Matricola __________________ Nome _____________________ Cognome __________________

Università degli Studi di Udine

Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica

Architettura dei calcolatori (ex Fondamenti di Informatica II) 14 giugno 2011 - 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. (3 punti) Si converta il numero − 16,125 in binario usando la rappresentazione floating point in singola precisione. Si illustrino tutti i passaggi effettuati e si riporti il risultato in esadecimale.

2. (3 punti) Si descriva il processo di digitalizzazione del suono, specificando i valori dei parametri in funzione delle diverse applicazioni.

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);

3. (12 punti) Per massimizzare automaticamente il contrasto di un’immagine si può utilizzare il seguente algoritmo:

a) si calcolano i valori di luminosità L

massima e minima L

tra tutti i singoli colori dei pixel dell’immagine

b) si applica a ogni singolo colore di ogni pixel una trasformazione che porti il colore con il valore L

a zero e il colore con il valore L

al massimo rappresentabile. La trasformazione può essere espressa come

nuovo_valore = (valore_originale - L

) · k

dove k è una costante dipendente da L

, da L

e dalla modalità di rappresentazione dei colori.

Si scriva il programma massimo_contrasto.c che riceve come argomenti sulla riga di comando il nome di un file bitmap di ingresso e uno di uscita. Il programma deve copiare l’immagine del file di ingresso nel file di uscita applicando l’algoritmo del massimo contrasto sopra descritto.

(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) Si scriva in linguaggio assembler e si traduca in linguaggio macchina il codice corrispondente al seguente frammento di programma in linguaggio C:

while (R1 < R2) {

R3--;

R2 /= 2;

}

5. (3 punti) Cos’è e quando si verifica un page fault?

6. (2 punti) Cosa fa la seguente istruzione in linguaggio C?

bitmap.pixel = (COLORTRIPLE *) malloc (sizeof (COLORTRIPLE) *

bmpheader.ImageWidth * bmpheader.ImageHeight);

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)