offset bit > Metoo associativo: < Block Frame (TAG) 4 bit > < Offset bit > Stato finale ella cache nei tre casi: Linea Diretto Insieme Set-Associativo Associativo Le parole 0- e 2-3 presentano ine pari a 0 e rispettivamente. Le parole 6-7 e 8-9 presentano lo stesso valore i ine elle preceenti. Col metoo iretto vengono pertanto mappate nelle stesse linee i cache (la prima e la secona, come mostrato in figura). Col metoo set-associativo, invece, pur presentano lo stesso ine, possono venire mappate in blocchi eventualmente liberi ello stesso insieme. Infine, col metoo associativo l ine non è presente (NB è l analogo el metoo associativo su insiemi a quattro vie) quini i blocchi i primaria vengono allocati nei corrisponenti blocchi liberi i cache, nell orine i chiamata. 3. Per calcolare l entità ella riuzione bisogna valutare il rapporto fra tempo meio i accesso alla gerarchia cache-primaria (quini il tempo meio richiesto con uso ella cache) e tempo meio i accesso ella sola primaria (senza uso ella cache). Inicano con T il tempo meio i accesso alla gerarchia cache-primaria ella omana preceente e con Tp il tempo i accesso in primaria, l entità ella riuzione è ata a: - T/Tp Il tempo meio i accesso alla gerarchia cache-primaria è pari a: T = Tc + ( H) * Tp Con Tc: tempo i accesso cache e H = hit ratio cache. Poiché Tp = 0*Tc, si ha T = Tc + ( H) * 0 * Tc Il rapporto T/Tp è unque funzione i H e è pari a: - ( + ( H) * 0)/0 Poiché si ha: Metoo iretto: H = 8/6 = 0.5 Metoo set-associativo e associativo: H = (4 + 8) / 6 = 0.75 Si ha che con l inirizzamento iretto la riuzione è pari a 0.4 e negli altri ue casi la riuzione è pari a In altri termini la riuzione è el 40% nel primo caso e el 65% negli altri ue. Calcolatori Elettronici 4 ottobre 27

4 ESERCIZIO 3 Soluzione. Frammento. Si osserva che il registro $5 è utilizzato come offset per l accesso a una locazione i memoria con inirizzo base pari a 024. Il registro $4 è invece utilizzato per memorizzare i ati nella locazione i inirizzo 024+[$5] ([$] significa contenuto el registro $). A questo valore viene sottratto il contenuto i $3, e successivamente viene memorizzato in un area i memoria aiacente alla preceente, in quanto $5 viene ecrementato i un valore pari a 4. Per traurre questo frammento in C, è sufficiente a esempio assegnare a $3 una certa variabile y e utilizzare un tipo i ato inicizzato come un vettore inicato simbolicamente come [i], ove i è l inice memorizzato in $6. Quini in C si ottiene l istruzione: [i-] = [i] + y; Frammento 2. La presenza ell istruzione lui inica chiaramente che si sta memorizzano nel registro $6 un valore in moalità immeiata ecceente il numero i bit a isposizione. Tale valore equivale a 60 nei 6 bit più significativi, a in quelli meno significativi. Il valore che si tenta i caricare è unque: In C il frammento si può traurre: = ; Frammento 3. La presenza ell istruzione i salto conizionato bne e il nome loop utilizzato per l area i memoria contenente l istruzione a cui il salto fa riferimento suggeriscono inequivocabilmente che il frammento implementi un ciclo i istruzioni. La conizione i terminazione el ciclo si può ricavare osservano i valori contenuti nei registri $8 e $2 nell istruzione bne. Il valore in $2 è utilizzato solo in bne, si può quini ipotizzare si tratti i un valore i riferimento. Il valore in $8 viene prelevato a un area i memoria con inirizzo iniziale save, mentre l offset è ato al valore in $9. Ricapitolano: la conizione i terminazione i ciclo prevee che il valore contenuto in $8 e inicizzato a $9 sia iverso a un valore contenuto in $2. L inice viene aggiornato attraverso il valore in $20. In C il frammento si può traurre come un ciclo o-while: while(save[h]!=k) h=h+c; Calcolatori Elettronici 4 ottobre 27

5 ESERCIZIO 4 (7 punti) Soluzione Nel caso i trasferimento meiante I/O a programma, per trasferire una parola occorrono 4 istruzioni. La CPU è impegnata per il 75% el tempo a eseguire istruzioni che non coinvolgono l'i/o, unque può usare solo il 25% 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 quattro istruzioni, la velocità i trasferimento è pari a: istr./s / (4 istr./parola) = 6250 parole/s. La imensione i una parola è pari a 32 bit (4 byte), a cui si ricava la velocità i trasferimento i 24.4 kb/s, Calcolatori Elettronici 4 ottobre 27