Università degli Studi di Udine
Architettura dei calcolatori / Fondamenti di Informatica II (prof. Montessoro) 19 luglio 2018
Prova scritta per studenti di Ing. Elettronica e Ing. Gestionale immatricolati negli anni accademici 2016-17 e precedenti – DURATA DELLA PROVA: 2 ORE
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, dove disponibili, oppure sul retro del foglio o su fogli aggiuntivi.
`
1. (2 punti) Si scriva il numero -1
10su 16 bit nelle tre rappresentazioni modulo e segno, complemento a uno e complemento a due.
2. (2 punti) Dato l’albero binario a lato, si scriva la sequenza di simboli rappresentata dalla sequenza binaria 10010111110.
3. (3 punti) Come viene definita e a cosa serve la distanza di Hamming?
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. (6 punti) La figura a fianco rappresenta l’iperbole di equazione x = 1/y nel primo quadrante.
L’immagine è grande 1000 x 1000 pixel e ogni unità del grafico è rappresentata da 100 pixel (quindi, l’intera immagine rappresenta uno spazio di 10 x 10 unità nelle coordinate del grafico dell’equazione).
Come è noto, a causa della rappresentazione discreta dei punti dell’immagine soltanto alcuni soddisfano esattamente l’equazione dell’iperbole. Pertanto, per poter evidenziare meglio
l’andamento della curva, sono stati colorati in nero tutti i punti appartenenti al luogo geometrico che
A
1 0
B C D
0 0 1
1
soddisfa l’equazione a meno di un errore di 0,03 unità. Lo sfondo è un grigio di luminosità pari a 3/4 della luminosità massima (bianco).
Si scriva un programma in linguaggio C che riceva sulla linea di comando il nome di un file bitmap di uscita e crei l’immagine sopra descritta.
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:
5. (3 punti) Nel seguito sono riportate due versioni quasi identiche della funzione FIBO, che calcola la successione di Fibonacci in modo ricorsivo. Individuare quale delle due è corretta e spiegare perché.
; int fibonacci (int R1) ; {
FIBO: MV R1 R2
JMPNZ CONT_1 ; if (R1 == 0) XOR R0 R0 ; return 0;
RET CONT_1: LDWI R2 1 SUB R1 R2
JMPNZ CONT_2 ; if (R1 == 1) LDWI R0 1 ; return 1;
RET CONT_2: DEC R1 PUSH R1
CALL FIBO ; /* fibonacci (R1-1); */
POP R1 MV R0 R2 DEC R1 PUSH R1 PUSH R2
CALL FIBO ; /* fibonacci (R1-2); */
POP R1 POP R2 ADD R2 R0
RET ; return fibonacci (R1-1) + fibonacci (R1-2);
; int fibonacci (int R1) ; {
FIBO: MV R1 R2
JMPNZ CONT_1 ; if (R1 == 0) XOR R0 R0 ; return 0;
RET CONT_1: LDWI R2 1 SUB R1 R2
JMPNZ CONT_2 ; if (R1 == 1) LDWI R0 1 ; return 1;
RET CONT_2: DEC R1 PUSH R1
CALL FIBO ; /* fibonacci (R1-1); */
POP R1 MV R0 R2 DEC R1 PUSH R1 PUSH R2
CALL FIBO ; /* fibonacci (R1-2); */
POP R2 POP R1 ADD R2 R0
RET ; return fibonacci (R1-1) + fibonacci (R1-2);
6. (3 punti) Che ruolo ha lo stack nell’esecuzione di funzioni ricorsive?
7. (5 punti) Quali sono le tecniche che permettono di realizzare sistemi operativi multitasking? Illustrare gli scopi e le principali funzionalità di ciascuna di esse.
8. (2 punti) Cosa sono le array function in un foglio elettronico?
9. (4 punti) Illustrare lo schema di traduzione degli indirizzi virtuali in fisici in un sistema a memoria virtuale basato su paginazione.
assembly inst. name machine code action LDWI d X load word 00010000dddd0000 DATA(16) d <- X LDWA d A load word 00100000dddd0000 ADDR(16) d <- mem[A]
LDWR d a load word 00110000ddddaaaa d <- mem[a]
LDBI d X load byte 00010001dddd0000 DATA(8) d <- X LDBA d A load byte 00100001dddd0000 ADDR(16) d <- mem[A]
LDBR d a load byte 00110001ddddaaaa d <- mem[a]
STWA s A store word 00100010ssss0000 ADDR(16) mem[A] <- s STWR s a store word 00110010ssssaaaa mem[a] <- s STBA s A store byte 00100011ssss0000 ADDR(16) mem[A] <- s STBR s a store byte 00110011ssssaaaa mem[a] <- s MV s d move 00000100ssssdddd d <- s PUSH s push 00001000ssss0000 push (s) POP d pop 00001001dddd0000 d <- pop () SPRD d read SP 00001101ssss0000 d <- SP SPWR s write SP 00001110ssss0000 SP <- s ADD s d add 01000000ssssdddd d <- d + s SUB s d subtract 01000001ssssdddd d <- d - s NOT r bitwise NOT 01000010rrrr0000 r <- ~r AND s d bitwise AND 01000011ssssdddd d <- d & s OR s d bitwise OR 01000100ssssdddd d <- d | s XOR s d bitwise XOR 01000101ssssdddd d <- d ^ s INC r increment 01001000rrrr0000 r <- r + 1 DEC r decrement 01001001rrrr0000 r <- r + 1 LSH r left shift 01001010rrrr0000 r <- r << 1 RSH r right shift 01001011rrrr0000 r <- r >> 1
assembly inst. name machine code action INW d A input word 10000000dddd0000 IN_ADDR(16) d <- read[A]
INB d A input byte 10000001dddd0000 IN_ADDR(16) d <- read[A]
OUTW s A out word 10000010ssss0000 OUT_ADDR(16) out[A] <- s OUTB s A out byte 10000011ssss0000 OUT_ADDR(16) out[A] <- s
TSTI A test input 1000010000000000 IN_ADDR(16) if completed then Z <- 1 else Z <- 0
TSTO A test output 1000010100000000 OUT_ADDR(16) if completed then Z <- 1 else Z <- 0
BR A branch 1100000000000000 ADDR(16) PC <- A JMP F jump 11000001FFFFFFFF PC <- PC + F
JMPZ F jump if zero 11000010FFFFFFFF if (z == 1) PC <- PC + F JMPNZ F jump if not zero 11000011FFFFFFFF if (z == 0) PC <- PC + F JMPN F jump if negative 11000100FFFFFFFF if (N == 1) PC <- PC + F JMPNN F jump if not neg. 11000101FFFFFFFF if (N == 0) PC <- PC + F JMPC F jump if carry 11000110FFFFFFFF if (C == 1) PC <- PC + F JMPV F jump if overflow 11000111FFFFFFFF if (V == 1) PC <- PC + F CALL A subroutine call 1100100000000000 ADDR(16) push (PC); PC <- A RET return from sub. 1100100100000000 PC <- pop() HLT halt 1100111100000000 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)
