Tietokoneen toiminta, kesä 2000

Harjoitus 5

1. Aliohjelma HuliViliHei käyttää ajoaikaista pinoa (siis aktivointitietuepinoa) välitulostensa tallettamiseen, koska rekisterit eivät riittäneet. Ohjelmointivirheen vuoksi osa näistä välituloksista jää pinoon (eli niitä ei ole poistettu sieltä esimerkiksi POP käskyillä), kun aliohjelmasta poistutaan EXIT käskyllä.
   Onko tästä haittaa ohjelman suoritukselle? Toisin sanoen, voiko aktivointitietuepino mennä sekaisin? Miksi menisi? Miksi ei menisi?

2. Liukulukujen esittäminen
   1. Esitä luku 47.875 bittitasolla IEEE:n yksinkertaisen tarkkuuden liukulukuna.
   2. Muunna seuraavat yksinkertaisen tarkkuuden liukuluvut kymmenjärjestelmän luvuiksi:

                0 10000000 11000000000000000000000 
                0 10000010 10010000000000000000000 
      

3. Hamming-koodi
   1. Kirjainmerkkien A ja B ASCII-koodit ovat kymmenjärjestelmässä 65 ja 66. Esitä merkkijono AB biteillä Hamming-koodia käyttäen.
   2. Oletetaan, että 7. bitti (oikealta) on muuttunut. Näytä, miten Hamming-koodi havaitsee ja korjaa muuttuneen bitin. Entä miten käy, jos kaksi bittiä muuttuu?
   3. Miksi Hamming-koodin käyttö ei ole hyvä ratkaisu langattomien verkkojen tiedonsiirron turvaamiseen?

4. Välimuisti. Oletetaan, että tiedon saantiaika välimuistista on 1ns ja tavallisesta muistista 10 ns per sana. Välimuistin lohkon (rivin) koko on neljä sanaa. Oletetaan, että välimuistia käytettäessä 98% muistiviitteistä löytyy välimuistista.
   1. Jos välimuistia ei käytetä, niin kauanko keskimääräisesti kestää datan (1 sana) lukeminen rekisteriin?
   2. Jos välimuistia käytetään, niin kauanko keskimääräisesti kestää datan (1 sana) lukeminen rekisteriin?
   3. Miten prosessi tietää, löytyikö tieto välimuistista vai ei?
   4. Miten sovelluksen käyttäjä (ihminen) tietää, löytyikö tieto välimuistista vai ei?
   5. Miten käyttäjä (ohjelmoija) voi vaikuttaa välimuistin tehokkuuteen?

5. Tutki ja selitä tätä CASE-toteutusta. Toimiiko ratkaisu?Jos ei, niin miten muuttaisit ratkaisua, jotta se toimisi? Vihje: numeroi käskyt ja anna symboleille numeeriset arvot, kokeile KOKSIlla.

   program CAse_case(input,output);
   var Eksponentti, Arvo : Integer;
   BEGIN
     Readln(Arvo,Eksponentti);
     case Eksponentti of
       0: Arvo := 1;
       1: ;
       2: Arvo := SQR(Arvo);
       3: Arvo := Arvo * SQR(Arvo);
     end;
     Writeln(Arvo)
   END.
   
   Eksponentti   DS 1
   Arvo          DS 1
   BEGIN  IN     R1,=KBD
          STORE  R1,Arvo
          IN     R2,=KBD
          STORE  R2,Eksponentti
          JNEG   R2,Virhe
          COMP   R2,=3
          JGRE   Virhe
          JUMP   @Case(R2)
   Case   DC Case0
          DC Case1
          DC Case2
          DC Case3
   Case0  LOAD   R3,=1
          JUMP   Esac
   Case2  LOAD   R3,Arvo
          MUL    R3,R3
          JUMP   Esac
   Case3  LOAD   R3,Arvo
          MUL    R3,R3
          MUL    R3,Arvo
   Esac   STORE  R3,Arvo
   Case1  LOAD   R3,Arvo
          OUT    R3,=CRT
   END    SVC    SP,=HALT  
   Virhe  SVC    SP,=HALT
   

6. Oletamme, että virtuaalimuistijärjestelmässä
   • sivun koko on 1 kB (1024 tavua)
   • ohjelman osoiteavaruus on 1 MB (1024 x 1024)
   • käytetään tavuosoitteita.
   1. Miten monta alkiota on sivutaulussa? Miten monta sivutilaa on keskusmuistissa?
   2. CPU suorittaa ohjelmaa, joka viittaa muuttujaan osoitteessa 2060. Selvitä miten tämän muuttujan todellinen muistiosoite saadaan, kun viitattu sivu sijaitsee viittaushetkellä keskusmuistin sivutilassa 10.
   3. Mitä tapahtuu, jos ko. sivu ei ole muistissa? Miten sivun puuttuminen havaitaan?