Università degli Studi di Udine
Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica
Architettura dei calcolatori (ex Fondamenti di Informatica II) 23 febbraio 2009 - Prova scritta
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 un floppy disk contenente i sorgenti dei programmi corretti e le stampe dei relativi file.
2) Non è consentito l’uso di libri, appunti, calcolatrici programmabili, telefoni cellulari.
3) Rispondere sinteticamente negli spazi di fianco o seguenti le domande, oppure sul retro del foglio.
1. (4 punti) Convertire in base 4 il numero 0.11
10riportando tutti i passaggi effettuati.
2. (6 punti) Si consideri la sequenza di bit sotto riportata. Noto che si tratta di una compressione NMP5 e assumendo che lo schema di compressione si trovi nello stato iniziale (quindi il valore 0000 codifica il byte 00000000, il valore 0001 codifica il byte 00000001, il valore 0010 codifica il byte 00000010, ecc.), si completi la decodifica dei byte compressi.
0010000000110110110110100010010110000
00000010 00000000 _________________________________________________________________
Si consideri una libreria in linguaggio C per manipolare file audio così definita:
typedef unsigned char byte;
typedef unsigned short int word;
typedef unsigned long int dword;
#define SAMPLE(wave, channel, offset) \ wave.wavedata.sample \ [2 * (offset) + (channel)]
#define FMTPCM 1
#define SAMPLINGRATE 44100
#define CHANNELS 2
#define BITSPERSAMPLE 16
#define LEFT 0
#define RIGHT 1
#define RIFF_ID "RIFF"
#define WAV_ID "WAVE"
#define FMT_ID "fmt "
#define DATA_ID "data"
typedef struct tagRIFFHEADER {
char riffid[4];
dword FileSize;
char waveid[4];
} RIFFHEADER;
typedef struct tagFMTHEADER {
char fmtid[4];
dword fmtsize;
word format;
word channels;
dword SampleRate;
dword BytesPerSecond;
word BlockAlign;
word BitsPerSample;
} FMTHEADER;
typedef struct tagWAVEDATA {
char dataid[4];
dword DataSize;
signed short int *sample;
} WAVEDATA;
typedef struct tagWAVE {
RIFFHEADER riffheader;
FMTHEADER fmtheader;
unsigned long int numofstereosamples;
WAVEDATA wavedata;
} WAVE;
void WriteWave (WAVE wave, FILE *fp);
WAVE ReadWave (FILE *fp);
WAVE CreateEmptyCDaudioWave (unsigned long int numofstereosamples);
void ReleaseWaveData (WAVE *wave);
3. (11 punti) Se si rallenta la velocità di scorrimento di un nastro magnetico analogico (per esempio quello di una musicassetta), si diminuisce la tonalità della musica (cioè si abbassano le frequenze riprodotte) e si aumenta la durata della riproduzione, in modo proporzionale alla velocità. Si vuole simulare lo stesso comportamento con un file audio, nel caso particolarmente semplice della diminuzione della velocità di scorrimento del
“nastro” del 50%. In pratica, la durata raddoppia e le frequenze si dimezzano. Poichè il formato del file deve essere prevedere
comunque 44100 campioni al secondo, la trasformazione avviene raddoppiando il numero di campioni e aggiungendo un valore interpolato ogni due originali. Il modo più semplice (seppur approssimativo) per farlo consiste nell’inserire tra un campione e il successivo della forma d’onda originale un valore pari alla media dei due (v. figura lato).
Si scriva un programma in linguaggio C che riceva come argomenti sulla riga di comando i nomi di un file audio di ingresso e uno di uscita e scriva in quest’ultimo la forma d’onda risultante dalla trasformazione sopra descritta applicata al primo file.
(svolgere sul retro)
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:
4. (7 punti) Un programma contiene il seguente frammento di codice macchina:
000A 10 000B 08 000C 00 000D C8 000E 0A 000F 01
Posto che, nel momento in cui viene eseguita l’istruzione all’indirizzo 000A, i registri della CPU contengano i valori (decimali) R0 = 34, R1 = 13, R2 = 76, R3 = 68 e lo stack pointer contenga il valore E000, scrivere il contenuto dello stack e i valori del program counter e dello stack pointer al termine dell’esecuzione del frammento di codice sopra riportato.
5. (4 punti) Si illustri (con schemi ed esempi) il funzionamento di una memoria cache parzialmetne associativa a due vie.
(svolgere sul retro)
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)
forma d’onda originale
forma d’onda allungata
campione originale campione interpolato
