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Università degli Studi di Udine

Corsi di laurea in Ingegneria Elettronica e Ingegneria Gestionale Architettura dei calcolatori / Fondamenti di Informatica II 18 giugno 2015 - Prova scritta

Matricola __________________

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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 memoria 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. (5 punti) Si eseguano le seguenti operazioni utilizzando la rappresentazione in complemento a 2 su 8 bit. Si scrivano i risultati in esadecimale e si indichino le eventuali condizioni di overflow. Riportare tutti i passaggi effettuati.

FD

+ AA

= _____

[ ] overflow -127

- 127

= _____

[ ] overflow

-127

- 1

= _____

[ ] overflow 7F

+ 81

= _____

[ ] overflow

2. (3 punti) In un sistema di trasmissione che fa uso di codici di Hamming a 1 bit viene ricevuta la parola 00111001000

. 1) è corretta?

2) se no, qual è il valore corretto della parola?

(scrivere tutti i passaggi necessari all’elaborazione della risposta)

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. (8 punti) Per simulare l’effetto di una codifica con un numero di bit inferiore ai 16 utilizzati nel formato audio CD, è

possible “riquantizzare” i campioni di un file WAVE sostituendo il valore di ciascun campione con il valore quantizzato più vicino. Per esempio, per simulare una codifica con soli 7 bit bisogna suddividere il range originale di valori (65536, cioè 2

) in 128 intervalli (2

). Per fare questo si calcola il fattore di conversione k = 65536 / 128 = 512 (cioè 2

= 2

), e si

“riquantizzano” i valori con la formula: valore_riquantizzato = k * (int) (valore originale / k). La conversione a intero e la successiva moltiplicazione producono l’arrotondamento voluto.

Si scriva un programma in linguaggio C che riceva sulla riga di comando il nome di un file audio di ingresso, un file audio di uscita e un valore intero che rappresenta il fattore di conversione k. Il programma deve scrivere nel file di uscita la forma d’onda di ingresso elaborata come sopra descritto.

Le figure seguenti riportano un esempio di elaborazione per k = 2048 (cioè simulando una codifica a 5 bit (2048 = 2

, e

quindi 16 – 11 = 5 bit). Si osservi l’andamento a gradini della forma d’onda di uscita:

Forma d’onda originale Forma d’onda “riquantizzata”

(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. (10 punti) Una stringa in formato C contiene i codici ASCII del carattere ‘0’ (valore 30

) e del carattere ‘1’ (valore 31

) per rappresentare un numero binario positivo. Si scriva in linguaggio assembly la funzione str2bin che riceve nel registro R1 l’indirizzo di una stringa siffatta e che restituisce in R0 il valore rappresentato.

Si ricorda che la conversione può essere effettuata con l’algoritmo che itera la moltiplicazione per la base e la somma della cifra rappresentata (0 o 1).

Suggerimento: per moltiplicare per 2 (la base) si può utilizzare l’istruzione LSH.

(svolgere sul retro)

5. (2 punti) Descrivere brevemente le differenze tra segmentazione e la paginazione.

6. (2 punti) Dove risiede il page file?

[ ] nella CPU [ ] nella MMU

[ ] nella memoria centrale

[ ] nella memoria di massa [ ] nella RAM

[ ] nella ROM

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)