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Università degli Studi di Udine

Architettura dei calcolatori / Fondamenti di Informatica II (prof. Montessoro) 24 gennaio 2019

Prova scritta per studenti di Ing. Elettronica e Ing. Gestionale immatricolati negli anni accademici 2016-17 e precedenti – DURATA DELLA PROVA: 2 ORE

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 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. (4 punti) Si descriva la modalità di controllo dell’overflow nella una somma in complemento a due discutendo le quattro possibili combinazioni.

(svolgere sul retro)

2. (4 punti) Si illustri e descriva lo schema di compressione JPEG (svolgere sul retro)

3. (2 punti) Che parametri si utilizzano per la codifica digitale del suono nel formato CD audio?

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. (10 punti) Un metodo abbastanza semplice per evidenziare i contorni di un’immagine bitmap consiste nel sostituire ogni pixel con il modulo del gradiente della luminosità in quel punto (il gradiente è un’estensione del concetto di derivata – mi perdonino i colleghi matematici per l’estrema approssimazione…). In pratica, più la luminosità nell’intorno del punto cambia rapidamente e più elevato sarà il valore del pixel, disegnando così un contorno chiaro su sfondo scuro. Per esempio, si osservino le due immagini a lato.

Il calcolo del gradiente si basa su una procedura simile a quella del filtro per ammorbidire l’immagine discusso nell’esercitazione di laboratorio sui file multimediali. In prima approssimazione si può considerare soltanto la luminosità dei pixel e non le singole componenti di colore.

La procedura di calcolo del gradiente richiede di calcolare le componenti L

e L

come somma pesata dei pixel dell’intorno secondo i pesi riportati nella figura a lato. Quindi, L

= luminosità del pixel [i-1, j-1] - luminosità del pixel [i-1, j+1] + 2 * luminosità del pixel [i, j-1] - 2* luminosità del pixel [i, j+1] ecc.

Al termine, alle componenti di colore del pixel [i, j] dell’immagine di uscita va

assegnato il modulo del gradiente calcolato come radice quadrata della somma di L

e

L

al quadrato.

Si scriva una funzione in linguaggio C che riceva come argomento un’immagine bitmap e restituisca l’immagine bitmap rappresentante i contorni generata come sopra descritto. La prima e l’ultima riga dell’immagine e la prima e l’ultima colonna, non permettendo il calcolo del gradiente, vanno ricopiate dall’immagine originale.

(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:

5. (4 punti) Si traduca in linguaggio assembly il seguente frammento di codice in linguaggio C, supponendo che le variabili R0, R1 e R2 siano memorizzate nei registri omonimi:

while (R1 > R2) {

R1--;

R2++;

}

if (R1 == R2) R0 = 0;

else

R0 = 1;

6. (2 punti) L’istruzione di salto C181 salta ad un’istruzione precedente o successiva? Perché?

7. (2 punti) Quali di queste informazioni sono contenute nella page table?

[ ] pagina accessibile solo in lettura

[ ] pagina presente/non presente in memoria centrale/nel page file [ ] indirizzo della pagina in memoria centrale o nel page file [ ] indirizzo della segment table

[ ] indirizzo del primo segmento della pagina [ ] indirizzo della linea in memoria centrale [ ] indirizzo della linea in memoria cache

8. (2 punti) Si scriva un’espressione, da inserire nella cella A1 di un foglio elettronico, che richieda l’abilitazione della modalità di calcolo iterativo.

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)