581365-8 Tietokoneen rakenne, erilliskoe 12.10.2001

Kirjoita jokaiseen vastauspaperiin: oma nimi, henkilötunnus, kokeen tai kurssin nimi, nimikirjoitus ja sivunumero.

1. [15 p] Yhdistelmäpiiriä (combinatorial circuit) käytetään kontrolloimaan 7-segmenttistä näyttöä (ks. Figure A.34). Piirillä on neljä sisäänmenoa, joiden avulla on koodattu desimaalinumero käyttäen pakattua desimaaliesitystä. Tässä esityksessä numerot 0, 1, 2,..., 9 ovat koodattuna siis biteiksi 0000, 0001, 0010, ..., 1001. Sisäänmenobitit ovat vasemmalta oikealle järjestyksessä X₁, X₂, X₃, X₄. (Jos haluat, voit nimetä ne uudelleen biteiksi A, B, C ja D)

   Sisäänmenojen avulla piiri valitsee, mitkä näytön segmenteistä on kulloinkin aktivoitu (valaistu). Tarkastelemme jatkossa vain näyttösegmenttiä Z₆ (pystyviiva oikealla alhaalla) ja sitä kontrolloivaa vastaavaa piirin ulostuloa Z₆. Ulostulon Z₆ arvo on siis yksi (1) kun kyseinen segmentti on valaistu.

   1. [3 p] Anna Z₆ totuustaulukkona.
   2. [4 p] Anna Z₆ Boolean lausekkeena SOP (sum of products) muodossa.
   3. [4 p] Anna Z₆:n SOP-muotoa vastaava Karnaugh-kartta (Karnaugh Map) ja sen avulla muodostettu mahdollisimman yksinkertainen Z₆:n SOP-muotoinen Boolean lauseke. Näytä, miten yksinkertaistaminen tapahtui Karnaugh-kartan avulla.
   4. [4 p] Anna Z₆ Boolean lausekkeena POS (product of sums) muodossa.
    
2. [15 p] RISC-arkkitehtuuri
   1. [6 p] Mitkä ovat RISC arkkitehtuurin perusideat? Miten RISC-arkkitehtuuri eroaa CISC-arkkitehtuurista?
   2. [6 p] Mitä tarkoittaa käsite rekisteri-ikkuna (Register Window)? Mihin sitä käytetään? Mitä etua sillä saadaan? Anna esimerkki sen käytöstä. Olisiko rekisteri-ikkunan viemä tila parempi käyttää isompaan välimuistiin? Miksi?
   3. [3 p] Miksi Intel käyttää edelleen CISC käskykanta-arkkitehtuuria (esim. Pentium II), vaikka RISC-tyyppinen käskykanta voisi olla nopeampi? Miten CISC-arkkitehtuuri voidaan toteuttaa (lähes) yhtä nopeana kuin vastaava RISC-arkkitehtuuri?
      
      
3. [15 p] Liukuhihnoitus. Vertaillaan liukuhihnoitettua suoritinta samaa käskykantaa toteuttavaa suorittimeen, joka on toteutettu ilman liukuhihnoitusta.
   1. [3 p] Mitä voit sanoa yhden konekäskyn suorittamiseen kuluvasta ajasta näissä tapauksissa? Perustele.
   2. [3 p] Minkä tyyppisiä ongelmia liukuhihnoitetussa ratkaisussa on, joita ei ilmene ei-liukuhihnoitetussa ratkaisussa? Anna esimerkki kustakin kolmesta ongelmatyypistä.
   3. [6 p] Minkälaisia ratkaisumenetelmiä kuhunkin kohdan (b) ongelmatyyppien ongelmiin on olemassa.
   4. [3 p] Entä jos liukuhihnoja olisi useampi (superscalar design)? Minkälaisia uusia ongelmia usean liukuhihnan ratkaisussa on, joita ei ilmene tavallisessa liukuhihnoitetussa ratkaisussa?
      
      
4. [15 p] Miten kellopulssi saa suorittimen (prosessorin) suorittamaan konekäskyjä. Vastauksen pituus saa olla korkeintaan kaksi sivua. Anna (kuvallinen) esimerkki. (max 2 sivua).