Tietokoneen toiminta, Kesä 2002, LH 5

Tee tehtävät yksi kerrallaan haluamassasi järjestyksessä. Tarvittaessa pyydä apua paikalla olevilta ohjaajilta. Halutessasi voit tehdä tehtäviä pienessä ryhmässä, mutta kaikkien tulee silti kirjoittaa omat vastauksensa ja tehdä omat ohjelmansa omalla koneellaan. Saatuasi valmiiksi jonkun tehtävän (joukon tehtäviä), voit pyytää ohjaajaa tarkistamaan suorituksesi.

Ennen pois lähtöäsi varmista vielä, että ohjaajat ovat kirjanneet kaikki tekemäsi tehtävät. Harjoitustehtäviä voi toki tehdä vielä kotonakin, mutta kurssin läpipääsyyn ja arvosanaan vaikuttavat vain harjoitustilanteessa kirjatut tehtävät. Kurssin suoritus edellyttää aktiivisuutta myös harjoitustehtävien suhteen.

1.  Aliohjelmat, makrot, literaalit, muuttujat, vakiot
   1. Anna esimerkki tilanteesta, jossa rutiini XYZ olisi parempi toteuttaa makrona kuin aliohjelmana. Perustelut? Esimerkki?
   2. Anna esimerkki tilanteesta, jossa rutiini XYZ olisi parempi toteuttaa aliohjelmana kuin makrona. Perustelut? Esimerkki?
   3. Anna esimerkki tilanteesta, jossa on parempi toteuttaa lukuarvo X literaalina kuin vakiona käskyssä? Perustelut? Esimerkki?
   4. Anna esimerkki tilanteesta, jossa on parempi toteuttaa lukuarvo X vakiona käskyssä kuin literaalina? Perustelut? Esimerkki?
   5. Miten literaalin käyttö eroaa muuttujan käytöstä? Edut? Haitat?
   6. Miten literaalin käyttö eroaa käskyn vakio-osan käytöstä? Edut? Haitat?

    

2. Oletetaan, että levyn pyörimisnopeus on 7200 rpm, siinä on yksi luku/kirjoituspää per levypinta, sylintereiden (uraa per levypinta) lukumäärä on 2000, joka uralla on 50 sektoria ja sektorin koko on 0.5 KB. Otaksumme (epärealistisesti), että hakuvarren siirtoaika on lineaarinen urien lukumäärän suhteen ja että se on 0.02 ms per ura. Otaksumme (epärealistisesti), että luettavan tiedoston jokaisen sektorin sijainti on täysin satunnainen levyllä, mästä saadaan todennäköisyyslaskentaa käyttäen keskimääräiseksi ylitettävien urien lukumääräksi 667. Otaksumme edelleen (epärealistisesti), että tiedosto luetaan levyltä yksi sektori kerrallaan. Kauanko kestää 333.33 KB tiedoston lukeminen levyltä keskimäärin? Entä 24 MB tiedoston lukeminen?

    

3. Linkitys. Miten Tanenbaumin kirjan [Tane99] kuva 7-15 (b) muuttuisi, jos moduulit linkitettäisiinkin (alhaalta ylöspäin) järjestyksessä ACDB kuvassa 7-15 käytetyn järjestyksen ABCD asemesta?

   Huomaa, että kuvassa 7-15 osoitteet kasvavat ylöspäin. Moduulit on esitelty kuvassa 7-14.

    

4. Muistiinkuvattu I/O. Esimerkissä driver.k91 on kuvattu laiteajuri suoraa I/O toteutusta käyttäen. 
   
   1. Miten laiteajuri tietää, että laite on tulostanut annetun luvun?
   2. Mitä laiteajuri tekee sillä aikaa kun laite on tulostamassa lukua? 
      Kauanko tähän voi kulua aikaa?
   3. Miten laite (laiteohjain) kertoo laiteajurille, että laitteelle annettu tehtävä on suoritettu?
   4. Miten varsinainen (laiteajuria kutsunut) sovellusohjelma saa tietää, että laitteelle annettu tehtävä on suoritettu? 
   5. Kuinka k.o. laiteajuria tulisi muuttaa, jos tulostus tehtäisiinkin epäsuoraa I/O:tä käyttäen? Tarkoitus ei ole antaa tarkkaa vastausta koodattuna, vaan kertoa pääpiirteissään, mitä kaikkea esimerkin ajurissa tulisi muuttaa, jos haluttaisiin käyttää epäsuoraa I/O:ta. 
      Mitä etu/haittaa tästä olisi? Tuleeko tästä mitään muutoksia tulostinlaitteiston (laiteohjaimen) vaatimuksiin?
      
    
5. Jump table. Pitkät valintalauseet (switch-lauseet) voivat hidastaa ohjelman suoritusta huomattavasti, jos usein suoritettavassa silmukassa joka kerta valitaan yksi kerrallaan oikea case-tapaus esimerkiksi 60 eri mahdollisuuden joukosta. Tähän menee keskimäärin 30 vertailua ja kuhunkin vertailuun ainakin 2 konekäskyä!

   Jos valinta-arvot ovat kokonaislukuarvoisia, nollasta alkavia ja muodostavat (liki) yhtenäisen arvoalueen, niin usean if-then-else -vertailun asemesta voidaan käyttää hyppytaulua (jump table). Hyppytaulun avulla päästää oikeaan case-tapaukseen aina suoraan muutamalla konekäskyllä. Hyppytaulu sisältää monta hyppykäskyä (yksi per case-tapaus), joista valintamuuttujan perusteella valitaan indeksoitua osoitusmoodia käyttäen oikea hyppykäsky. Esimerkiksi, jos rekisteri R3 sisältää valinta-arvon ja hyppytaulun osoite on JTBL, niin oikeaan case-tapaukseen (siihen liittyvään hyppykäskyyn) päästään konekäskyn "JUMP JTBL(R3)" avulla.
   

   1. Anna (Koksissa suorituskelpoinen) ttk-91 esimerkki hyppytaulun käytöstä, kun case-tapauksia on 10.
   2. Miten em. valintalause toteutetaan, jos hyppytaulussa onkin hyppykäskyjen asemesta ainoastaan case-tapausten osoitteet? Anna toteutus samalle esimerkille kuin kohdassa (a).
   3. Milloin toteutustapa (a) on parempi kuin (b)? Miksi?
   4. Milloin toteutustapa (b) on parempi kuin (a)? Miksi?
   5. Jos kukin case-tapaus vaatii 10 konekäskyä ja case-tapauksia on 60, niin kuinka paljon (%) hyppytaulun käyttö nopettaa valintalauseen suoritusta (verrattuna usean peräkkäisen vertailun toteutukseen)? Eroavatko em. toteutustavat (kohdat a ja b) tässä suhteessa?