Università degli Studi di Udine
Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica
Architettura dei calcolatori / Fondamenti di Informatica II 16 luglio 2013 - 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 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, oppure sul retro del foglio.
1. (4 punti) Si disegni e commenti lo schema di compressione Jpeg
(si vedano le dispense, la documentazione in rete e gli appunti delle lezioni)
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);
2. (10 punti) Lo spazio dei colori, facendo uso di tre colori primari, è tridimensionale.
È possibile rappresentarne una proiezione sul piano eseguendo una trasformazione delle coordinate e fissando uno dei parametri, per esempio la luminosità dei pixel.
Si scriva un programma che riceva sulla riga di comando il nome di un file bitmap di uscita e la sua dimensione (una sola: l’immagine generata deve essere di forma quadrata) e produca un’immagine come quella a lato (ovviamente a colori, nonostante la fotocopia sia in bianco e nero...).
In tale immagine, lungo la coordinata Y il valore del colore rosso va da zero al massimo rappresentabile, lungo la coordinata X il valore del colore verde va da zero al massimo rappresentabile, mentre in ogni pixel il colore blu ha intensità pari alla differenza tra il massimo rappresentabile e la somma degli altri due colori. Se tale differenza diventa negativa, l’intensità del colore blu resta a zero.
(svolgere sul retro)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include "bmp.h"
void disegna_colori (BITMAP bmpout);
int main (int argc, char *argv[]) {
FILE *fpout;
BITMAP bmpout;
int n;
if (argc != 3) {
printf ("Errore negli argomenti: arcobaleno <file> <dimensione>\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
if ((fpout = fopen (argv[1], "wb")) == NULL) {
printf ("Errore di apertura del file\n");
exit (EXIT_FAILURE);
}
n = atoi (argv[2]);
bmpout = CreateEmptyBitmap (n, n);
disegna_colori (bmpout);
WriteBitmap (bmpout, fpout);
ReleaseBitmapData (&bmpout);
fclose (fpout);
return EXIT_SUCCESS;
}
void disegna_colori (BITMAP bmpout) {
int i, j;
double step, d_red, d_green, d_blue;
step = 255.0 / bmpout.height;
d_red = 0;
d_green = 0;
d_red = 0;
for (i = 0; i < bmpout.height; i++) {
d_green = 0;
for (j = 0; j < bmpout.width; j++) {
d_blue = 255 - (d_red + d_green);
if (d_blue < 0) d_blue = 0;
PIXEL(bmpout, i, j).red = (unsigned char) d_red;
PIXEL(bmpout, i, j).green = (unsigned char) d_green;
PIXEL(bmpout, i, j).blue = (unsigned char) d_blue;
d_green += step;
}
d_red += step;
}
return;
}
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:
3. (4 punti) La seguente funzione esegue la copia di una stringa in formato C, il cui indirizzo è passato in R1, in una seconda stringa il cui indirizzo è passato in R2. La si completi.
STRCPY: _______ R10 R1 _______ R10 R2 JMP___ END_SCPY _____ R1
_____ R2 JMP STRCPY END_SCPY: RET
STRCPY: LDBR R10 R1 STBR R10 R2 JMPZ END_SCPY INC R1
INC R2 JMP STRCPY END_SCPY: RET
4. (4 punti) Si traduca in linguaggio macchina il seguente frammento di codice:
DIV: LDWI R0 0
MV R1 R15
L_DIV: MV R15 R3
SUB R2 R3
JMPN END_DIV
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)
