581365-8 Tietokoneen rakenne, erilliskoe 21.8.2001

 

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

 

  1. [15 p] Välimuisti
    1. [3 p] Minkä ongelman välimuisti ratkaisee? Mihin ilmiöön välimuistin toiminta perustuu?
    2. [6 p] Mitkä ovat välimuistiratkaisun tärkeimmät piirteet? Selosta kullekin (ainakin kuudelle) piirteelle erikseen, millä tavoin se vaikuttaa välimuistin toimintaa ja mitä eri vaihtoehdoja siihen sisältyy.
    3. [6 p] Oletetaan, että (epärealistisen pienessä välimuistiratkaisussa) 4-tavuinen sanan 8-bittinen tavuosoite on 0xA4, osoite on jaettu kenttiin TAG (3 bittiä), INDEX/SET (2 bittiä) ja OFFSET (3 bittiä). Tee esimerkki ja näytä miten viitattu muistipaikka löytyy välimuistista, kun käytössä on
      1. suoraa kuvausta (direct mapping) käyttävä kuvausfunktio (mapping function)?
        (Vihje: päättele ensin välimuistin koko annettujen tietojen perusteella)
      2. joukkoassosiatiivista kuvausta joukon koolla 2 (2-way set associative mapping) käyttävä kuvausfunktio?
      Voit olettaa esimerkissäsi, että viitattu muistipaikka löytyy välimuistista.

  2. [15 p] Haarautumiskäskyjen ongelmat. Ehdolliset ja ehdottomat haarautumiskäskyt vaikuttavat huomattavasti liukuhihnoitetun prosessorin toimintaan.
    1. [12 p] Millä eri tavoin haarautumiskäskyjen tuomia ongelmia voidaan ratkoa? Kerro kustakin (ainakin kuudesta) menetelmästä,
      1. minkä ongelman se ratkaisee?
      2. miten se kyseisen ongelman ratkaisee?
      3. miten tehokas ratkaisu on suorituskyvyn kannalta?
    2. [3 p] Miten haarautumiskäskyt vaikuttavat ei-liukuhihnoitetun prosessorin toimintaan? Perustele.

     

  3. [15 p] Väylät
    1. [6 p] Kuvassa 3.19 (koepaperin kääntöpuolella) esitetään CPU:n suorittama muistin READ-operaation ajoitus sekä synkroonista että epäsynkroonista ajoitusta käyttäen. Anna vastaavat kaaviot CPU:n WRITE-operaatiolle. Voit olettaa, että väylällä on myös Write-signaali, jonka käyttö on analoginen Read-signaalin käytön kanssa. Anna perustelut kullekin signaalitason muutokselle.
    2. [9 p] PCI-väylä.
      1. Minkä tyyppistä on PCI väylän vuoronvalinta (arbitration)?
      2. Oletetaan, että muistipiiri voi löytää haetun datan joko yhden, kahden tai kolmen kellojakson aikana. Miten muistipiiri kertoo tästä CPU:lle? (ks. kuva 3.22 koepaperin kääntöpuolella)
      3. Mitä tapahtuu, jos kolme laitetta haluaa yhtäaikaa käyttää väylää?

  4. [15 p] Mikro-ohjelmoitu kontrolli (microprogrammed control).
    Kuvaile lyhyesti mikro-ohjelmoidun kontrollin rakenne kattaen ainakin seuraavat seikat: